Физические эффекты и явления

А.с. 288 464: Устройство для активного контроля распыления жидкости, выполненное из источника света, воздействующего через собирательную линзу через фоторезистор, к которому подключен усилитель, отличающийся тем, что с целью увеличения надежности контроля, на пути света за линзой последователены оптический многогранник полного внутреннего отражения и охватывающая его изогнутая шторка, образующая с одной из граней клинообразное входное пространство.

США патент 3 552 825: Переменный цифровой элемент состоит из прямоугольной призмы, над гипотенузой грани которой располагаются несколько отражающих слоев. Луч света проходит через одну из катетных граней призмы и падает на ее гипотенузную грань под углом, который равен критическому углу или больше его. Обычно луч света будет испытывать полное внутреннее отражение в призме и выходить через другую ее катетную грань. Однако, если отражающий слой, расположенный над гипотенузой грани, имеет с ней оптический контакт, полное внутреннее отражение нарушается и луч проникает в этот отражающий слой. На гипотенузной грани могут располагаться несколько отражающих слоев. Явление полного внутреннего отражения, а также нарушение его, используется для определения колличества отражающих слоев, пройденных лучем света прежде, чем испытать полное внутреннее отражение, пройти обратный путь через отражающие слои, призму и выйти через вторую ее катетную грань. Отражающие слои изготавливаются из стекла, либо представляют собой полости, заполненные жидкостью. Изгиб того или иного слоя и, следовательно, нарушение оптического контакта этого слоя со смежной поврхностью, может быть осуществлен с помощью пьезоэлектрического кристалла.

На основе явления полного внутреннего отражения созданы светводы, которые гораздо эффективнее обычных линзовых систем. Широкие одиночные светопроводы передают излучение; применение волоконной оптики - пучков очень тонких светопроводов - позволяет передавать также изображение в том числе и по непрямым путям,т.к. пучок тонких волокон может быть сильно изогнут без разрушения и потери прозрачности.

А.С. N210677. Устройство для выравнивания косогорных машин или их рабочих органов, содержащее маятниковый датчик наклона и электрогидравлический механизм выравнивания,отличающийсятем,что с целью повышения надежности,оно снабжено гибкими световодами,измеряющими поперечное сечение под воздействием маятника,с одной стороны которых установлен источник света, а с другой - фотоэлементы,включенные в электрическую схему механизма выравнивания.

2.Устройство по 1, отличающееся тем,что ,между источником и гибким световодами установлены промежуточные световоды, например, из стекловолокна.

13.3. Поглощение и рассеяние света. В предыдущем разделе явления рассматривались как педположение что среды оптически однородны и абсрлютно прозрачны для света В действительности дело обстоит иначе. Процесс прохождения света через вещество это процесс поглощения атомами и молекулами энергии электромагнитной волны, которая идет на возбуждение колебания электронов и последующего переизлучения этой энергии в При этом, не вся энергия переизлучается, часть ее переходит в другие виды энергии например тепловую. Это приводит к поглощению света с в зависит от длины волны света и имеет максимумы на частотах,соответющих частотам собственных колебаний электронов в атомах, самих атомов и молекул (см."Поглощение и излучение света").Естественно, поглощение зависит от толщины слоя поглощающего вещества.

США, ПАТЕНТ N.3825755. Толщину полимерной пленки измеряют,сравнивая потоки ИК-излучения: отражающего от поверхности ипрошедшего сквозь пленку , ослабленного за счет поглощения в слое полимера.

Великобритания, заявка N.1332112. Для определения влагосодержания предмета его облучают светом с диной волны , лежащей в области поглощения воды, и измеряют сигнал ослабленного излучения.

А.С. N 266560. Контролируют процесс сушки по ИК-поглощению паров растворителя.

Ослабление светового излучения при прохождении через среду объясняется также и рассеянием света. В случае наличия в среде оптических неоднородностей переизлучение энергии электромагнитной волны происходит не только в направлении проходящей волны(пропускание), но и в стороны. Эта часть излучения , наряду с дифрагированной, преломленной и отраженной на неоднородностях состовляющими, и образует р а с с е я н н ы й свет. Рассеяние обладает дисперсией. В атмосфере ,например, рассеиваются преимущественно голубые лучи; этим объясняется голубой цвет неба, в то время как свет , проходящий через атмосферу, обогащен красными составляющими - красный цвет зорь. При монохроматическом освещении даже в физически сильно неоднородной среде рассеяние не происходит при совпадении коэффициентов преломления компонентов среды. Выбрав компоненты с различными температурными коэффициентами пре, можно создать оптический термометр.

А.С. N.253408. Устройство для измерения температуры,содержащее измерительный элемент,устанавливаемый на иследуемый материал, и источник белого света, отличающийся тем,что с целью расширения интервала измеряемых температур,измерительный элемент выполнен в виде прозрачной кюветы,заполненой смесью,оптически неоднородных веществ,соответствующих заданному интервалу температур,показатели педложения которых зависят от длины волны и температурные коэффициенты показателей преломления отличаются знаком либо вличиной.

(Показатели преломления компонентов смеси совпадают для различных длин волн в зависимости от температуры. этом кювета становится оптически однородной для света с данной длиной волны,который пройдя через кювету,сообщает ей определенный цвет,соответствующей определенной температуре.Другие же составляющие белого цвета рассеиваются на неоднородностях системы и через кювету не походят).

Распределение интенсивности света,рассеянного средой по различным направлениям (и н д е к а т р и с с а рассеяния), может дать значительную информацию о микрофизических параметрах среды. Такого рода измерения находят применение в биологии,коллоидной и анилитической химии,составляя предает нефелометрических иследований,а также в аэрозольной технике.

Согласно а.с. 172094 определяют параметры капель жидкости, измеряя характеристики светового излучения,рассеянного на каплях.

Рассеяние наблюдается в чистых веществах. Оно объясняется возникновением оптической неоднородности, связанный с фуктуациями плотности, наример, тепловыми. Рассеяный свет по некоторым направлениям частично поляризован. (см."Анизотроприя и свет").

13.3.1 Вслучае комбинационного рассеяния света (эффект МандельштамаЛандсберга-Рамана) в спектре рассеянногоизлучения кроме линий, характеризующих падающий свет,имеются дополнительные линии (сателлиты), излучение которых является комбинацией частот падающего излучения и частот собственных тепловых колебаний молекул рассеивающей среды.

Согласно патенту США N 3820897 конт содержания загрязнений в большом объеме воздуха производится на основе анализа характеристического романовского излучения (сателлитов комбинационного рассеяния),возникающего при рассеянии лазерного излучения на атомах и молекулах загрязнений.

13.4. Испускание и поглощение света.

оПламя излучает свет.Стекло поглощает ультрафиолетовые лучи. Обычные фразы,привычные понятия.Однако здесь термины "излучает","поглощает" описывают только внешне,легко наблюдя, физика этих процессов непосредственно связана со строением атомов и молекул вещества.

Атом - квантовая система,его внутренняя энергия - это , в основном , энергия взаимодействия электронов с ядром; эта энергия согласно квантовым законам,может иметь только вполне определенные для када и состояния атомов значения. Таким образом,энергия атома не может меняться непрерывно,а только скачками - порциями,равными разности каких-либо двух разрешенных значений энергии.

Квантовая система (атом,молекула),получая из вне порцию энергии возбуждается, т.е. переходит с одного энергетического уровня вдругой более высокий. В возбужденном состоянии система не может находится сколь угодно долго; в какой-то момент происходит самопроизвольный (спонтанный) обратный переход с выделением той же энергии. Квантовые переходы могут быть излучательные и безизлучательные. Впервом случае энергия поглощается или испускается в виде порции электромагнитного излучения,частота которого строго определена разностью энергий тех уровней, между которыми происходит переход. В случае безызлучательных переходов система получает или отдает энергию при взаимодействиями с другими системами (атомами,молекулами,электронами) Наличие этих двух типов перходов объясняется оптикоакустический эффект Бейнгерова

13.4.1. При облучении газа,находящегося в замкнутом объеме,аомодулированном потоком инфракр.излучения в газе возникают пульсации давления (оптико-аккустический эффект).Его механизм давольно прост; поглощение инфракр.излучения происходит с возбуждением молекул газа, обратный же переход происходит безызлучательно,т.е. энергия возбуждения молекул переходит в их кинетическую энергию,что обуславливает изменение давления.

Колличественные характеристики эффекта весьма чувствительные к составу газовой смеси.Применение оптико-акустического эффекта для аналей характеризуется простотой и надежностью, высокой избирательностью и широким диапазоном концнтрацией компонентов.

Оптико-акустический индикатор педставляет собой неселективный приемник лучистой энергии,предназначенный для анализа газов Промудулированный лучистый поток через флюоритовое окно попадает в камеру с иследуемым газом.Под действием потока меняется давление газа на мембрану микрофона,в результате чего в цепи микрофона возникают электрические сигналы,зависящие от состава газа.

Оптико-акустический эффект используется при измерении времен жизни возбуждения молекул,в ряде работ по определению влажности и потоков излучения. (см.а.109939, 167072, 208328, 208329). Отметим, что оптико-акустический эффект возможен также в жидкостях и твердых телах.