Баллистическая теория Ритца и картина мироздания

Рис. 154. Зависимость коэффициента отражения R от угла падения для двух типов поляризации [74].

При угле падения, равном углу Брюстера, излучение с продольной поляризацией полностью проходит в среду (Рис. 154). Различие проницаемости среды для света выражено тем ярче, чем выше показатель преломления среды n. Для ультрафиолетовых лучей металл можно условно считать прозрачной средой, но — с большим и, при том, комплексным n(строго это делают в металлооптике [136]). Отсюда — высокая отражательная способность металлов (коэффициент отражения Rрастёт с ростом n

) и отсюда же ясно, почему свет с вектором поляризации E ₊почти не проникает в толщу металла и не даёт селективного фотоэффекта, будучи почти полностью отражён из-за R ₊, близкого к единице. Зато, как видно из графика (Рис. 154), свет с продольной поляризацией E

, имея низкий коэффициент отражения R , хорошо проникает в металл и создаёт фототок тем эффективней, чем больше угол падения и нормальная к поверхности металла компонента поля E в падающей электромагнитной волне. Если nвелико, то угол Брюстера, при котором всё излучение E проходит в металл, близок к 90°. Соответственно, и фототок должен расти с увеличением угла падения вплоть до угла Брюстера. Именно такая зависимость фототока от угла падения и наблюдалась в опытах: фототок монотонно нарастает, по мере увеличения угла от 0 до 90o [134].

Отметим, что ключ к пониманию селективного и простого фотоэффекта, на основе волновой теории, был предложен ещё П. Друде, который развил классическую теорию проводимости металла, на основе модели электронного газа (§ 4.17). Именно Друде открыл, что свет, отражённый металлом, поляризуется, словно при отражении диэлектриком, что доказывает преимущественное пропускание и поглощение металлом света одной поляризации [136]. Однако, Друде вскоре после разработки этих теорий трагически умер в 1906 г. в возрасте 42-х лет, как считают, — в результате самоубийства [161]. Это не только позволило спокойно расправиться с его классическими теориями металлооптики и проводимости, но и открыло дорогу теории относительности и квантовой теории на страницы редактируемого им журнала "Анналы физики", — одного из ведущих в то время.

§ 4.5 Нелинейный фотоэффект

Вот уже более пятнадцати лет развивается новое научно-техническое направление, связанное с умножением оптических частот (применяется также термин "генерация оптических гармоник": второй гармоники, третьей, четвёртой и т. д. — в зависимости от того, во сколько раз умножается частота исходного лазерного излучения).

Л.В. Тарасов, "Что такое нелинейная оптика" [143]

Другая важная разновидность фотоэффекта — нелинейный фотоэффект, чаще называемый ошибочно — "многофотонным". Суть его в том, что мощное лазерное излучение частоты fвыбивает электроны с энергией уже не hf, а — удвоенной и кратной энергии E

= nhf, где n— целое число [74]. Это принято объяснять тем, что в лазерном излучении плотность потока света столь высока, что электрон, порой, поглощает не один, а сразу nфотонов, у каждого забирая энергию E= hf, потому эффект и называют ещё "многофотонным". И, всё же, этот эффект легко объясним в рамках волновой оптики. Металл под действием лазерного излучения генерирует, за счёт нелинейных эффектов, излучение удвоенной и других кратных частот. Вторичное излучение и выбивает электроны из металла. В отличие от принятого многофотонного объяснения, это позволяет понять, почему нелинейный фотоэффект вызывает, опять же, лишь нормальная к металлу компонента поля волны. То есть, нелинейный фотоэффект, подобно селективному, чувствителен к поляризации света (§ 4.4). Это означает, что и здесь свет вырывает электроны не с поверхности, а из толщи металла, проникая вглубь.

Как раз тот факт, что какую-то роль играет поляризация излучения, направление колебаний поля, — доказывает, что нелинейный, а, значит, и простой (линейный) фотоэффект связан с волновыми свойствами света [74]. Об этом говорит и тот факт, что эффект проявляется только под воздействием мощного лазерного излучения, когда в среде возникают нелинейные эффекты и колебания. А, раз дело в волнах, колебаниях, то фотоны уже не к месту.