Применение полного внутреннего отражения.

Применение полного внутреннего отражения.

Явление полного внутреннего отражения употребляется в волоконной оптике, для передачи световых сигналов на огромные расстояния. Внедрение обыденного зеркального отражения, не дает хотимого результата, потому что даже зеркало самого высочайшего свойства (посеребренное) поглощает до 3% световой энергии. При передачи света на огромные расстояния энергия света приближается к нулю. При входе в световод падающий луч Применение полного внутреннего отражения. направляется под углом заранее больше предельного, что обеспечивает отражение луча без энергопотерей. Световоды, состоящие из отдельных волокон, добиваются в поперечнике людского волоса, при скорости передачи более резвой, чем скорость протекания тока, что позволяет ускорить передачу инфы.

Волоконные световоды с фуррором используют в медицине. К примеру, световод вводят в Применение полного внутреннего отражения. желудок либо в область сердца для освещения либо наблюдения тех либо других участков внутренних органов. Внедрение световодов позволяет изучить внутренние органы без введения лампочки, другими словами исключая возможность перегрева.

е) Рефрактометрия (от лат. refractus - преломленный и греч. metreo - измеряю) - способ анализа, основанный на явлении преломления света при прохождении из Применение полного внутреннего отражения. одной среды в другую. Преломление света, другими словами изменение его начального направления, обосновано различной скоростью рассредотачивания света в разных средах.

28.Поляризация света. Свет естественный и поляризованный. Оптически активные вещества. Измерение концентрации раствора по углу поворота плоскости поляризации (поляриметрия).

а) Поляризацией света именуется выделение из пучка естественного света Применение полного внутреннего отражения. лучей с определенной ориентацией электронного вектора .

б) ЕСТЕСТВЕННЫЙ СВЕТ (неполяризованный свет)-совокупа некогерентных световых волн со всеми вероятными направлениями напряжённости эл.-магн. поля, стремительно и хаотично сменяющими друг дружку. Свет, испускаемый отд. центром излучения (атомом, молекулой, узлом кристаллич. решётки и т. п.), обычно поляризован линейно и сохраняет состояние поляризации в течение Применение полного внутреннего отражения. 10-8 с и меньше (это следует из тестов по наблюдению интерференции световых пучков при большой разности хода, когда, как следует, могут интерферировать волны, испущенные сначала и в конце обозначенного временного интервала). В последующем акте излучения свет может владеть др. направлением поляризации. Обычно сразу наблюдается излучение большущего числа центров, различно нацеленных и Применение полного внутреннего отражения. меняющих ориентацию но законам статистики. Это излучение и является Е. с. <Мн. источники света (раскалённые тела, светящиеся газы) испускают свет, близкий к Е. с., но всё же в маленький степени поляризованный. Это разъясняется прохождением света снутри источника от глубинных слоев наружу и прохождением света через среду от источника Применение полного внутреннего отражения. к наблюдающему (поляризация при отражении, при рассеянии света средой, дихроизм среды и т. п.). Близок к Е. с. прямой солнечный свет.

ПОЛЯРИЗОВАННЫЙ СВЕТ -световые волны, электрические колебания которых распространяются исключительно в одном направлении. Обыденный СВЕТ распространяется во всех направлениях, перпендикулярных к направлению его движения. Зависимо от сетки колебаний ученые различают Применение полного внутреннего отражения. три вида поляризации: линейную (плоскостную), радиальную и эллиптическую. В линейно поляризованном свете электронные колебания ограничиваются только одним направлением, и магнитные колебания ориентированы под прямыми углами. Линейно поляризованный свет появляется при ОТРАЖЕНИИ, к примеру, от листа стекла либо поверхности воды, при прохождении света через некие виды кристаллов, к примеру, кварца, турмалина Применение полного внутреннего отражения. либо кальцита. Поляризационный материал употребляется в поляризующих солнцезащитных очках для того, чтоб ослабить броский свет методом отведения света, поляризующегося при отражении.

в)Оптически активные вещества— среды, владеющие естественной оптической активностью. Оптическая активность — это способность среды (кристаллов, смесей, паров вещества) вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через неё оптического излучения Применение полного внутреннего отражения. (света). Способ исследования оптической активности — поляриметрия.

г) Быстрота и точность определения концентрации очень многих смесей оптическим методом сделали этот способ очень всераспространенным. Основан он на явлении вращения плоскости поляризации света.

Вещества, способные крутить плоскость поляризации падающего на их линейно поляризованного света, именуются оптически активными. Оптически активными могут быть незапятнанные воды Применение полного внутреннего отражения.(к примеру, скипидар), смеси неких веществ (аква раствор сахара), некие углеводы. Направление вращения плоскости поляризации у разных веществ не идиентично. Если глядеть навстречу лучу, проходящему через вещество, то одна часть веществ крутит плоскость поляризации по часовой стрелке (правовращающие вещества), другая – против (левовращающие вещества). Некие вещества имеют две модификации, одна из которых Применение полного внутреннего отражения. крутит плоскость поляризации по часовой стрелке, другая – против (кварц).

Естественный свет, проходя через поляризатор П, преобразуется в плоскополяризованный. Cветофильтр F пропускает на кварцевую пластинку К свет определенной частоты. Кварцевая пластинка вырезана перпендикулярно оптической оси, как следует, свет распространяется повдоль этой оси без двойного лучепреломления. Если заблаговременно, в отсутствие кварцевой Применение полного внутреннего отражения. пластинки, установить анализатор А на полное затемнение (николи скрещены), то при внесении кварцевой пластинки поле зрения просветляется. Для полного затемнения сейчас необходимо повернуть анализатор на некий угол φ. Таким макаром, поляризованный свет, прошедший через кварц, не заполучил эллиптической поляризации, а остался линейно поляризованным; при прохождении через кварц плоскость поляризации Применение полного внутреннего отражения. только оборотилась на некий угол, измеряемый поворотом анализатора А, нужным для затемнения поля в присутствии кварца. Меняя светофильтр, можно найти, что угол поворота плоскости поляризации для различных длин волн различен, т.е. имеет место вращательная дисперсия.

Для данной длины волны угол поворота плоскости поляризации пропорционален толщине пластинки Применение полного внутреннего отражения. d:

φ =αd (1)

где φ – угол поворота плоскости поляризации; d – толщина пластинки; α – удельное вращение.

Удельное вращение находится в зависимости от длины волны, природы вещества и температуры. К примеру, у кварца α = 21,7 град/мм для λ = 589 нм и α = 48,9 град/мм для λ = 405 нм.

При распространении линейно поляризованного света в растворе оптически активного вещества угол поворота плоскости поляризации находится Применение полного внутреннего отражения. в зависимости от толщины слоя d и от концентрации раствора С:

φ =αdC (2)

На рис. 2, а обозначены: E1 – световой вектор левой составляющей, E2 – световой вектор правой составляющей, РР – направление суммарного вектора E .

Если скорости распространения обеих волн неодинаковы, то по мере прохождения через вещество один из векторов Применение полного внутреннего отражения., к примеру E1, будет отставать в собственном вращении от вектора E2 (см. рис. 2, б), т.е. результирующий вектор E будет поворачиваться в сторону более «быстрого» вектора E2 и займет положение QQ. Угол поворота будет равен φ.

Различие в скорости распространения света с различными направлениями радиальный поляризации обосновано асимметрией молекул либо же Применение полного внутреннего отражения. асимметричным расположением атомов в кристалле. Для измерения углов поворота плоскости поляризации употребляются приборы, которые именуются поляриметрами и сахариметрами.

29.Особенности излучения и поглощения энергии атомами и молекулами. Диапазоны (излучения и поглощения) атомарные, молекулярные и диапазоны кристаллов. Спектрометрия и ее применение в медицине.

Атом и молекула могут находиться в стационарных энергетических Применение полного внутреннего отражения. состояниях. В этих состояниях они не источают и не поглощают энергии. Энерго состояния схематически изображают в виде уровней. Самый нижний уровень энергии — основной — соответствует основному состоянию.

При квантовых переходах атомы и молекулы скачкообразно перебегают из 1-го стационарного состояния в другое, с 1-го энергетического уровня на другой. Изменение состояния атомов связано Применение полного внутреннего отражения. с энергетическими перехо­дами электронов. В молекулах энергия может изменяться не только лишь в итоге электрических переходов, да и вследствие конфигурации колебания атомов и переходов меж вращательными уровнями. При переходе с более больших энергетических уровней на нижние атом либо молекула дает энергию, при оборотных переходах поглощает. Атом Применение полного внутреннего отражения. в главном состоянии способен толь­ко всасывать энергию. Различают два типа квантовых переходов:

1) без излучения либо поглощения элек­тромагнитной энергии атомом либо молекулой. Таковой безызлучательный переход происходит при содействии атома либо молекулы с другими частичками, к примеру в процессе столкновения. Различают неупругое столкновение, при котором меняется внутреннее состояние атома Применение полного внутреннего отражения. и осуществляется безызлучательный переход, и упругое — с конфигурацией кинетической энергии атома либо молекулы, но с сохранением внутреннего состоя­ния;

2) с излучением либо поглощением фотона. Энергия фотона равна разности энергий исходного и конечного стационарных состояний атома либо молекулы

Зависимо от предпосылки, вызывающей квантовый переход с испусканием фотона, различают два вида излучения. Если эта Применение полного внутреннего отражения. причина внутренняя и возбужденная частичка самопроизвольно перебегает на нижний энергетический уровень, то такое излучение именуют спонтанным. Оно случаем и беспорядочно по времени, частоте (могут быть переходы меж различными подуров­нями), по направлению распространения и поляризации. Обыденные источники света испускают в главном спонтанное излучение. Дру­гое излучение принужденное Применение полного внутреннего отражения., либо индуцированное .Оно появляется при содействии фотона с возбужденной частичкой, если энергия фотона равна разности уровней энергий. В итоге принужденного квантового перехода от частички будут распростра­няться в одном направлении два схожих фотона: один — пер­вичный, вынуждающий, а другой — вторичный, испущенный. Излучаемая атомами либо молекулами энергия сформировывает диапазон испускания Применение полного внутреннего отражения., а поглощаемая — диапазон поглощения.

Квантовые переходы осуществляются не меж хоть какими энерге­тическими уровнями. Установлены правила отбора, либо запрета, формулирующие условия, при которых переходы вероятны и не­возможны либо маловероятны.

Энерго уровни большинства атомов и молекул достаточ­но сложны. Структура уровней и, как следует, спектров зависит не только лишь Применение полного внутреннего отражения. от строения одиночного атома либо молекулы, да и от наружных обстоятельств.

Диапазоны являются источником различной инфы.

Сначала по виду диапазона можно идентифицировать атомы и молекулы, что заходит в задачки высококачественного спектрального анали­за. По интенсивности спектральных линий определяют количество излучающих (всасывающих) атомов — количественный спектраль­ный анализ. При всем этом сравнимо просто Применение полного внутреннего отражения. находят примеси в кон­центрациях 10~5—10~6% и устанавливают состав образцов очень малой массы — до нескольких 10-ов микрограммов.

По диапазонам можно судить о строении атома либо молекулы, структуре их энергетических уровней, подвижности отдельных частей огромных молекул и т.п. Зная зависимость спектров от по­лей, воздействующих на атом либо Применение полного внутреннего отражения. молекулу, получают информацию о обоюдном расположении частиц, ибо воздействие примыкающих атомов (молекул) осуществляется средством электрического поля.

Исследование спектров передвигающихся тел позволяет на основании оптического эффекта Доплера найти относительные скорости излучателя и приемника излучения.

Если учитывать, что по диапазону вещества удается сделать выводы о его состоянии, температуре, давлении и т.п., то Применение полного внутреннего отражения. можно высоко оце­нить внедрение излучения и поглощения энергии атомами и молекулами как исследовательский способ.

Зависимо от энергии (частоты) фотона, испускаемого либо поглощаемого атомом (либо молекулой), систематизируют следу­ющие виды спектроскопии: радио-, инфракрасная, видимою излуче­ния, ультрафиолетовая и рентгеновская.

По типу вещества (источника диапазона) различают атомные, молекулярные диапазоны и Применение полного внутреннего отражения. диапазоны кристаллов.

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ Диапазоны - диапазоны поглощения, испускания либо рассеяния, возникающие при квантовых переходах молекул из 1-го энергетич. состояния в другое. M. с. определяются составом молекулы, её структурой, нравом хим. связи и взаимодействием с внеш. полями (и, как следует, с окружающими её атомами и молекулами). Наиб. соответствующими получаются M. с. разреженных Применение полного внутреннего отражения. молекулярных газов, когда отсутствует уширение спектральных линий давлением: таковой диапазон состоит из узеньких линий с доп-леровской шириной.

Рис. 1. Схема уровней энергии двухатомной молекулы: a и б -электронные уровни; u' и u'' - колебательные квантовые числа; J' и J'' - вращательные квантовые числа.

В согласовании с 3-мя системами уровней энергии в молекуле Применение полного внутреннего отражения. - электрической, колебательной и вращательной (рис. 1), M. с. состоят из совокупы электрических, колебат. и вращат. спектров и лежат в широком спектре эл--магн. волн - от радиочастот до рентг. области диапазона. Частоты переходов меж вращат. уровнями энергии обычно попадают в микроволновую область (в шкале волновых чисел 0,03-30 см-1), частоты переходов Применение полного внутреннего отражения. меж колебат. уровнями -в ИК-обла-сть (400-10 000 см-1), а частоты переходов меж электрическими уровнями - в видимую и УФ-области диапазона. Это разделение условное, т. к. нередко вращат. переходы попадают и в ИК-область, колебат. переходы - в видимую область, а электрические переходы - в ИК-область. Обычно электрические переходы сопровождаются и конфигурацией колебат Применение полного внутреннего отражения.. энергии молекулы, а при колебат. переходах меняется и вращат. энергия. Потому в большинстве случаев электрический диапазон представляет собой системы электронно-колебат. полос, причём при высочайшем разрешении спектральной аппаратуры находится их вращат. структура. Интенсивность линий и полос в M. с. определяется вероятностью соответственного квантового перехода. Наиб. насыщенные полосы соответствуют переходу, разрешённому Применение полного внутреннего отражения. отбора правилами .К M. с. относят также оже-спектры и рентг. диапазоны молекул (в статье не рассматриваются; см. Оже-эффект, Оже-спектроскопия, Рентгеновские диапазоны, Рентгеновская спектроскопия).

Диапазоны кристаллов (оптические) по структуре многообразны. Вместе с узенькими линиями они содержат широкие полосы (отношение частоты n к скорости света с от толикой до нескольких Применение полного внутреннего отражения. тыс. см-1) и сплошные области диапазона, простирающиеся на 10-ки тыс. см-1 (см. Диапазоны оптические). В инфракрасной области спектров поглощения наблюдаются полосы, связанные с квантовыми переходами меж энергетическими уровнями, обусловленными колебательными движениями частиц кристалла, которым сопутствуют конфигурации электронного дипольного момента: поглощается фотон и рождается квант колебаний кристаллической решётки Применение полного внутреннего отражения. — фонон. Процессы, сопровождающиеся рождением нескольких фононов, «размывают» и усложняют наблюдаемый диапазон. В реальном кристалле обычно есть недостатки структуры (см. Недостатки в кристаллах), поблизости их могут появляться локальные колебания, к примеру внутренние колебания примесной молекулы. При всем этом в диапазоне возникают дополнительные полосы с вероятными «спутниками», обусловленными связью локального колебания Применение полного внутреннего отражения. с решёточными. В полупроводниках некие примеси образуют центры, в каких электроны движутся на водородоподобных орбитах. Они дают диапазон поглощения в инфракрасной области, состоящий из серии линий, заканчивающихся непрерывной полосой поглощения (ионизация примеси). Поглощение света электронами проводимости и дырками в полупроводниках и металлах начинается также в инфракрасной области (см. Металлооптика). В диапазонах Применение полного внутреннего отражения. магнитоупорядоченных кристаллов аналогично фононам проявляют себя магноны (см. Спиновые волны).

В диапазоне растерянного света из-за взаимодействия света с колебаниями решётки, при которых меняется поляризуемость кристалла, вместе с линией начальной частоты noпоявляются полосы, сдвинутые по обе стороны от неё на частоту решёчетких колебаний, что соответствует рождению либо поглощению фононов Применение полного внутреннего отражения. (см. Комбинационное рассеяние света, рис. 1). Акустические решёчеткие колебания приводят к тому, что при рассеянии света на термических флуктуациях у центральной (не смещенной) релеевской полосы также возникают боковые спутники, обусловленные рассеянием на распространяющихся флуктуациях плотности (см. Рассеяние света).

Большая часть неметаллических кристаллов за инфракрасной областью в определённом Применение полного внутреннего отражения. интервале частот прозрачно. Поглощение появляется опять, когда энергия фотона становится довольно велика, чтоб вызвать переходы электронов из верхней заполненной валентной зоны в нижнюю часть зоны проводимости кристалла. Диапазон этого насыщенного собственного поглощения света показывает структуру электрических энергетических зон кристалла и простирается далее в видимый спектр, по мере того как «включаются» переходы Применение полного внутреннего отражения. меж др. энергетическими зонами. Положение края собственного поглощения определяет расцветку безупречного кристалла (без изъянов). Для полупроводников длинноволновая граница области собственного поглощения лежит в ближней инфракрасной области, для ионных кристаллов — в ближней ультрафиолетовой области. Вклад в собственное поглощение кристалла вместе с прямыми переходами электронов дают и непрямые переходы Применение полного внутреннего отражения., при которых дополнительно появляются либо поглощаются фононы. Переходы электронов из зоны проводимости в валентные зоны могут сопровождаться рекомбинационным излучением.

Электрон проводимости и дырка благодаря электростатическому притяжению могут образовать связанное состояние — экситон. Диапазон экситонов может варьироваться от водородоподобных серий до широких полос. Полосы экситонного поглощения лежат у длинноволновой границы собственного поглощения кристалла Применение полного внутреннего отражения. Экситоны несут ответственность за электрические диапазоны поглощения молекулярных кристаллов. Известна также экситонная люминесценция.

Энергии электрических переходов меж локальными уровнями дефектных центров попадают обычно в область прозрачности безупречного кристалла, по этому они нередко обусловливают расцветку кристалла. К примеру, в щёлочно-галоидных кристаллах возбуждение электрона, локализованного в анионной вакансии (F-центр Применение полного внутреннего отражения. расцветки), приводит к характеристической расцветке кристалла. Разные примесные ионы (к примеру, Тl в КСl) образуют центры люминесценции в кристаллофосфорах. Они дают электронно-колебательные (вибронные) диапазоны. Если электрон-фононное (вибронное) взаимодействие в дефектном центре слабенькое, то в диапазоне возникает насыщенная узенькая бесфононная линия (оптический аналог полосы Мёссбауэра эффекта Применение полного внутреннего отражения.), к которой примыкает «фононное крыло» со структурой, отражающей особенности динамики кристалла с примесью (рис. 3). С ростом вибронного взаимодействия интенсивность бесфононной полосы падает. Мощная вибронная связь приводит к широким бесструктурным полосам. Так как часть энергии возбуждения в процессе колебательной релаксации до излучения рассеивается в остальном кристалле, максимум полосы люминесценции лежит по длинноволновую Применение полного внутреннего отражения. сторону от полосы поглощения (правило Стокса). Время от времени к моменту испускания светового кванта в центре не успевает установиться сбалансированное рассредотачивание по колебательным подуровням, при всем этом вероятна «горячая» люминесценция.

Если кристалл содержит в качестве примесей атомы либо ионы переходных либо редкоземельных частей, с недостроенными f- либо d-оболочками, то Применение полного внутреннего отражения. можно следить дискретные спектральные полосы, надлежащие переходам меж подуровнями, возникающими в итоге расщепления атомных уровней внутрикристаллическим электронным полем

СПЕКТРОМЕТРИЯ - совокупа способов и теория измерений спектров эл.-магн. излученияи исследование спектральных параметров веществ и тел в оптич. спектре длин волн(~1 нм - 1 мм). Измерения в С. осуществляются при помощи спектральныхприборов Применение полного внутреннего отражения..


primechaniya-moskva-izdatelstvo-kuchkovo-pole.html
primechaniya-po-stiham-nagornoj-propovedi.html
primechaniya-redaktora-perevoda-k-poslesloviyu.html