к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Нарушенное полное внутреннее отражение

Нарушенное полное внутреннее отражение (НПВО) - явление, основанное на проникновении световой волны из оптически более плотной среды 1 (с показателем преломления n1)в менее плотную среду 2 (с показателем преломления n2) на глубину порядка длины световой волны l в условиях полного внутреннего отражения (ПВО), т. е. при падении света на границу раздела сред под углом q, большим критического qкр = arcsin n21 (n21 = n2/n1). Нарушение ПВО заключается в том, что коэф. отражения R становится меньше единицы вследствие поглощения света в слое, в к-рый проникает волна, падающая на отражающую среду. Величина ослабления А = 1 - R отражённой волны зависит от поляризации падающей волны, а также пропорциональна показателю поглощения 3050-13.jpg второй среды. Это послужило основой для развития спектроскопии НПВО, имеющей ряд преимуществ перед тра-диц. методами исследования спектров поглощения и отражения. Особенно эффективен метод НПВО для исследований поверхностных оптич. свойств объектов, а также для сильно поглощающих сред.

В отражающем слое амплитуда падающей волны E0 ослабляется в результате резонансного взаимодействия с молекулами вещества (диполями). В поглощающей среде 2 образуется затухающая волна E = E03050-14.jpg Х ехр(-z/dгл), где dгл- глубина проникновения, на к-рой амплитуда волны ослабляется в е раз: dгл = = (l/n1)2p (sin2q - n221)1/2· Затухающая волна имеет три составляющие в ортогональной системе координат xyz (в отличие от проходящей волны, у к-рой поле E ортогонально к направлению распространения и не имеет продольной составляющей). Амплитуды отражённых Ep и Es волн, поляризованных соответственно в плоскости отражения и перпендикулярно ей, определяются вблизи границы (z = 0) через составляющие Е0x, Е0y и E0z падающей волны: Es = Е0у, Ер= (E20x+ +E20z)1/2- Составляющие E0x, Е0у и E0z. являются функциями n21 и q; их зависимость от q представлена на рис. 1. Для единичной падающей амплитуды вблизи qкr компонента E0y = 2, компонента E0z в среде 1 уменьшается в (n2/n1)2 раз, а в среде 2 E0x возрастает в 2n1/n2 раз, т. е. наиб. интенсивное эл--магн. поле в отражающей среде можно получить с материалами, имеющими большие n1, поэтому в спектроскопии НПВО используются материалы с большими n1. Наиб. ослабление падающего света (при углах, близких к критическому) происходит за счёт диполей, ориентированных по оси г, т. е. перпендикулярных границе раздела, а наименьшее - для диполей, расположенных по оси х.

Рис. 1. Зависимость амплитуд электрического поля падающей волны от угла падения q.

3050-15.jpg 3050-16.jpg


Схема измерения оптич. постоянных n2 и 3050-17.jpg, получаемых из спектров НПВО с помощью Крамерса - Кронига соотношений и Френеля формул, приведена на рис. 2 (I0 - интенсивность падающей, I - интенсивность отражённой волн). Для выполнения условий ПВО исследуемое вещество приводится в идеальный контакт с оптич. элементом (обычно - призмой), прозрачным в выбранном диапазоне частот, с большим показателем преломления n1 (кристаллы - корунд, фианит, германий и др., оптич. керамика, халькогенидные стёкла и т. п.). Нужный контакт легко достигается при исследовании жидкостей. Твёрдые тела приводятся в оптический контакт с вспомогат. оптич. элементом, где в качестве среды с большим n1 используется специально выбранная жидкость. Труднее всего достичь оптич. контакта с исследуемым твёрдым телом в УФ- и видимой области спектра, где l мала, поэтому наиб. широко метод НПВО распространён в ИК-области. Для спец. задач физики твёрдого тела, связанных с обнаружением поверхностных колебаний кристаллич. решётки (плазмонов, поляритетов), такой зазор, по величине порядка l, подбирается специально. В рентг. диапазоне эл--магн. волн вспомогат. оптич. элемент не требуется, поскольку все вещества в этой области спектра имеют n2 < 1 и условие n2 < n1 выполняется на границе с воздухом. Для достижения идеального контакта используются также высокопреломляющие клеевые среды, позволяющие получать в ИК-области высококачеств. спектры НПВО от разнообразных объектов, не прибегая к спец. обработке поверхности образцов. Это даёт возможность применять метод НПВО для неразрушающего способа контроля вещества. Применение новых термопластичных оптич. сред обеспечивает оптич. контакт призмы с негладким и неплоским объектом произвольной формы и даже при наличии на исследуемой поверхности микронеровностей размером ~l.

Количественно величина ослабления светового потока при отражении от поглощающей среды учитывается при замене n2 его комплексной величиной 3050-18.jpg = n2 - - i3050-19.jpg. Показатель поглощения 3050-20.jpg связан с натуральным показателем поглощения a, определяемым традиц. фотометрич. методами (см. Поглощение света ),соотношением a = 4p3050-21.jpg/l. В аналитич. практике, когда показатель ослабления A = 1 - R <= 0,1, с хорошей точностью выполняется приближение R = 1 - adэфф, к-рое получается при разложении ф-л Френеля в ряд по a и ограничении первым членом ряда. Параметр dэфф = dглn21E20/2соs q наз. эфф. толщиной поглощающего слоя. Величина dэфф определяется как геом. толщина образца, при к-рой в методе НПВО достигается ослабление интенсивности отражённого света, равное по величине ослаблению света при пропускании. Зависимость dГЛ и dэфф от угла падения приведена на рис. 3.

Рис. 3. Зависимость глубины проникновения dгл и эффективной толщины dэфф от угла падения для s- и р-поляризаций света; n21=0,4.

3050-23.jpg

На практике спектры НПВО обычно получают при углах q > qкр. Особенно эффективны методы НПВО для интервала 0,01 < 3050-22.jpg < 1, тогда как при использовании метода поглощения в этом случае необходимы объекты микронной толщины. Mалые 3050-24.jpg измеряются при q 3050-25.jpgqкr, и используется возникшая при этом поверхностная оптическая волна, распространяющаяся вдоль поверхности исследуемого тела на сравнительно большое расстояние.

Для повышения контраста спектров НПВО часто применяется многократное (N-кратное) отражение, что пропорционально увеличению dэфф; при этом RN = = 1 - aNdэфф. Спектры, полученные методом НПВО, качественно похожи на спектры поглощения, что позволяет пользоваться при идентификации спектров НПВО атласами и каталогами спектров поглощения.

Из спектров НПВО на основе поляризац. измерений, комбинируя выражения для dsэфф и dрэфф, можно определять толщину плёнки. Для этого используется соотношение (1-Rs)/(1 - Rp)= dsэфф/dpэфф, к-рое позволяет найти ход дисперсии n2(l), далее методом Крамерса - Кронига рассчитывается 3050-26.jpg, а затем, исходя из коэф. отражения в максимуме спектральной полосы, определяется геом. толщина плёнки с точностью до 0,1 нм.

Разл. модификации метода НПВО широко применяются для изучения поверхностных эл--магн. волн, ад-сорбц. явлений, структуры тонких слоев и т. п. Явления НПВО следует учитывать при передаче световых сигналов на большие расстояния с помощью световодов.

Литература по нарушенному полному внутреннему отражению

  1. Золотарёв В. M., Кисловский Л. Д., О возможностях изучения контуров полос в спектрофотомет-рии НПВО, "Оптика и спектроскопия", 1965, т. 19, с. 809;
  2. Xаррик H., Спектроскопия внутреннего отражения, пер. с англ., M., 1970;
  3. Золотарёв В. M., Лыгин В. И.,Tapaceвич Б. H., Спектры внутреннего отражения поверхностных соединений и адсорбированных молекул, "Успехи химии", 1981, т. 50, с. 24.

В. M. Золотарёв

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

(время поиска примерно 20 секунд)


Знаете ли Вы, что низкочастотные электромагнитные волны частотой менее 100 КГц коренным образом отличаются от более высоких частот падением скорости электромагнитных волн пропорционально корню квадратному их частоты от 300 тысяч километров в секунду при 100 кГц до примерно 7 тыс км/с при 50 Гц.

НОВОСТИ ФОРУМА

Форум Рыцари теории эфира


Рыцари теории эфира
 28.09.2020 - 07:37: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
28.09.2020 - 07:37: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
28.09.2020 - 07:35: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Пламена Паскова - Карим_Хайдаров.
28.09.2020 - 06:32: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
28.09.2020 - 06:31: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Амары Ельской - Карим_Хайдаров.
27.09.2020 - 18:27: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Проблема народного образования - Карим_Хайдаров.
27.09.2020 - 13:04: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.
27.09.2020 - 13:03: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Игоря Алексеевича Гундарова - Карим_Хайдаров.
27.09.2020 - 10:32: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Алекса Джонса - Alex Jones INFO-WARS - Карим_Хайдаров.
27.09.2020 - 10:32: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
26.09.2020 - 13:50: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
25.09.2020 - 21:26: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Николаевича Боглаева - Карим_Хайдаров.

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution