11. Жұтылу және өткізу спектрлерін зерттеу

11.1. Жұмыс мақсаты

Түсті шыны негізінде абсорбцы жарықфильтірлерінің спектральды сипаттамаларын зерттеу

11.2. Қысқаша теориялық кіріспе

11.2.1. Жарық абсорбциясы

Жарық жұтылуы (абсорбция) деп жарық толқынының орта электрондарының тербелістерінің қозу нәтижесінде зат арқылы өту кезінде энергияның жоғалу құбылысын айтамыз. Бұ энергия ішінара ішкі немесе екінші мәрте сәулелену энергиясына ауысады.

Затта жарықтың жұталуы Бугер-Ламберг заңына бағынады:

I=I₀e^-αƖ (11.1)

Мұнда I, I₀ - зат қабаты арқылы өтетін түсетін және өтетін сәйкесінше сәулеленудің монохроматты толқын интенсивтілігі , α - затпен жарықты жұтуының сызықтық коэфициенті (жұтылу көрсеткіші), бұл жарық толқынының ұзындығына λ (немесе жиілігі), заттың химиялық табиғатына және жағдайына тәуелді, жарық интенсивтілігінен тәуелсіз, Ɩ - жұтатын қабат қалыңдығы.

α- коэфициенті әр түрлі заттар үшін ерекшеленеді . Атомдары әр түрлі қашықтықтарда орналасқан, біратомды газдар мен металл жұптары үшін, α→0 және тек тар спектральды облыстарда (10^-12-10^-11м) шұғыл максимумдар байқалады (сызықтық жұтылу спектрі). Атомдардың шұғыл абсорбцияларының бұл облыстары атомдар ішінде электрондардың өзіндік тербелістерінің жиіліктеріне сәйкес келеді.

Атомдар тербелістері молекулаларда жұтылу сызықтарын жасап (шамамен 10^-10-10^-7м) жұтылу спектрін кеңейтеді.

Бос электрондардың болмауынан, диэлектриктер үшін жұтылу коэфициенті үлкен емес (шамамен 10^-3-10^-7м^-1) бірақ, резонанс жағдайында электрондардың атомдарда және атомдардың молекулаларда жұтылудың бірыңғай спектрі пайда болады.

Металдар үшін α мәні үлкен (10³-10⁵ см^-1), себебі бос электрондардың бар болуынан жарық энергиясы ішкі эрнергияға тез айналады.

Жұтылу коэфициенті α толқын ұзындығынан тәуелді, сондыұтан жұтатын заттар боялған болады. Мысалы, қызыл сәулелерді аз жұтатын және көк пен жасыл сәулелерді көп жұтатын шыны ақ жарықпен жарықталғана қызыл болып көрінеді , ал көк және жасыл жарықпен жарықталғанда қара болып көрінеді. Бұл құбылыс жарықфильтрлерінде қолданылады, бұлар химиялық құрамына байланысты тек белгілі бір толқын ұзындықтарының жарықтарын өткізеді. Осылайша, берілген толқын ұзындығы үшін α үлкен болған сайын, сәйкес жұтыу спектірінің аймақтарында айқын әлсірену байқалады.

11.2.2. Шынылардың спектральды сипаттамалары

Шынылардың спектральды сипаттамалары жұтылу көрсеткіші k_λ немесе әр түрлі толқын ұзындықтары үшін оптикалық тығыздық D_λ және өткізу коэфициентінің τ_λ спектральды қисықтарымен , оптикалық тығыздық D_λ және оптикалық тығыздық логарифмінің ƖgD_λ сандық мәндерімен сипатталады.

Толқын ұзындығы λ жарық үшін , шынының жұту көрсеткіші келесі теңдіктен анықталады:

k_λ = (11.2)

Толқын ұзындығы λ монохроматты жарық үшін, қалыңдығы Ɩ шынының өткізу коэфициенті τ_λ .

Толқын ұзындығы λ монохроматты жарық үшін, шыны массасының оптикалық тығыздығы D_λ жұту көрсеткішімен k_λ және өткізу коэфиентімен τ_λ келесі қатынаспен байланысты:

D_λ=-Ɩgτ_λ= k_λ Ɩ. (11.3)

Жарықфильтірің оптикалық тығыздығын есептегенде, жарық жұтылуынан басқа, шынының екі бетінен шағылуына жоғалуын ескеру керек және сәйкес өзгерістер енгізу қажет.

Қалыңдығы Ɩ (мм) жарықфильтрдің өткізу коэфициентінің τ_λ мәні берілген толқын ұзындығы монохроматты жарықтың перпендикуляр түсуі кезінде келесі мәнге ие:

τ_λ=(1-ρ)²τ_λ = (1-ρ)² ·10 ^{– kλ} , (11.4)

мұнда ρ-шағылу коэфициенті.

Жарықфильтірің оптикалық тығыздығын D_λ^’ берілген ұзындық үшін мынағын тең:

D_λ^’=-Ɩgτ_λ^’ = D_λ+ D_ρ= k_λ Ɩ+ D_ρ . (11.5)

Мұнда D_ρ-шынының екі бетінен жарық шағылуына өзгеріс

Шағылусыға өзгеріс келесі қатынастан алынады:

D_ρ= -2Ɩg(1-ρ), (11.6)

Мұнда шағылысу коэфициенті ρ Френель формуласымен есептелінеді:

Ρ=( )² . (11.7)

Кейде шағылысу коэфициенті ρ шартты түрде әр марка шынысы үшін тұрақты шама ретінде алынады, бұл спектрдің көріну облысында n_D осы шынының сыну көрсеткішіне ғана тәуелді. Негізінде сыну көрсеткіші тұрақсыз және өтетін жарықтың толқын ұзыдығынан тәуелді. Сыну көрсеткіші көбінесе ультракүлгін және инфрақызыл облыстарындағы n_D дан ерекшеленеді. Бұл шағылысу коэфициентін анықтауда қателік және шыны бетінен шағылысуға өзгерістер енгізеді. Бұл қателік үш жағдайда көп болады, жарықфильтірінің жұмыс облысы көріну спектрі шектерінен тыс орналасқанда, ал жұтылу көрсеткішінің мәні аз, яғни шағылу коэфициентінің шамасымен салыстырылады.