11. Взаємодія світла з речовиною: поглинання, пружне та непружне розсіяння, люмінісценція Поглинання світла
При проходженні світла через середовище частина його енергії переходить у внутрішню енергію (нагрівання тіла), або енергію вторинного випромінювання (фотолюмінісценція), що має інший спектральний склад. Це явище називається поглинанням світла і воно описується законом Бугера-Ламберта
,
(1)
де
коефіцієнт поглинання, І0
інтенсивність падаючого випромінювання.
Для розчиненої речовини з концентрацією
С коефіцієнт поглинання пропорційний
концентрації
.
(2)
Рівняння плоскої монохроматичної хвилі у поглинаючому середовищі можна записати у вигляді
або в експоненціальній формі
,
де
.
(3)
Розсіяння світла або світлорозсіяння — недзеркальне відображення світла, як, наприклад, матовими поверхнями, або дисперсія — розкладання білих або взагалі складних кольорових променів на більш прості в таких явищах:
1) переломлення в прозорих тілах,
2) переломлення в тілах, що поглинають деякі промені (аномальна дисперсія),
3) дифракційний нормальний спектр,
4) обертання (молекулярне і магнітне) площини поляризації,
5) розбіжність оптичних променів різних кольорів в двоосних кристалах.
Пружне світлорозсіяння (англ. elastic light scattering) — світлорозсіяння, яке не супроводиться зсувом довжини хвилі порівняно з первинним випромінюванням. У випадку, коли центри розсіювання є малими в порівнянні з довжиною хвилі опромінення, пружне розсіювання називають розсіюванням Релея чи розсіювання Мі.
Непружне світлорозсіювання (англ. inelastic light scattering) — світлорозсіювання, яке супроводиться зсувом довжин хвиль внаслідок внутрімолекулярних переходів (ефект Рамана, флуоресценція).
Квазіпружне світлорозсіяння (англ. quasielastic light scattering) — світлорозсіяння, яке супроводиться зсувами довжин хвиль і розширенням ліній внаслідок процесів, залежних від часу.
Люмінесце́нція (рос. люминесценция, англ. luminescence, нім. Lumineszenz f) — нетеплове спонтанне випромінювання свiтла збудженною речовиною. Яскравість речовини, що люмінесцує, є вищою за яскравість теплового випромінювання чорного тіла з тією самою температурою у тому ж самому спектральному діапазоні. Тому люмінесценцію також називають холодним світлом. Речовина, у якій спостерігається люмінесценція, називається люмінофором.
Люмінесцентне випромінювання лежить у видимому, ближньому ультрафіолетовому і інфрачервоному діапазонах.
За типом збудження розрізняють :
- фотолюмінесценція - збудження світлом;
- радіолюмінесценція - збудження проникаючою радіацією;
- електролюмінесценція - збудження електричним полем і т.д.
За тривалістю світіння розрізняють:
- флуоресценцію - швидко загасаючу люмінесценцію;
- фосфоресценцію - тривалу люмінесценцію.
Люмінесценція знайшла широке практичне застосування. Яскравість люмінесценції та її високий енергетичний вихід дозволили створити люмінесцентні лампи з високим ККД, вона лежить в основі світіння екранів осцилографів, телевізорів, локаторів, застосовується в дефектоскопії .