Существенно влияние ультрафиолета на биологические обьекты, например, его бактерецидное действие.
Следует помнить, что ультрафиолетовое излучение очень сильно поглощается большинством веществ, что не позволяет применить при работе с ним обычную стеклянную оптику. До 0,18 мкм исползуют кварц, фтористый литий, до 0,12 мкм - флюорит; для еще более коротких волн приходится применять отражательную оптику.
Еще более широко в технике используют длинноволновую часть спектра - инфракрасное излучение. Отметить здесь приборы ночного видения, ИК-спектроскопию, тепловую обработку материалов, лазерную технику, измерение на расстоянии температуры предметов.
А.с. 269 400: Способ противопожарного контроля волокнистого материала, например, хлопка-сырца, подаваемого по трубопроводу к месту его хранения, отличающийся тем, что с целью повышения надежности хранения, контроль осуществляется посредством расположенных по периметру трубопровода датчиков, реагирующих на инфракрасное излучение.
А.с. 271 550: Способ ремонта асфальтобетонных дорожных покрытий на основе применения инфракрасного излучения, отличающийся тем, что с целью обеспечения ремонта в зимнее время вначале создают тепловую защиту непосредственно в месте произвдства работ путем создания зон положительных температур посредством источников инфракрасного ихлучения, затем разогревают применяемые в качестве исходного материала асфальтобетонные брикеты одновременно с ремонтируемым участком дорожного покрытия до пластического состояния при помощи инфракрасных лучей.
Интересное свойство ИК-лучей обнаружил недавно польские ученые: прямое облучение стальных изделий светом инфракрасных ламп сдерживает процессы коррозии не только в условиях обычного хранения, но и при повышении влажности и содержания сернистых газов.
Сильным изобретательским приемом является переход от одного диапазона излучения к другому.
А.с. 232 391: Способ определения экспозиции засветки фоторезисторов на основе диасоединений и азидов в процессе фотолитографии, отличающийся тем, что с целью улучшения воспроизводимости и увеличения выхода годных приборов, полупроводниковый эпитаксиальный материал с нанесеным на него фоторезистом облучают ультрафиолетовым или видимым светом, причем экспозицию определяют по времени исчезновения полосы поглощения пленки фоторезиста в области 2000-2500 см. в минус первой степени . Здесь облучают коротковолновым светом, а изменение свойств регистрируют по поглощению в инфракрасной области - 2000 см. в минус первой степени соответствуют длине волны 3,07 мкм.
13.1.1. Световое излучение может передавать свою энергию телу не только нагревая его или возбуждая его атомы, но и ввиде механического давления. Световое давление проявляется в том, что на освещаемую поверхность тела в направлении распространения света действует распределенная сила, пропорциональная плотности световой энергии и зависящая от оптических свойств поверхности. Световое давление на полностью отражающую зеркальную поверхность вдвое больше, чем на полностью поглощающую при прочих равных условиях.
Обьяснить это явление можно как с волновой, так и с корпускулярной точек зрения на природу света. В первом случае это результат взаимодействия электрического тока, наведенного в теле электрическим полем световой волны, с ее магнитным полем по закону Ампера. Во втором - результат передачи импульса фотонов поглощающей или отражающей стенке.
Величина светового давления мала. Так, яркий солнечный свет давит на 1 кв.м. черной поверхности с силой всего лишь 0, 4 мГ. Однако простота управления световым потоком, "оксеонтактность" воздействия и "избирательность" светового давления в отношении тел с различными поглощающими и отражающими свойствами позволяют с успехом использовать это явление в изобретательстве (например, фотонная ракета).
Согласно патенту США 3 590 932: световое давление используется в микроскопах для уравновешивания малых изменений массы или силы. Измерительное фотоэлектрическое устройство определяет, какая величина светового потока, а следовательно исветового давления, потребовалась для компенсации изменения массы образца и восстановления равновесия системы.
А.с. 174 432: Способ перекачки газов или паров из сосуда в сосуд путем создания перепада давления на разделяющей оба сосуда перегородке, имеющей отверстие, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности откачки, на отверстие в перегородке фокусируют световой пучек, излучаемый, напрмер, лазером.
2. Способ по п.1 отличающийся тем, что с целью осуществления избирательной отакачки газов или паров и, в частности, с целью разделения изотопных смесей газов или паров, ширину спектра излучения избирают меньше частотного разноса центров линий поглощения соседних с них компонентов, при этом частоту излучателя настраивают на центр линии поглощения откачиваимого компонента.
13.2. Отражение и преломление света.
При падении параллельного пучка света на гладкую поверхность раздела двух прозрачных изотропных сред часть света отражается обратно, а другая часть проходит во вторую среду, при этом направление пучка света меняется; происходит преломление света.
Угол отражения равен углу падения, а угол преломления связан с углом падения соотношением: где п1 и п2 - показатели преломления сред, и - углы падения и преломления.
Показатели преломления обычных газов (при нормальных условиях) близки к 1, для стекл эта величина порядка от 1,4 до 1,7.
Эффекты отражения и преломления лежат в основе работы всех оптических систем, которые позволяют передавать световую энергию и изображения, фокусировать свет в мощные пучки, разлагать его в спектр (см. Дисперсия).
США патент 3 562 530: Способ получения и нагревания незагрязненных пламоидов заключается в том, что мишень располагается в первой сопряженной фональной точке закрытой камеры, которая представляет собой зеркально отражающую систему, во второй фональной точке, сопряженой спервой, генерируют короткий импульс электромагнитной энергии. Эта энергия фокусируется на мишень, которая нагревается до очень высокой температуры.
Отраженный свет может нести значительную информацию о форме предмета (а также о структуре его поверхности) как в случае зеркального, так и диффузного отражения.
А.с. 521 086: Способ определения пайки выводов радиодетале, напрмер, резисторов, при котором производят погружение вывода в каплю расплавленного припоя и регистрируют интервал времени между соприкосновением вывода с каплей и замыканием капли над ним, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерения времени пайки, на поверхность капли припоя направляют луч света в форме узкой полосы и фиксируют интервал времени между началом отклонения отраженного от поверхности капли луча до его возвращения в исходное положение, используя фотоэлемент, соединенный со счетчиком времени.
А.с. : Способ определения частоты обработки поверхности, заключающийся в том, что напрвляют световой поток на контролируемую поверхность и регистрируют световой поток, отраженный от нее, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерения, поворачивают контролируемую поверхность вокруг оси, перпендикулярной плоскости падения светового потока, регистрируют угол наклона, при котором отраженный от него световой поток будет составлять заданую часть, например, половину от максимального, и по алгебраической разности определяют чистоту обработки поверхности.
Процессы отражения и преломления связаны с внутренней структурой вещества; измерение показателя преломления - один из важнейших методов структурных исследований (3).
А.с. 280 956: Способ исследования тепловых напряжений на прозрачных моделях путем просвечивания образца монохроматическим светом, отличающийся тем ,что с целью определения полного теплового напряжения, вызываемого неоднородным нагревом, предварительно определяют градиент температур в исследуемом образце, измеряют соответствующий ему угол отклонения светового луча в данной точке, и по полученным данным судят о величине теплового напряжения.
А.с. 541 484: Способ регулировки температуры размягчения донного продукта отпарного аппарата в зависимости от изменения режимного параметра в зоне питания аппарата, отличающийся тем, что с целью повышения качества регулировки, режимный параметр корректируют в зависимости от коэффициента преломления дистиллярного продукта, выводимого из аппарата.
В общем случае, лучи отраженный и преломленный - это лучи поляризованного света (см.Поляризация). Степень поляризации зависит от угла падения. При определенном значении этого угла (угол Брюстера) отраженный свет полностью линейно поляризован перпендикулярно плоскости падения. При падении же под углом Брюстера света, уже поляризованного в плоскости падения, отражения вобще не происходит, не смотря на скачок показателя преломления (см.Анизотропия и свет).
А.с. 501 377: Акустооптический дефлектор, содержащий акустооптический эффект и пьезопреобразователь, отличающийся тем, что с целью увеличения его разрешающей способности с одновременным уменьшением потерь света на отражение, входная поверхность акустооптического элемента выполнена по отношению к поверхности, на которой расположен пьезопреобразователь, под углом, равным сумме угла Брюстера и угла дефракции Брегга для данного материала, а выходная поверхность - под углом, равнымразности между углом Брюстера и углом дифракции Брегга.
13.2.1. При определенных условиях может наблюдаться полное внутреннее отражение света, при котором вся энергия световой волны, падающей награницу двух двух прозрачных сред со стороны среды, оптически более плотной, полностью отражается в эту среду. В частности это явление используется в призмах биноклей и перископов, но диапазон его применения в изобретательстве гораздо шире (1).
А.с. 287 363: Устройство для измерения температуры, содержащее измерительный элемент, установленный в контролируемой среде, и источник белого света с диафрагмой, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерения температуры и увеличения светосилы устройства, измерительный элемент выполнен ввиде двух прозрачных прямоугольных призм, сложенных наклонными гранями, между которыми расположен слой прозрачного вещества с показателем преломления, зависящим от длины волны и температуры, причем источник света расположен относительно измерительного элемента так, что ось светового потока наклонена к плоскости входной грани призмы под предельным углом полного внутренненго отражения.
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.