6.5.2. Дисперсия света

Д

исперсией света называется зависимость показателя преломления вещества от частоты (длины волны) света или зависимость фазовой скорости световых волн от частоты.

Проявляется дисперсия в том, что происходит разложение в спектр белого света при прохождении его через призму на отдельные составляющие его монохроматические лучи. Для большинства оптических материалов в видимом диапазоне показатель преломления р астет с частотой (убывает с длиной волны) – нормальная дисперсия. Вблизи полос поглощения вещества наблюдается уменьшение показателя преломления с частотой – аномальная дисперсия. Дисперсия объясняется взаимодействием электромагнитной волны с электронами вещества. В прозрачных диэлектриках электрон рассматривается как затухающий гармонический осциллятор. Под действием электрического поля световой волны возникает ускоренное движение (колебания) электронов в веществе, Излучение электронов складывается с полем исходной волны и служит причиной дисперсии света.

6.5.3. Поглощение света

При прохождении электромагнитной волны через вещество часть энергии волны затрачивается на возбуждение колебаний электронов. Частично эта энергия возвращается излучению в виде вторичных волн. Часть энергии переходит в другие виды – во внутреннюю энергию вещества. Интенсивность света при прохождении через вещество уменьшается – свет поглощается в веществе.

Поглощение света – уменьшение интенсивности оптического излучения при прохождении через какую-либо среду за счёт взаимодействия с ней, в результате которого световая энергия переходит в другие виды энергии или в оптическое излучение другого спектрального состава. Закон Бугера связывает интенсивность пучка света, прошедшего слой поглощающей среды толщиной с интенсивностью падающего пучка соотношением:

_(6.39.4)

где – коэффициент поглощения, зависящий от свойств поглощающего вещества и длины волны. Коэффициент поглощения ( ) – величина, обратная расстоянию, на котором поток монохроматического излучения длины волны , образующий параллельный пучок, ослабляется в результате поглощения в раз. В СИ измеряется в м^-1.

Вынужденные колебания электронов, а следовательно поглощение света, становятся особенно интенсивными при резонансной частоте.

6.5.4. Рассеяние света

Рассеянием света называется процесс преобразования света веществом, сопровождающийся изменением направления распространения светаи проявляющийся как несобственное свечение вещества. Несобственное свечение вещества обусловлено вынужденными колебаниями электронов в атомах, молекулах или ионах рассеивающей среды, возникающими под действием падающего света. Рассеяние света происходит при его распространении в оптически неодноролной среде.

Оптически однородной средой называют среду, в которой показатель преломления не зависит от координат и является постоянным по всему объему среды. Оптически неоднородной называют среду, показатель преломления которой не остается постоянным, а нерегулярно изменяется от точки к точке среды (за счет флуктуации плотности, присутствия в среде инородных малых частиц и т.п.). Вторичные волны, излучаемые оптическими электронами молекул среды при вынужденных колебаниях, не являются когерентными, благодаря чему наблюдается рассеяние света.

Примерами оптически неоднородных сред являются мутные среды - аэрозоли, дымы, туманы, взвеси, суспензии, коллоидные растворы и т.п., содержащие мелкие частицы, показатель преломления которых отличен от показателя преломления окружающей среды. В результате рассеяния света в боковых направлениях интенсивность в направлении распространения убывает по закону

(6.39.5)

где – коэффициент экстинкции, – толщина слоя рассеивающей среды. Если рассеивающая среда поглощает свет, то

(6.39.6)

Рассеяние света в мутных средах с размерами неоднородностей не свыше (0,1 – 0,2) называют рэлеевским рассеянием или явлением Тиндаля. Интенсивность рассеянного света в этом случае обратно пропорциональна , где – длина волны (закон Рэлея).

Рассеяние света наблюдается также в оптически чистых средах, не содержащих каких-либо инородных частиц (например, в чистых газах). Оно обусловлено флуктуациями плотности, возникающими в процессе хаотического теплового движения молекул. Это явление называют молекулярным рассеянием. Сильным рассеянием коротких световых волн в атмосфере объясняется голубой цвет неба.

Флуктуации плотности в газе особенно велики в критической точке. Наблюдаемое при этом сильное молекулярное рассеяние называют критической опалесценцией.