Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 171
Текст из файла (страница 171)
Кристаллические фосфбры Хотя, согласно предыдущему, четкое деление между флуоресцирующими и фосфоресцирующими веществами в настоящее время невозможно, тем не менее существуют вещества, которые вполне целесообразно выделить в класс фосфоресцирующих. К ним принадлежат, в частности, так называемые кристаллические фосфоры, дающие нередко очень интенсивное свечение и имеющие благодаря этому практический интерес. Основой таких фосфоров являются неорганические вещества, не флуоресцирующие в чистом виде.
Добавление к ним очень небольших количеств (10 в — 10 ~ о) некоторых примесей, так называемых «активаторов», делает их интенсивно фосфоресцирующими. Такими активаторами в болыпинстве случаев служат соединения металлов. Так, например, яркий фосфбр, нередко применяющийся для изготовления фосфоресцирующих экранов. представляет собой сернистый цинк, активированный небольшими примесями соединений, содержащих марганец. висмут или медь. Такие фосфоресцирующие вещества характеризуются длительным послесвечением и, как уже упоминалось, сильной зависимостью Гл.
ххх1х. ФОтОлюминесценция 697 длительности от температуры. Повышение температуры значительно сокращает длительность свечения, причем одновременно очень сильно повышается яркость его. Явление можно наблюдать на следующем простом опыте. Возбудим фосфоресценцию экрана сернистого цинка, осветив его ярким светом электрической дуги. Перенесенный в темноту экран будет светиться в течение ряда минут, постепенно угасая. Если к светящемуся экрану с противоположной стороны прижать нагретое тело, например диск, то нагревшаяся область экрана ярко вспыхнет, отчетливо передавая контуры нагретой области.
Однако через короткое время эта область окажется темнее окружающей, ибо более яркое свечение сопровождается более быстрым затуханием (высвечиванием). Измерения показывают, что световая сумма, т.е. интеграл по времени от интенсивности свечения, остается практически постоянной даже при ускорении высвечивания в тысячи раз (так, например, при нагревании до 1300 'С время свечения с нескольких часов сокращается до 0,1 с). В явлениях фосфоресценции также соблюдается правило Стокса. Очень многие вещества фосфоресцируют видимым светом под действием ультрафиолетовых и рентгеновских лучей. Этим пользуются для удобного исследования невидимой коротковолновой радиации.
и фосфоресцирующие экраны имеют очень широкое распространение. Вместе с тем явление фосфоресценции можно использовать для изучения инфракрасной части спектра. Опыт показывает, что фосфоресценция гасится под действием инфракрасного излучения. Спроецируем на фосфоресцирующий экран (предварительно возбужденный) сплошной спектр.
Через некоторое время фосфоресценция мест экрана, лежащих под инфракрасной частью спектра, оказывается погашенной, тогда как остальная его поверхность продолжает фосфоресцировать, так что след от инфракрасных лучей будет заметен на экране в виде темных полос. Этим можно воспользоваться для фотографирования в инфракрасной области (до А = 1,7 мкм) или для получения фотографии предмета, испускающего невидимые инфракрасные лучи. При действии инфракрасных лучей на фосфоресцирующий экран иногда наблюдается временное усиление фосфоресценции; в последнее время удалось изготовить фосфбры, очень эффективные в этом отношении и имеющие ряд практических применений.
Однако действие инфракрасных лучей не сводится к нагреванию. В частности, световая сумма может под действием инфракрасных лучей уменьшаться (тушение) . Коэффициент полезного действия фосфоров, т.е. отно|пение общего количества отдаваемой в виде света энергии к количеству световой энергии. поглощенной фосфбром при возбуждении, может быть очень велик (иногда он близок к единице). Большое значение коэффициента полезного действия открывает перспективы для использования фосфоров в ка тестве источников света. Ъспе1пные попытки применения фосфбров для улучшения цветности и повышения экономичности газосветных ламп упомянуты в ~ 203. .1!юминесцеещия 5 221.
Люминесцентный анализ Очень важной особенностью люминесценции является возможность наблюдения свечения при чрезвычайно малых концентрациях вешества. Концентрации порядка 10 ~ г~'см~ оказываются нередко вполне достаточными; так как для удобного наблюдения можно ограничиться объемом в несколько десятых кубического сантиметра, то достаточно располагать 10 'о г флуоресцирующего вещества, чтобы иметь возможность обнаружить его по характерному свечению. Особенно удобно наблюдение при концентрациях 10 "— 10 7 г/смз. Эта чрезвьггайная чувствительность люминесцентных наблюдений делает возможным применение люминесцентного анализа для решения многих важных практических задач.
В настоящее время люминесцентный анализ применяют довольно часто. Так, при закладке буровых скважин для оьютрой разведки пользуются тем, что флуоресценция нефти или содержащихся в ней примесей весьма значительна. Исследуя на флуоресценцию кусочки извлеченной при бурении породы, содержащие следы нефти, получают возможность судить о близости нефтеносных слоев и нередко о качестве нефти. С помощью люминесцентного анализа отличают друг от друга различные сорта стекол, .сортируют шлаки, отделяя устойчивые и пригодные для мощения дорог; оценивают степень пористости каменных пород и строительных материалов, для чего смачивают их флуоресцирующим раствором и наблюдают за картиной распространения флуоресценции. Во многих химических производствах, в органической.
технической и биологической химии применяют люминесцентный анализ для распознавания тех или иных компонент в сложных смесях. Известны применения этого анализа в текстильном производстве, где легко обнаруживаются масляные пятна на тканях, невидимые простым глазом; в палеонтологических исследованиях, ибо флуоресцентные снимки отпечатков ископаемых гораздо богаче подробностями, чем обычные снимки; в криминалистической практике люминесцентный анализ позволяет легко установить следы крови, открыть написанное невидимыми чернилами и тд.
Фотолюминесценция и катодолюминесценция многих минералов облегчают геологическую разведку, причем употребляются переносные осветители, позволяющие вести разведку непосредственно в породе. С помощью микроскопа можно наблюдать неболыпие флуоресцирующие включения. Возможно применение люминесцентного анализа и для количественных исследований.
Благодаря чрезвычайной чувствительности люминесцентного метода можно ограничиться ничтожными количествами исходного вещества. Подобным методом удалось, например, исследовать содержание озона в воздухе даже на больших высотах, причем пробы воздуха обьемом в 10 — 20 л забирались при пролетах стратостатов на большой высоте, где давление не превышало 15 20 мм рт.
ст. Таким образом, в распоряжении исследователя было всего около 0,5 г воздуха. Содержащийся в этом количестве озон был надежно измерен, хотя его содержание было меньше 0,00001%. ЛАЗЕРЫ, НЕЛИНЕЙНАЯ ОПТИКА Глава Х1 ОПТИ'ЧЕСКИЕ КВАНТОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ Для источников света, традиционных в оптической области спектра, характерна некогерентность излучения, а именно:излучение источника в целом слагается из некогерентных между собой потоков, испускаемых микроскопическими элементами источника, — атомами, молекулами, ионами, свободными электронами. Примерами некогерентного излучения могут служить свечение газового разряда, тепловое излучение искусственных и естественных источников„люминесценция при различных способах ее возбуждения и т.д. В начале 60-х годов были созданы источники света иного типа, получившие название оптических квантовых генераторов или лаверов.
В противоположность некогерентным источникам, электромагнитные волны, зарождающиеся в различных частях оптического квантового генератора, удаленных друг от друга на макроскопические расстояния, оказываются когерентными между собой. В этом отношении квантовые генераторы вполне аналогичны источникам когерентных радиоволн. Когерентность излучения проявляется практически во всех свойствах оптических квантовых генераторов.
Исключение составляет. разумеется, полная энергия излучения, которая,как и в случае некогерентных источников, прежде всего зависит от подводимой энергии. Замечательной чертой лазеров, тесно связанной с когерентностью их излучения, является способность к концентрации энергии — концентрации во времени, в спектре, в пространстве. по направлениям распространения. Для некоторых квантовых генераторов характерна чрезвычайно высокая степень монохроматичности их излучения. В других лазерах испускаются очень короткие импульсы, продолжительностью 10 ~а с; поэтому мгновенная мощность такого излучения может быть очень большой.
Световой пучок, выходящий из оптического квантового генератора, обладает высокой направленностью, которая во многих случаях определяется дифракционными явлениями. Такое излучение можно. как известно, сфокусировать на ничтожно малой площади и создать, следовательно, огромную освещенность. В данной главе излагаются основные сведения о физических принципах, лежащих в основе работы оптических квантовых генераторов, и о свойствах излучения последних. Оптические квантовые генераторы оказали и, несомненно, будут оказывать в дальнейшем зна |ительное влияние на развитие оптики. 700 ЛАЗЕРЫ, НЕЛИНЕЙНАЯ ОП'1'ИКА Изучение свойств самих лазеров существенно обогатили наши сведения о дифракционных и интерференционных явлениях (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
