Спектральды құралдардың айырғыштық қабілеттілігі.

Аберрациясысыз, ақаусыз идеал оптикалық жүйе болса да, кез келген жарқыраған нүктенің кескіні жарықтың толқындық табиғатының салдарынан, центрінде жарық дақ, оны қоршаған алмасып отыратын қараңғы және жарық сақиналар түрінде болады.

Рэлей критерийі – егер бір жарық көзінің (сызық) дифракциялық көрінісінің орталық максимумы, басқа жарық көзінің дифракциялық көрінісінің бірінші минимумымен дәл келсе (а-сурет) онда жақын жатқан екі бірдей нүктелік толқын көзі немесе интенсивтіліктері тең және симметриялық контуры бірдей жақын жатқан екі спектральді сызықтың бейнесі ажыратылады. Бұл кезде максимумдер арасында интенсивтілігі (“провала”) “түсіп” кететін максимумде 80% құрайды. Осының өзі және сызықтарды ажырату үшін жеткілікті. Егер Рэлей критерийі бұзылса, онда бір сызық байқалады (б-сурет).

Спектральды құралдың ажыратқыштық қабілеттілігі деп өлшемсіз шамасын айтады. Мұндағы - екі көрші спектральді сызықтар жеке тіркелген кездегі, сызықтардың толқын ұзындықтарының минималь айырымының абсолют мәні.

Дифракциялық тордың айырғыштық қабілеттілігі.

толқынының ұзынды үшін максимумның -ші реті бұрышымен бақылансын делік. Осы ретпен толқын ұзындағы үшін жақын дифракциялық минимум бұрышымен орналасады. Рэлей критерийі бойынша , осыдан немесе

Сонымен, дифракциялық тордың ажыратқыштың қабілеті спектр ретіне және N саңлау санына пропорционал.

Жарық дисперсиясы.

Ж арық дисперсисы дегеніміз сыну көрсеткішінің жарық жиілігіне ( толқын ұзындығы) тәуелділігін айтады (немесе жарық толқынының фазалық жылдамдығының оның жиілігіне тәуелділігі).

Ақ жарық призма арқылы өткенде спектрге жіктелуі дисперсияның салдары болып табылады. Монохромат емес толқын таралған кезінде ғана дисперсия байқалады.

Призмадағы дисперсияны қарастырайық. Сындыру бұрышы А, сыну көрсеткіші призмаға бұрышпен монохромат сәуле түссін делік. Призманың сол және оң жақ қырларынан екі рет сынған кейін сәуле бұрышқа бұрылады.

Егер А және бұрыштары (яғни және ) кішкене болса, онда , .

болғандықтан осыдан . Сондықтан - призмадан сәулелердің бұрылуы, призманың сындыру көрсеткіші неғұрлым үлкен болса, соғұрлым үлкен болады.

S

шамасын заттың дисперсиясы деп атайды. Барлық мөлдір заттар үшін сыну көрсеткіші толқын ұзындығы артқан сайын кемиді:

(суретті қара). Мұндай дисперсия нормаль деп аталады (немесе теріс). Сызыққа жақын және жолақтың күшті жұтылуында -дисперсия қисықтығы керісінше болады: . Мұндай дисперсия аномаль деп аталады Призмалы спектрографтардың жұмысы нормаль дисперсия құбылысына негізделген. Призмамен сәуленің бұрылу бұрышы сыну көрсеткішіне тәуелді, ал сыну көрсеткішінің өзі толқын ұзындығына тәуелді. Сондықтан призма ақ жарықты спектрлерге жіктейді, күлгінге (толқын ұзындығы аз) қарағанда қызыл жарықты (толқын ұзындығы үлкен) аздау бұрады.

Дисперсияның электрондық теориясы.

Лоренцтің дисеперсияның электрондық теориясы жарық дисперсиясын электромагниттік толқындардың заттың құрамына кіретін зарядталған бөлшектермен өзарар әсерлесуінің және толқынның айнымалы электромагниттік өрісінде мәжбүр тербеліс жасауының нәтижесі деп қарастырылады.

Ортаның абсолют сыну көрсеткіші , мұндағы - ортаның диэлектрлік өтімділігі, - магниттілік өтімділігі. Барлық заттар үшін спектрдің оптикалық аймағында , сондықтан .

Лоренц теориясына сай, жарық дисперсиясы - -нің жарық толқынының жиілігіне (толқын ұзындғына) тәуелділігінің салдары. Анықтама бойынша

Мұндағы -ортаның диэлектриктік қабылдағыштығы, - электрлік тұрақты, P және E-сыртқы электр өрісінің поляризацияланғыштығы мен кернеулігінің лездік мәні.

Спектрдің оптикалық аймағында жарық толқынының электр өрісінің тербеліс жиілігі жоғары, сондықтан диэлектриктердің ориентациялық поляризациясы мардымсыз, басты рольді электрондық (деформациялық) поляризация атқарады. Электронды поляризация дегеніміз жарық толқынының өрісінің электрлік құраушысының әсерінен электрондардың мәжбүр тербелісі.

Мәжбүр тербелісті тек атом ядросымен нашар байланысқан сыртқы бір электрон- оптикалық электрон жасасын делік .Оның алатын диполь моменті , мұндағы е-электрон заряды, х-жарық толқынының электр өрісінің әсерінен электронның ығысуы.

Поляризацяланғыштықтың лездік мәні : , мұндағы -диэлектриктегі атомдардың концентрациясы. Осыдан:

Сыртқы Е өріс гармониялық заңдылықпен өзгерсін делік.Онда электронның мәжбүр тербелісінің теңдеуі ( түскен толқынның энергиясының жұтылуынан болатын кедергі күшін ескермегенде).

,

Мұндағы -толқын өрісі тарапынан электронға әсер ететін күштің амплитудалық мәні, ω₀-электронның тербелісінің өзіндік жиілігі, m- электрон массасы

Бұл теңдеудің шешуі: , мұнда

Алынған тәуелділік дисперсия құбылысын өрнектейді.

Бұл тәуелділіктің графигі суретте келтірілген. жақын n-нің үзілуі ортаның кедергі күшін ескермегеннен болып тұр (ортаға электромагниттік толқынның жұтылуы).

Егер жұтылуды ескерсек, онда аймағында тәуелділігі АВ пунктирлік сызықпен беріледі. Бұл аномаль дисперсия аймағы ( , ω өскен сайын кемиді).

Жалпы жағдайда, егер затта массасы m_i әртүрлі зарядтар және жасалатын мәжбүр тербелістердің өзіндік жиілігіде әртүрлі болса, онда

қисықтығының әрбір өзіндік жиілікке жақын ерекшелігі бар.

Жарықтың жұтылуы (абсорбция).

Жарықтың жұтылуы дегеніміз затта жарықтың таралуы кезінде толқынының энергиясының, энергияның басқа түріне айналуы (заттың ішкі энергиясына, басқа бағыттағы екінші реттік энергия шығару және басқа спектралды құрамда және т.б.) салдарынан кему құбылысы.

Зат арқылы жарық өткенде жұтылу нәтижесінде жарық интенсивтілігі кемиді.

- Бугер заңы.

және - қалыңдығы жұтатын зат арқылы өткенде жазық монохромтаты жарықтың кірген және шыққан кездегі интенсивтіліктері. - жұту коэффициенті, ол жарықтың толқын ұзындығына, химиялық табиғатына заттың күйіне тәуелді, жарық интенсивтілігіне тәуелсіз. коэффициентінің сандық мәні қабаттың қалыңдығы х тең екендігін көрсетеді, осы қалыңдықтан өткеннен кейін жазық толқынның интенсивтілігі есе төмендейді.

Жұтылу спектрінің түрлері.

• Жұтылудың сызықтық спектрі -бір атомды газға (буға) тән. Өте тік және тар сызықтар мұндай спектрге электрондардың атомдағы өзіндік тербеліс жиілігі сәйкес келеді. Егер газ тығыздығын арттырса, атомдардың өзара әсерлесуі жұтылу спектрінің сызықтарының кеңеюіне әкеледі.

• Ж олақ түріндегі жұтылу спектрі – молекулалық жұтылуға тән. Атомдардың тербелісі (атом топтарының айналуы) молекулаларда жұтылудың кең жолағын түзеді.

• Жұтылудың тұтас спектрі – сұйық және қатты денелерге тән, коллективті қозу пайда болып соның әсерінен жиіліктің ( толқын ұзындығының) кең аймағында жарық жұтылады.

Суретте жұту жолағы аймағындағы кәдімгі жұтылу коэффициентінің жарық толқынының ұзындығына және сыну көрсеткішінің -ге тәуелділігі көрсетілген.

Жұтылу жолағы ішінде аномаль дисперсия байқалады.

Жұтылу коэффициентінің толқын ұзындығына тәуелділігі, жұтатын дененің боялуымен түсіндіріледі.