Свет — мое призвание

В. Л. Левшин, а позднее французский ученый Франсис Перрен развили теорию поляризованной люминесценции. Независимыми путями они пришли к важной формуле, названной формулой Левшина — Перрена, которая связывает значение наблюдаемой степени поляризации люминесценции с величиной угла между поглощающими и излучающими диполями в молекуле.

Дальнейшие опыты П. П. Феофилова показали, что поляризационный спектр вещества очень тесно связан с его электронным спектром поглощения. Используя формулу Левшина — Перрена, Феофилов установил, что поляризационные спектры позволяют определять относительное расположение диполей поглощения и излучения в молекулах, что дает возможность получать такую информацию о свойствах молекулярных систем, которую нельзя получить никакими другими методами.

Изучая свойства поляризованной люминесценции, С. И. Вавилов заинтересовался природой так называемых элементарных излучателей. Он показал, что поглощение и излучение света такими сложными системами, как атомы и молекулы, можно описать, уподобив их некоторым упрощенным моделям — элементарным излучателям. В качестве таких моделей могут быть использованы электрические диполи, магнитные диполи, отличающиеся от электрических тем, что в них электрические заряды заменяются совокупностью двух одинаковых по величине разноименных фиктивных магнитных зарядов, а также электрические квадруполи — системы зарядов, представляющие собой два равных по величине и противоположных по знаку электрических диполя, расположенных на некотором расстоянии друг от друга. Вводить в описание более сложные модели элементарных излучателей оказалось излишним. Но и в случае с упрощенными моделями системы излучений в молекулах могут быть достаточно сложны, так как часто приходится предполагать, что излучающие и поглощающие элементарные излучатели не совпадают.

Для установления природы элементарных излучателей Сергей Иванович предложил два остроумных и чувствительных метода. Первый основан на наблюдении интерференции световых лучей, расходящихся от источника света под очень большим углом, а затем сходящихся вместе. Работы по исследованию широкоугольной интерференции были осуществлены С. И. Вавиловым и Е. М. Брумбергом в 1932 — 1937 годах. Сущность метода широкоугольной интерференции заключается в том, что каждый из элементарных излучателей имеет характерное для него распределение интенсивности испускаемого света в пространстве. В результате интерференционная картина исходящих от излучателей лучей определяется углом между ними. При этом ее характер существенно зависит от того, одинакова или различна интенсивность лучей. В случае одинаковой интенсивности лучи при подходящей разности фаз могут полностью погасить друг друга. В противном случае этого не происходит. Расчеты показали, что при взаимодействии широко расходящихся когерентных лучей интерференционные картины должны существенно различаться при дипольном и квадрупольном излучениях. Метод позволил надежно устанавливать природу элементарных излучателей.

Другой метод установления природы элементарных излучателей, предложенный С. И. Вавиловым в 1940 году, основан на сравнении степени поляризации свечения элементарных излучателей неодинаковой природы. Теоретические расчеты позволили установить зависимость степени поляризации свечения от углов наблюдения и углов, определяющих направление колебаний возбуждающего линейно-поляризованного света, если поглощающие и излучающие системы являются электрическими диполями, квадруполями или их комбинациями.

Для всех этих случаев Вавилов расчетным путем получил кривые, характеризующие зависимости степени поляризации люминесценции от упомянутых углов. Эти кривые он назвал поляризационными диаграммами. Метод поляризационных диаграмм оказался очень плодотворным. Он успешно использовался многими исследователями, с его помощью была установлена природа элементарных излучателей у молекул ряда люминесцирующих веществ в растворах и в молекулярных кристаллах.

Большое внимание С. И. Вавилов уделял изучению и длительности послесвечения молекул. Его первая работа в этой области была выполнена совместно с В. Л. Левшиным в 1925 году. Она была посвящена исследованию соотношения между флуоресценцией и фосфоресценцией в твердых и жидких средах.

Деление явлений люминесценции на флуоресценцию и фосфоресценцию достаточно условно. Флуоресценцией обычно называют кратковременные процессы свечения, мгновенно затухающие после прекращения возбуждения, под фосфоресценцией понимают процессы длительного послесвечения, продолжающиеся заметное время после прекращения возбуждения.