Вопросы к коллоквиуму №1 по курсу «Оптические материалы и технологи»

1. Какие материалы относятся к оптическим? Типы ОМ.

ОПТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ – это материалы прозрачные в том или ином диапазоне длин волн электромагнитного излучения, предназначенные для передачи или преобразования оптического излучения. Например: стекло, ситаллы, монокристаллы, поликристаллы и т.д.

КЛАССИФИКАЦИЯ ОПТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ БЫВАЕТ ПО ТИПУ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ИЗЛУЧЕНИЕМ, СТРОЕНИЮ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ.

2. Каковы границы оптического диапазона спектра?

ОПТИЧЕСКИЙ ДИАПАЗОН - спектральный диапазон от ультрафиолета (УФ) до инфракрасной (ИК) области спектра. Границы оптического диапазона 0.18 - 2000 мкм

3. Границы видимого диапазона. Связь энергии кванта и длины волны.

Видимый световой диапазон относится к той части электромагнитного спектра, которая видна человеческому глазу. Видимая область - (0,40 - 0,76) мкм

4. Что понимается под оптически-активными материалами?

Оптически-активные материалы

- материалы, способные преобразовывать поглощенную энергию в излучение оптического диапазона;

- материалы, способные преобразовывать поглощенную световую энергию в другие виды.

5. Процессы взаимодействия светового потока с веществом.

С ПОТОКОМ ИЗЛУЧЕНИЯ, РАСПРОСТРАНЯЮЩИМСЯ В СРЕДЕ, МОГУТ ПРОИСХОДИТЬ СЛЕДУЮЩИЕ ИЗМЕНЕНИЯ:

- Рассеяние части потока в результате отражения от частиц, имеющих n отличающийся от n среды;

- Поглощение части потока излучения средой с преобразованием в другие виды энергии (тепло, генерация носителей тока, эмиссия электронов и ионов);

- Поглощение части потока излучения средой с преобразованием в излучение другого спектрального состава (люминесценция);

- Пропускание части потока через среду;

- Изменение спектрального состава излучения, следствие селективного поглощения энергии излучения средой;

- Изменение поляризации отраженного и пропущенного потоков;

- Изменение направления распространения.

На явлениях ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ построено функционирование оптического материала в оптическом приборе, оптико-электронной системе.

Структурные преобразования:

1. Дисперсия

2. Поляризация

3. Интерференция

Пространственные преобразования:

4. Преломление

5. Отражение

6. Рассеяние

Преобразование энергии излучения в другой вид энергии:

1. Люминесценция

2. Фотоэффект (внутренний, внешний).

3. Поглощение

4. Комбинационное рассеяние

6. Что такое угол Брюстера?

Угол  , при котором наблюдается максимальная поляризация отраженного света, называется углом Брюстера. При этом угол между преломленным и отраженным лучом составляет 90 (рис.), а угол Брюстера следующим образом связан с относительным показателем преломления n₂₁:

tg _Б = n₂₁

7. Изобразите ход лучей при прохождении монохроматического излучения через плоскопараллельную пластину из оптического материла (обозначьте потоки). Чему равен коэффициент внешнего пропускания при прохождении света через плоскопараллельную пластину?

- коэффициент внешнего пропускания.

8. Чем определяется угловая зависимость коэффициента отражения при падении луча на границу раздела двух сред. Приведите формулы.

9. Как зависит коэффициента отражения от поляризации падающего луча? Приведите формулы.

10. Приведите формулу коэффициента отражения для случая нормального падения на границу раздела двух сред с показателями преломления n1и n2.

11. Как связан показатель преломления с магнитной и диэлектрической проницаемостью среды?

n=√

12. Границы видимого диапазона. Связь энергии кванта и длины волны.

Границы видимого диапазона: 0,40 - 0,76 мкм.

13. Классификация оптических материалов по назначению.

По назначению различают:

• О. м. для элементов оптич. устройств;

•просветляющие, отражающие и поглощающие покрытия;

• электрооптич., магнитооптич., акустооптич. материалы;

• лазерные материалы;

• материалы для преобразования света в тепло и электричество;

• в виде композитов, порошков, эмульсий: дисперсные фильтры, люминесцирующие стекла, красители для лазеров;

• оптич. клеи (с определенным показателем преломления).

14. Классификация оптических материалов по строению.

15. Назовите элементы оптических и оптико-электронных приборов из стекла.

Оптическое стекло используют в производстве оптических деталей (окуляров, луп), приборов (микроскопов), оптико-технических устройств (рефлекторов, отражателей) и астрономических приборов.

16. Назовите элементы оптических и оптико-электронных приборов из кристаллов.

напр. высокой твердости и прозрачности (алмаз

используют при обработке материалов.

• В лазерной технике - рубин, иттрий-алюминиевый гранат и др., полупроводниковые лазерные кристаллы.

• В технике управления световыми пучками используют К., обладающие электрооптич. св-вами.

• К. корунда Аl2О3 применяют в оптич. лазерах, в ювелирном деле и др.

17. Каким образом может происходить преобразование оптического излучения при взаимодействии с оптическими материалами?

При попадании излучения на тело происходит их взаимодействие.

Часть излучения отражается от поверхности тела, часть – проходит через него, а часть – телом поглощается. Отраженные и прошедшие излучения отличаются от упавшего на тело по мощности, спектральному составу (цвету излучения) и направлению потока излучения.

Тело, преобразуя энергию излучения, также изменяется. В нем происходят фотофизические или фотохимические превращения (нагрев, изменение окраски и др.), причем эти изменения могут носить обратимый или необратимый характер.

18. Что такое люминесценция?

Люминесценция - спонтанное свечение тел длительностью, превышающей период

световых колебаний и возбуждаемое за счет любого вида энергии, кроме тепловой (избыточное над равновесным тепловым излучением).

19. Закон Стокса в люминесценции.

Длина волны люминесцентного излучения больше, чем длина волны света, вызвавшего люминесценцию.

20. Фотоэффект. Виды.

Фотоэффект - испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения (фотонов).

- Фотоэффект внутренний, перераспределение электронов по энергетическим состояниям в конденсированной среде, происходящее при поглощении электромагнитного излучения. В неметаллических телах (полупроводниках и

диэлектриках). Фотоэффект проявляется в изменении электропроводности или в возникновении на ее границах электродвижущей силы.

- Фотоэффект внешний – фотоэлектронная эмиссия, испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения.

21. Законы внешнего фотоэффекта.

22. Стекло. Свойства стекла.

Наибольшее распространение в качестве оптического материала получили оптические

стекла, которым присущи многообразие оптических свойств, хорошие технологические и эксплуатационные качества.

СТЕКЛО - вещество, полученное путем переохлаждения расплава определенного химического состава, приобретающее в результате увеличения вязкости свойства твердого тела, причем процесс перехода из жидкого состояния в стеклообразное должен быть обратимым.