Калитеевский Н.И. - Волновая оптика (1070655), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Регистрация излучения в оптическом диапазоне базируется на фундаментальных свойствах электромагнитных волн. Здесь укажем лишь на наиболее важные способы индикации, в основе которых лежат фотоэлектрические явления (фотоэлементы, фотоумножители, электронно-оптические преобразователи и др.); фотохимические явления (в первую очередь фотозмульсии); люминесценция (различные люминесцирующие экраны и др.); термоэлектрические явления (термостолбики, болометры н другие устройства). Отличительная черта метода с использованием термоэлектрических элементов †отсутств селективной чувствительности к излучению разных длин воли, характерной для всех остальных приемников света.
Это, с одной стороны, громадное преимущество термоэлектрических приемников света, а с другой— нх.недостаток. В самом деле, используя другие явления (например. фотоэффект), можно получить хотя и селектнвные, но более чувствительные для данной области спектра приемники радиации. В дальнейшем мы рассмотрим конкретные методы получения наибольшей величины отношения сигнал/шум при использовании различных приемников света, а сейчас имеет смысл остановиться на вопросе о границах всевозможных видов излучения внутри оптического диапазона спектра. Обычно считают, что длины волн видимого спектра лежат в интервале 4000 — 7000 А.
Хорошо извест но, что виугри этого интервала чувствительность глаза изменяется по закону, представленному на рнс. 2. достигая максимального значения в зеленой обласзи (А = 5500 А). Хотя такая чувствительность глаза связана с длительным приспособлением органов чувств человека к условиям, сложившимся на нашей планете, где наиболее ярким источником света всегда было Солнце, все же следует считать указанные выше границы достаточно условными'. Столь >ке ус- ь Так, например, когда мы наблюдаем яркое свечение рубинового лазера (А ж 6940 А) или, что еще более поражает, отлично видим ярко-красное свечение полупроводникового лазера на Аз — Оа (Х = 8500 Л), го приходится оговаривать, чго граница 7000 А соответствует яриости обычных (чдолазерных») излучателей.
ловка граница между ультрафиолетовой я видимой частями спектра, которую обычно считают равной ЯОООА. Трудно также говорить о границе между инфракрасным излучением н УКВ, поскольку миллиметровые волны можно регистрировать и исследовать как с йомощью обычных «оптических» методов, так н способами, харакзерными для УКВ-диапазона, что было показано еще в начале ХХ в. 04. А.
Левитской н другими учеными. Условно, наконец, и разлнчяе между короткими ультрафиолетовыми волнамя и мягкими рентгеновскими лучами, что было ярко продемонстрировано в работах последнего времени, выполненных А. П. Лукирским. 0000 0000 7000 Д,д Рнс. 3. Схема разрядной рент- геновской трубки: К вЂ” «а«ад, А — «ят»««тоя Рнс, 2.
Зависимость чувствительности глаза от длины волны света ' Смл Фейиманоаскна лэкцнн ао фнзииа. Вып. П1. М., аМвр», 1966. В связи с этим следует подчеркнуть разницу между физической оптикой, изучению которой посвящена насгоящая книга, н фнзвологнческой оптикой, не рассмотренной здесь. В некоторых случаях различие между ними очевидно: если ввести в дугу соль натрия и разложить ее излучение в спектр призмой илн дифракциолной решеткой, то мы увидим на экране ярко-желтый дублет.
То, что длины волн этих линий равны 6890 — 6896 А, нетрудно установить измерениями, целиком относящимися к методам физической оптики. Но вопрос 1 о том, почему этя линии кажутся нам желтыми, нельзя решить в рамкак этой науки, и он относвтся к фвзиологнческой оптике. Конечно, проведение столь четкой границы между ними далеко не всегда возможно, и иногда трудно решить, имеем ли мы, например, дело с истинной ннтерференциопной картиной или с «кажущимися» глазу полосами, возникновение которых связано с явлением контраста, и т. д.
Так, известно, 7»»0 Дщ что в свое время Гете (занимавшийся кроме поэзии натурфилософией вообще Рнс 4, Смещение коротковолновой н физикой в частности) не разобРался в границы н появление характернстичеэтом вопросе и аналогичная проблема ского рентгеновского излучения с ров более позднее время явилась прелме стем напряжения, приложенного том дискуссии «Гете против Ньютона». к рентгеновской трубке Некоторые интересные данные по физиологической оптике содержатся в третьем выпуске лекций Р. Фейнмана', который счел возможным сочетать изложение этих вопросов с основами физической и геометркческой оптики.
Рентгеновские лучи характерна)чотся весьма малой ллиной волны (7«(1ООА), а их свойства сильно отличаются от свойств других видов злектромагннтного излучения. Рентгеновские лучи возникают в результате бомбардировки анти- катода разрядной трубки быстрымн электронами (рнс.3). Кинетическая внергия электронов ти»12 а(7 и проникающая способность рентгеновских лучей возрастают с увеличением приложенной равности потенциалов (7. Различают непрерывный и линейчатый спектры рентгеновских лучей. Последний (характеристические лучи) образуется при больших напряжениях на трубке. При возрастании напряжения смещается также коротковолновая граница непрерывного спектра (рис. 4), причем Згв !/У (см. 48.6). Непрерывный рентгеновский спектр связан с появлением электромагнитного импульса при торможении ускоренного электрона в теле антикатода.
При увеличении скоростей бомбьрдирую|цих электронов возникают добавочные процессы, которые интерпретируются как квантованные переходы между внутренними оболочками атомов, связзнные с выбиванием одного из внутренних электронов. При этом возникает линейчатый спектр. Для индикации рентгеновского излучения используют те же физические явления, что и при ясследованин ультрафиолетовых лучей.
В первую очередь применяют фотохнмическяе, фотоэлектрические и люминесцентные мегоды. Дальнейшее продвижение по шкале в сторону еще более коротких электромагнитных волн представляется ненужным в рамках вашего курса. Но если давсе ограничить шкалу электромагнитных волн, с одной стороны УКВ, а с другой— рентгеновским излучением, то нужно считаться с тем, что у читателя ненабежно возникнет вопрос, можно ли в рамках единой теории как-то связать эти разнородные процессы.
Из дальнейшего мы увидим, сколь законны такие опасения, но следует сразу указать, что классическая электромагнитная теория света— это феноменологическая теория, описывающая распространелие электромагнитных волн в различных средах без детального анализа микропроцессов, что, конечно, ограничивает объем получаемой информации, но вместе с тем облегчает применение теории к описанию распространения радиации самых различных типов.
Для получения необходимых сведений в некоторых случаях придется дополнять теорию соображенкями о движении электронов в поле световой волны, обрыве их колебаний и другими предположениями электронной теории, конкретизирующими физическую картину рассматриваемых явлений.
ГЛАВА 1 ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН й 1.1. СИСТЕМА УРАВНЕНИИ МАКСВЕЛЛА Приведем законы, которым подчиняется поведение электрического и магнитного полей, лежащие в основе теории электромагнетизма. Эти законы, являющиеся обобщением опыта, формулируются ниже в интегральной форме, так как именно в таком виде обычно выражают данные эксперимента. Используя основные положения векторного анализа, можно записать эти законы электромагнитного поля в дифференциальной форме.
Если исследуют электромагнитное поле в каком-либо веществе, изотропно заполняющем пространство, то значения векторов Е и В получаются при усреднении микроскопических величин (Емвнр) = Е и (Н„„„р » вЂ” — В. Такая запись позволяет оперировать с мгновенными найряженностями электрического и магнитного полей в любой точке пространства. Усреднение микроскопических значений законно. в том случае, если линейные размеры области, где (Е„,„р) и (Н„„„р) можно считать неизменными, значительно превышают размеры атомов (молекул). Длина волны а, является тем отрезком, на котором напряженность поля сильно изменяется.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
