Распределение рейтинговых баллов по видам контроля

Распределение рейтинговых баллов по видам контроля

Таблица 4

по дисциплине «Оптические методы контроля и анализа»

балла ³ 30. Итоговый контроль считается в случае набора ³ 20 баллов.

1. 
   Что такое когерентность?
   
2. 
   Что такое поляризация?
   
3. 
   Основные характеристики электромагнитного излучения?
   
4. 
   Материалы полупроводниковой оптоэлектроники.
   
5. 
   Основы дискретной оптоэлектроники.
   
6. 
   Элементы зонной теории полупроводников.
   
7. 
   Лавинное умножение.
   
8. 
   Фотоэффект.
   
9. 
   Абсолютно черное тело.
   
10. 
    Люминесценция.
    
11. 
    Энергетические и световые характеристики излучения.
    
12. 
    Тепловые источники излучения.
    
13. 
    Люминесцентные источники излучения
    
14. 
    Элементная база оптоэлектроники.
    

1. 
   Общая характеристика фотоприемников.
   
2. 
   Кремниевые p-i-n фотодиоды.
   
3. 
   Кремниевые лавинные фотодиоды
   
4. 
   Фоточувствительные приборы с зарядовой связью.
   
5. 
   Фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры.
   
6. 
   Фотоприемники ИК - диапазона.
   
7. 
   Оптопары, оптроны.
   
8. 
   Элементы интегральной оптики.
   
9. 
   Оптоэлектронные датчики.
   
10. 
    Оптические связи в мощных электронных приборах.
    
11. 
    Что такое интегральная оптика?
    
12. 
    Что является элементной базой интегральной оптики?
    
13. 
    Что представляют собой интегрально-оптические модуляторы?
    
14. 
    Как осуществляется детектирование оптических сигналов в устройствах интегральной оптики?
    
15. 
    Что такое интегрально-оптическая схема?
    

1. 
   Оптические методы передачи, обработки и хранения информации.
   
2. 
   Твердотельные лазеры.
   
3. 
   Фотоприемники.
   
4. 
   Полупроводниковые лазеры.
   
5. 
   Лазеры.
   
6. 
   Диэлектрические волноводы и элементы кристаллооптики.
   
7. 
   Тепловые источники излучения.
   
8. 
   Люминесцентные источники излучения
   
9. 
   Элементная база оптоэлектроники.
   
10. 
    Индикаторы.
    
11. 
    ИК-светодиоды.
    
12. 
    Общая характеристика оптических элементов.
    
13. 
    Исследование вольт-яркостной характеристики электролюминесцентных конденсаторов.
    
14. 
    Фотодиоды с барьером Шоттки.
    
15. 
    Светоизлучающий диод; конструкция и принцип действия, материалы.
    

2. СОДЕРЖАНИЕ АКТИВНОГО РАЗДАТОЧНОГО МАТЕРИАЛА

Состав вещества является физической величиной, характеризующей свойство этого вещества, оцениваемое количественно. Определение состава и концентрации веществ (аналитическое измерения) – одна из важных областей применения измерительной техники. Такой анализ широко распространен в системах контроля за многими технологическими процессами (химии, нефтехимии, металлургии и др.), а также в медицинских, биологических и других видах исследований. Примерами оптических устройств являются: рефрактометр, адсорбционный инфракрасный газоанализатор и др., которые построены на принципах фотометрии, колометрии, рефрактометрии, полярометрии.

Оптические методы измерений состава и свойств веществ широко внедряется в системы автоматического управления различными технологическими процессами с использованием ЭВМ. Это позволяет автоматизировать и сами измерения, а также совершенствовать и расширять возможности этих методов.

Взаимодействие света с веществом. Отражение света. Рассмотрение взаимодействия света с веществом с точки зрения со­временной физики требует учета как волновых свойств электронов, так и двойственных корпускулярно-волновых свойств света. Однако приближенное решение основных вопросов, связанных с явлениями, происходящими при прохождении света внутри среды (поглощение) или через границу различных сред (отражение, прелом­ление и дисперсия), может быть дано в рамках классической физики на основании электронной теории строения вещества и электромаг­нитной теории света.

Согласно теории Лоренца, электроны в атомах и молекулах удер­живаются в положении равновесия квазиупругими силами притяже­ния к ядру и под действием внешних сил могут' совершать около этого положения гармонические колебания, собственная частота ко­торых обусловлена строением атома или молекулы. Колебания сопро­вождаются излучением световых волн соответствующей частоты.

Рассмотрим явления, происходящие на границе двух различных сред, например при переходе световой волны из вакуума (или воз­духа) в какой-либо диэлектрик. Электрическая составляющая поля падающей волны возбуждает в атомах, ионах и молекулах вещества вынужденные колебания электронов с частотой, равной частоте при­ходящей волны. При этом электроны излучают вторичные световые волны такой же частоты, т. е. когерентные как между собой, так и с падающей волной, амплитуда и фаза которых зависят от соотношения между собственной частотой электронов и частотой приходящей волны.

В однородной среде вторичные волны, интерферируя как между собой, так и с первичной (падающей) волной, образуют результирую­щую волну такой же частоты, но отличающуюся по амплитуде и фазе от падающей волны. Результирующая волна распространяется частично в глубь вещества (преломленная волна), но с иной фазовой скоростью, частично обратно в вакуум (отраженная волна) с той же фазо­вой скоростью, как и падающая волна.

Фазовая скорость в веществе может увеличиваться и уменьшаться Большее значение имеет уменьшение скорости, которое происходит потому, что вследствие наложения вторичных волн колебания в результирующей волне в каждой последующей точке среды запазды­вают по фазе относительно предыдущей точки в большей степени, чем это имеет место у падающей волны (в вакууме). Вследствие этого изменение фазы колебаний на 2 соответствующее периоду Т коле­бания, происходит на меньшем расстоянии, чем в падающей волне, т. е. длина волны λ_ср в среде меньше длины волны λ_о в вакууме: λ_ср < λ₀ , но λ_ср = vТ и λ₀ = сТ; следовательно, и фазовая скорость (скорость перемещения поверхностей одинаковой фазы) в среде меньше, чем в вакууме: v < с (период остается неизменным).

Разница между скоростями света в вещественной среде v и вакууме с зависит от интенсивности вторичных волн, излучаемых атомами вещества и накладывающихся на падающую волну. Амплитуда вторичных волн по общему закону для вынужденных колебаний зависит от соотношения частоты ω_В первич­ной волны и собственной частоты ω₀ колеба­ний электронов (амплитуда достигает макси­мума при резонансных колебаниях, когда ω_В = ω₀. Поэтому скорость v света в среде зависит не только от природы среды, в кото­рую свет проходит, но и от частоты падаю­щего света.

Если свет, пройдя слой вещества, снова выходит в вакуум, то в последнем волна распространяется с такой же фазовой скоростью, как и падающая волна, но с начальной фазой, равной фазе результирующей волны при выходе из вещества.

Кроме вторичных когерентных волн, образующих преломленную волну, в определенных условиях в веществе могут возбуждаться вторичные некогерентные волны, т. е. может происходить рассеяние света; колебательное движение электронов может вызывать явления, не сопровождающиеся вторичным излучением, например тепловой эффект (поглощение света и т. п.). На все эти процессы расходуется энергия результирующей волны в веществе и потому интенсивность ее постепенно уменьшается.

Рисунок 1.1. Прохождение света от одной среды в другую.

Отражение света от гладких, полированных поверхностей (неиз­бежные при обработке шероховатости поверхности при этом должны быть меньше длины волны света) называется правильным, или зер­кальным. Заметим, что, согласно изложенному выше, отражение света происходит не от геометрической поверхности раздела сред, а от некоторого незначительного по глубине слоя атомов или молекул, прилегающих к этой поверхности.

Отсюда следует, что угол отражения равен углу падения.

Доля отраженного света, или коэффициент отражения, опреде­ляемый по формуле r = Ф_r/Ф₀, зависит в основном от оптических свойств граничащих сред, от угла падения лучей и от длины волны света.

Коэффициент отражения для металлов (порядка 0,8—0,9) значи­тельно выше, чем для диэлектриков (0,03—0,05). Это объясняется тем, что металлы содержат свободные электроны, которые легко приводятся в колебательное движение и интенсивно излучают вторич­ные волны, поэтому уже в самых поверхностных слоях металла почти вся энергия падающей волны передается отраженной.

Коэффициент отражения имеет наименьшую величину при перпен­дикулярном падении и значительно возрастает, приближаясь к 0,8—0,9 для лучей, падающих под углом, близким к 90°. Эта зависи­мость особенно выражена у диэлектриков. Зависимость коэффициента отражения от длины волны характерна преимущественно для металлов: с уменьшением длины волны коэф­фициент отражения падает, и довольно значительно. Например, для серебра он начинает уменьшаться в фиолетовой области видимого света, а в ультрафиолетовой снижается до нескольких процентов.

Если неровности отражающей поверхности соизмеримы с длиной волны света и расположены беспорядочно, то вторичные волны те­ряют когерентность и не образуют общей отраженной волны. Проис­ходит поверхностное рассеяние света, которое называется диффузным отражением. Такие поверхности называются матовыми. Интенсивность диффузно отраженного света (коэффициент отражения) зависит от состояния поверхности (размера шероховатостей) и длины волны света; она обратно пропорциональна второй степени длины волны:

I_диф = а/λ².

Правильное отражение света — явление, характерное для опти­ческих приборов. В окружающей природе преимущественно встреча­ется диффузное отражение, которое делает поверхности тел видимыми под различными углами наблюдения. Коэффициент диффузного отра­жения от поверхностей называется альбедо. Его значения для неко­торых поверхностей приведены в таблице:

Белая бумага (меловая)................................................ 0,85

Белая оштукатуренная стена........................................0,7

Кожа человека (в среднем)...........................................0,3

Обои серые.....................................................................0,2

Бумага черная................................................................0,05

Черный бархат...............................................................0,005
Литература: 2 осн. [381-384].

Контрольные вопросы.

1. Что такое доля отраженного света?

2. Когда отражения называется правильным?

3. Когда отражения называется зеркальным?

4. Доказать что угол отражения равен углу падения?

5. Правильное отражение света.

6. Что такое альбедо?