О коэффициентах поглощения.

Поглощение света

Закон Бугера.

Прохождение световой волны через вещество сопровождается потерей энергии этой волны, затрачиваемой на возбуждение колебаний электронов (точнее, на изменение их состояния в атоме). Частично эта энергия возвращается излуче­нию в виде вторичных волн, порождаемых колеблющимися электронами; частично же она переходит в другие формы энер­гии (во внутреннюю энергию вещества).

Поэтому интенсивность света при прохождении через обыч­ное вещество уменьшается — свет поглощается в веществе. По­глощение света можно описать с энергетической точки зрения.

Пусть через однородное вещество распростра­няется параллельный световой лучок. Выделим мысленно в этом веществе бесконечно тонкий плоский слой толщины dx

При про­хождении этого слоя интенсивность света уме­ньшится так, что ее убыль можно представить как - dI. Ясно, что эта величина будет пропор- циональна интенсивности в данном поглощающем слое и его толщине dx, т. е.

- dI=χIdx

где χ— коэффициент поглощения, он характеризует поглощающие свойства вещества. Разделив переменные, получим: - dI / I = χdx.

После интегрирования в пределах от I₀ до I и от 0 до х най­дем: ln I / I =- χx, откуда

I=I₀e ^{- χ x}

Это закон Бугера. Таким образом, интенсивность све­та при прохождении однородного вещества уменьшается по эк­споненциальному закону.

Заметим, что в случае точечного источника света, находяще­гося в однородной поглощающей среде, предыдущие рассужде­ния следует повторить, но только не для интенсивности I, а для светового потока Ф. И в качестве исходного бесконечно тонкого слоя теперь следует выбрать сферический слой с радиусами от г до г + dr. В результате приходим к аналогичному (18) закону:

Ф=Ф₀ e ^{- χ x} (19)

где Ф_о — световая мощность источника (или его световой поток при r→0).

О коэффициентах поглощения.

Для всех веществ поглощение имеет селек­
тивный характер, т. е. коэффициент поглощения χ зависит от длины волны света (в вакууме). Для жидких и твер­дых веществ зависимость χ(λ) имеет вид, подобный изображенному на рисунке.

т. е. сильное поглощение обнаруживается в дос-таточно широком интервале длин волн.

Совсем иначе ведет себя коэффициент χ(λ) в случае газов или паров металлов при невысоком давлении. Здесь для всех длин волн коэффициент χ≈0, и лишь для очень узких спектральных интервалов (порядка нескольких тысячных нм) обнаруживает резкие максимумы. Эти максимумы соответствуют резо­нансным частотам колебаний элект­ронов внутри атомов, которые прак­тически не взаимодействуют друг с другом.

При повышении же давления максимумы поглощения все больше расширяются, и при высоких дав­лениях спектр χ(λ) приближается к
спектрам поглощения жидкостей. Это связано с ростом взаимо­действия между атомами.

В заключение отметим, что можно создать такое состояние атомов вещества, при котором коэффициент χ становится отри­цательным, и прохождение света через вещество в таком (ин­версионном, как говорят) состоянии сопровождается усилением его интенсивности. Именно это и осуществляется в лазерах.