Ю., Ташкеева Г.Қ. Физикалық материалтануға кіріспе
жүктеу/скачать 5,26 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 1.3 - кесте.
- Люминесценция
| § 3. Оптикалық қасиеттер
Оптикалық қасиеттерге оптикалық сәулелену, яғни ультракүлгін, көрінетін және инфрақызыл диапазон ортамен өзара әсерлесу мен тосқауылдаумен, генерациялауымен байланысқан қасиеттер жатады. Бұл өзара әсерлесу оптикалық сәулеленудің ғылыми, техникалық және практикалық мақсаттарда, көбінесе, электроникада (оптоэлектроника, лазерлік техника және т.б.) әртүрлі мақсатта қолданылуына негізделген. Оптикалық спектрлер қатты, сұйық және газдардың молекулаларының, атомдарының энергия деңгейлері арасында кванттық өтулері кезінде пайда болады. Шығару спектрлері жоғары деңгейден төменгі, ал жұтылу спектрлері жоғары деңгейден төменгі, ал жұтылу спектрлері – төменгі деңгейден жоғары деңгейге кванттық өтуіне сәйкес келеді. Атомдарда энергияның электронды деңгейі арасында кванттық өтуі кезінде пайда болатын спектрлер сызықты деп аталады. Молекулада электронды тербелмелі және айналмалы деңгейлер арасында өту кезінде пайда болатын спектрлер жолақты болады. Қатты, сұйық және газтәрізді денелердің жылулық сәулеленуі кезінде тұтас спектр пайда болады. Температура барған сайын, осындай спектрлердің максимум жағдайына соншалықты төмен толқын ұзындығы сәйкес келеді. Тербелістің толқын ұзындығының және желісінің әртүрлі диапазонымен өтулер өтетін деңгейлер энергиясының айырмасына тең фотондардың әртүрлі энергиясы сәйкес келеді: hν = ε1 – ε2. (1.37) 1.3 – кестеде аталған үш оптикалық сәулелену үшін фотон энергиясын сипаттайтын λ, ν, hν және температуралардың Т мәндерінің диапазондары келтірілген. 1.3 - кесте. Оптикалық сәулелену түрлерінің сипаттамалары
Оптикалық сәулелену зат (орта) арқылы өтуі кезінде оның жұтылуы – Бугер-Ламберг заңы бойынша сәуле интенсивтілігінің азаю эффектісі өтеді: , (1.38) мұндағы, I0 – түскен сәуленің интенсивтілігі, l – жұтатын ортаның қалыңдығы, kλ – λ және орта затының табиғатына тәуелді шама – жұтылу көрсеткіші. kλ мәнінің толқын ұзындығына λ тәуелділігі заттардың жұтылу спектрі деп аталады. Оңашаланған атомдардың жұтылу спектрі жіңішке сызық болады, яғни толқын ұзындығының жіңішке интервалынан өтеді (нанометрдің жүз-мың бөлігі). Олардың тербелісінің жиілігін анықтайтын молекуланың спектрі толқын ұзындығының кең диапазонынан өтеді (жүз нанометрдің он бөлігі) қатты дененің спектрі – өте кең инвервалдан өтеді (жүз және мың нанометр). Соңғы жағдай бір бөлшекке сәулеленумен берілген энергия қатты денелерде бөлшектердің барлығына тез берілуімен байланысты. Сәулеленудің жұтылу үдерісі жұтатын дененің атомдары, иондары, молекулаларына электрондардың өте төмен энергия деңгейінен өте жоғары энергия деңгейіне, яғни бөлшектің қозған күйге өтуімен байланысты. Жарықтық шоғырларда өте үлкен емес интенсивтілік I0, kλ I мәніне тәуелді болмайды. Алайда, егер бастапқы интенсивтілік өте үлкен болса, онда жұтылатын бөлшектердің үлкен бөлігі қозған күйге өте отырып және сонда айтарлықтай ұзақ сонда бола отырып, одан кейінгі сәулені жұту қабілеттілігін жоғалтады. Бұл шартта kλ - интенсивтіліктің функциясы болады. Сызықты емес жарықтың жұтылуы басталады. Атомның, молекуланың қозған күйден қозбаған күйге қайта өтуі люминесценциямен байланысты. Люминесценция дегеніміз – жылулықтың қалдығы. Люминесценция жарықтың барлық үш диапазонына тән. Электрлік өрістің, барлық түрлердің радиациясына әсер ететін жарықтың қозуына сәйкес қозу түріне байланысты фото; радио- және электролюмисценция болып бөлінеді. Люминесценцияның ең басты шарты – дискретті энергетикалық спектрдің болуы. Сондықтан валенттік электрондардың үздіксіз энергиялық спектрі тән металдар люминесценцияланбайды. Жарықтың (сәулеленудің) жұтылуы және люминесценциясының физикалық параметрлерін зерттеу заттың, қоспаның энергетикалық күйі, жартылай өткізгіштің зоналық құрылымы туралы мәлімет алуға, қоспаның аз мөлшерін алуға және т.б. көмектеседі. Маңызды оптикалық құбылыстар мен сипаттамаларға жарықтың поляризациясы, дифракциясы, сынуы және шағылуы, ортаның мөлдірлігі жатады. Кванттық позициямен жарықтың поляризациясы жарық ағынын түзетін барлық фотондардың бірдей спиндік күйімен байланысты. Толық және жарты поляризацияның түрлері өте көп. Олар әртүрлі физикалық әсерлерден – анизатропты орта арқылы өтуі, екі еселік жарықтың сынуы ультрадыбыстағы дифракция, күшті магниттік және электрлік өрістердің (магнитті оптика және электрооптика) әсерінен, жарықтың шағылуы мен сынуы, әртүрлі поляризацияның жұтылуының әртүрлі коэффициенттері нәтижесінде пайда болады. Лазерлік сәулеленудің түрінің көбісі полиризацияланған болып табылады. Жарықтың поляризациясына әсерлердің түріне аталған құбылысты оптиканың анизатропты кристалдар мен орталардың диагностикасы үшін, ақ жарықтың поляризацияланған шоғын бояу, қатты денелердің кристалды химиялық және магниттік құрылымын зерттеу, мөлдір орталардағы кернеулерді зерттеу үшін қолдану негізінде жатыр. Күшті жарық шоғырының, мысалы лазерлік, таралуы мен олардың заттармен өзара әсерлесуі жұтылулары сипаттайтын заңды ғана өзгертіп қана қоймайды, сонымен қатар ортаның басқа да оптикалық сипаттамалары, әсіресе, өрістің кернеулігіне Е сызықты емес тәуелділер поляризация және басқа да көптеген оптикалық құбылыстар мен үдерістер жатады. Инфрақызыл сәулелерді қолдану толқын ұзындығы көрінетін диапазонда пайда болмайтын жартылай өткізгіштердегі заряд тасымалдаушылардың бейсызық сипатының ашылуына алып келді. Оптикалық сәуленің ортамен әсерлесуімен жарықтың шағылу және сыну құбылыстары байланысты. Бірінші ортадан екінші ортаның бөлігінің шекарасына сәуле түскен кезінде бөліктің шекарасынан кері бірінші ортаға таралатын сәулелер пайда болады. Шағылудың сипатына бөліктің шекарасындағы біртексіздік өлшемдері және олардың орналасуындағы реттілік дәрежесі әсер етеді. Егер де біртексіздік толқын ұзындығымен салыстырғанда аз болса, онда айналық шағылу пайда болады. Егер олар бірдей және біртексіздік толқын ұзындығынан λ (кедір-бұдыр бет) үлкен болса және біртексіздік ретсіз орналасса, онда шағылу диффузиялық (шағылған) сипатқа ие. Егер біртексіздік ретпен орналасса, онда шағылу диффузиялық тордан шағылуға жақын. Шағылу жарықтың сынуымен аяқталады. Материалдардың қатарының, оның ішінде жартылай өткізгіштердің, диагностикасында қолданылатын ортаның маңызды сипатына мөлдірлік жатады. Мөлдірлік деп бірге тең бағыты бойынша өзгеріссіз өтетін сәуле ағындарының параллель түрде осы ортаға өтетін сәуле ағынына қатынасын айтады. Мөлдірлік сәуленің толқын ұзындығына тәуелді. Көрінетін жарықтар үшін мөлдір көптеген заттар инфрақызыл (ИҚ) сәулелер үшін мөлдір емес және керісінше, болады. Көрінетін диапазонда мөлдір емес кремний мен германийдің пластинкалары ИҚ сәулелер үшін мөлдір (германий үшін λ>1,8 мкм, кремний үшін λ>1,0 мкм). Оптикалық сәулелердің әртүрлі сипаттамалары – интенсивтілік, фазаларының жиілігі, полярлылық және т.б. берілген заң бойынша уақытта өзгеруі мүмкін. Жарықтың модуляциясын әртүрлі әдістермен іске асыруға болады, мысалы, механикалық тоқтатқыштардың түрлерін қолдану көмегімен, қызығушылықтың көптігі мен мүмкіндіктер физикалық эффектілерді әртүрлі шарттар мен орталарда таралуына әкелетін электрооптикалық, магнитті оптикалық, серпімді оптикалық эффектілерді қолдануға мүмкіндік береді. жүктеу/скачать 5,26 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|