страница - 16
ОС от гладкой поверхности диэлектрика в сильной степени зависит от поляризации падающего света и угла падения. При падении неполяризованного света на гладкую поверхность под углом Брюстера
/ = arctg(l/rt),
где п - показатель преломления среды, отраженное излучение становится полностью поляризованным в плоскости, параллельной плоскости падения. При падении света на гладкую поверхность двух сред из среды с большим показателем преломления наблюдается полное внутреннее отражение при углах больших
/ > arcsin ( п2 j П\ ).
При этом расчет коэффициента отражения от гладкой поверхности ведется по формулам Френеля, связывающей его значение с углами падения, показателями преломления сред и состоянием поляризации падающего света; расчет коэффициента отражения от гладкой поверхности поглощающих сред (металлы, полупроводники) ведется с использованием комплексного показателя преломления с учетом поглощения в веществе.
Распределение отраженного света в пространстве, особенно при смешанном ОС, описывается с помощью индикатриссы коэффициента отражения. Иногда для характеристики рассеивателей используют понятие коэффициента яркости (Р ), т.е. отношение яркости (L} конкретного объекта в заданном направлении к яркости (Lq) идеального рассеивателя.
ОС, особенно при смешанном отражении, существенно зависит от геометрии освещения образца и регистрации рассеянного излучения, что необходимо оговаривать при измерениях наряду с другими факторами (спектр излучения источника, поляризация света, тип фотоприемника и пр.)
1.6.1.2. ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА
Поглощение света (ПС) - уменьшение энергии световой волны в веществе вследствие преобразования ее во внутреннюю энергию вещества или в энергию вторичного излучения (люминесценция), имеющего иной спектральный состав и иные направления распространения.
Для твердых веществ характерно собственное поглощение, обусловленное взаимодействием света с кристаллической решеткой, и характеристическое (селективное) поглощение, возникающее вследствие колебаний и
вращений молекул и приводящее к появлению полос резонансного поглощения.
Газы обладают в основном избирательным поглощением.
Ослабление монохроматического света в гомогенной изотропной среде за счет поглощения описывается законом Бугера
Fx\ =h% - «л = Foxexp(-axX), где X - длина пути света в среде; Fqx - падающий поток; Fxx ~ поток, поглощенный
средой; ах - спектральный показатель поглощения среды, мм1;
ах =4пК /X,
где К - главный показатель поглощения среды; X - длины волны света.
Ослабление полихроматического излучения определяют интегрированием соответствующих потоков по длинам волн.
1.6.1.3. РАССЕЯНИЕ СВЕТА
Рассеяние света (PC) - преобразование света веществом, сопровождающееся изменением направления его распространения, поляризации и (в общем случае) частоты.
PC обусловлено его дифракцией на оптических неоднородностях среды, зависит от их размеров, концентрации и комплексного показателя преломления.
Существует большое число разновидностей эффекта PC. Рассеяние Рэлея происходит без изменения частоты света, наблюдается при прохождении света через скопление частиц с размерами, меньшими длины его волны.
Рассеяние света может происходить на электронах среды (явление Комптона), молекулах вещества (комбинационное рассеяние), флуктуации плотности среды (рассеяние Мандельштама- Бриллюена). Рассеяние Тиндаля характерно для мутных сред с размерами частиц порядка долей длины волны света, а рассеяние Ми - для сред с частицами, размеры которых составляют несколько длин волн света.
В мощном лазерном излучении наблюдаются нелинейные эффекты - вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюена (ВРМБ) и др. Для каждого вида рассеяния характерна своя индикатрисса рассеяния. Например, при рассеянии Рэлея, Тиндаля индикатрисса имеет симметричный характер, а при рассеянии Ми - резко выраженную асимметрию. Для слабомутных сред (вода, чистый воздух, стерс-ло) характерно малоугловое рассеяние, т.е. яркость пучка в направлении падающего на
среду света значительно больше его яркости в иных направлениях.
Для сильно рассеивающихся сред (молочное стекло и т.п.) характерно изотропное рассеяние.
В первом приближении ослабление ОИ за счет рассеяния может быть описано зависимостью, аналогичной закону Бугера,
В соответствии с законом Бугера тх =ехр(-ах/).
Для удобства расчетов вводят величину оптической плотности
Z) = ln(l/x)
Fmx = Fox тх = Foxcxp(-rxX),
где rx - коэффициент ослабления излучения
за счет рассеяния.
Рассеяние во многих случаях носит селективный характер, поэтому при измерениях оговаривают геометрию опыта, тип источника излучения, спектральный диапазон фотоприемника и др.
Например, непрозрачные в видимом свете (сильно рассеивающие) слои некоторых красителей становятся оптически прозрачными в ИК-диапазоне спектра, что используется в ИК-интроскопии.
В мощном лазерном излучении наблюдается нелинейно-оптические эффекты рассеяния света (вынужденное рассеяние Мандельштама- Бриллюена и др.).
Суммарное ослабление света веществом за счет рассеяния и поглощения определяется коэффициентом экстинкции
Ух=Гк + ах> вводимым в формулу закона Бугера.
1.6.1.4. ПРОПУСКАНИЕ СВЕТА
Пропускание света, как и отражение, бывает направленным, диффузионным и смешанным. При направленном пропускании, характерном для оптических стекол, структура пучка падающего света не изменяется. Коэффициент пропускания учитывает при этом как френелевские потери на границах среды, так и поглощение в ней. Иногда вводят понятие
коэффициента внутреннего пропускания хх ,
характеризующего потери в среде без учета потерь на отражение. Для плоской прозрачной
пластины между и хх имеет место соотношение
2> = 1« (1/х),
= *х(1-Р2).
Спектр пропускания среды, характеризуется соответствующей зависимостью х (X), представляемой таблицей или графиком значений .
измеряемую в Беллах (Б). При этом х = 10". Коэффициент пропускания двух пластин оп-
-(D, +D2)
ределяется Tj 2 =Х1Х2 = Юи т.д.
Для распространенного случая измерения слоя плоского прозрачного диэлектрика (стекло, полимер) с известным показателем преломления п при нормальном падении света на образец получим с учетом формул Френеля
1
хх = хх
(n-lY Лл + L
При оценке пропускания рассеивающей среды следует учесть дополнительное ослабление света за счет его рассеяния. При этом выражение закона Бугера имеет вид
хх =ехр[-(ах +/и„)/],
где тх - коэффициент рассеяния; / - длина
пути лучей в среде.
При измерениях пропускания прозрачных люминесцирующих сред в спектральном диапазоне, соответствующем области возбуждения люминесценции, необходимо тщательно отфильтровывать ее излучение, например, с помощью узкополосного светофильтра или дополнительного спектрофотометра.
1.6.1.5. ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА
При падении пучка лучей света на границу раздела однородных гладких прозрачных
сред часть его отражается под углом ctj, равным углу падения, и другая же часть проходит во вторую среду под углом а 2 , определяемым законом преломления
sin а\ j sinci2 = Л21 •
Константа n есть относительный показатель преломления второй среды по отноше-
нию к первой и определяется отношением скоростей света в этих средах. Абсолютный
показатель преломления па есть отношение
скорости света в вакууме к его скорости в среде. Очевидно, что
п2\ = п2а I п\а •
Чаще всего в технике определяют показатель преломления среды к воздуху
па ~ павоздп2\ •
При нормальном атмосферном давлении и комнатной температуре Лдвозд
= 1,00027.
При условиях измерений, отличных от нормальных, вводят поправку для реальных значений температуры, давления и влажности воздуха.
Показатель преломления определяется природой вещества и зависит от внешних условий, особенно от температуры, и длины волны света. Принято указывать индексами значения температуры и длины волны света, при которых измерен показатель преломления.
Различают изотропные и анизотропные материалы. У первых (стекла, жидкости, газы) показатель преломления не зависит от направления света при измерениях. Анизотропные материалы (кристаллы и др.) характеризуются двойным лучепреломлением, т.е. расщеплением луча на два, распространяющихся с разными скоростями. Скорость одного из них ("необыкновенного") зависит от направления. Анизотропия наблюдается и у изотропных в обычных условиях веществ при сжатии и других воздействиях.
Лучи, отраженные от поверхности раздела, тоже несут информацию о показателях преломления сред. Их соотношение влияет на амплитуду, фазу и поляризацию отраженного луча, причем эти параметры зависят также от поляризации и направления падающего луча.
Преломление и отражение света от силь-нопоглощающих сред (полупроводники, металлы) описываются теми же соотношениями, что и для прозрачных, но с введением комплексного показателя преломления
N = n-iK.
Показатель преломления зависит от плотности вещества. Функция показателя преломления f(ri) обычно прямо пропорциональна плотности:
f(n) = rd,
где г - постоянная, характерная для конкретного вещества, называется удельной рефракцией; d - плотность.
Дисперсия - это зависимость показателя преломления от длины волны света. Обычно при увеличении частоты показатель преломления увеличивается (нормальная дисперсия), однако в окрестности полос поглощения среды наблюдается аномальная дисперсная. Дисперсию оценивают разностью показателей преломления каких-либо длин волн пх\ -Лх2
(частная дисперсия) или коэффициентом дисперсии.
Зависимость показателя преломления от температуры и давления характеризуется с помощью термооптических, пьезооптических (эластооптических) коэффициентов.
Зависимость величины двулучепрело мления среды от интенсивности внешнего электрического поля описывается электрическими постоянными Керра и Поккельса.
В области сильных световых полей показатель преломления среды может зависеть от мощности пучков света (нелинейно-оптические эффекты).
1.6.1.6. ТЕРМОРАДИАЦИОННЫЕ * ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЕ1ЦЕСТВА
Все нагретые тела излучают в широком спектре ОИ. Для абсолютно черного тела (АЧТ) существует однозначная связь между его температурой и параметрами его излучения (спектр и мощность).
Реальные тела (при равных с АЧТ температурах) излучают меньшие мощности. Кроме того, спектральное распределение теплового излучения многих реальных объектов может существенно отличаться от спектра излучения АЧТ.
Для неселективных (серых) излучателей основной терморадиационной характеристикой (ТРХ) служит коэффициент излучения г , равный отношению излучательных способностей серого тела и АЧТ.
Отметим, что для серых тел сохраняется не только спектральное, но и угловое распределение излучения АЧТ, которое в свою очередь является диффузным или ламбертовским излучателем.
Для неселективных излучателей отличие спектра их излучения от АЧТ особенно сильно вне полос резонансного поглощения, в пределах которых имеет место "черное излучение".
Количественно тепловое излучение определяется энергетической светимостью М и спектральной плотностью энергетической светимости тх.
В соответствии с законами Стефана-Больцмана и Планка
М = гоТ4
содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6] [стр.7] [стр.8] [стр.9] [стр.10] [стр.11] [стр.12] [стр.13] [стр.14] [стр.15] [стр.16] [стр.17] [стр.18] [стр.19] [стр.20] [стр.21] [стр.22] [стр.23] [стр.24] [стр.25] [стр.26] [стр.27] [стр.28] [стр.29] [стр.30] [стр.31] [стр.32] [стр.33] [стр.34] [стр.35] [стр.36] [стр.37] [стр.38] [стр.39] [стр.40] [стр.41] [стр.42] [стр.43] [стр.44] [стр.45] [стр.46] [стр.47] [стр.48] [стр.49] [стр.50] [стр.51] [стр.52] [стр.53] [стр.54] [стр.55] [стр.56] [стр.57] [стр.58] [стр.59] [стр.60] [стр.61] [стр.62] [стр.63] [стр.64] [стр.65] [стр.66] [стр.67] [стр.68] [стр.69] [стр.70] [стр.71] [стр.72] [стр.73] [стр.74] [стр.75] [стр.76] [стр.77] [стр.78] [стр.79] [стр.80] [стр.81] [стр.82] [стр.83] [стр.84] [стр.85] [стр.86] [стр.87] [стр.88] [стр.89] [стр.90] [стр.91] [стр.92] [стр.93] [стр.94] [стр.95] [стр.96] [стр.97] [стр.98] [стр.99] [стр.100] [стр.101] [стр.102] [стр.103] [стр.104] [стр.105] [стр.106] [стр.107] [стр.108] [стр.109] [стр.110] [стр.111] [стр.112] [стр.113] [стр.114] [стр.115] [стр.116] [стр.117] [стр.118] [стр.119] [стр.120] [стр.121] [стр.122] [стр.123] [стр.124] [стр.125] [стр.126] [стр.127] [стр.128] [стр.129] [стр.130] [стр.131] [стр.132] [стр.133] [стр.134] [стр.135] [стр.136] [стр.137] [стр.138] [стр.139] [стр.140] [стр.141] [стр.142] [стр.143] [стр.144] [стр.145] [стр.146] [стр.147] [стр.148] [стр.149] [стр.150] [стр.151]