Astronomiya

Səpələnmiş İşıq intensivliyi və İnsident və Emissiya Açıları

Səpələnmiş İşıq intensivliyi və İnsident və Emissiya Açıları

Beləliklə, mən yalnız ideal izotopik səpələnmə olan bir atmosferdən işığın səpələnmiş intensivliyinin ifadəsini aldım: $ I / F = frac {cos (i)} {4 (cos (e) + cos (i))} $, burada $ I $ intensivlik, $ F $ axın, $ i $ düşmə açısı və $ e $ emissiya açısıdır ($ i, e = 0 $ atmosferə normaldır).

Səpələnmiş intensivliyi $ e $ sabitliyi ilə $ i $ funksiyası kimi qurduğum zaman bucaq artdıqda azalır. Niyə bu? Mənim nəzəriyyəm böyük bir düşmə bucağında işığın daha böyük bir səth sahəsi ilə qarşılaşdığına görə əks olunan işığın daha yüksək bir emissiya bucağına sahib olacağını, yəni müəyyən bir emissiya bucağındakı səpələnmiş işığın daha aşağı olacağını göstərir. Bunun mənası varmı? Yoxsa bunun başqa bir səbəbi var?

Sonra $ i $ sabit ilə $ e $ funksiyası kimi səpələnmiş intensivliyi təsvir etdim. Bu dəfə intensivlik emissiya açısının artması ilə artır. Bunun niyə belə olduğuna dair nə bir nəzəriyyəm var, nə də onu dəstəkləmək üçün bir intuisiyam. Niyə belə olar?


Hadisə bucağını düzəldirsinizsə və ortaya çıxan intensivliyin yüksək dərəcədə meylli açılarda niyə ən böyük olduğunu izah etdiyinizi anlamaq ən asandır. İşıq xaricdən gəldiyi üçün yalnız bu ana qədər nüfuz edir və bu da atmosferin dağılmış bir işıq mənbəyi kimi davranmasına səbəb olur. Ancaq dağınıq işığın mənbəyi atmosferin üst hissəsində ən parlaqdır, çünki xarici işığın daha çox hissəsi nüfuz edir. Mənbələr zirvənin yaxınlığında daha parlaq olduqda, "əzalarını parlaqlaşdırma" adlanır, burada çox meylli açılardan baxsanız, daha yüksək, daha parlaq bölgələri araşdırırsınız. Normaldan aşağı baxmaq atmosferin ən dərin hissəsini gördüyünüz yerdir, xarici işığın da nüfuz etmədiyi yerdir.

Fərdi fotonların nə etdikləri barədə də düşünə və onların ortaya çıxan açıya görə paylanmasının nə olduğunu soruşa bilərsiniz. Cos (i) = 0 olarsa, bütün fotonlar səthə doğru səpələnirlər, buna görə izotropik şüalanma sahəsini səthə çıxarmaqla bərabərdir. Xaricə çıxan fotonlar əlbətdə izotrop paylanmağa sahib olacaq və izotrop düşən şüalanma sahəsi izotrop olaraq səpələnməlidir (bu, qarşılıqlılıq prinsipinin nəticəsidir). Beləliklə, ortaya çıxan paylanma izotropdur, lakin intensivlik də möhkəm bir açıya bərabərdir, buna görə öngörülmə hesablanır və intensivlikdəki 1 / cos (e) burada yaranır. Digər tərəfdən cos (i) = 1 olarsa, gələn fotonlar daha çox nüfuz etməyə meyllidir və çıxış yollarını yaymaq lazımdır ki, bu da öngörülmə daxil edildikdən sonra aşağı cos (e) -ə az üstünlük verir.

Baxdığınız bucağın düzəldilməsinə və i dəyişdirilməsinə gəldikdə, nəticəniz cos (i) yüksəldikcə intensivliyin həmişə zirvəyə çatdığını söyləyir. İfadəniz hər e-də doğru olduğunu iddia edir, buna görə mənə görə bir normallaşma xətası təklif olunur. F hadisəsini sabit saxlamaq istəyirsən, ancaq bütün e-yə inteqrasiya etsən, eyni G çıxışı tələb etməlisən. Nəticəniz, C (i) daha yüksək olarsa, I-nin ümumiyyətlə daha yüksək olduğunu deyir, ancaq F hadisəsini eyni saxladığınız fikri ilə ziddiyyət təşkil edir. Bəlkə nəticəniz əslində hadisəni və ortaya çıxan intensivliyi müqayisə etməkdir, ortaya çıxan intensivliyi hadisə axını ilə yox. Sonra daha yüksək cos (i) -də, eyni I hadisəsi üçün F hadisəsi düşür, bu da I / F-dəki yüksəlişinizi izah edir.


Səpələnmiş İşıq İnsidenti və İnsident Bucaqları - Astronomiya

Monoxromatik işıq ızgaralı bir səthə dəyəndə ayrı istiqamətlərə ayrılır. Hər bir ızgara yivini çox kiçik, yarıq şəklində, qırılan bir işıq mənbəyi kimi təsəvvür edə bilərik. Hər bir yivin qırıldığı işıq birləşərək dalğalı bir cəbhə meydana gətirir. Bir ızgaranın faydası, xüsusi bir ayrı bucaq dəstinin mövcud olmasından asılıdır ki, yivlər arasında müəyyən bir d məsafəsi üçün hər tərəfdən dağılmış işıq hər hansı bir tərəfdən fərqlənən işıqla fazadadır, buna görə birləşirlər. konstruktiv.

Bir ızgara ilə difraksiyanı Şəkil 2-1-də a bucağında düşən və b m bucaqlar boyunca bir barmaqlıqla (yiv aralığındakı yiv aralığının d) bir ızgara ilə fərqlənən l dalğa uzunluğundakı işıq şüasını göstərən həndəsədən görünə bilər. Bu açılar, mərkəzindəki ızgara səthinə dik kəsikli bir xətt olan ızgara normalından ölçülür. Bu açılar üçün işarə konvensiyası, işığın düşən işıqla eyni tərəfdə və ya ızgaranın əks tərəfində qırılmasından asılıdır. Yansıtma ızgarasını göstərən (a) diaqramında a & gt 0 və b 1 & gt 0 bucaqları (ızgara normalından saatın əks istiqamətində ölçüldüyü üçün) b 0 & lt0 və b 1 & lt0 bucaqları (olduqları üçün) ızgara normaldan saat yönünə görə ölçülür). Diaqram (b) bir ötürmə barmaqlığı üçün vəziyyəti göstərir.

Konvensiyaya görə, düşmə və difraksiyanın açıları ızgaradan normal şüaya qədər ölçülür. Bu diaqramlarda oxlarla göstərilir. Hər iki diaqramda bucaqlar üçün işarə konvensiyası normal ızgaranın hər iki tərəfində yerləşən artı və eksi işarələri ilə göstərilir. Yansıtma və ya ötürülmə barmaqlıqları üçün, iki bucağın cəbri işarələri, normal ızgaranın əks tərəflərindən ölçülürsə fərqlənir. ii. bucaqlar üçün imzalanma konvensiyası Digər işarələr konvensiyaları mövcuddur, buna görə nəticələrin öz-özünə uyğun olmasını təmin etmək üçün hesablamalara diqqət yetirilməlidir.

Dalğa cəbhələrindən (sabit fazın səthlərindən) istifadə edərək ızgara difraksiyasının başqa bir təsviri Şəkil 2-2-də göstərilmişdir. Bitişik yivlərdən işıq arasındakı həndəsi yol fərqinin d sin a + d sin b olduğu görülür. [B & lt0 olduğundan, son müddət əslində mənfi olur.] Müdaxilə prinsipi yalnız bu fərq işığın dalğa uzunluğuna l və ya bəzi inteqrallara bərabər olduqda bunu tələb edir.

Şəkil 2-1. Təyyarə ızgarası ilə difraksiya. L dalğa uzunluğundakı monoxromatik işıq şüası bir ızgaraya dəyir və bir neçə ayrı yol boyunca qırılır. Üçbucaqlı yivlər səhifədən çıxır, şüalar səhifənin düzündədir. A və b bucaqları üçün işarələrin konvensiyası normal ızgaranın hər iki tərəfindəki + və işarələri ilə göstərilir. (a) Yansıma ızgarası: hadisə və dağılmış şüalar ızgaranın eyni tərəfindədir. (b) Şanzıman ızgarası: hadisə və dağılmış şüalar ızgaranın əks tərəflərindədir.

bunların çoxu, qonşu oluklardan gələn işıq mərhələdə olacaq (konstruktiv müdaxiləyə səbəb olur). Bütün b bucaqlarında, yiv üzlərindən çıxan dalğalar arasında müəyyən dərəcədə dağıdıcı müdaxilə olacaqdır.

Bu münasibətlər ızgara tənliyi ilə ifadə olunur

yiv aralığının ızgarasından difraksiyanın açılarını idarə edən d. Burada m tam ədədi olan difraksiya sırasıdır (və ya spektral qayda). Xüsusi bir dalğa boyu üçün l, m üçün bütün dəyərlər | m l / d | & lt2 fiziki cəhətdən reallaşan difraksiya əmrlərinə cavab verir. Bəzən ızgara tənliyini belə yazmaq rahatdır

burada G = 1 / d, daha çox "millimetr başına yivlər" adlanan yiv tezliyi, yiv sıxlığı və ya addımdır.

Ekv. (2-1) və onun ekvivalenti bərabərdir. (2-1 ') ızgara tənliyinin ümumi formalarıdır, lakin onların etibarlılığı, baş verən və qırılan şüaların yivlərə dik (ızgaranın mərkəzində) olduğu hallarla məhdudlaşır. Izgara sistemlərinin böyük əksəriyyəti klassik (və ya müstəvidə) difraksiya adlanan bu kateqoriyaya aiddir. Baş verən işıq şüası yivlərə dik deyilsə də, ızgara tənliyi dəyişdirilməlidir:

Gm l = cos e (sin a + sin b). (2-1'')

Burada e, düşən işıq yolu ilə ızgara mərkəzindəki yivlərə dik olan düzlük arasındakı bucaqdır (şəkil 2-2-də səhifənin müstəvisi). Baş verən işıq bu müstəvidədirsə, e = 0 və bərabərdir. (2-1 ") daha çox tanış olan (2-1 ') bərabərliyə endirir. E? 0 olduğu həndəsələrdə qırıq spektrlər müstəvidə deyil, konusda uzanır, buna görə də belə hallara konik difraksiya deyilir.

Yiv aralığının d ızgarası üçün dalğa uzunluğu ilə düşmə və difraksiya bucaqları arasında tamamilə riyazi əlaqə mövcuddur. Müəyyən bir spektral qayda m-də a bucağına düşən polixromatik dalğa cəbhələrinin müxtəlif dalğa boyları bucaq altında ayrılır:

b (l) = arcsin (m l / d sin a). (2-2)

M = 0 olduqda, ızgara bir güzgü rolunu oynayır və dalğa uzunluqları ayrılmır (bütün l üçün b = a) buna spekulyar əks və ya sadəcə sıfır sıra deyilir.

Şəkil 2-2. Planar dalğa cəbhələri üçün difraksiyanın həndəsəsi. Yol fərqindəki terminlər, d sin a və d sin b, göstərilmişdir.

Xüsusi, lakin ümumi bir hal, işığın gəldiyi istiqamətə doğru geri çırpılmasıdır (yəni a = b) buna, ızgara tənliyinin çevrildiyi Littrow konfiqurasiyası deyilir.

m l = 2 d sin a, Littrowda.
(2-3)

Bir çox tətbiqdə (sabit sapma monoxromatörləri kimi), dalğa uzunluğu l ox və ətrafa yayılan işıq dəyişməz olaraq, mərkəzi hökmdarı ilə üst-üstə düşür. Düşmə və difraksiya istiqamətləri arasındakı sapma bucağı 2 K (bucaq sapması da deyilir)

normal şüalardan bissektora qədər ölçülən tarama bucağı f olduqda

Qeyd edək ki, f l ilə dəyişir (a və b kimi). Bu vəziyyətdə, ızgara tənliyi f və yarım sapma bucağı K olaraq ifadə edilə bilər

Izgara tənliyinin bu versiyası monoxromator montajları üçün faydalıdır (bax. Fəsil 7). Ekv. (2-6) göstərir ki, monoxromator qurğusundakı bir ızgara ilə qırılan dalğa uzunluğu, ızgaranın fırlandığı f bucağın sinusu ilə düz mütənasibdir, bu da bir sinus çubuğunun tarama üçün ızgaranı döndərdiyi monoxromator ötürücülər üçün əsasdır. dalğa boyları (bax Şəkil 2-3).

Şəkil 2-3. Dalğa uzunluğunun taranması üçün sinus bar mexanizmi. Vida göstərilən x məsafədən xətti olaraq uzandıqca, rəf f sinəsi ilə x f ilə mütənasib şəkildə f bucağı ilə fırlanır.

2.2.1 Difraksiya əmrlərinin mövcudluğu.

Yiv aralığının d və a və b bucaqlarının müəyyən dəyərlər dəsti üçün ızgara tənliyi (2-1) birdən çox dalğa boyu ilə təmin olunur. Əslində, aşağıda müzakirə edilən məhdudiyyətlərə tabe olaraq, ardıcıl m ədədləri ilə vurulduqda konstruktiv müdaxilə şərtini təmin edən bir neçə ayrı dalğa uzunluğu ola bilər. Bunun fiziki əhəmiyyəti ondadır ki, dalğaların konstruktiv möhkəmləndirilməsi ardıcıl yivlər tərəfindən difraksiyaya uğrayaraq sadəcə hər bir şüanın bir-biri ilə fazada azaldılmasını (və ya inkişaf etdirilməsini) tələb edir, bu səbəbdən bu faz fərqi inteqrala bərabər olan real məsafəyə (yol fərqi) uyğun olmalıdır. dalğa uzunluğunun çoxu. Bu, məsələn, yol fərqi bir dalğa boyu olduqda olur, bu zaman şüaların irəliləməsindən asılı olaraq müsbət birinci difraksiya qaydasından (m = 1) və ya mənfi birinci difraksiya qaydasından (m = -1) danışırıq. ya da yivdən yivə keçərkən geri qalmışıq. Eynilə, ikinci sıra (m = 2) və mənfi ikinci sıra (m = -2), bitişik yivlərdən şüalar arasındakı yol fərqinin iki dalğa uzunluğuna bərabər olanlardır.

Izgara tənliyi yalnız | üçün spektral sifarişlərin olduğunu göstərir m l / d | & lt2 əks halda mövcud ola bilər, | sin a + sin b | & gt 2, fiziki baxımdan mənasızdır. Bu məhdudiyyət l dalğa uzunluğunun işığının sonlu bir sıra əmrlərdən daha çox dağılmasının qarşısını alır. Xüsusi əks (m = 0) həmişə mümkündür, yəni sıfır sıra həmişə mövcuddur (sadəcə b = a tələb edir). Əksər hallarda ızgara tənliyi l dalğa uzunluğunun işığının həm mənfi, həm də müsbət sıralara yayılmasına imkan verir. Aydındır ki, bunun üçün bütün sifarişlərin spektrləri mövcuddur

2 d & lt m l & lt2 d, m bir tam.
(2-7)

L / d & lt & lt 1 üçün çox sayda qırıq əmr mövcud olacaqdır.

Diqqətdən göründüyü kimi. (2-1), mənfi və müsbət spektral sifarişlər arasındakı fərq budur

b & gt positive a müsbət sifarişlər üçün (m & gt 0),

mənfi sifarişlər üçün b & lt orders a (m & lt0),

b = a spekulyar əks üçün (m = 0).

(2-8)

M üçün bu işarə konvensiyası, əgər difraksiyalı şüa sıfır sıranın solunda (saat yönünün əks tərəfi) (m = 0), m & lt0, əgər qırılan şüa sağda (saat yönünün tərəfi) yerləşsə m & lt0 olmalıdır. ) sıfır sırada. Bu konvensiya Şəkil 2-4-də qrafik olaraq göstərilir.


2.2.2 Dağılan Spektrlərin üst-üstə düşməsi.

Çoxsaylı sifariş davranışının ən problemli tərəfi Şəkil 2-5-də göstərildiyi kimi ardıcıl spektrlərin üst-üstə düşməsidir. Izgara tənliyindən aydın olur

Şəkil 2-4. Spektral sifariş m üçün konvensiyanı imzalayın. Bu nümunədə a müsbətdir.

Şəkil 2-5. Spektral sifarişlərin üst-üstə düşməsi. 100, 200 və 300 nm dalğa boyları üçün ikinci sırada olan dalğa, 200, 400 və 600 nm dalğa boyları üçün ilk sırada eyni istiqamətdə çırpılır. Bu diaqramda işıq sağ tərəfdən əmələ gəlir, buna görə bir & lt0.

hər hansı bir ızgara aləti konfiqurasiyasında m = 1 sıra ilə difraksiyaya düşən l dalğa uzunluğunun işığı, m = 2 sıradakı diffraksiyalı dalğa uzunluğunun l / 2 işığı ilə üst-üstə düşəcəkdir. ). Bu nümunədə birinci spektral sıra ilə qırmızı işıq (600 nm) ikinci sırada ultrabənövşəyi işığın (300 nm) üst-üstə düşəcəkdir. Hər iki dalğa uzunluğuna həssas bir detektor hər ikisini eyni anda görəcəkdir. Birmənalı olmayan spektroskopik məlumatlara səbəb olacaq bu dalğa uzunluqlarının üst-üstə qoyulması, ızgara tənliyinin özünə xasdır və detektor ümumiyyətlə üzərinə düşən müxtəlif dalğa uzunluqlarının işığını (öz daxilində həssaslıq üçündür). [Həmçinin aşağıdakı Bölmə 2.7-yə baxın.]

Difraksiya ızgarasının əsas məqsədi işığı dalğa boyu ilə fəzaya yaymaqdır. Bir ızgaraya düşən ağ işıq şüası, ızgaradan difraksiyaya görə tərkib rənglərinə ayrılacaq və hər rəng fərqli bir istiqamətdə qırılır. Dağılım, fərqli dalğa uzunluğunun difraksiyalı işığı arasında ayrılma (ya bucaqlı, ya da məkan) ölçüsüdür. Açısal dispersiya vahid bucaqdakı spektral diapazonu, xətti qətnamə isə vahid uzunluqdakı spektral diapazonu ifadə edir.

L dalğa uzunluğu və l + d l arasındakı m sıra spektrinin d b açılı yayılması a düşmə bucağının sabit olmasını qəbul edərək, ızgara tənliyini fərqləndirərək əldə edilə bilər. Buna görə dalğa uzunluğunun vahidinə görə difraksiya bucağındakı dəyişiklik D-dir

burada b bərabərliklə verilir. (2-2). D = d b / d l nisbətinə bucaq dispersiyası deyilir. Yiv tezliyi G = 1 / d artdıqca, açısal dispersiya artır (o deməkdir ki, müəyyən bir m əmri üçün dalğa uzunluqları arasındakı açı ayrılığı artır).

Ekv. (2-9), m / d kəmiyyətinin ızgara tənliyinin Eq-yə əvəzlənməsinin digər parametrlərindən asılı olmayaraq seçilə bilən nisbət olmadığını anlamaq vacibdir. (2-9) açısal dispersiya üçün aşağıdakı ümumi tənliyi verir:

Müəyyən bir dalğa boyu üçün bu, açısal dispersiyanın yalnız düşmə və difraksiya bucaqlarının bir funksiyası kimi qəbul edilə biləcəyini göstərir. Littrow konfiqurasiyasını (a = b) nəzərdən keçirdiyimiz zaman bu daha da aydın olur, bu halda Eq. (2-10) azaldır

Nə zaman | b | Littrow istifadəsində 10 -dan 63 -ə qədər artdıqda, açısal dispersiya spektral düzəndən və dalğa uzunluğundan asılı olmayaraq on dəfə artır. B müəyyən edildikdən sonra incə pitch ızgaranın (kiçik d) az qaydada istifadə edilməli və ya bir eşel ızgarası kimi bir pitch pəncərənin (böyük d) yüksək səviyyədə istifadə edilməli seçimi edilməlidir. sifariş. [Zərif qəfəsli barmaqlıq, daha böyük bir sərbəst spektral aralıq təmin edəcəkdir, aşağıda Bölmə 2.7-ə baxın.]

M sırası ilə müəyyən bir difraksiya edilmiş dalğa boyu l üçün (diffraksiya bucağına uyğun olan) bir ızgara sisteminin xətti dispersiyası D açısal dispersiyasının və sistemin effektiv fokus məsafəsinin r '(b) məhsuludur:

R 'd b = d l kəmiyyət, spektr boyunca mövqedəki dəyişiklikdir (dalğa boyu deyil, real məsafə). Fokus uzunluğu üçün difraksiya bucağından b ola biləcəyini açıq şəkildə göstərmək üçün r '(b) yazdıq (bu da l-dən asılıdır).

Lövhə faktoru P olaraq da adlandırılan qarşılıqlı xətti dispersiya daha tez-tez adətən nm / mm ilə ölçülən r 'D-nin qarşılıqlı hesab olunur:

P dalğa uzunluğunun (nm-də) dəyişməsinin spektr boyunca yer dəyişikliyinə (mm-ə) uyğun bir ölçüsüdür. Qeyd etmək lazımdır ki, terminoloji lövhə faktoru bəzi müəlliflər tərəfindən 1 / sin F kəmiyyətini təmsil etmək üçün istifadə olunur, burada F spektrin diffraksiyalı şüalara dik xəttlə düzəltdiyi bucaqdır (bax Şəkil 2-6). qarışıqlıq, 1 / sin F kəmiyyətini obliklik faktoru adlandırırıq. Müəyyən bir dalğa boyu üçün görüntü müstəvisi qırılan şüalara dik deyildikdə (yəni F 90 olduqda), şəkil təyyarəsində düzgün qarşılıqlı xətti dispersiyanı əldə etmək üçün P obliklik əmsalı ilə vurulmalıdır.

Şəkil 2-6. Obliklik açısı F. Qeydə alınan spektral görüntünün qırılan şüaya dik olan düzlükdə yerləşməsinə ehtiyac yoxdur (yəni F 90 ).


2.4 GÜCÜN, XÜSUSİ QƏRARININ VƏ BANDPASSIN HƏLL EDİLMƏSİ [yuxarı]

Bir ızgaranın həll gücü R orta dalğa uzunluğunun bitişik spektral xətlərini ayırmaq qabiliyyətinin ölçüsüdür l. Ümumiyyətlə ölçüsüz kəmiyyət kimi ifadə olunur

Burada D l ayırdetmə sərhədidir, fərqlənə bilən bərabər intensivlikli iki xətt arasındakı dalğa uzunluğundakı fərqdir (yəni ayrılma | l 1 l 2 | & lt D olan iki dalğa uzunluğunun l 1 və l 2 zirvələri). l birmənalı olmayacaq). Planar difraksiya ızgarasının nəzəri həll gücü, elementar optik dərsliklərində verildiyi kimi verilir

burada m - difraksiya qaydası və N - ızgaranın səthində işıqlandırılan ümumi yivlərin sayı. Mənfi sifarişlər üçün (m & lt0) R-in mütləq dəyəri nəzərə alınır.

R üçün daha mənalı bir ifadə aşağıda verilmişdir. Izgara tənliyi m-i bərabərlikdə əvəz etmək üçün istifadə edilə bilər. (2-14):

Yiv aralığı d barmaqlığın səthində bərabərdirsə və barmaqlıq düzbucaqlıdırsa, Nd miqdarı ızgaranın idarə olunan genişliyidir W

Ekv. (2-16), R açıq şəkildə spektral düzəndən və ya bu parametrlərin idarə olunan genişlik və düşmə və difraksiyanın bucaqları içərisindəki yivlərin sayından asılı deyil. Bəri

maksimum əldə edilə bilən həll gücüdür

sifariş m və ya oluk sayından asılı olmayaraq N. Bu maksimum şərt otlaq Littrow konfiqurasiyasına cavab verir, yəni a b (Littrow), | a | 90 (otlaq).

Çözmə gücünü ızgaradan fərqlənən həddindən artıq şüaların maksimum faza geriləməsi ilə təyin olunduğunu düşünmək faydalıdır. Panjurun qarşı tərəflərindən difraksiyaya uğrayan şüalar arasındakı optik yol uzunluqlarındakı fərqi ölçmək, bu miqdarı difraksiyanın işığının dalğa uzunluğuna l bölərək həll gücünü R verir.

Nəzəri həll gücünün əldə edilməsi dərəcəsi yalnız a və b açılarına deyil, həm də ızgara səthinin optik keyfiyyətinə, yiv aralığının bərabərliyinə, əlaqəli optiklərin keyfiyyətinə və genişlikdən də asılıdır. yarıqlar və / və ya detektor elementləri. Düzlükdən təyyarə ızgarası üçün düzlükdən və ya içbükey bir ızgara üçün sferiklikdən l / 10-dan çox hər hansı bir gediş həll gücünün itirilməsinə səbəb olur. Izgaranın yiv aralığı, nəzəri performansın istədiyi dalğa uzunluğunun təxminən 1% -i qədər sabit saxlanılmalıdır. Yarıq genişliyi, hava cərəyanları və titrəmələr kimi eksperimental detallar optimal nəticələrin alınmasına ciddi şəkildə mane ola bilər.

Praktik həll gücü mənbənin yaydığı xətlərin spektral yarım eni ilə məhdudlaşır. Bu, dönmə gücünün 500.000-dən çox olan sistemlərin ümumiyyətlə yalnız spektral xətt şəkillərinin, Zeeman effektlərinin və xətt dəyişmələrinin öyrənilməsində tələb olunduğunu və fərdi spektral xətlərin ayrılması üçün lazım olmadığını izah edir.

Gücü həll etmək üçün əlverişli bir sınaq, civə emissiya xəttinin izotopik quruluşunu 546.1 nm-də araşdırmaqdır. Gücün həlli üçün başqa bir test, işıq rejimi olaraq tək bir rejim lazerindən istifadə edildikdə spektroqrafda və ya tarama spektrometrində yaranan xətt profilini araşdırmaqdır. Yarım intensivlikdəki xətt genişliyi (və ya digər fraksiyalar da) meyar kimi istifadə edilə bilər. Təəssüf ki, həll ölçmə ölçüləri sistemdəki bütün optik elementlərin, o cümlədən giriş və çıxış yarıqlarının yerləri və ölçüləri, köməkçi linzalar və güzgülər və bu optiklərin keyfiyyəti ilə əlaqəli nəticəsidir. Onların təsirləri mütləq ızgaranın təsirləri üzərinə qoyulur.

Gücün həll edilməsi ızgaranın və istifadə olunduğu bucaqların bir xüsusiyyəti hesab edilə bilsə də, iki dalğa uzunluğunu həll etmə qabiliyyəti l 1 və l 2 = l 1 + D l ümumiyyətlə yalnız ızgaradan deyil, ölçü və yerlərdən də asılıdır. giriş və çıxış yarıqlarının (və ya detektor elementlərinin), şəkillərdəki sapmaların və görüntülərin böyüməsinin. Birmənalı şəkildə həll edilə bilən iki dalğa boyu arasındakı minimum dalğa uzunluğu fərqi D (qətnamə hüdudu və ya sadəcə qətnamə adlanır) giriş diyaframının görüntüsünü (görüntü müstəvisində) çıxış diyaframı (və ya detektoru) ilə qarışdırmaqla müəyyən edilə bilər. element). Bir ızgara sisteminin yaxınlıqdakı dalğa uzunluqlarını həll etmə qabiliyyətinin bu ölçüsü, mübahisəsiz gücün həll edilməsindən daha əhəmiyyətlidir, çünki sistemin görüntü təsirlərini nəzərə alır. Gücün həlli ölçüsüz bir kəmiyyət olmasına baxmayaraq, çözünürlük spektral vahidlərə (ümumiyyətlə nanometrlərə) malikdir.

Spektroskopik bir sistemin B bandı, çıxış yarığından keçən (və ya bir detektor elementinə düşən) işığın dalğa boyu intervalındadır. Tez-tez bir intensivliyin maksimumunun hər iki tərəfindəki yarı-maksimum intensivlik nöqtələri arasındakı dalğa uzunluqlarındakı fərq olaraq təyin olunur. Bandpass üçün bir qiymətləndirmə çıxış yarığı genişliyi w 'və qarşılıqlı xətti dispersiyanın məhsuludur P:

Kiçik bant keçidi olan bir alət, daha böyük bant keçidli bir alətdən daha yaxın olan dalğa uzunluqlarını həll edə bilər. Bandpass, çıxış yarığının genişliyini azaldaraq (müəyyən bir həddə baxın. Fəsil 8-ə) azaldıla bilər, lakin ümumiyyətlə azalan işıq intensivliyi hesabına.

Bandpass bəzən spektral bant genişliyi adlanır, lakin bəzi müəlliflər bu terminlərə fərqli mənalar verirlər.

2.4.4 Güc və qətnamənin həll edilməsi

Ədəbiyyatda güc və qətiyyəti həll edən terminlər bəzən dəyişdirilir. Güc sözünün çox özünəməxsus bir mənası olduğu halda (vahid vaxt başına enerji), gücün həlli ifadəsi, Hutleyin təklif etdiyi kimi gücü bu şəkildə əhatə etmir, baxmayaraq ki, gücün həll edilməsini 'həll etmə qabiliyyəti' olaraq düşünə bilərik.

Güc və qətnamənin həlli ilə bağlı yuxarıdakı şərhlər, kolimasiya olunmuş işığda (müstəvi dalğaları) istifadə edilən düzənlikli klassik ızgaralara aiddir. Vəziyyət konkret döşəmələrdə və ya əvvəlcədən müəyyən edilmiş sadə düsturların faydalılığını məhdudlaşdıran qeyri-bərabər məsafəli xətlərdən ibarət olan yiv naxışları ilə mürəkkəbdir, baxmayaraq ki, hələ də faydalı təxminlər verə bilər. Bununla belə, bu hallarda da, maksimum geriləmə anlayışı həlledici gücün faydalı bir ölçüsüdür.

2.5 FOKAL UZUNLUQ və f / SAYI [üst]

O görüntünün və ya difraksiyanın işığının və ya qarışıq olmayan dağılma işığının ızgaraları (və ya ızgara sistemləri) üçün fokus məsafəsi müəyyən edilə bilər. Verilən l dalğa uzunluğunun bir lövhəsindən və m əmri ilə fokusa yaxınlaşdıqda, bu fokus ilə ızgara mərkəzi arasındakı məsafə fokus məsafəsi r '(l) -dir. [Kırılan işıq kollimasiya olunursa və sonra bir güzgü və ya linza ilə fokuslanırsa, fokus məsafəsi ızgaraya qədər məsafəni deyil, yenidən fokuslayan güzgü və ya linzanın fokusunu təşkil edir.] Əgər qırılan işıq müxtəlifdirsə, fokus uzunluğu hələ də ola bilər konvensiyaya görə mənfi hesab edirik (ızgaranın arxasında virtual bir görüntü olduğunu göstərir). Eynilə, qəza işığı ızgaraya doğru aralana bilər (beləliklə r (l) & gt 0 düşmə və ya giriş yarığı məsafəsini təyin edirik) və ya ızgaranın arxasındakı fokusa yaxınlaşa bilər (bunun üçün r (l) & lt0). Adətən rəflər r-in dalğa uzunluğundan asılı olmadığı konfiqurasiyalarda istifadə olunur (halbuki belə hallarda r 'ümumiyyətlə l-dən asılıdır).

Şəkil 2-7-də tipik bir konkav ızgara konfiqurasiyasında monoxromatik düşən işığın (dalğa uzunluğunun l) A nöqtə mənbəyindən ayrıldığı və B-yə doğru qırıldığı göstərilir. A və B nöqtələri sırasıyla r və r 'məsafələridir. ızgara mərkəzi O. Bu şəkildə həm r, həm də r 'pozitivdir.

Şəkil 2-7. Fokus məsafələri və fokus nisbətləri üçün həndəsə ( / ədəd). GN ızgara normaldır (mərkəzindəki ızgaraya dik, O).

Izgaranın genişliyini (və ya diametrini) çağırmaq (dispersiya müstəvisində) W giriş və çıxış / ədədlərini (fokus əmsalları da deyilir) təyin etməyə imkan verir:

f / yox GİRİŞ =, f / Çıxış YOX =.
(2-20)

Adətən giriş / nömrə, difraksiyaya görə ızgara səthindən mümkün qədər çox istifadə etmək üçün giriş optikindən (məsələn, giriş yarığı və ya lif) çıxan işıq konusunun / sayına uyğunlaşdırılır. Bu, ızgara həddindən artıq doldurmamaqla yanaşı, dağılmış enerjinin miqdarını artırır (bu, ümumiyyətlə küçə işığına kömək edəcəkdir).

Eğik enmə və ya difraksiya üçün bərabərlik. (2-20) tez-tez ızgaranın proqnozlaşdırılan genişliyi ilə W əvəz edilərək dəyişdirilir:

f / yox GİRİŞ =, f / YOX ÇIXDI =.
(2-21)

Bu tənliklər, maili açılara doğru hərəkət edən giriş və çıxış yarıqlarında görünən ızgaranın azalmış genişliyini hesablayır (yəni | a | və ya | b | artaraq) proqnozlaşdırılan genişliyi azaldır və buna görə / sayını artırır.

Fokus məsafəsi, ızgara spektrometrlərinin dizaynında və spesifikasiyasında vacib bir parametrdir, çünki optik sistemin ümumi ölçüsünü idarə edir (qatlanan güzgülər istifadə edilmədikdə). Giriş və çıxış fokus məsafələri arasındakı nisbət giriş yarığının proqnozlaşdırılan genişliyini təyin edir ki, bu da çıxış yarığı genişliyinə və ya detektor elementinin ölçüsünə uyğunlaşdırılmalıdır. / ədədi də vacibdir, çünki spect / ədədi artdıqca spektral aberasiyaların azaldığı ümumiyyətlə doğrudur. Təəssüf ki, giriş / sayının artırılması, ızgaranın giriş yarığından göründüyü kimi daha kiçik bir bərk bucağı alt-üst etməsi ilə nəticələnir, bu, ızgaranın topladığı işıq enerjisini azaldır və nəticədə qırıq şüaların intensivliyini azaldır. Bu mübadilə giriş və çıxış choosing / rəqəmlərini seçmək üçün sadə bir qaydanın formalaşdırılmasını qadağan edir, buna görə toplanmış enerjini maksimum dərəcədə artırarkən sapmaları minimuma endirmək üçün inkişaf etmiş dizayn prosedurları hazırlanmışdır. Görüntüləmə xüsusiyyətlərinin müzakirəsi üçün Fəsil 7-yə, ızgara sistemlərinin səmərəlilik xüsusiyyətlərinin təsviri üçün Fəsil 8-ə baxın.

2.6 ANAMORFİK MAGNIFICATION [yuxarı]

Verilən bir dalğa boyu l üçün, qarışdırılmış difraksiyalı bir şüanın genişliyinin və təfərrüatlı bir düşmə şüasının nisbətini ızgaranın təsirli böyütmə ölçüsü hesab edə bilərik (bax Şəkil 2-8). Bu rəqəmdən bu nisbətin olduğunu görürük

A və b ızgara tənliyi (2-1) vasitəsilə l-dən asılı olduğundan bu böyütmə dalğa uzunluğuna görə dəyişəcəkdir. B / a nisbətinə müəyyən bir dalğa boyu l üçün anamorfik böyüdülmə deyilir, yalnız ızgaranın istifadə olunduğu açısal konfiqurasiyadan asılıdır.

Sonsuzluqda olmayan bir cismin böyüdülməsi (baş verən şüaların qarışdırılmaması üçün) 8-ci Fəsildə müzakirə olunur.

Şəkil 2-8. Anamorfik böyütmə. Şüa enlərinin b / a nisbəti anamorfik böyüməyə bərabərdir.

Müəyyən bir düşmə və difraksiya bucaqları dəsti üçün hər bir inteqrasiya diffraksiyası m üçün fərqli bir dalğa boyu üçün ızgara tənliyi yerinə yetirilir. Beləliklə, bir neçə dalğa uzunluğunun işığı (hər biri fərqli bir sıra ilə) eyni istiqamətdə difraksiyaya uğrayacaqdır: dalğa uzunluğunun l düzənliyi m sırası ilə dalğa uzunluğunun l / 2 işığı ilə eyni istiqamətdə 2 m və s.

Bitişik nizamlardan işığın superpozisiyasının baş vermədiyi müəyyən bir spektral qaydada dalğa uzunluqları aralığına sərbəst spektral sıra F l deyilir. Bu, birbaşa tərifindən hesablana bilər: m sırasına görə, m +1 sırası ilə l 1 istiqamətində fərqlənən işığın dalğa uzunluğu l 1 + D l, burada

Sərbəst spektral diapazon konsepsiyası birdən çox difraksiya sırası ilə işləyə bilən bütün ızgaralara şamil edilir, lakin eşellər baxımından xüsusilə vacibdir, çünki onlar müvafiq olaraq qısa sərbəst spektral aralıklarla yüksək sıralarda işləyirlər.

Sərbəst spektral diapazon və sifariş çeşidlənməsi bir-biri ilə sıx əlaqəlidir, çünki daha böyük sərbəst spektral aralığa malik olan ızgaralı sistemlərin işığı üst-üstə düşən spektral əmrlərdən uddu və ya yayındıran filtrlərə (və ya çapraz disperserlərə) az ehtiyac ola bilər. Bu, birinci sifariş tətbiqetmələrinin geniş populyar olmasının bir səbəbidir.

2.8 ENERJİ DAĞILIŞI (RƏQMƏTLİ SƏMƏRLİK) [yuxarı]

Müəyyən bir dalğa boyundakı düşmə sahəsinin gücünün müxtəlif bir spektral sıraya bir ızgara ilə difraksiyası, düşən işığın gücü və qütbləşməsi, düşmə və difraksiyanın açıları, (kompleks) qırılma göstəricisi daxil olmaqla bir çox parametrdən asılıdır. ızgaranın metal (və ya şüşə və ya dielektrik) və yiv aralığı. Izgaranın səmərəliliyinin tam müalicəsi son bir neçə onillikdə ətraflı öyrənilmiş elektromaqnit nəzəriyyəsinin (yəni Maksvell tənliklərinin) vektor formalizmini tələb edir. Nəzəriyyə asanlıqla nəticə verməsə də, müəyyən əsas qaydalar təxmini proqnozlar vermək üçün faydalı ola bilər. Izgara səmərəliliyi mövzusu 9-cu fəsildə daha ətraflı şəkildə nəzərdən keçirilir.

Bu yaxınlarda, geniş spektral aralıklarda çoxsaylı yiv profilləri üçün ızgara səmərəliliyini dəqiq şəkildə proqnozlaşdıran kompüter kodları satışa təqdim edildi.

2.9 DÜŞÜNÜŞ VƏ GƏLİB İŞIQ [yuxarı]

Rəqəmdən başqa başqa bir yerdən, görüntü bərabərliyinə çatan bütün işıqlar, bərabərliklə idarə olunan difraksiyadan başqa bir yolla. (2-1), küçə işığı adlanır. Optik sistemdəki bütün komponentlər, boşluqlar, dəliklər və qismən əks olunan səthlər kimi az işıq verir. Izgaranın özündən yaranan istənməyən işığa tez-tez dağınıq işıq deyilir.

Difraksiya ızgarasının səthinə düşən şüalanmanın bəziləri Dəyişikliyə görə qırılacaq. (2-1) və bəziləri ızgaranın özü tərəfindən mənimsəniləcəkdir. Qalan hissəsi səpələnmiş işıq deyilən istənməyən enerjidir. Dağınıq işıq, yivlərin forma və aralarındakı qüsurlar və ızgaranın səthindəki pürüzlülük daxil olmaqla bir neçə amildən yarana bilər.

Yayılmış dağınıq işıq ızgara səthinin qarşısında yarımkürəyə səpələnir. Əsasən ızgaralı səth mikroroughness ilə əlaqədardır. Müdaxilə ızgaralarında dağılmış işığın əsas səbəbidir. Bir ızgaraya düşən monoxromatik işıq üçün diffuz səpələnmiş işığın intensivliyi o dalğa boyu difraksiya əmrləri yaxınlığında diffraksiya əmrləri arasında daha yüksəkdir. M.C. Hutley (Milli Fizika Laboratoriyası) bu intensivliyi yarıq sahəsi ilə mütənasib və ehtimal ki 1 / l 4 ilə mütənasib hesab etdi.

Təyyarədəki dağılma dispersiya müstəvisindəki istənməyən enerjidir. Yiv aralığında və ya oluk dərinliyindəki təsadüfi dəyişikliklər səbəbindən intensivliyi yarıq sahəsi ilə mütənasib və yəqin ki, dalğa uzunluğunun kvadratı ilə tərs mütənasibdir.

Xəyallara yiv aralığındakı periyodik səhvlər səbəb olur. İdarə olunan barmaqlıqlar üçün xarakterik olan müdaxilə ızgaraları düzgün hazırlandıqda xəyallardan azaddır.

2.9.2 Instrumental kənar işıq

Izgaranın günahlandırıla bilmədiyi küçə işığına instrumental küçə işığı deyilir. Ən başlıcası, sıfır sıraya əks olunan daima mövcud olan işıqdır ki, bu da qapalı işığa kömək etməməsi üçün tutulmalıdır. Digər sıralara yayılan işıq da dedektora yol tapa bilər və buna görə də azğın işıq təşkil edir. Kəskin kənarlardan və açıqlıqlardan gələn difraksiya, işığın ızgara tənliyi ilə proqnozlaşdırılanlardan başqa istiqamətlər boyunca yayılmasına səbəb olur. Alət otağı divarlarından və montaj aparatından əks olunma da istənməyən enerjinin ümumiyyətlə görüntü müstəvisinə yönəlməsinə kömək edir, daha kiçik bir alət kamerası daha əhəmiyyətli işıqsız problemlər təqdim edir. Dedektor elementlərinə düşən işıq yenidən ızgaraya doğru əks oluna bilər və yenidən düşmə bucağı indi fərqli ola biləcəyi üçün yenidən təyin oluna bilər, müəyyən bir istiqamətdə yenidən çəkilən işıq ümumiyyətlə eyni istiqamətdə qırılan işığa nisbətən fərqli bir dalğa uzunluğunda olacaqdır. Parçalanan enerjini maraq spektri xaricində saxlayan maneələr, digər sıradakı və digər dalğa uzunluqlarındakı işıq miqdarını azaltmaq məqsədi daşıyır, ancaq özləri bu işığı nəhayət görüntü müstəvisinə çatacaq şəkildə parçalayaraq əks etdirə bilərlər.

2.10 Siqnal-səs-küy əmsalı (SNR) [yuxarı]

Siqnal-səs-küy nisbəti (SNR), dağınıq enerjinin istənməyən işıq enerjisinə nisbətidir. Artan difraksiyanın səmərəliliyinin SNR-ni artıracağını düşünməyə meylli olsaq da, kənar işıq ümumiyyətlə bir ızgara sistemi üçün əldə edilə bilən SNR-də məhdudlaşdırıcı rol oynayır.

İdarə olunan master ızgaralardan təkrarlanan barmaqlıqlar ümumiyyətlə olduqca yüksək SNR-lərə malikdir, halbuki holoqrafik barmaqlıqlar bəzən daha yüksək SNR-lərə sahibdirlər, çünki yivin yerləşməsindəki periyodik səhvlər və aşağı interorder kənar işıqları səbəbindən xəyalları olmur.


Yeməkdəki mikrobların yüksək işləmə müayinəsi üçün etiketsiz işıq saçan sensorlar

6.2.1 İşığın səpələnmə fizikası

ELS, işıq saçan işıq mənbəyinin eyni dalğa uzunluğu ilə səpələnmiş işığın məkan paylanmasının xüsusiyyətlərindən istifadə edən optik bir fenomen olaraq təyin edilir. ELS siqnal gücü digər spektroskopik və elastik olmayan səpilmə texnikalarına nisbətən çox yüksəkdir (Raman siqnalından 10 3 - 10 6 dəfə yüksək). ELS siqnalını analiz edərək, araşdırılan orqanizmin nuklein turşusu və ya antikor zondları, floroforlar və ya fermentlər kimi xüsusi etiketləmə reaktivlərindən istifadə etmədən bənzərsiz bir barmaq izi təmin etmək mümkündür. Misilsiz performansı sayəsində ELS astronomiya, yarımkeçirici sənaye və biologiya kimi müxtəlif elm və mühəndislik sahələrində istifadə edilmişdir (Bae & amp Bhunia, 2013). Bundan əlavə, ELS metodu zərərverici deyil - yəni sorğu zamanı nümunə bütövlüyünü qoruyur - və siqnal ölçüsü ani olur. Qida patogeninin aşkarlanması üçün iki ELS əsaslı inkişaf sistemi mövcuddur: (i) maye süspansiyonda bakteriya hüceyrələrinin birbaşa müəyyən edilməsi və (ii) qatı mühitdə bakteriya koloniyalarının müəyyən edilməsi. Sonuncu texnologiya BARDOT (optik saçılma texnologiyasından istifadə edərək bakterial sürətli aşkarlama) kimi də tanınır.


Dağılışı səpələnmiş işığın açısal paylanması

Bu yaxınlarda dağınıq səpələnmiş işığın açısal paylanmasını modelləşdirmək üçün olduqca sadə bir təcrübə etdim. Dörd fərqli səthim var idi, ikisi açıq-aşkar hamar, ikisi açıq-aşkar kobud idi. Aşağıdakı şəkildə göstərilən bir aparatı istifadə edirəm ki, burada üfüqi qütblü işığı istifadə etdim.

Səth & quottriangle & quot mövqeyinə qoyulmuşdu (əslində aparat təcrübənin bir prizma istifadə etdiyim əvvəlki hissəsindən olan üçbucaq deyildi), düşmə bucağı 70deg idi. Daha sonra əks olunan işığı intensivliyini ölçmək üçün bir detektoru səth ətrafında bir sıra açılar arasında fırladım. Dedektorları intensivliyə qarşı bucaq şəkli çəkdim. Qrafik aşağıdadır.

Tapdığım iki hamar səth (S1, S3) gözlənilən nəticələr verdi, düşmə bucağı = əks olunma bucağı (hər zirvənin yaylası detektor lövhəsinin böyük olması səbəbi ilə) mərkəzləşdirildi. Lakin kobud səthlərlə zirvələr gözlənilən bucaq altında mərkəzləşdirilməyib, təxminən 4 dərəcə yuxarıya doğru irəliləyiblər. Düşünə biləcəyim yeganə açıqlama, kobud səthlərin bir diskə və ya & quotdirty & quot difraksiya barmaqlığına bənzəməsidir.

Zirvələrin niyə dəyişdiyini düşünən varmı? Təcrübəni üç dəfə apardıq və kobud səthlərlə eyni nəticəni aldıq


Cavablar və cavablar

Edilən fərqlər fərqli paradiqmalardır, ancaq fiziki olaraq başqa bir sistemlə qarşılıqlı əlaqəli bir foton ilə fotonun mənimsənilib yenidən buraxıldığını ayırd edə bilməzsiniz. Əslində sərbəst yayılma Huygen prinsipi mənasında təkrar & quotabsorbsiya və təkrar emissiya & quot kimi görünə bilər.

Bununla birlikdə, udma / yenidən emissiya növlərini ayırd etmək olar və müzakirəni bu nəzərə alaraq yenidən oxumalısınız.

Sualın çox yaxşı olduğunu düşünürəm (eyni şübhəm var idi!) Və təəssüf ki, məndə olmadığı bir az işlənmiş cavaba layiqdir.

Keçidlər haqqında bir şey oxuduqda, arasında açıq bir fərq olduğunu görürsən:

Baş verən fotonun E-si atomun E səviyyələri arasındakı boşluqla uyğunlaşdığı A vəziyyəti, buna görə atom daha yüksək bir vəziyyətə (elektron keçidi) daxil olaraq həyəcanlanır. Buna tez-tez & quotesonance udma & quot deyilir.
Hadisə B, hadisə fotonunun E-nin bu boşluqdan daha aşağı olduğu üçün belə bir həyəcan / keçiş olmadığı və fotonun gəldiyi kimi söndüyü deyilir. Buna & quotRayleigh saçılma & quot deyilir.Baş verən fotonun E-si boşluqdan yüksək olduqda, foton hissəcik üçün enerjisini itirir, ancaq qismən udma olduğunu söyləmirik (?) Və buna & quotRaman səpələnməsi & quot deyilir (eyni zamanda Stokes səpələnir, həm də var Stokes əleyhinə təsir, bunu kənara qoyaq.)

Ancaq sonra A vəziyyətində bir həyəcanın inanılmaz dərəcədə qısa bir müddət davam etdiyini və bundan sonra fotonun gəldiyi E ilə eyni şəkildə yenidən yayılacağını, B vəziyyətində olduğu kimi, A-dakı & quotexitation & quot-un müddəti də ola bilər. B-də "nə olursa-olsun" dan daha uzun? (ancaq vaxtın çox az olduğunu nəzərə alsaq, böyük bir fərq kimi görünmür).

Edilən fərqlər fərqli paradiqmalardır, ancaq fiziki olaraq başqa bir sistemlə qarşılıqlı əlaqəli bir foton ilə fotonun mənimsənilib yenidən buraxıldığını ayırd edə bilməzsiniz. Əslində sərbəst yayılma Huygen prinsipi mənasında təkrar & quotabsorbsiya və təkrar emissiya & quot kimi görünə bilər.

Bununla birlikdə, udma / yenidən emissiya növlərini ayırd etmək olar və müzakirəni bu nəzərə alaraq yenidən oxumalısınız.

Bəli, çətinliklər nəzərə alınaraq, hər şeyi sadəcə udma / yenidən emissiya adlandırmağa üstünlük verərdim. Ancaq yenə də A və B hallarını həm səbəbləri, həm də təsirləri ilə ayırmaq lazımdır. Səbəblər açıq şəkildə fərqlidir (A vəziyyəti, həyəcan / keçid vəziyyəti B, belə bir şey yoxdur). Bəs təsirlər, əgər hər iki vəziyyətdə də foton çox qısa bir müddətdən sonra eyni E ilə yayılarsa? Bilirəm ki, ikinci bir foton onsuz da həyəcanlı bir atomu təsir edərsə, stimullaşdırılmış emissiya fenomeni yaranır, amma başqa bir fərq varmı? Elə ola bilər ki, A-da, yenidən emissiyadan əvvəl, E termal E olaraq toqquşma yolu ilə material tərəfindən mənimsənilə bilər, lakin bu, atomun fərdi bir xüsusiyyətindən daha çox materialın kollektiv bir xüsusiyyətinə bənzəyir.

Başqa bir qeyddə, burada oxuyuram ki, Raman səpələnməsi bir şeyləri biraz daha çətinləşdirmək üçün salınan bir dipol səbəbindən yenidən şüalanma fenomeni deyil.

Edilən fərqlər fərqli paradiqmalardır, ancaq fiziki olaraq başqa bir sistemlə qarşılıqlı əlaqəli bir foton ilə fotonun mənimsənilib yenidən buraxıldığını ayırd edə bilməzsiniz. Əslində sərbəst yayılma Huygen prinsipi mənasında təkrar & quotabsorbsiya və təkrar emissiya & quot kimi görünə bilər.

Bununla birlikdə, udma / yenidən emissiya növlərini ayırd etmək olar və müzakirəni bu nəzərə alaraq yenidən oxumalısınız.

Yenidən oxumağa çalışdım, amma səpələnmə halında heç bir udma olmadığını söyləyənlər var. Problem budur. Səpələnmə vəziyyətində bir udma var və ya yoxdur?

@Saw: Geniş izahınız üçün təşəkkür edirik. Yazınızı oxuyarkən bir neçə sual aldım.

Bu ssenaridə başqa bir qarşılıqlı əlaqəni də oxudum. Bir hadisə fotonu bir hissəcikdəki enerji boşluğundan daha az enerjiyə sahib olarsa, hissəcik onu səpələmək əvəzinə içəri buraxırdı. Şəffaf cisimlərdə belə bir şey olursa, görünən işığı bir materialdan keçirək?

Boşluqdan daha yüksək enerjiyə sahib bir hadisə fotonu elektronu atmağa və atomu ionlaşdırmağa səbəb olmaz? Yoxsa hissəciyin 2 enerji boşluğu arasında enerji səviyyəsi olan bir foton nəzərdə tutursunuz?

Materialın qalan hissəsi ilə qarşılıqlı əlaqəyə gəldikdə, mübahisə əlaqəsində olan biri Ramanın dağılması və flüoresans barədə aşağıdakıları söylədi.

& quot; Bəlkə də fərq həqiqətən terminologiyadır, ancaq normalda Raman spektroskopiyasını azaldılmış tezlikli bir foton yayaraq titrəməli bir həyəcan vəziyyətinə çürüyən həyəcan vəziyyəti və titrəyişən həyəcan vəziyyəti qəfəslə qarşılıqlı təsir nəticəsində azalır. Floresansda əksinədir. Həyəcanlı vəziyyət qəfəslə qarşılıqlı təsir göstərərək daha az enerji vəziyyətinə və bu daha az həyəcanlı vəziyyət isə foton yayaraq azalır. & Quot;

Hər iki halda da udma və zaman fərqi olduğu xaricində bundan nəyə gələcəyimə əmin deyiləm. Ancaq bu sitat doğrudursa, demək olar ki, Raman səpələnməsi və flüoresans materialın kollektiv xüsusiyyətindən də asılıdır.


Səpələnmə növləri barədə fərq etdiyim başqa bir şey var. Rayleigh səpələnməsi, Mie səpələnməsi və həndəsi səpələnmə hissəciklərin dalğa uzunluğuna görə ölçüsündən asılıdır, hissəcik dalğa boyundan kiçik (Rayleigh), eyni dərəcədə böyük (Mie) və ya daha böyük (həndəsi səpələnmə). Əgər səpələnmə həqiqətən fotonların emilimini və yenidən emissiyasını nəzərdə tutursa, deməli, hissəciklərin enerji boşluqları mənim üçün qəribə görünəcək hissəciklərin ölçüsündən (və / və ya bəlkə də kütlədən də) asılıdır. Fərqli enerji boşluqları ilə eyni dərəcədə böyük / kütləli partciles varmı?

İkincisi, əgər biz səpələnməni əks olunmağa uzatsaq və bu fotonların udma və yenidən emissiyasını da adlandırırıqsa, onda hər hissəcik üçün eyni emissiya bucağını necə izah etmək olar, çünki əks olunma, enişlə eyni olan bir emissiya bucağı ilə xarakterizə olunur. fotonun açısı? Absorbsiya və emissiya bunu edə bilmirsə, şübhəsiz ki, bu fotonun hissəciklərə qarşı & quotbounce & quot-dən başqa bir şey olmamalıdır. Yansıma vəziyyətində fotonun bir az enerji azalması varmı?

Adi təsvir "qəfəs" in (kollektiv davranış olduğu üçün bu suala baxın) qısa müddətdə rezonans olmayan bir tezliklə titrədiyini və sonra yenidən yaydığını düşünür. Bu qısa dayanma və sonrakı gecikmə, işığın mühitdə daha yavaş getdiyini izah edər. Bunun & quotscattering & quot olub olmaması başqa sualdır. Bəli, işıq təsadüfi istiqamətlərə səpələnir / yenidən yayılır deyərdim. Necə olur ki, ilkin istiqamətini qoruyub saxlayır? Oxuduğum (klassik izah) budur ki, atomlar şəbəkəsi kooperativ fəaliyyət göstərir ki, orijinal istiqamət xaricində dağıdıcı müdaxilə olsun, amma kimsə bir dəfə bir mübahisədə buna etiraz etdi.

Bəli, mən ikinci şeyi nəzərdə tuturdum. İonlaşma, hadisə fotonunda elektronun ən yüksək səviyyədən kənara atılması üçün kifayət qədər E olduğu zaman baş verər.

Materialın qalan hissəsi ilə qarşılıqlı əlaqəyə gəldikdə, mübahisə əlaqəsində olan biri Ramanın dağılması və flüoresans barədə aşağıdakıları söylədi.

& quot; Bəlkə də fərq həqiqətən terminologiyadır, ancaq normal olaraq Raman spektroskopiyasını azaldılmış tezlikli bir foton yayaraq titrəməli bir həyəcan vəziyyətinə çürüyən həyəcan vəziyyəti və titrəyişən həyəcan vəziyyəti qəfəslə qarşılıqlı təsir nəticəsində azalır. Floresansda əksinədir. Həyəcanlı vəziyyət qəfəslə qarşılıqlı təsir göstərərək daha az enerji vəziyyətinə və bu daha az həyəcanlı vəziyyət isə foton yayaraq azalır. & Quot;

Hər iki halda da udma və zaman fərqi olduğu xaricində bundan nəyə gələcəyimə əmin deyiləm. Ancaq bu sitat doğrudursa, Ramanın səpələnməsinin və flüoresansın materialın kollektiv xüsusiyyətindən də asılı olduğunu söyləmək olar.

Maraqlıdır. Qeyd etdiyim şey, flüoresansın, məsələn hissəciyin bir neçə E sıçrayışı ilə ultrabənövşəyi radiasiyanı udması, lakin bir neçə frekansın fotonlarını (ortaq şəkildə ağ işıq) yayan addımlarla rahatlamasıdır. Ancaq sitatınız E-nin bir hissəsinin dağılmasını (qəfəslə qarşılıqlı təsir yolu ilə) və daha sonra aşağı tezlikli tək bir fotonun yayılmasını nəzərdə tutur, bu da Ramanın səpələnməsi ilə eyni nəticə verəcəkdir, baxmayaraq ki burada proses tərs qaydada gedəcəkdi ...

Bunun doğru olduğuna inanmağa meyllidirəm və bənzər bir flüoresan təsviri üçün bu sayta baxın.

Bunu harada öyrədildiyini bilmirəm, amma bu düzgün deyil. Doğru olan, müəyyən bir frekansın EM şüalanmasının kəmiyyət olaraq ölçülməsidir - evristik olaraq, enerjinin "# h nu ##" olduğu ## nu ## tezlikdir. Ancaq bu, EM radiasiyasının tezliyini dəyişdirən qarşılıqlı təsirlərə məruz qalmasının qeyri-mümkün olduğu anlamına gəlmir. Tamamilə mümkündür və 2-ci məqam buna yalnız bir nümunədir.

EM radiasiyasının tezliyini dəyişdirən qarşılıqlı təsirlərə məruz qalması qeyri-mümkündür, demək istədiyim kimi deyil. Dediyim budur ki, fotonların enerji səviyyəsini dəyişdirmək üçün əvvəlcə baş verən fotonun tam mənimsənilməsi / məhv edilməsi lazımdır. Müzakirə əlaqəsində hadisə fotonunun qarşılıqlı əlaqədə olduğu deyilir qismən hadisə fotonu tamamilə məhv edilmədən / əvvəlcə sorulmadan. Bağlantıdakı birisi Feynmann Diagtamdan bəhs etdi və bu diaqrama görə Compton dağılması, əvvəlcə fotonun tamamilə məhv edilməsini nəzərdə tutur.

Və bu doğru deyil. Foton qarşılıqlı əlaqədə olmalıdır, ancaq & quot; sorulur / məhv & quot; mümkün olan tək qarşılıqlı təsir deyil. Ən azından, əvvəllər bəhs etdiyiniz yaxınlaşma səviyyəsindən bəhs etmirsinizsə, burada EM radiasiyamız və elektronlarımız bir-biri ilə əsasən klassik şəkildə qarşılıqlı əlaqə qurur.

Bəli, amma bu fərqli bir yaxınlaşmadır, nə baş verdiyini təsvir etmək üçün Feynman diaqramlarından istifadə edirik. Bu yaxınlaşmada klassik səpələnmə modelində olduğu kimi qarşılıqlı əlaqədə olan iki hissəcik mənasında & quotscattering & quot deyilən bir şey yoxdur. Yalnız bir qarşılıqlı əlaqə var, bir foton & quotleg & quot və iki elektron / pozitron & quotlegs & quot ilə vertex. Bu zirvəyə & quotfoton emissiyası & quot; və ya & quotfoton udma & quot; ya da sadəcə & quotelektron-foton qarşılıqlı əlaqəsi & quot; adını verməyiniz terminologiyanın rahatlığıdır.

Bunun hələ bir yaxınlaşma səbəbi, narahatlıq nəzəriyyəsindən, yəni kvant elektrodinamikasının tənliklərini bir sıra genişlənmədə ardıcıl şərtlər hesablayaraq həll etməyə çalışmaqdan asılı olmasıdır, çünki onları necə dəqiq həll edəcəyimizi bilmirik.

Mümkün olan yeganə qarşılıqlı təsir bu deyilsə, deyildiyi kimi səpələnmə və udma arasında mümkün bir fərq ola bilər. Məsələn, bir fotonun tam mənimsənilməsi / məhv edilməsi & quotabsorbsiya & adının verilməsi və tam mənimsənilmədiyi təqdirdə & quotscatter & quot. İnsanlar arasında mübahisə, bir fotonun qismən qarşılıqlı əlaqəyə girməsinin mümkün olub olmadığıdır. Dediyiniz kimi mümkündürsə, fərq, saçılma zamanı fotonun sorulmamasıdır. Mümkün deyilsə, bəlkə də hər iki vəziyyətdə də udulur, ancaq yenidən emissiyaya qədər vaxt fərqi var. Mənim sualım budur.

Bunun cavabı isə & quot; hansı təqribən istifadə etdiyiniz modeldən & quot-dən asılıdır. Cavab yoxdur. Təxminən bir model istifadə edirsinizsə, fotonlar ya & quotcattered & quot və ya & quotsorbed & quot ola bilər. Təxminən başqa bir model istifadə edirsinizsə, yalnız bir qarşılıqlı təsir var, bir foton ayağı və iki elektron ayağı olan zirvə. Hər iki model də təxminlərdir.

& Quotexact mexanizmi & quot-yə ən yaxın olan şey kvant sahələri baxımından təsvirdir - bir elektron / pozitron sahəsi və bir foton sahəsi var. Ancaq bu sahə üçün tənlikləri tam olaraq həll edə bilmərik. Bu səbəbdən təxmini istifadə etməliyik və fərqli ssenarilərdə niyə fərqli təxmini istifadə olunur.

Və bunun cavabı & quot; hansı təqribən istifadə etdiyiniz modeldən & quot-dən asılıdır. Bir cavab yoxdur. Təxminən bir model istifadə edirsinizsə, fotonlar ya & quotcattered & quot və ya & quotsorbed & quot ola bilər. Təxminən başqa bir model istifadə edirsinizsə, yalnız bir qarşılıqlı təsir var, bir foton ayağı və iki elektron ayağı olan zirvə. Hər iki model də təxminlərdir.

& Quotexact mexanizmi & quot-yə ən yaxın olan şey kvant sahələri baxımından təsvirdir - bir elektron / pozitron sahəsi və bir foton sahəsi var. Ancaq bu sahə üçün tənlikləri tam olaraq həll edə bilmərik. Bu səbəbdən təxmini istifadə etməliyik və fərqli ssenarilərdə niyə fərqli təxmini istifadə olunur ..

Tamam, bu mənim üçün hər şeyi bir az təmizləyir. Bu fərqli yaxınlaşmaların fərqli nəticələr verməsi üçün bir məhdudiyyət varmı? Məsələn, səpələnmə növünün hissəcik ölçüsünə (Rayleigh, Mie, yansıma kimi həndəsi) asılı olduğunu görərək, bir fotonun təkrar emissiyası ilə ümumi udma / məhv olma nəzəriyyəsi belə hissəciklərin ölçüsünü / həndəsi- deyə bilərmi? asılı davranış?

Prinsipcə, bəli. Praktikada heç kim bunu etmir, çünki riyaziyyat çox mürəkkəbdir. Fərqli ssenarilərə görə fərqli təxminlərimizin əsas səbəblərindən biri budur - çünki hər zaman ən təməlini (indiki biliklərimiz Feynman diaqramıdır) istifadə etmək praktik imkanlarımız xaricində olacaqdır.

Əla. Bu maarifləndirmə üçün təşəkkür edirik.

@Saw: Sadəcə müxtəlif səpələnmə növlərinin kvant təsvirləri / yaxınlaşmaları və hissəciklərin ölçüsündən asılılığı barədə bir az axtarış aparmışdım.

Hissəcik ölçüsündən asılılığa gəldikdə, məsələn & quotquantum nöqtələri & quot deyilən yarımkeçirici atomlar var. Belə atomlarda mövcud enerji boşluqları arasındakı genişliklərin atomun ölçüsündən asılı olduğu görünür. Bu asılılığa kvant məhdudlaşdırma təsiri deyilir. Bu təsir, çox böyük atomlarda bir elektronun ümumiyyətlə davamlı olaraq mövcud enerji səviyyələrinə sahib olduğunu, lakin atom ölçüsü azaldıqca, enerji səviyyələrinin getdikcə daha ayrı addımlarına sahib olacağını izah edir. Bir atom ölçüsü nə qədər kiçik olarsa, mövcud olan bu ayrı enerji vəziyyətləri arasındakı boşluqlar o qədər böyüyür ki, bu da kiçik bir atomun həyəcanlanmaq / (qismən) udmaq üçün daha yüksək enerji fotonuna ehtiyac duyacağını və bu səbəbdən məsələn qırmızı əvəzinə mavi işıq yayacağını göstərir. . Bu nəzəriyyənin yarımkeçirici olmayan atomlara nə dərəcədə tətbiq ediləcəyindən əmin deyiləm, amma Rayleigh səpələnməsində çox kiçik hissəciklərin mavi işığı daha güclü səpələməsini izah edə bilər. Maraqlıdır, flüoresans da hissəcik ölçüsündən asılıdır?

Səpələnmə ilə flüoresans arasındakı fərqlə bağlı başqa bir kvant təsviri burada tapılmışdır. Səpələnmənin, həqiqətən, elektronların mövcud olan daha yüksək enerji vəziyyətlərinə həyəcanını deyil, daha çox virtual enerji vəziyyətini əhatə etdiyini göstərir. arasında onları dərhal əvvəlki vəziyyətinə qaytarmalarını təmin edən bu enerji vəziyyətləri. Düşünürəm ki, yazınızda buna bənzər bir şərh verdiniz. Bu, flüoresanla müqayisədə emissiyaya qədər qısa müddət gecikməsini izah edə bilər. Bu təsviri udma adlandırmaq olar, amma düşünürəm ki, insanlar bu termini elektronların daha yüksək enerji səviyyələri ilə həyəcanlandığı halda qorunur deyə adlandırmağı üstün tutmurlar. Virtual enerji vəziyyətinə çatmaq və dərhal əvvəlki vəziyyətə qayıtmaq əvəzinə daha çox & quotbounce & quot hesab olunur. Məqalədə ayrıca yayılmış fotonun enerjisinin udulmuş fotodan nə qədər fərqləndiyinə görə səpələnmə ilə flüoresans arasında bir fərq olduğu göstərilir. İstisna, rezonanslı flüoresanla eyni görünən rezonanslı Raman səpilməsidir.

Yansıtmanın kvant yaxınlaşmasına gəldikdə, atomlar et doğrudan da udma sonrası fotonları hər tərəfə səpələyir / yayır, ancaq atomların eyni səviyyədə az və ya çox olduğu əks olunduğu təqdirdə, müdaxilə fotonların bucaqla eyni bucaq xaricində hər hansı bir açıda yayılmasını / dağılmasını məhv edir. hadisə. Şəffaflıqla bağlı oxşar bir şərh verdiniz. Yansıma və şəffaflıq haqqında yaxşı bir açıqlama və müzakirə burada tapılmışdır.

İndiyə qədər sahib olduğum budur. Bütün bunlarla bağlı daha ətraflı məlumat almaq üçün kvant təsvirinə əsaslanan Feynmanın QED mühazirəsi və səpələnmə haqqında mühazirələrini araşdırmağı planlaşdırıram. Mövcud videolar var.


Ölçü və məsafə də işığın xüsusiyyətləri deyilmi?

İlk baxışdan bunlar işığın özü deyil, işıq mənbələrinin xüsusiyyətləridir.

Ölçü və hətta bir mənbənin nə qədər böyük olduğunu izah etmək üçün istifadə edilən "nisbi ölçü" də özləri üçün yararsızdır. Düşünmək daha faydalıdır işığın mövzuya çatdığı maksimum bucaq. Bucaq nə qədər böyükdürsə, mənbə o qədər böyükdür.

Amma məsafə maraqlıdır. Bu bir növ yalançı xarakterikdir, elə deyilmi? "Mövzuya vuran işığın keçdiyi mənbədən məsafədə" olduğu kimi, işıq şüasının həmin seqmentinin misilsiz bir xüsusiyyəti var: ters kvadrat qanunu ilə təyin olunan düşmə dərəcəsi.

İşığın fiziki xüsusiyyətləri intensivlik (və ya miqdar), istiqamət, dalğa uzunluğu (və ya rəng), qütb və uyğunluqdur.

Sıxlıq sadə dildə işığın parlaqlığıdır, heç olmasa insan gözünün bəzi rənglərə digərlərindən daha həssas olduğunu nəzərə almasanız. İnsan gözü yaşıl işığa ən çox həssasdır, daha sonra qırmızı və ən az mavi işığa həssasdır. Mavi işıqla eyni intensivliyə sahib olan yaşıl işıq daha parlaq qəbul edilir.

İşıq ayrıca bir şüa olaraq müəyyən bir istiqamətdə 'səyahət' edir. Ola bilər əks olundu səthlərin sıçrayışında və ola bilər qırıldı iki şəffaf material (məsələn hava və şüşə) arasındakı sərhəddə və istiqaməti dəyişdirin. Əksər işıq mənbələri eyni vaxtda bütün istiqamətlərə işıq yayır, məs. günəş, atəş və ya ampüller (yuvanın atdığı kölgəyə məhəl qoymadan). Reflektorlardan və linzalardan istifadə edərək bir çox süni işıq mənbəyi işıq şüası kimi az və ya çox spesifik bir istiqamətdə işıq yaymaq üçün tikilir. flaş işıqlar və ya avtomobil baş lampaları.

İşığın dalğa uzunluğu rəng kimi qəbul etdiyimiz şeydir. Daha uzun dalğa boyları göy qurşağının qırmızı tərəfindəki rənglər kimi qəbul edilir və daha qısa dalğa boyları ilə görə bildiyimiz ən qısa dalğa boylarına çatana qədər narıncı, sarı, yaşıl və mavi rənglərdən keçirik.

Qütb və uyğunluq işığın insan gözünün birbaşa algılanmadığı xüsusiyyətlərdir, lakin bir çox fizika tətbiqində rol oynayır. İşığın polaritesinə nəzarət məsələn. LCD displeylərdə əhəmiyyətli və uyğunluq lazer və hologramlar üçün əhəmiyyətlidir.

İlk siyahınızdakı 'keyfiyyət' demək istədiyindən əmin deyiləm. Kontrast və sərtlik işığın birbaşa xüsusiyyətləri deyil, fərqli işıq mənbələri arasındakı qarşılıqlı təsiri necə qəbul etdiyimizlə daha çox əlaqəlidir.


Xəstəliyin açıları

Mənbə normal insidensiyada olduqda mənbə intensivliyinin tərifinə son dərəcə diqqətli olmalıyıq. Ssenari əmri ilə qaytarılmış qaynaq intensivliyi 'sourceintensity' gücü inteqrasiya etməklə hesablanır normal mənbənin enjeksiyon təyyarəsinə. Bunun əvəzinə, şüanın yayılma istiqamətinə normal müstəvidə hesablandığı kimi şüanın qaynaq intensivliyini normallaşdırmaq istəyirsinizsə, əlavə bir cos (q) əmsalı lazımdır ki, burada q mənbədə göstərildiyi kimi nominal mənbə bucağıdır. xüsusiyyətləri. (Xahiş edirik unutmayın ki, bu q b tezlikdən asılı olmamalıdır.) Məsələn, Mie səpələnmə nümunəsini 3B formatında yükləyirsinizsə və 30 dərəcə teta olmaq üçün mənbə bucağını dəyişdirirsinizsə, yz görünüşündə belə bir şey görməlisiniz:

Simulyasiyanı işə saldıqdan sonra adi təhlili apara bilərik və səpələnmə və udma kəsişmələri kürə üçün düşmə bucağından asılı olmamalı olduğundan nəzəri nəticələrlə yaxşı bir uyğunlaşma gözləyirik. Bunun əvəzinə bu müqayisəni görəcəyik:

Bu uyğunsuzluq əsasən hesablamamızın qaynaq açısının q 30 dərəcə olmasına baxmayaraq mənbənin y-normal enjeksiyon müstəvisinə nisbətən mən (q) mənbə intensivliyini təyin etməsi ilə əlaqədardır. Nəzəriyyə siqma mənbəyinin bucağından asılı olmayan I0 istifadə edərək hesablayır. (I (q) = I_0 cos (q) ) olduğunu bildiyimiz üçün sətirləri əlavə edərək skriptimizi asanlıqla dəyişə bilərik:

kəsiyi hesabladıqdan dərhal sonra. (Xahiş edirik unutmayın ki, q nominal mənbə bucağıdır və dalğa boyu üçün düzəldilməməlidir.) Sonra aşağıdakı nəticələrə baxırıq ki, bu 5nm meshdakı normal insidensiya nəticələri qədər dəqiqdir və mesh ölçüsü artdıqca qəşəng şəkildə yaxınlaşırıq. kiçik.

Qeyd: Burada nəzərdən keçirilən Mie saçılma nümunəsi, enjeksiyon bucağının dalğa uzunluğundan asılılığının nəticələrə təsir etmədiyi çox xüsusi bir haldır. Bu, kürənin eninin enjeksiyon bucağından asılı olmamasının nəticəsidir. Bu simmetriya olmayan digər həndəsələr üçün TFSF mənbəyinin Təyyarə dalğaları üçün təyyarə dalğa mənbəyi - Açılı enjeksiyonla eyni mövzuda olduğunu nəzərə almaq lazımdır. Bu problem burada təsvir olunan normallaşdırma düzəlişinə əlavə olaraq nəzərdən keçirilməlidir.


6 Cavablar 6

Birincisi, oxuculara "daha çox baxış bucağının hər zaman daha çox əks olunma demək olduğu" DÜĞÜN olmadığını xatırlatmaq istəyirəm. P-qütblü işıq üçün bucaq normaldan uzaqlaşdıqca getdikcə daha az yansıtıcı olur, sonra Brewster bucağında heç yansıtmır və sonra Brewster bucağının kənarında yenidən yansıtıcı olur:

Buna baxmayaraq, bucağın mükəmməl baxışa yaxınlaşdıqda, əksin 100% yaxınlaşdığı şübhəsizdir. Sual qeyri-riyazi cavablar istəsə də, riyaziyyat mənim fikrimcə olduqca sadə və başa düşüləndir. burada istinad üçündür. (Digər xalqlardan daha yaxşı olan riyazi olmayan bir cavabım yoxdur.)

Maksvell tənliklərinin sərhəd şərtləri elektrik və maqnit sahələrinin müəyyən komponentlərinin sərhəd boyunca davamlı olmalı olduğunu söyləyir. Demək olar ki, baxan bucaqdakı vəziyyət budur ki, daxil olan və əks olunan işıq dalğaları bir-birlərini demək olar ki, mükəmməl bir şəkildə ləğv edir (əks faza, demək olar ki, bərabər böyüklükdə), sərhədin bir tərəfində demək olar ki, heç bir sahə qalmır və demək olar ki, ötürülən işığ yoxdur. sərhədin digər tərəfində də demək olar ki, heç bir sahə yoxdur. Yəni hər şey fasiləsizdir, "sıfır sıfıra bərabərdir".

Bunun digər bucaqlarda işləyə bilməməsinin səbəbi, iki dalğanın eyni istiqaməti göstərmədiyi müddətcə dağıdıcı şəkildə qarışa bilməməsidir. (İki dalğanın bərabər və əks elektrik sahələri və bərabər və əks maqnit sahələri varsa, eyni istiqaməti göstərməlidirlər, bu barədə "sağ əl qaydası" var.) Baxış bucağında baş verən və əks olunan dalğalar demək olar ki, işarə edir. eyni istiqamətə, buna görə dağıdıcı şəkildə müdaxilə edə bilərlər. Başqa bucaqlarda, düşən və əks olunan dalğalar fərqli istiqamətləri göstərir, buna görə dağıdıcı şəkildə müdaxilə edə bilməzlər, buna görə sərhəd şərtlərinin işləməsi üçün ötürülən bir dalğa olmalıdır. :-)


45 Kompton effekti

Eynşteynin 1905-ci ildə təqdim etdiyi təsirli fikirlərdən ikisi xüsusi nisbi nəzəriyyə və indi foton adlandırdığımız işıq kvantı anlayışı idi. Eynşteyn 1905-ci ildən sonra sərbəst şəkildə yayılan elektromaqnit dalğalarının, elektronların və ya digər kütləvi hissəciklərin maddənin hissəcikləri olduğu kimi, işıq hissəcikləri olan fotonlardan ibarət olduğunu irəli sürdü. Dalğa uzunluğunun monoxromatik işığının şüası (və ya ekvivalent olaraq, tezlik f) ya klassik bir dalğa kimi, ya da bir sürətlə vakuumda gəzən foton topluluğu olaraq görülə bilər, c (işıq sürəti) və hamısı eyni enerjiyə sahibdir, Bu fikir işığın maddə hissəcikləri ilə qarşılıqlı təsirlərini izah etmək üçün faydalı oldu.

Fotonun məqamı

İstirahət kütləsi ilə xarakterizə olunan bir maddə hissəciyindən fərqli olaraq foton kütləsizdir. Vakumda, sürətini dəyişə bilən, ancaq işığın sürətinə çata bilməyən bir maddə hissəciyindən fərqli olaraq, bir foton işıq sürətinə bərabər olan yalnız bir sürətlə hərəkət edir. Nyuton klassik mexanikası baxımından bu iki xüsusiyyət fotonun ümumiyyətlə olmaması lazım olduğunu göstərir. Məsələn, kütləsi sıfır olan cismin xətti momentumunu və ya kinetik enerjisini necə tapa bilərik? Fotonu nisbi hissəcik kimi xarakterizə etsək, bu açıq paradoks yox olur. Xüsusi nisbilik nəzəriyyəsinə görə təbiətdəki hər hansı bir hissəcik nisbi enerji tənliyinə itaət edir

Bu əlaqə bir fotona da tətbiq oluna bilər. (Şəkil), E bir hissəcikin ümumi enerjisidir, səh onun doğrusal impulsudur və onun istirahət kütləsidir. Bir foton üçün sadəcə təyin etdik bu tənlikdə. Bu, impulsun ifadəsinə gətirib çıxarır bir foton

Fotonun enerjisi burada tezliyin işıq kvantı ilə eynidir ffotoelektrik effekti izah etmək üçün təqdim etdiyimiz:

Tezliyi birləşdirən dalğa əlaqəsi f dalğa uzunluğu ilə və sürət c fotonları da saxlayır:

Buna görə bir foton bərabər şəkildə enerjisi və dalğa uzunluğu, ya da tezliyi və impulsu ilə xarakterizə edilə bilər. (Şəkil) və (Şəkil) fotonun impulsu ilə dalğa boyu arasındakı açıq əlaqəyə birləşdirilə bilər:

Diqqət yetirin ki, bu tənlik bizə yalnız foton impulsunun böyüklüyünü verir və fotonun hərəkət etdiyi istiqamət barədə heç bir məlumat içermir. İstiqamət daxil etmək üçün fotonun impulsunu bir vektor kimi yazmaq adətlidir:

(Şəkil), azaldılmış Planck sabitidir ("h-bar" deyilir), sadəcə Planck sabitinin faktora bölünməsidir Vektor “dalğa vektoru” və ya yayılma vektoru (fotonun hərəkət etdiyi istiqamət) adlanır. Yayılma vektoru fotonun xətti impuls vektorunun istiqamətini göstərir. Dalğa vektorunun böyüklüyü və dalğa nömrəsi adlanır. Diqqət yetirin ki, bu tənlik yeni bir fizika təqdim etmir. (Şəkil) içindəki vektorun böyüklüyünün (Şəkil) verdiyi ilə eyni olduğunu yoxlaya bilərik.

Compton təsiri

Kompton effekti bəzi materiallara rentgen şüalarının səpələnməsi zamanı müşahidə olunan qeyri-adi bir nəticə üçün istifadə olunan termindir. Klassik nəzəriyyəyə görə, bir elektromaqnit dalğası atomlara səpələnəndə səpələnmiş şüalanmanın dalğa uzunluğunun düşən şüalanmanın dalğa uzunluğu ilə eyni olması gözlənilir. Klassik fizikanın bu proqnozunun əksinə olaraq, müşahidələr göstərir ki, rentgen şüaları qrafit kimi bəzi materiallara səpələnəndə səpələnmiş rentgen şüaları düşən rentgen şüalarının dalğa uzunluğundan fərqli dalğa boylarına sahibdir. Klassik olaraq izah oluna bilməyən bu fenomen Arthur H. Compton və onun əməkdaşları tərəfindən eksperimental olaraq öyrənildi və Compton 1923-cü ildə izahını verdi.

Təcrübədə ölçülmüş dalğa uzunluğunun dəyişməsini izah etmək üçün Compton Eynşteynin işıq hissəsini hissəcik kimi istifadə etdi. Kompton effekti fizika tarixində çox vacib bir yer tutur, çünki elektromaqnit şüalanmanın sırf dalğa fenomeni kimi izah edilə bilməyəcəyini göstərir. Kompton effektinin izahı, fizika ictimaiyyətinə elektromaqnit dalğalarının həqiqətən bir foton anlayışını möhkəm yerə qoyan bir foton axını kimi davrana biləcəyinə dair inandırıcı bir dəlil verdi.

Compton-un eksperimental quraşdırma sxemləri (Şəkil) göstərilmişdir. Təcrübənin fikri çox sadədir: dalğa uzunluğunda monoxromatik rentgen şüaları qrafit nümunəsində ("hədəf") meydana gəlir, burada nümunənin içərisindəki atomlarla qarşılıqlı əlaqədə olduqları zaman dalğa uzunluğunda dağılmış rentgen şəklində meydana çıxırlar. Hədəfin arxasına qoyulmuş bir detektor istənilən istiqamətə səpələnmiş şüalanmanın intensivliyini ölçə bilər hadisə rentgen şüasının istiqamətinə görə. Bu səpələnmə bucağı, səpələnmiş şüa ilə düşən şüanın istiqaməti arasındakı bucaqdır. Bu təcrübədə intensivliyi və dalğa uzunluğunu bilirik gələn (düşən) şüanın və müəyyən bir səpələnmə bucağı üçün intensivliyi və dalğa uzunluğunu ölçürük gedən (dağınıq) şüanın. Bu ölçmələrin tipik nəticələri (Şəkil) göstərilir, burada x-aksis səpələnmiş rentgen şüalarının dalğa uzunluğudur və y-aksis, müxtəlif səpələnmə açıları üçün ölçülmüş səpələnmiş rentgen şüalarının intensivliyidir (qrafiklərdə göstərilmişdir). Bütün səpələnmə açıları üçün (istisna olmaqla iki intensivlik zirvəsini ölçürük. Bir zirvə dalğa uzunluğunda yerləşir hadisə şüasının dalğa uzunluğu olan. Digər zirvə başqa bir dalğa uzunluğunda, İki zirvə bir-birindən ayrılır bu səpələnmə bucağından asılıdır gedən şüanın (müşahidə istiqamətində). Ayrılıq Compton növbəsi adlanır.

Təcrübə məlumatları qrafitin müxtəlif açılara səpələnməsi üçün rentgen şüaları üçün Compton təsirini göstərir: Səpələnmiş şüanın intensivliyi iki zirvəyə malikdir. Bir zirvə dalğa uzunluğunda görünür Baş verən radiasiya və ikinci zirvə dalğa uzunluğunda görünür Ayrılıq zirvələr arasında dağılma açısından asılıdır (Şəkil) içərisində dedektorun açısal mövqeyi. Bu şəkildəki eksperimental məlumatlar ixtiyari vahidlərdə tərtib edilmişdir ki, profilin hündürlüyü fon səs-küyünün üstündəki səpələnmiş şüanın intensivliyini əks etdirsin.

Compton Shift

Comptonun verdiyi kimi, Compton sürüşməsinin izahı budur ki, hədəf materialında qrafit, valentlik elektronları atomlarda sərbəst şəkildə bağlanır və sərbəst elektronlar kimi davranırlar. Compton, baş verən rentgen şüalanmasının bir foton axını olduğunu fərz etdi. Bu axında gələn bir foton qrafit hədəfindəki bir valent elektronu ilə toqquşur. Bu toqquşma zamanı gələn foton enerjisinin və impulsunun bir hissəsini hədəf elektrona ötürür və səpələnmiş foton kimi səhnəni tərk edir. Bu model səpələnmiş şüalanmanın düşən şüalanmaya nisbətən daha uzun dalğa uzunluğuna malik olduğunu keyfiyyətcə izah edir. Sadə dillə desək, enerjisinin bir hissəsini itirmiş foton daha aşağı bir tezliklə və ya ekvivalent olaraq daha uzun bir dalğa uzunluğuna sahib bir foton olaraq ortaya çıxır. Modelinin düzgün olduğunu göstərmək üçün Compton onu Compton dəyişməsinin ifadəsini çıxarmaq üçün istifadə etdi. İstifadəsində həm fotonun həm də elektronun nisbi hissəciklər olduğunu və toqquşmanın iki ümumi fikir prinsipinə tabe olduğunu düşünürdü: (1) xətti impulsun qorunması və (2) ümumi nisbi enerjinin qorunması.

Compton sürüşməsinin aşağıdakı hasilatında bir qəza fotonunun enerjisini və impulsunu tezliyi ilə müvafiq olaraq ifadə edin f. Foton istirahətdə nisbi bir elektronla toqquşur, yəni toqquşmadan dərhal əvvəl elektronun enerjisi tamamilə onun kütlə enerjisidir, Çarpışmadan dərhal sonra elektron enerjiyə sahibdir E və impuls ikisi də razıdır (şəkil). Çarpışmadan dərhal sonra gedən fotonun enerjisi var impuls və tezliyi Baş verən fotonun istiqaməti soldan sağa üfüqi, gedən fotonun istiqaməti isə bucaqdadır şəkildə göstərildiyi kimi. Səpələnmə bucağı impuls vektorları arasındakı bucaqdır və onların skalar məhsulunu yaza bilərik:

Komptonun mübahisəsindən sonra toqquşan foton və elektronun təcrid olunmuş bir sistem meydana gətirdiyini düşünürük. Bu fərziyyə, zəif bağlanmış elektronlar üçün, yaxşı bir təxmini sərbəst hissəciklər kimi qəbul edilə bilər. İlk tənliyimiz foton-elektron sistemi üçün enerjinin qorunmasıdır:

Bu tənliyin sol tərəfi toqquşmadan dərhal əvvəl sistemin enerjisidir və tənliyin sağ tərəfi toqquşmadan dərhal sonra sistemin enerjisidir. İkinci tənliyimiz elektronun toqquşmadan dərhal əvvəl anında olduğu foton-elektron sistemi üçün xətti impulsun qorunmasıdır:

Bu tənliyin sol tərəfi toqquşmadan əvvəl sistemin impulsudur və tənliyin sağ tərəfi toqquşmadan dərhal sonra sistemin impulsudur. Kompton dağılmasının bütün fizikası əvvəlki üç tənlikdə yer alır - qalan hissəsi cəbrdir. Bu məqamda Compton dəyişikliyinin yekun düsturuna keçə bilərik, amma burada aşağıdakı şəkildə verdiyimiz Compton düsturuna aparan əsas cəbri addımları vurğulamaq faydalıdır.

(Şəkil) -dəki şərtləri yenidən düzəldib kvadrat şəklində düzəltməyə başlayırıq:

Növbəti addımda (Şəkil) ilə əvəz edirik sadələşdirin və hər iki tərəfi də bölün əldə etmək

İndi enerji tənliyinin bu formasını momentumla ifadə etmək üçün (şəkil) istifadə edə bilərik. Nəticə budur

Aradan qaldırmaq üçün təcil tənliyinə müraciət edirik (şəkil), şərtlərini yenidən düzəldirik və əldə etmək üçün kvadrat düzəldirik

Impuls vektorlarının məhsulu (şəkil) ilə verilir. Bu nəticəni əvəz etdikdə (Şəkil) -də səpələnmə bucağını ehtiva edən enerji tənliyini əldə edirik

Əlavə cəbrlə bu nəticə sadələşdirilə bilər

İndi xatırlayın (şəkil) və yazın: Bu münasibətlər (Şəkil) ilə əvəz olunduqda, Compton dəyişməsi üçün əlaqəni əldə edirik:

Amil elektronun Compton dalğa boyu adlanır:

Dəyişikliyi as yekun nəticə kimi yenidən yazıla bilər

Compton dəyişikliyi üçün bu düstur (Şəkil) göstərilən təcrübə nəticələrini çox yaxşı təsvir edir. Molibden, qrafit, kalsit və bir çox digər hədəf materialları üçün ölçülmüş səpələnmə məlumatları bu nəzəri nəticəyə uyğun gəlir. (Şəkil) -də göstərilən dəyişməmiş zirvə, hədəf materialdakı sıx bağlanmış daxili elektronlarla foton toqquşması ilə əlaqədardır. Hədəf atomlarının daxili elektronları ilə toqquşan fotonlar əslində bütün atomla toqquşur. Bu həddindən artıq vəziyyətdə (Şəkil) içindəki istirahət kütləsi atomun istirahət kütləsinə dəyişdirilməlidir. Bu növ növbə, elektronlarla toqquşma nəticəsində yaranan dəyişmədən dörd əmsal kiçikdir və laqeyd qala biləcəyi qədər kiçikdir.

Kompton səpələnməsi, səpələnmiş radiasiyanın düşən radiasiyanın dalğa uzunluğundan daha uzun dalğa uzunluğuna sahib olduğu elastik olmayan bir səpələnmə nümunəsidir. Günümüzün istifadəsində fotonların sərbəst, yüklü hissəciklər tərəfindən elastik olmayan səpələnməsi üçün "Kompton dağılması" ifadəsi istifadə olunur. Compton dağılımında fotonları yüklənmiş hissəciklərə ötürülə bilən momentləri olan hissəciklər kimi qəbul etmək, təcrübələrdə ölçülmüş dalğa uzunluğu dəyişmələrini izah etmək üçün nəzəri bir məlumat verir, bunun şüalanmanın fotonlardan ibarət olduğuna dəlildir.

Compton Scattering Bir hadisə 71-pm rentgen şüası bir kalsit hədəfində meydana gəlir. A-ya səpələnmiş rentgen şüasının dalğa uzunluğunu tapın bucaq. Bu təcrübədə gözlənilən ən böyük dəyişiklik nədir?

Strategiya Səpələnmiş rentgen dalğasının uzunluğunu tapmaq üçün əvvəlcə səpələnmə bucağı üçün Compton sürüşməsini tapmalıyıq, Biz istifadə edirik (şəkil). Sonra səpələnmiş dalğa uzunluğunu əldə etmək üçün bu sürüşməni dalğa uzunluğuna əlavə edirik. Ən böyük Compton dəyişməsi bucaq altında baş verir nə vaxt bucaq üçün olan ən böyük dəyərə malikdir

Həll edir

Bu səpələnmiş dalğa uzunluğunu verir:

Əhəmiyyət: Dalğa uzunluğundakı ən böyük dəyişiklik arxa dağılmış şüalanma üçün aşkar edilir, bununla birlikdə, düşən şüadan gələn fotonların çoxu hədəfdən keçir və fotonların yalnız kiçik bir hissəsi geri dağılır (tipik olaraq% 5-dən az). Buna görə bu ölçmələr yüksək həssaslıq tapan detektorlara ehtiyac duyur.

Anlayışınızı yoxlayın Bir hadisə 71-pm rentgen şüası bir kalsit hədəfində olur. A-ya səpələnmiş rentgen şüasının dalğa uzunluğunu tapın bucaq. Bu təcrübədə gözlənilən ən kiçik dəyişiklik nədir?

at a bucaq

Xülasə

  • Kompton effektində, bəzi materiallara səpələnmiş rentgen şüalarının düşən rentgen şüalarının dalğa uzunluğundan fərqli dalğa uzunluqları var. Bu fenomenin klassik izahı yoxdur.
  • Kompton effekti şüalanmanın hədəf materialdakı zəif bağlanmış elektronlarla toqquşan fotonlardan ibarət olduğu ilə izah olunur. Həm elektron, həm də foton nisbi hissəciklər kimi qəbul edilir. Toqquşmalarda ümumi enerjinin və impulsun qorunma qanunlarına əməl olunur.
  • Fotonu bir elektrona ötürülə bilən bir impuls ilə bir hissəcik kimi qəbul etmək, təcrübədə ölçülmüş dalğa uzunluğu dəyişikliyi ilə uyğun olan nəzəri bir Compton dəyişikliyinə gətirib çıxarır. Bu, radiasiyanın fotonlardan ibarət olduğuna dair dəlillər təqdim edir.
  • Kompton səpələnməsi, səpələnmiş şüalanmanın düşən şüalanmaya nisbətən daha uzun dalğa uzunluğuna sahib olduğu elastik olmayan bir səpilmədir.

Konseptual suallar

Fotoelektrik və Compton effektləri arasındakı oxşar və fərqli cəhətləri müzakirə edin.

Hansı daha böyük bir impuls var: UV fotonu və ya IR fotonu?

Monoxromatik işıq şüasının intensivliyinin dəyişdirilməsi şüadakı fərdi fotonların impulsuna təsir edirmi? Belə bir dəyişiklik şüanın dəqiq momentumuna təsir edirmi?

Kompton effekti görünən işıqla baş verə bilərmi? Əgər belədirsə, aşkarlanacaqmı?

Kompton təcrübəsində, düşən rentgen şüalanmasından daha qısa dalğa uzunluğuna malik dağınıq rentgen şüalarını müşahidə etmək mümkündürmü?

Compton dalğa uzunluğunun uzunluq ölçüsünə sahib olduğunu göstər.

Kompton effektindəki dalğa uzunluğunun dəyişməsi Kompton dalğa uzunluğuna bərabərdir?

Problemlər

589 nm sarı fotonun impulsu nə qədərdir?

4 sm mikrodalğalı fotonun impulsu nə qədərdir?

Ağ işıq şüasında (dalğa boyları 400 ilə 750 nm arasında) fotonlar hansı impuls aralığına sahib ola bilər?

İmpulsu olan fotonun enerjisi nə qədərdir ?

(A) 12-keV rentgen fotonunun (b) 2.0-MeV-nin dalğa uzunluğu nə qədərdir -ray foton?

1,0 Å fotonun impulsunu və enerjisini tapın.

124 keV

Fotonun impulsu ilə dalğa uzunluğunu və enerjisini tapın

A -ray foton bir təcil var Dalğa uzunluğunu və enerjisini tapın.

(a) a impulsunu hesablayın foton. (b) Eyni impulsa sahib elektronun sürətini tapın. (c) Elektronun kinetik enerjisi nədir və fotonla müqayisə necədir?

Onu göstər relyativistik düsturla uyğundur

Enerjini göstər E fotonun eV-də harada onun dalğa uzunluğu metrdir.

Sərbəst elektronlarla toqquşma üçün bir bucaq kimi səpələnmiş bir fotonun Compton sürüşməsini müqayisə edin səpələnmiş bir fotonun şəklinə

12.5 pm dalğa uzunluğunun rentgen şüaları bir karbon blokundan səpələnir. (A) -ə səpələnmiş fotonların dalğa boyları nədir? (b) və (c) ?

Lüğət

Kompton bir rentgen şüasının bəzi materiallar ilə qarşılıqlı təsiriylə səpələndiyi zaman dalğa uzunluğundakı dəyişikliyi təsirə məruz qalan rentgen şüasının dalğalı uzunluqları ilə səpələnmiş rentgen kompton dalğa uzunluğu arasındakı fiziki sabit dəyişmə fərqini təsir edir. kinetik enerjinin qorunmadığı, lakin ümumi enerjinin qorunub saxlanıldığı elastik olmayan səpələnmə səpələnmə effekti fotonun xətti impulsunun istiqamətinə sahib olan Planck sabit Planck sabitini bölünmüş səpələnmiş şüa istiqaməti ilə düşən şüa dalğası istiqaməti arasında yayılma bucağı açısı, yayılma vektorunun böyüklüyü


Videoya baxın: تداخل موجات الضوء. مااحلى.فيزياء سادس علمي الوان الطبيعة (Sentyabr 2021).