Распространение оптического излучения при прохождении через вещество

Цвет неба, радуга, восход и заход солнца, эффект тени, смена дня и ночи, притягательная сила огня, богатая цветовая гамма растительного и животного мира, раскаленный металл, витражи, лупа, бинокль, очки… Можно долго перечислять примеры нашего повседневного соприкосновения с миром оптических явлений. Это и неудивительно, так как один из органов чувств, зрение основан на закономерностях взаимодействия света с веществом.

Многие явления в природе объясняются тем, что свет при переходе из одной среды в другую изменяет направление распространения. Например, если опустить карандаш в стакан, то мы наблюдаем «излом карандаша». при переходе из одной среды в другую скорость света как электромагнитных волн изменяется. Например, в воздухе она равна , а в стекле . Частота v колебаний при этом не изменяется. Следовательно, при переходе из одной среды в другую изменяется длина волны. Например, при переходе из воздуха в стекло длина волны уменьшается в раза.

Оптические свойства твердых тел являются предметом пристального научного и технологического интереса на протяжении последних трех-четырех столетий. В 1621 г. Снеллиусом был открыт закон преломления, по которому углы падения α и преломления β связаны соотношением:

n1 sinα = n2 sinβ,

где n1 и n2 – показатели преломления двух сред.

Закон преломления света - падающий луч, преломленный луч и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восставленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред

За исследованиями преломления и отражения последовал этап повышенного внимания к интерференции, дифракции и поляризации света, а затем пришло время для направленного изучения поглощения, люминесценции, рассеяния света и нелинейных оптических эффектов. Длительное соперничество между корпускулярной и волновой теорией увенчалось компромиссом, основанным на концепции дуализма, и открытием законов квантовой механики и квантовой термодинамики.

Интерференция – одно из ярких проявлений волновой природы света. Это интересное и красивое явление наблюдается при наложении двух или нескольких световых пучков. Интенсивность света в области перекрывания пучков имеет характер чередующихся светлых и темных полос, причем в максимумах интенсивность больше, а в минимумах меньше суммы интенсивностей пучков. При использовании белого света интерференционные полосы оказываются окрашенными в различные цвета спектра. С интерференционными явлениями мы сталкиваемся довольно часто: цвета масляных пятен на асфальте, окраска замерзающих оконных стекол, причудливые цветные рисунки на крыльях некоторых бабочек и жуков – все это проявление интерференции света.

Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий. Как показывает опыт, свет при определенных условиях может заходить в область геометрической тени. Если на пути параллельного светового пучка расположено круглое препятствие (круглый диск, шарик или круглое отверстие в непрозрачном экране), то на экране, расположенном на достаточно большом расстоянии от препятствия, появляется дифракционная картина – система чередующихся светлых и темных колец. Если препятствие имеет линейный характер (щель, нить, край экрана), то на экране возникает система параллельных дифракционных полос. Дифракционные явления были хорошо известны еще во времена Ньютона, но объяснить их на основе корпускулярной теории света оказалось невозможным. Первое качественное объяснение явления дифракции на основе волновых представлений было дано английским ученым Т. Юнгом.

Оптические свойства материалов являются результатом их взаимодействия с электромагнитным излучением. По принципам генерации электромагнитное излучение делится на следующие виды: гамма излучение, рентгеновское, синхротронное, радио и оптическое излучение. Оптическое излучение появляется в результате перехода электронов из возбужденных валентных состояний в основные валентные состояния.

Перечисленные виды излучений различаются энергией квантов излучения E = hv = hc/λ (длиной волны излучения – λ, частотой – v). Поэтому часто виды излучений разделяют по спектральным областям. Излучение в спектральной области от 1нм до 1мм называется оптическим излучением. Весь диапазон оптического излучения делится на три области: ультрафиолетовую (УФ), видимую и инфракрасную (ИК).

С потоком оптического излучения, распространяющимся в любой среде могут происходить следующие количественные изменения:

1. Рассеяние части потока в результате отражения от частиц, имеющих показатель преломления отличающийся от показателя преломления среды.

2. Поглощение части потока излучения средой с преобразованием в другие виды энергии (тепло, генерация носителей тока, эмиссия электронов и ионов).

3. Пропускание части потока через среду.

4. Поглощение части потока излучения средой с преобразованием в излучение другого спектрального состава (люминесценция).

5. Изменение спектрального состава излучения, что является следствием селективного поглощения энергии излучения средой.

1234567Следующая ⇒

Поделиться: