Стимуляция и тушение люминесценции
Интересной особенностью люминесценции, возбуждаемой каким-либо источником энергии, является усиление свечения при воздействии другого источника энергии. Происходит так называемая стимуляция люминесценции. Стимулирующие воздействия могут оказывать изменения температуры, видимое, ИК и УФ-излучение, электрическое поле, присутствие некоторых газов и т.д. Стимуляция люминесценции электрическим полем называется эффектом Гуддена-Поля.
Пример применения:
- способ получения изображения, состоящий в том, что люминесцентный экран равномерно облучают ультрафиолетовым светом, проектируют на экран изображение в инфракрасном свете, фиксируют свечение экрана на светочувствительном материале, отличающийся тем, что с целью расширения области чувствительности, одновременно с облучением ультрафиолетовым светом прикладывают к экрану электрическое поле, и после проектирования изображения подают переменное напряжение на экран, причем люминофор, из которого изготовлен экран, должен обладать эффектом Гуддена-Поля.
Факторы, стимулирующие люминесценцию, при определенных условиях могут дать обратный эффект, т.е. уменьшить интенсивность свечения или совсем прекратить его. Это явление называют уменьшением люминесценции. Повышение температуры, изменение влажности, ИК-облучение, электрическое поле, изменение внешнего давления, наличие некоторых газов – все эти факторы могут привести к тушению люминесценции. Так, например, присутствие кислорода или йода уменьшает интенсивность фотолюминесценции, в тоже время как присутствие молекул воды увеличивает ее; наличие электрического поля, перпендикулярного поверхности люминофора, тушит радикалолюминесценцию, изменение же направления поля на обратное усиливает свечение.
|
|
|
Примеры применения:
- способ выделения жизнеспособных семян растений, включающий отбор семян по люминесценции, с целью сохранения целостности семян, их обрабатывают ослабляющими люминесценцию веществами, выбранными из группы, включающей и с последующим отбором семян, имеющих пониженную интенсивность свечения;
- прибор для непрерывного определения концентрации кислорода или кислородосодержащих соединений в потоке газа. Определение основано на способности указанных веществ гасить фотолюминесценцию.
Эффект поляризации
Излучение люминесценции при некоторых условиях может быть поляризованным (обычно это линейная поляризация, очень редко – циркулярная). Для поляризации люминесценции необходимо, чтобы люминофор обладал либо собственной, либо наведенной анизотропией. Поляризованные люминофоры получаются при механических растяжениях полимерных пленок, "пропитанных" анизотропными люминосцензирующими молекулами. Искусственную ориентацию таких молекул можно вызвать также с помощью сильных электрических и магнитных полей или же в потоке жидкости. В случае фотолюминесценции ее поляризация обнаруживается при возбуждении поляризованным светом.
|
|
|
АНИЗОТРОПИЯ И СВЕТ
Превращение естественного света в поляризованный и изменение типа поляризации при различных оптических явлениях почти всегда связаны с оптической анизотропией вещества, т.е. с различием оптических свойств по различным направлениям. Оптическая анизотропия является следствием анизотропии структуры и вещества. Создавать или менять анизотропию структуры и вещества можно воздействием самых различных факторов (деформация, электрическое поле и т.д.). Этим и объясняется разнообразие эффектов, так или иначе влияющих на поляризацию светового излучения.
В ряде таких эффектов поляризация света происходит без дополнительного воздействия на вещество. Так, например, естественный свет, отраженный под углом Брюстера, полностью линейно поляризованный, а правоциркулярно-поляризованный свет при перпендикулярном отражении от стеклянной пластинки превращается в левоциркулярно-поляризованный.
|
|
|
Двойное лучепреломление
На границе анизотропных прозрачных тел (в первую очередь кристаллов) свет испытывает двойное лучепреломление т.е. расцепляется на два взаимно-перпендикулярно поляризованных луча, имеющие различные скорости распространения в среде обыкновенный и необыкновенный. Первый из них поляризован перпендикулярно оптической оси кристалла и распространяется в нем как в изотропной среде. Второй луч поляризован в главной плоскости кристалла и испытывает на себе все "превратности анизотропии". Так его коэффициент преломления изменяется с направлением, он преломляется даже при нормальном падении на кристалл.
Так происходит двойное лучепреломление в одноосных кристаллах. В случае двуосных кристаллов картина расщепления несколько сложнее.
Эффект двойного преломления положен Николем в основу изобретенной им поляризационной призмы. Он использовал различие показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей, создав для одного из них условия полного внутреннего отражения, после которого этот луч, изменив свое направление, поглощается зачерненной боковой гранью призмы. Другой луч полного внутреннего отражения не испытывает и проходит сквозь призму, а так как это полностью поляризованный луч, то на выходе призмы получается полностью линейно-поляризованный свет.
|
|
|
Механооптические явления
Здесь рассматривается ряд эффектов, приводящих к возникновению оптической анизотропии под действием механических сил.
Фотоупругость – так называется возникновение в изотропных прозрачных твердых телах оптической анизотропии и связанного с ней двойного лучепреломления под действием механических нагрузок, создающих в твердых телах деформации.
При пропускании луча света через такое тело, возникает два луча и различной поляризации, интерференция между которыми приводит к образованию интерференционной картины, вид которой позволяет судить о величинах и распределении напряжений в теле или же об изменениях структуры вещества. Поскольку оптическая анизотропия обусловлена именно нарушениями первоначальной изотропной структуры вещества, то эффект фотоупругости позволяет визуализировать как упругие деформации, так и остаточные, а это значит, что о деформациях и нагрузках можно судить и после снятия этих нагрузок.
Фотоупругость наблюдается и в кристаллах, т.е. в веществах, уже обладающие анизотропией свойства. При этом изменяется характер анизотропии: например, в одноосном кристалле может возникнуть двойное преломление в направлении его оптической оси, вдоль которой он первоначально изотропен.
Эффект фотоупругости – один из самых тонких методов изучения структуры и внутренних напряжений в твердых телах.
Фотоупругость – пьезоэлектрический эффект, возникновение оптической анизотропии в первоначально изотропных твердых телах (в том числе полимерах) под действием механических напряжений. Эффект открыт Зеебеком и Брюстером. Фотоупругость – следствие зависимости диэлектрической проницаемости вещества от деформации и проявляется в виде двойного лучепреломления и дихроизма, возникающих под действием механических напряжений. При одноосном растяжении или сжатии изотропное тело приобретает свойства оптически одноосного кристалла с оптической осью, параллельной оси растяжения или сжатия. При более сложных деформациях, например при двухстороннем растяжении, образец становится оптически двухосным.
Для малых одноосных растяжений или сжатий величина двойного лучепреломления An пропорциональна напряжению.
Рис. 15.1. Схема кругового полярископа
Применение: датчик механических напряжений [3].
Эффект Максвелла. Так называют возникновение оптической анизотропии (двойного лучепреломления) в потоке жидкости. Этот эффект обусловлен двумя причинами: преимущественно ориентации частиц жидкости или растворенного в ней вещества (полной ориентации мешает броуновское движение) и их деформацией, которые возникают под действием гидродинамических сил при относительном смещении прилежащих слоев жидкости, т.е. при наличии градиента скорости по сечению потока. В основном возникновение градиента скоростей в потоке определяется тормозящим воздействием стенок (например, трубы). Относительная роль ориентации и деформации частиц различна в различных жидкостях и зависит от свойств и структуры молекул: в случае длинных анизотропных частиц и молекул основную роль играет ориентация, для глобулярных изотропных - больший вклад дает информация, т.к. ориентация таких частиц в потоке незначительна. По сути дела, эффект Максвелла – это вариант эффекта фотоупругости для жидкостей. Отсутствие в жидкости напряжений упругой деформации компенсируется ее "динамизацией", приведением ее в движение, что создает деформацию отдельных молекул.
Величина эффекта Максвелла зависит, в частности от формы и размеров частиц, что позволяет использовать его для измерения этих величин. Практическое применение эффекта в основном лежит, в области тонких исследований биологических объектов, таких, как определение размеров ряда вирусов, изучение структуры многих белковых молекул и др.
Электрооптические явления
Так называют явления связанные прохождением света через среды, помещенные в электрическом поле.
Электрооптический эффект Керра. Многие изотропные вещества, помещенные в электрическое поле, приобретают свойства одноосных кристаллов, т.е. обнаруживают оптическую анизотропию, приводящую к двойному лучепреломлению света, проходящего через вещество перпендикулярно направлению поля. При этом величина двойного лучепреломления пропорциональна квадрату напряженности поля и ее знак не меняется при изменении направления поля на обратное. (другие названия эффекта: квадратичный электрооптический эффект, поперечный электрооптический эффект).
Величина эффекта зависит от вещества, его температуры и длины волны света. В газах эффект Керра мал, а в жидкостях его величина гораздо больше. Аномально сильно он проявляется в нитробензоле и подобных ему жидкостях.
Наиболее часто указанный эффект реализуется в т.н. электрооптических затворах Керра. Прозрачную кювету с электродами для создания поля, заполненную нитробензолом, помещают между скрещенными поляризатором и анализатором таким образом, что направление поля составляет угол 45° с их главными плоскостями поляризации. Если поле отсутствует, такое устройство не прозрачно для света. При наложении поля, линейно поляризованный свет при прохождении через кювету расцепляется на два перпендикулярно поляризованных луча, имеющих в пределах кюветы различные скорости распространения. При этом между ними возникает разность фаз, что приводит к эллиптической поляризации света, вышедшего из кюветы. При этом часть его проходит через анализатор. Затвор открыт. Высокая скорость срабатывания такого затвора (10-11 сек) обусловило его применением в исследованиях быстропротекающих процессов и для высокочастотной (до 109 Гц) модуляция оптических сигналов. Применение эффекта дает хорошие результаты и в том случае, когда требуется безинерционное пространственная модуляция света (отклонение луча, его расщепление и т.п.). Взаимосвязь через эффект Керра двух полей – электрического и оптического – позволяет применять его для дистанционного измерения электрических величин оптическими методами.
Еще два примера применения эффекта Керра:
- оптическая система с управляемым фокусным расстоянием, отличающийся тем, что с целью безинерционного изменения фокусного расстояния она выполнена в виде цилиндрического рабочего тела из вещества, обладающего электрооптическим эффектом, помещенного внутрь, например, шестипольного конденсатора, электрическое поле которого создает такое распределение показателя преломления в веществе рабочего тела, что падающий на его торец параллельный пучок света собирается в фокусе, положение которого на оси системы зависит от приложенного конденсатору напряжения;
- устройство для измерения температуры содержащее источник света, пластины из матированного прозрачного материала, пространстве между которыми заполнено жидкостью с близким пластинам показателем преломления и различным по знаку или величине температурным коэффициентом показателя преломления, отличающееся тем, что с целью расширения диапазона измерений, в него введены, прозрачные электроды, выполненные, например, на основе пленок окиси олова, нанесенные снаружи на пластины, подключенные к источнику питания, а в качестве жидкости заполняющей пространство между пластинами использован нитробензол.
Значительным квадратичным электрооптическим эффектом обладают и некоторые кристаллы (КТ Ват).
Эффект Керра, вызванный электрическим полем световой волны называется высокочастотным. Он проявляется в том, что для мощного излучения показатель преломления жидкости зависит от интенсивности света, т.е. среда становится нелинейной, что для интенсивных лазерных пучков приводит к самофокусировке.
Эффект Керра – квадратичный электрооптический эффект, возникновение двойного лучепреломления в оптически изотропных веществах (жидкостях, стеклах, кристаллах с центром симметрии) под воздействием однородного электрического поля. Открыт шотландским физиком Дж. Керром в 1875 г. величина двойного лучепреломления пропорциональна квадрату напряженности электрического поля.
Магнитооптический эффект Керра состоит в том, что плоско поляризованный свет, отражаясь от намагниченного ферромагнетика, становится электрически поляризованным, при этом большая ось эллипса поляризации поворачивается на некоторый угол по отношению к плоскости поляризации падающего света. Наблюдается также оптический эффект Керра, состоящий в том, что возникает двулучепреломление под действием поля мощного оптического излучения.
Примечание: в ячейке Керра - электрооптическом устройстве, основанном на этом эффекте, применяемой в роли оптического затвора
Рис. 15.2. Модулятора света
Ячейка Керра состоит из сосуда с прозрачными окнами, заполненного пропускающим свет веществом, в которые погружены два электрода. Между электродами проходит линейно поляризованный световой луч, который в отсутствии поля не пропускается анализатором А. При включении поля
возникает двойное лучепреломление и анализатор А частично пропускает свет (анализатор А и поляризатор П-в скрещенном положении) [3].
Эффект Поккельса. Возникновение двойного лучепреломления в кристалле при наложении электрического поля в направлении распространения света называется эффектом Поккальса. При этом величина разности фаз расщепленных лучей пропорциональна первой степени напряженности поля (линейный электрооптический эффект, а также продольный электрооптический эффект). Наиболее ярко эффект реализуется в кристалле дигидрофосфата калия (КДР).
Эффект Поккельса по сравнению с эффектом Керра имеет меньшую зависимость от температуры. Применение этих эффектов аналогичны (затворы вращатели плоскости поляризации, индикаторы электрического поля, модуляторы света).
Примеры применения:
- оптико-электронное устройство для измерения мощности, содержащее монохротический источник излучения, магнитооптическую ячейку Фарадея с поляризатором и анализатором, фотоприемник и усилитель с нагрузкой в выходной цепи, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерения, оно снабжено последовательной цепочкой элементов состоящей из четвертьволновой пластины, электрооптической ячейки Поккельса и дополниельного анализатора, установленной между анализатором ячейки Фарадея и фотоприемником;
- модулятор света, включающий в полупроводниковую структуру генерирующую в домены сильного поля, боковая поверхность или часть боковой поверхности, которая покрыта диэлектриком, отличающийся тем, что с целью расширения частотного диапазона модулируемого излучения, уменьшение потерь и увеличение коэффициента модуляции, диэлектрическое покрытие выполнено из материала с константой электрооптического эффекта большей, чем у материала полупроводниковой структуры.
Эффект Поккельса – линейный электрооптических эффект, изменение показателя преломления света в кристаллах, помещенных в электрическое поле, пропорциональное напряженности приложенного поля. Как следствие этого эффекта в кристаллах появляется двойное лучепреломление или меняется его величина. Эффект Поккельса наблюдается только у пьезоэлектриков. Был открыт в 1894 г. немцем Ф. Поккельсом. Главная причина - электрические напряжения большой величины (десятки - сотни кВ) для получения заметного эффекта. В последнее время найдены кристаллы, требующие малых управляющих напряжений (порядка десятков или сотен вольт).
Примечание: системы углового отклонения светового луча; устройства для создания двумерного оптического изображения.
Модуляторы света - основаны почти все на эффекте Поккельса. Возможно осуществить модуляцию до частот ~1013 Гц, модуляция добротности лазеров [3].
Магнитооптические явления
К ним относят группу явлений, связанных с прохождением электромагнитного излучения через вещества, помещенные в магнитном поле.
Эффект Фарадея. Если линейно-поляризованный свет проходит через вещество, помещенное в магнитное поле, вектор напряженности которого совпадает с напряжением распространения света, то плоскость поляризации света поворачивается на некоторый угол. Этот угол пропорционален длине пути света в веществе и напряженности поля, и обратно пропорционален квадрату длины волны. Зависит он от свойств вещества. Так, он сильно изменяется вблизи линий поглощения данного вещества. Особенно сильный эффект наблюдается в тонких прозрачных пленках железа, никеля и кобальта. При прохождении света в прямом и обратном направлении углы поворота вследствие эффекта Фарадея не компенсируются, а суммируются, в отличии от естественного вращения поляризации в некоторых веществах. Диамагнетики в магнитном поле всегда обнаруживают положительное вращения (т.е. вращение по часовой стрелке, если смотреть по направлению поля), пара и ферромагнетики – отрицательные.
Пример применения:
- позиционно-чувствительный датчик с магнитооптической модуляцией, содержащий поляризатор, анализатор и ячейку Фарадея, отличающийся тем, что с целью повышения чувствительности, магнитооптический активный элемент ячейки Фарадея выполнен из составных двух частей, например, призм с противоположным по знаку постоянными Верде, расположенных в симметрично относительно оптической оси системы.
Природа эффекта объясняется различным влиянием магнитного поля на скорость распространения в веществе правоциркулярно и левоциркулярно поляризованных световых волн, в результате чего между ними накапливается разность фаз, приводящая при их сложении к возникновению волн с повернутой плоскостью поляризации.
Как обычно, возможные применения вытекают из физической сущности эффекта; управление поворотом плоскости поляризации с помощью магнитного поля или же измерение магнитных полей по углу поворота плоскости поляризации:
- оптический квантовый генератор, содержащий задающий генератор, оптический квантовый усилитель и установленные между ними согласующее устройство, отличающееся тем, что с целью улучшения однородности пучка без уменьшения его мощности, согласующее устройство выполнено в виде расположенного между двумя поляризаторами элемента, обладающего измеряющейся по радиусу вращательной способностью;
- устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве названного элемента использован вращатель Фарадея, выполненный в виде цилиндра из свинцового стекла установленного в соленоиде;
- устройство магнитооптического воспроизведения информации с магнитного носителя, содержащее источник плоскополяризованного света, анализатор, фотоприемник и магнитную головку, отличающееся тем, что с целью повышения чувствительности, его магнитная головка снабжена магнитооптическим кристаллом установленным на участке заднего зазора, расположенным на одной линии между источником плоскополяризованного света и анализатором пучка этого света.
Часто эффект Фарадея используют для создания невзаимных элементов т.е. устройств, пропускающих излучение только в определенном направлении.
Оптический вентиль состоит из двух поляризаторов, скрещенных под углом 45° и элемента Фарадея, помещенного между ними. Элемент рассчитан так, что, вращая плоскость поляризации света на 45°, и свет проходит через второй поляризатор. Луч, идущий в обратном направлении, вращается в ту же сторону, что и прямой луч и оказывается повернутым на 90° относительно первого поляризатора, и значит не пропускается им. В частности такие вентили используют в лазерах бегущей волны и в оптических усилителях.
В СВЧ-технике для создания вентилей, фазовращателей и циркуляторов широко используют эффект Фарадея на ферритах, которые практически прозрачны для электромагнитных волн этого диапазона (дици-, санти- и миллиметровые радиоволны).
Существует и так называемый обратный эффект Фарадея – возникновение в среде магнитного поля под действием мощного циркулярнополяризованного света, вызывающего циркулярное движение электронов (1).
Эффект Фарадея – один из эффектов магнитооптики. Заключается во вращении плоскости поляризации линейно поляризованного света, распространяющегося в веществе вдоль постоянного магнитного поля, в котором находится это вещество. Открыт М. Фарадеем в 1845 г.
Под действием магнитного поля показатели преломления (n+ и n-) для циркулярно право- и левополяризованного света становятся различными. Вследствие этого при прохождении через среду линейно поляризованного излучения его лево- и правополяризованные составляющие распространяются с различными фазовыми скоростями, приобретая разность хода, линейно зависящую от оптической длины пути.
В результате плоскость линейно поляризованного монохроматического света поворачивается на некоторый угол, зависящий от длины пути, длины волны и показателей преломления n+ и n-. Эффект Фарадея тесно связан с эффектом Зеемана и является следствием его [3].
Частным случаем эффекта Фарадея является магнитооптический эффект Керра – при отражении под любым углом, в том числе и по нормали к поверхности, линейнополяризованного света от намагниченного ферромагнетика возникает элептически поляризованный свет. Фактически, магнитооптический эффект Керра это вращение плоскости поляризации части излучения в тонком поверхностном слое ферромагнетика в магнитном поле.
Магнитооптическая установка для автоматической записи магнитных характеристик ферромагнетика, в которой использование магнитооптического эффекта Керра позволяет снимать кривые намагничивания и гистерезиса на участках поверхности размером 1 мк2.
При распространении света в веществе перпендикулярно магнитному полю возникает двойное лучепреломление, величина которого пропорциональна квадрату напряженности магнитного поля (эффект Коттона-Муттона).
Эффект Коттона-Мутона – двойное лучепреломление света в изотропном веществе, помещенном в магнитное поле (перпендикулярно световому лучу). Впервые обнаружено в коллоидных растворах англичанином Керром в 1901 г., исследовано французами Коттоном и Мутоном в 1907 г.
Суть эффекта состоит в том, что образец прозрачного вещества помещают между полюсами мощного электромагнита и пропускают через него луч монохроматического света, линейно поляризованного в плоскости, составляющей с направление магнитного поля угол в 45°. Проходящий через вещество луч света из линейно-поляризованного превращается в эллиптически поляризованный, так как он разделяется в веществе, ставшим анизотропным, на два луча - обыкновенный и необыкновенный, имеющие разные показатели преломления. Эти лучи распространяются под очень малым углом друг к другу. Поэтому для обнаружения эффекта необходимы достаточно сильные поля. Величина угла расхождения лучей пропорциональна квадрату напряженности магнитного поля и длине волны света [3].
Наложение сильного магнитного поля ориентирует хаотически расположенные молекулы (если последние имеют постоянный магнитный момент), что и приводит к оптической анизотропии. Этот эффект много слабее, чем электрооптических эффект Керра, а в технике применяется редко.
Механизм всех магнитооптических явлений тесно связан с механизмом прямого и обращенного эффекта Зеемана.
Прямой (обращенный) эффект Зеемана состоит в расщеплении спектральных линий испускаемого (поглощаемого) излучения под действием магнитного поля на излучающее (поглощающее)вещество. При этом неполяризованное излучение с частотой направления поля расщепляется на два компонента (линии) с частотами и, первая из которых поляризована по левому кругу, а вторая по правому. В направлении же перпендикулярном поля расщепление имеет такой характер: имеется при линейном-поляризованные компоненты с частотами.
Крайние компоненты поляризованы перпендикулярно магнитному полю, средние же с неизменной частотой поляризована вдоль поля и по интенсивности вдвое превосходит соседние. Величина смещения частоты пропорциональна индукции магнитного поля. Эффект Зеемана обусловлен расщеплением в магнитном поле энергетических уровней атомов или молекул на подуровни, между которыми возможны квантовые переходы.
Примеры применения:
- кольцевой лазер для определения скорости вращения имеет трубу и отражательные зеркала, которые создают замкнутый оптический контур, включающий ось лазера, а также средства с помощью которых световые лучи обособляются и накладываются, циркулируя в оптическом контуре в противоположных направлениях. Лазер отличается тем, что предусмотрено устройство служащее для воздействия на трубу лазера осевого магнитного поля таким образом, что в соответствие с эффектом Зеемана, создается два луча с противоположной круговой поляризацией. Предусмотрено устройство, которое обеспечивает поступательное движение только одного такого луча в каждом направлении вдоль оптического контура;
- аппарат предназначен для реализации способа определения концентрации парамагнитного материала в газовой смеси. Образец смеси подвергают воздействию магнитного поля средней напряженности и освещают лазерным излучением постоянной частоты. Магнитное поле энергетическими уровнями в парамагнитном материале до величины, соответствующей условию резонансас лазерным излучением. Для количественной корреляции вариации интенсивности лазерного излучения, проходящего через смесь, как функция напряженности магнитного поля используют стандартные процедуры детектирования. В случае окиси азота способ достаточно чувствителен, чтобы обнаруживать концентрации, значительно меньше, чем одна часть на миллион.
В заключении отметим, что механизм эффекта Фарадея, по сути дела, обусловлен обращенным эффектом Зеемана. Им же объясняется избирательное поглощение радиоволн парамагнитными телами, помещенными в магнитное поле.
Эффект Зеемана – расщепление уровней энергии и спектральных линий атома и других атомных систем в магнитном поле. Открыт в 1896 г. голландским физиком П. Зееманом при исследовании свечения паров натрия в магнитном поле. Под действием магнитного поля уровни энергии расщепляются на зеемановские подуровни; при переходе между подуровнями уровней ei и Ек вместо одной спектральной линии появляется несколько поляризованных компонент.
Может наблюдаться простой (нормальный) зеемановский эффект для одиночной спектральной линии. Величина расщепления пропорциональна напряженности магнитного поля Н.
Рис. 15.3. Простой эффект Зеемана:
а) - без поля (vq - частота, соответствующая исследуемой спектралиной линии); б) – при наличии магнитного поля
Примечание: созданы устройства для прецизионного измерения любых магнитных полей (квантовые магнетометры) [3].
Фотодихроизм
Существует ряд явлений, при которых оптическая анизотропия в среде вызывается воздействием из нее энергии светового излучения. К ним относится эффект фотодихроизма, а также поляризация люминесценции.
Дихроизм – это зависимость величины поглощения телами света от его поляризации. Это свойство, в той или иной мере присуще всем поглощающим свет веществам, обладающим анизотропной структурой. Классический пример такого вещества – кристалл турмалина. Он обладает двойным лучепреломлением и, кроме того, очень сильно поглощает обыкновенный луч. Поэтому даже из тонкой пластины турмалина естественный свет выходит линейно-поляризованным. Дихроизм обнаруживает не только кристаллы но и многочисленные некристаллические тела, обладающие естественной или искусственно созданной анизотропией (молекулярные кристаллы, растянутые полимерные пленки, жидкости, ориентированные в потоке и т.д.).
Эффект фотодихроизма состоит в возникновении дихроизма в изотропной среде под действием на эту среду поляризованного света. Свет вызывает фотохимические превращения молекул вещества, изменяя коэффициент их поглощения. Поляризованный свет преимущественно взаимодействует с молекулами определенной ориентации, что и приводит к появлению анизотропии поглощения.
Естественная оптическая активность. Кроме сред с линейным дихроизмом (т.е. с различным поглощением света, обладающего различной линейной поляризацией) существуют среды, обладающие циркулярным дихроизмом, по разному поглощающие правоциркулярно- и левоциркулярно-поляризованный свет. Циркулярным дихроизмом, как правило, обладают вещества с естественной оптической активностью. Естественной оптической активностью называют способность вещества поворачивать плоскость поляризации прошедшего через него света. Величина угла поворота зависит от длины волны света, т.е. имеет место вращательная дисперсия. Кроме того, этот угол пропорционален толщине слоя вещества, а для растворов и концентрации.
Явление естественной оптической активности используется при определении концентраций различных растворов сахараметрии.
Естественная оптическая активность объясняется явлением двойного цирулирного лучепреломления, т.е. расщеплением света на две циркулярно-поляризованные компоненты – левую и правую (следует отметить, что эффект Фарадея объясняется возникновением циркулярного преломления в магнитном поле). Направление вращения плоскости поляризации при естественной оптич. (левостороннее или правостороннее) зависят от природы вещества. Это связано с существованием веществ в двух зеркальных формах-левой и правой (свойство ассиметрии).
Дата добавления: 2018-05-09; просмотров: 499; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!