Оптичні властивості твердих тіл

Першоджерелом генерації є процес спонтанного  випромінювання, тому для забезпечення спадкоємності поколінь фотонів  потрібне існування позитивного  зворотного зв'язку, за рахунок якого  фотони, що випромінюють, викликають наступні акти індукованого випромінювання. Для цього активне середовище лазера поміщається в оптичний резонатор. У простому випадку він є двома дзеркалом, одне з яких напівпрозоре - через нього промінь лазера частково виходить з резонатора.

Відбиваючись  від дзеркал, пучок випромінювання багаторазово проходить по резонатору, викликаючи в нім індуковані переходи. Випромінювання може бути як безперервним, так і імпульсним. При цьому, використовуючи різні прилади (призми, що обертаються, осередки Керр та ін.) для швидкого виключення і включення зворотного зв'язку і зменшення тим самим періоду імпульсів, можливо створити умови для генерації випромінювання дуже великої потужності (так звані гігантські імпульси). Цей режим роботи лазера називають режимом модульованої добротності.

Генероване  лазером випромінювання є монохроматичним (одній або дискретного набору довжин хвиль), оскільки вірогідність випромінювання фотона певної довжини хвилі більша, ніж близько розташованій, пов'язаній з розширенням спектральній лінії, а, відповідно, і вірогідність індукованих переходів на цій частоті теж має максимум. Тому поступово в процесі генерації фотони цієї довжини хвилі домінуватимуть над усіма іншими фотонами.

Окрім цього, із-за особливого розташування дзеркал в  лазерному промені зберігаються лише ті фотони, які поширюються в напрямі, паралельному оптичній осі резонатора на невеликій відстані від неї, інші фотони швидко покидають об'єм резонатора. Таким чином промінь лазера має дуже малий кут расходимости. Нарешті, промінь лазера має строго певну поляризацію.

Для цього в  резонатор вводять різні поляроїди, наприклад, ними можуть служити плоскі скляні пластинки, встановлені під  кутом Брюстера до напряму поширення  променя лазера.

 

 

 

Гелий-неоновый лазер. Промінь, що світиться, в центрі - це не власне лазерний промінь, а електричний розряд, що породжує світіння, подібно до того, як це відбувається в неонових лампах. Промінь проектується на екран справа у вигляді червоної точки, що світиться.

Мал. РУБІНОВИЙ  ЛАЗЕР - вдосконалена схема конструкції  Т. Меймана (1960). Основні його елементи - циліндричний рубіновий стержень з плоскими посрібленими торцями, кожух охолодження (його не було в пристрої Меймана) і газорозрядна лампа накачування. 1 - посріблений торець стержня (глухе дзеркало); 2 - рубіновий стержень; 3 - рідина, що охолоджує; 4 - газорозрядна лампа накачування; 5 - кожух (трубка) охолодження; 6 - слабо посріблений торець стержня (напівпрозоре дзеркало)

5 СПЕКТРОСКОПІЯ  РОЗСІЯНОГО СВІТЛА

 

Якщо розмір розсіюючих часток багато менше довжини  хвилі світла, то спостерігається пружне розсіювання фотонів, що падають, згідно із законом РэлеяTPPT (інтенсивність розсіяного світла прямо пропорційна четвертій мірі частоти ωP4P випромінювання, що падає). Згідно моделі Рэлея оптична неоднорідність створюється дрібними сферичними частинками, які, з хвилевої точки зору, не створюють фазового зрушення, залежного від їх форми і розмірів. Таким чином, розсіяна хвиля виявляється когерентною з тією, що падає.

Закон Рэлея  качествнно був підтверджений більше ранніми роботами Дж. Тиндаля (ефект Тиндаля), який спостерігав, що білий світ при розсіянні стає синюватим. Помітимо, що закон Рэлея пояснює гоубой колір неба вдень і червонястий при сході і заході Сонця.

Якщо розміри  частинок розсіюючого світла виявляються  порівнянні з довжиною хвилі випромінювання, що падає, то при розсіюванні з'являється фазове зрушення, залежне від форми, розмірів і оптичних властивостей часток. З'являється розсіяння Ми (G. Mie), яке не підкоряється закону Рэлея, але має схожу частотну тенденцію. Цей вид розсіяння ми зазвичай спостерігаємо в хмарах, хмарах, туманах і тому подібне

Цікаво, що молекулярне  рассеяение має місце і в ідеально чистих середовищах за рахунок теплових флуктуацій щільності атомів і молекул (флуктуацій показника заломлення).

Комбінаційне  розсіяння світла. При спектральних дослідженнях в кварці і ісландському шпаті (1928 р.) Мандельштам і Ландсберг виявили, що кожна спектральна лінія світла, що падає, супроводжується появою ліній зміненої частоти : стоксовых (із зменшенням частоти - "червоні сателіти") і антистоксовы (із збільшенням частоти - "фіолетові сателіти"). Практично одночасно в Індії Раманом і Кришнаном цей ефект спостерігався в рідинах (комбінаційне розсіяння світла або ефект Рамана).

Раманівська спектроскопія  широко застосовується для визначення молекулярного складу досліджуваних зразків. Комбінаційне розсіяння світла в твердих тілах з квантової точки зору є наслідком розсіяння фотона початкового світлового пучка з випусканням або поглинанням кванта пружних коливань кристалічної решітки - фонона

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВИСНОВОК

 

При падінні  випромінювання на тіло частина світу  відбивається, а інша проходить всередину  середовища. У середовищі частина  випромінювання може поглинутися або  розсіятися (за наявності в ній  неоднородностей), а інша частина пройти через неї. Поглинене випромінювання перетворюється на тепло або випромінюється з іншою довжиною хвилі.

Характер відбитого  світла залежить від інтенсивності  розсіяння :

- якщо розсіяння  відсутнє (однорідний шар з гладкими  поверхнями), то має місце спрямоване віддзеркалення (дзеркальне) і пропускання;

- якщо випромінювання  повністю розсіюється (молочні  стекла), то говорять про дифузне  віддзеркалення і пропускання;

- змішане віддзеркалення  і пропускання (напрямлено-розсіяне) зазвичай спостерігається на поверхнях, елементи яких по-різному орієнтовані відносно загальній площині (матове скло).

Поглинання  світла кристалами обумовлене:

1) взаємодією  світла з фононами - ИК-область;

2) поглинання  світла домішками і дефектами;

3) основне поглинання  обумовлене захопленням квантів світла електронів з наступним їх переміщенням через заборонену зону, тобто при деякому - речовина повністю поглинає світло.

Після поглинання кванта світла електрони перейдуть  у вільну зону і пересуваючись  по ній почнуть взаємодіяти з атомами кристалічної решітки, віддаючи їм надмірну енергію. Отже, енергія світла перейде в енергію коливання атомів грат або в тепло. Якщо енергія світла менша, ніж ширина забороненої зони, то світло безперешкодно проходити через речовину і речовину буде прозорим.

 

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

 

1. Вест А. Химия твердого тела. Ч. 1,2. — М.: Мир, 1988
2. Сивухин Д. В. Общий курс физики. — Издание 2-е. — М.: Наука, 1985.
3. Гугель Б. М., Люминофоры для электровакуумной промышленности, М.. 1967; Неорганические люминофоры, М., 1975;
4. Винчелл А. Н., Винчелл Г., Оптические свойства искусственных минералов, пер. с англ.. М., 1967
5. Сонин А. С., Василевская А. С., Электрооптические кристаллы, М., 1971;
6. Физико-химические основы производства оптического стекла, под ред. Н. И. Демкиной, Л., 1976;