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 релятивизм (СТО и ОТО) не является истинной наукой? - Истинная наука обязательно опирается на причинность и законы природы, данные нам в физических явлениях (фактах). В отличие от этого СТО и ОТО построены на аксиоматических постулатах, то есть принципиально недоказуемых догматах, в которые обязаны верить последователи этих учений. То есть релятивизм есть форма религии, культа, раздуваемого политической машиной мифического авторитета Эйнштейна и верных его последователей, возводимых в ранг святых от релятивистской физики. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 09.06.2020 - 19:25: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
09.06.2020 - 19:24: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
09.06.2020 - 19:23: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Пламена Паскова - Карим_Хайдаров.
09.06.2020 - 19:17: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Фурсова - Карим_Хайдаров.
09.06.2020 - 18:26: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
09.06.2020 - 18:13: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
09.06.2020 - 06:30: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ЭКОЛОГИЯ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.
09.06.2020 - 06:04: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
08.06.2020 - 18:18: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
08.06.2020 - 18:14: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
08.06.2020 - 18:08: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> КОМПЬЮТЕРНО-СЕТЕВАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.
08.06.2020 - 07:32: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution