Телефон: +7 921 936 2039

 


Будьте в курсе новых спектрометрических решений Avantes


Ваше имя

E-mail





А.И.Андреев, С.В.Мухин, В.В.Некрасов, В.А.Никитенко, А.В.Пауткина


Модульная многофункциональная оптоволоконная спектрометрическая система

Часть I

Устройство и принципы эксплуатации аппаратуры


< Предыдущая глава Оглавление Следующая глава >

1.2. Поглощение, отражение и пропускание света в различных средах

1.2.1. Общие представления

При падении излучения на тело часть света отражается, а другая проходит внутрь среды. В среде часть излучения может поглотиться или рассеяться (при наличии в ней неоднородностей), а остальная часть пройти через неё. Поглощённое излучение превращается в тепло или излучается с другой длиной волны (фотолюминесценция), рис. 1.2.1.

Рис. 1.2.1
Схема, иллюстрирующая оптические процессы,
происходящие на поверхности среды и внутри неё

В общем случае световой поток, падающий на образец, делят на три компоненты:

(1.2.1)

где , соответственно, коэффициенты отражения, поглощения и пропускания.

При направленном пропускании, когда рассеянием можно пренебречь, отношение называется прозрачностью среды .

Очевидно, что

. (1.2.2)

Все коэффициенты зависят от длины волны.

Как следует из курса общей физики, электромагнитная волна, попадая в однородный диэлектрик, вызывает в нём вынужденные колебания связанных электрических зарядов, которые становятся источником вторичных электромагнитных волн. Интерферируя с первичной волной, эти волны создают результирующую преломлённую волну, которая распространяется в среде с фазовой скоростью в раз меньшей скорости света в вакууме ( - абсолютный показатель преломления среды).

Вторичные волны от поверхностного слоя выходят и наружу образца. Складываясь, они образуют отражённую волну.

Расчёт коэффициента отражения в зависимости от показателя преломления граничащих плоских диэлектриков был впервые выполнен Френелем и затем дополнен решением уравнений Максвелла для границы раздела двух сред, имеющих различные диэлектрические проницаемости.

Если электромагнитная волна падает перпендикулярно границе раздела двух сред, то коэффициент отражения рассчитывается по формуле

, (1.2.3)

где - относительный показатель преломления.

В целом коэффициент отражения зависит от угла падения, оставаясь минимальным при нормальном падении света.

Металлы отличаются от диэлектриков как высокими значениями коэффициента отражения, так и поглощения. Это обусловлено большой концентрацией в них свободных электронов, которые легко раскачиваются падающим излучением. В результате появляется очень мощная отражённая волна, а сталкивающиеся с ионами кристаллической решётки свободные электроны трансформируют энергию падающего излучения в тепло.

Рассеяние вызвано оптическими неоднородностями среды (посторонними частицами) или флуктуациями плотности вещества, соответственно показателя преломления (такое рассеяние обычно называют молекулярным).

Рассеяние на неоднородностях среды происходит из-за отражения, преломления и дифракции на посторонних включениях. Если размер рассеивающих частиц критически мал по сравнению с длиной волны, то рассеяние практически отсутствует (например, излучение оптического диапазона не рассеивается отдельными атомами). С увеличением размера частиц (при переходе от атомов к молекулам) рассеяние сильно растёт и существенно зависит от длины волны. Согласно закону Рэлея при молекулярном рассеянии в газе интенсивность рассеянного света прямо пропорциональна квадрату объёма частицы и обратно пропорциональна четвёртой степени длины волны. Однако, уже для частиц с радиусом примерно в 5 раз больше длины волны интенсивность рассеяния перестаёт зависеть от частоты излучения.

Характер отражённого света зависит от интенсивности рассеяния:

- если рассеяние отсутствует (однородный слой с гладкими поверхностями), то имеет место направленное отражение (зеркальное) и пропускание;

- если излучение полностью рассеивается (молочные стёкла), то говорят о диффузном отражении и пропускании;

- смешанное отражение и пропускание (направленно-рассеянное) обычно наблюдается на поверхностях, элементы которых различно ориентированы относительно общей плоскости (матовое стекло).

Контрольные вопросы

1. Опишите оптические процессы, происходящие на поверхности среды и внутри неё при падении электромагнитного излучения.

2. Дайте определение коэффициентов отражения, поглощения и пропускания.

3. В результате чего появляется преломлённая и отражённая волна?

4. Чем вызвано рассеяние света?

5. В чём смысл закона Рэлея? Где мы встречаемся с его проявлением?

6. От чего зависит характер отражённого света?

7. Как меняется картина рассеяния света с увеличением размера рассеивающих частиц?


< Предыдущая глава Оглавление Следующая глава >
Rambler's Top100
© 2003-2015 ООО "ЛОКАМЕД" E-mail: avantes@rambler.ru, телефон: +7 921 936 2039, факс: +7 812 234 5973
Last Updated: 15.02 2015

спектрометр спектрометр