Рис. 2. Внутреннее отражение в пучке оптических волокон.

Фильтры являются приспособлениями, которые поглощают, отражают или отклоняют все частоты, кроме одной частоты или области частот, от оптического пути. Существует различные виды фильтров.

Абсорбционные стеклянные фильтры селективно отсекают часть спектра источника света. На рис.3. приведены кривые пропускания для ряда фильтров такого типа. Интерференционные фильтры – это оптические фильтры, основанные на интерференции между многократно отраженными лучами (рис. 4.). Их изготавливают из  чрезвычайно тонких слоев диэлектрика, расположенных сэндвичеобразно между полуотражающими металлическими (обычно серебрянными) пленками. Интерференционные фильтры можно получить для области от ≈2000 см-1 (5 мкм) до ближнего ультрафиолета включительно. Характеристики полос пропускания интерференционных фильтров показаны на рис. 5.

Рис. 3. Кривые пропускания некоторых абсорбционных фильтров

Рис. 4. Поперечный разрез интерференционного фильтра

Рис. 5. Характеристики полос пропускания интерференционных фильтров: Амах – длина волны пика, Т – пропускание, HW – ширина на полувысоте пика
Жидкие трансмиссионные фильтры готовят растворением неорганических солей (NaNO3, K2Cr2O7) или органических красителей, использующихся в пищевых продуктах, в воде; они пригодны для использования в области 4000-7200 А.

Жидкие фильтры с узкой полосой пропускания предназначены для отделения узких спектральных областей проходящего света.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Название «лазер» образовано первыми буквами английского выражения LightAmplicationbyStimulatedEmissionofRadiation -  усиление света за счет вынужденного излучения.

       Основные процессы, происходящие в лазерах, схематически показаны на рис. 6.

1. Поглощение происходит при абсорбции атомом фотона. Энергия последнего превращается во внутреннюю энергию атома, т. е. электрон переходит на более высокий энергетический уровень.

Скорость поглощения = IBN0 (2.)

где І – интенсивность излучения, В – коэффициент Эйнштейна для индуцированного поглощения, N0  - число атомов в основном состоянии.

Рис. 6. Различные абсорбционные и эмиссионные процессы

2. Самопроизвольное испускание имеет место при возвращении возбужденного атома в основное состояние. Обычно время жизни возбужденного состояния составляет 10-9 – 10-4 с.

  Скорость самопроизвольного испускания =АN1,  (3.)

где А – коэффициент Эйнштейна для самопроизвольного испускания, N1 – число атомов в возбужденном состоянии.

3. Индуцированое испускание наблюдается, когда дополнительный фотон с энергией, точно равной энергии поглощенного фотона, сталкивается с атомом, находящимся в возбужденом состоянии. Этот фотон соединяется со вторым фотоном от атома в возбужденом состоянии, что обусловливает усиление потока фотонов. Волна второго фотона по вазе совпадает с волной, которая вызвала его выделение, что приводит к полностью когерентному по фазе излучению.

  Скорость индуцированного испускания =ICN1  (4.)

где С – коэффициент Эйнштейна для индуцированного испускания.

       При анализе этих трех процессов можно увидеть, что скорость увелечения заселенности уровня 1 составляет

  Скорость 0→1= IBN0  (5.) 

скорость снижения заселенности уровня 2 равна

  Скорость 1→0= АN1 +IСN1(6.)

тогда при равновесии

IBN0  =АN1 +IСN1(7.)

Необходимым условием для действия лазера является наличие инверсной заселенности энергетических уровней, т. е.

IСN1>IBN0,  или  N1>N0

в противном случае поглощение будет преобладать над испусканием. Для того чтобы создать условия для реализации инверсной заселенности, необходимо достичь соответствующих параметров для действия лазера. Увелечение заселенности атомов в возбужденном состоянии иногда называют оптической накачкрй (оптическим методом возбуждения).

Наиболее важные свойства лазеров:

Лазерное излучение является высокомонохроматическим (узкая ширина линии). Лазерные лучи исключительно интенсивны. Вся энергия лазера концентрируется в очень узком параллельном пучке, имеющем относительно постоянную площадь сечения на больших расстояниях. Лазерные лучи, будучи сильно сфокусированными, позволяют исследовать или облучать образцы очень малых размеров.   Лазерные лучи, будучи очень хорошо колломированными, позволяют упростить оптическую геометрию, использующуюся в приборах для спектроскопии. Лазерные лучи характеризуются четко выраженной поляризацией, поэтому они особенно полезны для точных измерений деполяризации.

Внимание. На лазерный луч нельзя смотреть даже в темных очках. Необходимо принимать меры предосторожности, чтобы при установке зеркал лазерный луч не отражался в глаза.

       Оптические детекторы используются во всех фотометрических методах и бывают следующих типов: а) фотомиссионные; б) фотопроводящие; в) фотоэлектрические; г) тепловые; д) фотографические.

Лекция 8 – Светорассеяние

Содержание:

Широкоугловое рассеяние света Импульсно-индуцируемое критическое рассеяние Малоугловое лазерное светорассеяние Спектроскопия биения света Спектроскопия Рэлея-Бриллюэна

1. Если величина рассеивающих частиц мала по сравнению с длиной света (менее  л/20), то интенсивность рассеянного света (Іе) одинакова во всех направлениях (сферическая симметрия) (рис. 1.)

Рис. 1. Диаграмма интенсивности рассеяния света Іө для частиц размером менее  л/20

Интенсивность рассеянного света (І0) пропорциональна поляризуемости (б) и молекулярному весу (М) рассеивающих частиц и составляет

  (1)

где І0 – интенсивность падающего света,  л – длина волны падающего света, l – расстояние от источника рассеяния, при котором измеряется Іө.

N/V = cNA/M,  (2)

где  N – числорассеивающих частиц, V – объем, занимаемый рассеивающими частицами;  c – концентрация рассеивающих частиц в растворе; NA – число Авогадро; M – молекулярный вес рассеивающих частиц; Ө – угол между рассеянным и падающим светом;  б – поляризуемость рассеивающих частиц:

  (3)

n1 – показатель преломления растворителя; dn/dc – удельный инкремент показателя преломления.

       Комбинируя уравнения (1) и (3), можно написать

  (4)

где Reизвестно как рэлеевское отношение; К – константа, равная

  (5)

2. Импульсивно-индуцируемое критическое рассеяние – это метод измерения рассеяния света растворами полимеров в изотермических условиях (рис. 2)

Рис. 2. Спектрометр для измерения импульсивно-индуцируемого критического светорассеяния.

1- гелиево-неоновый лазер; 2-ячейка для измерения светорассеяния; 3-импульсивный термонагреватель; 4- световоды; 5-фотоумножители; 6- термистор; 7-усилитель; 8-насос; 9-нагревательный элемент; 10-охлаждающий элемент; 11-самописец.

Тонкостенный капилляр диаметром 1 мм зполняют несколькими микролитрами раствора полимера. Вдоль оси такой ячейки пропускают луч гелиево-неонового лазера. Свет, рассеянный раствором полимера после быстрого регулирования температуры, записывают под углами 30 и 900. По световодам свет поступает в фотоумножители. Для измерения температуры используются термисторы.

       Ячейку помещают в проточную водяную систему, снабженную небольшим нагревательным элементом, расположенным вверх по течению от ячейки для поддержания ее при температуре выше точки мутности. Температуру регулируют путем выключения нагревателя. Тогда содержимое ячейки быстро охлаждается до температуры проточной воды.

       Этот метод можно использовать для изучения явления фазового разделения в несмешивающихся системах жидкость - жидкость, для изучения фазовых диаграмм и определения спинодальных точек, для исследования совместимости полимерных смесей и процессов кристаллизации.

3. В малоугловом лазерном рассеянии света измерения проводят в интервале углов 2-100, поэтому, если М∞не превышает 106, измерения следует осуществлять только при одном угле. Используемые в широкоугловом светорассеянии сложные экстраполяции (диаграммы Зимма) в этом случае оказываются ненужными. Поскольку объем рассеяния геометрически определен, значения  М∞,  получаемые при малоугловом рассеянии света, представляют собой абсолютные величины. К минимуму сводятся и проблемы осветления образцов для исследования, последнее обстоятельство связано с очень маленьким (0,1 мкл) объемом рассеивания.

М∞ можно расчитать из следующего уравнения: (5)

  (6) 

Метод малоуглового лазерного рассеяния света обладает следующими преимуществами:

а) метод не сопряжен с деструкцией полимеров;

б) обеспечивает возможность абсолютной калибровки при определении молекулярного веса;

в) очень маленький объем рассеяния сводит к минимуму проблемы осветления образцов;

г) из-за высокой чувствительности можно исследовать небольшие и разбавленные образцы;

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16