§ 4. Поглощение

Вы уже, наверное, заметили нечто странное в последней форме (31.20) нашей дисперсионной формулы. Из-за члена , учитывающего затухание, показатель преломления стал комплексной величиной! Что это означает? Выразим  через действительную и мнимую части:

,                               (31.21)

причем  и  вещественны. (Перед  стоит знак минус, а само , как легко убедиться, положительно.)

Смысл комплексного показателя преломления легче всего понять, вернувшись к уравнению (31.6) для волны, проходящей сквозь пластинку с показателем преломления . Подставив сюда комплексное  и произведя перегруппировку членов, получаем

                               (31.22)

Множители, обозначенные буквой , имеют прежний вид и, как и раньше, описывают волну, фаза которой после прохождения пластинки запаздывает на угол . Множитель  (экспонента с действительным показателем) представляет нечто новое. Показатель экспоненты отрицателен, следовательно,  вещественно и меньше единицы. Множитель  уменьшает амплитуду поля; с ростом  величина , а следовательно, и вся амплитуда падает. При прохождении через среду электромагнитная волна затухает. Среда «поглощает» часть волны. Волна выходит из среды, потеряв часть своей энергии. Этому не следует удивляться, потому что введенное нами затухание осцилляторов обусловлено силой трения и непременно приводит к потере энергии. Мы видим, что мнимая часть комплексного показателя преломления  описывает поглощение (или «ослабление») электромагнитной волны. Иногда  называют еще «коэффициентом поглощения».

Заметим также, что появление мнимой части  отклоняет стрелку, изображающую  на фиг. 31.3, к началу координат.

Отсюда ясно, почему поле ослабевает при прохождении через среду.

Обычно (как, например, у стекла) поглощение света очень мало. Именно так и получается по нашей формуле (31.20), потому что мнимая часть знаменателя  много меньше действительной части . Однако когда частота  близка к , резонансный член  оказывается мал по сравнению с  и показатель преломления становится почти чисто мнимым. Поглощение в этом случае определяет основной эффект. Именно поглощение дает в солнечном спектре темные линии. Свет, излучаемый поверхностью Солнца, проходит сквозь солнечную атмосферу (а также через атмосферу Земли), и частоты, равные резонансным частотам атомов в атмосфере Солнца, сильно поглощаются.

Наблюдение подобных спектральных линий солнечного света позволяет установить резонансные частоты атомов, а следовательно, и химический состав солнечной атмосферы. Точно так же по спектру звезд узнают состав звездного вещества. С помощью этих методов обнаружили, что химические элементы на Солнце и звездах не отличаются от земных.