Нахождение цветовых координат

Световая чувствительность человеческого глаза

Способность глаза воспринимать свет и распознавать разл. степени его яркости называется светоощущением, а способность приспосабливаться к разной яркости освещения — адаптацией глаза; световая чувствительность оценивается величиной порога светового раздражителя.

Максимальная световая чувствительность палочек глаза достигается после достаточно длительной темновой адаптации. Её определяют под действием светового потока в телесном угле 50° при длине волны 500 нм (максимум чувствительности глаза). В этих условиях пороговая энергия света около 10−9 эрг/с, что эквивалентно потоку нескольких квантов оптического диапазона в секунду через зрачок.

Максимальные изменения зрачка для здорового человека — от 1,8 мм до 7,5 мм, что соответствует изменению площади зрачка в 17 раз[12]. Однако, реальный диапазон изменения освещённости сетчатки ограничивается соотношением 10:1, а не 17:1, как следовало бы ожидать исходя из изменений площади зрачка. На самом деле освещённость сетчатки пропорциональна произведению площади зрачка, яркости объекта и коэффициенту пропускания глазных сред[13].

Вклад зрачка в регулировку чувствительности глаза крайне незначителен. Весь диапазон яркостей, которые наш зрительный механизм способен воспринять, огромен: от 10−6 кд·м² для глаза, полностью адаптированного к темноте, до 106 кд·м² для глаза, полностью адаптированного к свету[14][15] Механизм такого широкого диапазона чувствительности кроется в разложении и восстановлении фоточувствительных пигментов в фоторецепторах сетчатки — колбочках и палочках.

Чувствительность глаза зависит от полноты адаптации, от интенсивности источника света, длины волны и угловых размеров источника, а также от времени действия раздражителя. Чувствительность глаза понижается с возрастом из-за ухудшения оптических свойств склеры и зрачка, а также рецепторного звена восприятия.

Максимум чувствительности при дневном освещении лежит при 555—556 нм, а при слабом вечернем/ночном смещается в сторону фиолетового края видимого спектра и равен 510 нм (в течение суток колеблется в пределах 500—560 нм). Объясняется это (зависимость зрения человека от условий освещённости при восприятии им разноцветных объектов, соотношение их кажущейся яркости — эффект Пуркинье) двумя типами светочувствительных элементов глаза — при ярком свете зрение осуществляется преимущественно колбочками, а при слабом задействуются предпочтительно только палочки.

цвет — это ощущение, которое получает человек при попадании ему в глаз световых лучей. Одни и те же световые воздействия могут вызвать разные ощущения у разных людей. И для каждого из них цвет будет разным. Отсюда следует что споры "какой цвет на самом деле" бессмысленны, поскольку для каждого наблюдателя истинный цвет — тот, который видит он сам.

Цветовые координаты — количественное описание цветового воздействия в трехмерной системе координат, например (L*, a*, b*) или (X, Y, Z), полностью определяющие цвет любой точки цветовой модели, при соблюдении некоторых стандартизованных условиях рассматривания цвета.

Нахождение цветовых координат

Когда цвет (при объективных цветовых измерениях (Ц. и.) всегда имеется в виду цвет окрашенного предмета или источника света (cм. Источники света)) представлен спектральным распределением излучения (испускаемого источником, либо отражённого или пропущенного предметом), то для нахождения его ЦК нужно использовать кривые сложения в качестве взвешивающих функций, оценивающие это излучение. Такая оценка может выполняться двумя путями.

Практически интегрирование заменяют суммированием через интервал Δλ (от 5 до 10 нм), т.к. подынтегральные спектральные функции обычно неудобны для интегрирования:

Спектральное распределение излучения и спектральную характеристику отражения (пропускания) измеряют, диспегируя свет в спектр, например, в Спектрофотометре или Монохроматоре. Кривые сложения задаются в виде таблиц значений удельных координат через 5 или 10 нм. Имеются также таблицы величин Е (λ) и т.д. для стандартных источников света МКО А, В, С, D, представляющих наиболее типичные условия естественного (В, С и D) и искусственного (А) освещения.

10,Амплитудная одномерная (1D) дифракционная решетка представляет собой плоский транспарант, на котором чередуются светлые и темные параллельные полоски (штрихи и щели). Полоски имеют одинаковую ширину. Если осветить такую решетку монохроматическим пучком света с длиной волны l, падающим нормально к плоскости решетки, то в результате дифракции света на периодической структуре щелей будет образовано множество пучков света, выходящих под различными углами a p и соответствующих различным порядкам дифракции. Угол a p зависит от периода решетки и в предположении малости углов определяется по формуле

T - период решетки. Интенсивность света убывает с ростом абсолютной величины p. Как следует из теории дифракционных решеток, при равной ширине штриха и щели характер убывания определяется формулой

Из-за того что значительная часть света поглощается амплитудным транспарантом, дифракционная эффективность в первом порядке не превышает 10%. У одномерной фазовой дифракционной решетки этот показатель приблизительно в 4 раза выше.

Функция пропускания в данном случае является чисто фазовой, периодической с периодом T, аргумент которой скачкообразно меняется на p. Функционально фазовая и амплитудная дифракционные решетки одинаковы.

Дифраìкция воìлн (лат. diffractus — буквально разломанный, переломанный, огибание препятствия волнами) — явление, которое проявляет себя как отклонение от законов геометрической оптики при распространении волн. Она представляет собой универсальное волновое явление и характеризуется одними и теми же законами при наблюдении волновых полей разной природы.

Спектральный анализ, метод качественного и количественного определения состава веществ, основанный на исследовании их спектров испускания, поглощения, отражения и люминесценции. Различают атомный и молекулярный спектральный анализ, задачи которых состоят в определении соответственно элементного и молекулярного состава вещества. Эмиссионный спектральный анализ проводят по спектрам испускания атомов, ионов или молекул, возбужденных различными способами, абсорбционный спектральный анализ - по спектрам поглощения электромагнитного излучения анализируемыми объектами (см. Абсорбционная спектроскопия). В зависимости от цели исследования, свойств анализируемого вещества, специфики используемых спектров, области длин волн и других факторов ход анализа, аппаратура, способы измерения спектров и метрологические характеристики результатов сильно различаются. В соответствии с этим спектральный анализ подразделяют на ряд самостоятельных методов (см., в частности, атомно-абсорбционный анализ, атомно-флуоресцентный анализ, инфракрасная спектроскопия, комбинационного рассеяния спектроскопия, люминесцентный анализ, молекулярная оптическая спектроскопия, спектроскопия отражения, спектрофотометрия, ультрафиолетовая спектроскопия, фотометрический анализ, Фурье-спектроскопия, рентгеновская спектроскопия).

Часто под спектральным анализом понимают только атомно-эмиссионный спектральный анализ (АЭСА) - метод элементного анализа, основанный на изучении спектров испускания свободных атомов и ионов в газовой фазе в области длин волн 150-800 нм (см. атомные спектры).

Пробу исследуемого вещества вводят в источник излучения, где происходят ее испарение, диссоциация молекул и возбуждение образовавшихся атомов (ионов). Последние испускают характеристическое излучение, которое поступает в регистрирующее устройство спектрального прибора.

Спектр (лат. spectrum «видеìние») в физике — распределение значений физической величины (обычно энергии, частоты или массы). Графическое представление такого распределения называется спектральной диаграммой[источник не указан 1378 дней]. Обычно под спектром подразумевается электромагнитный спектр — спектр частот (или то же самое, что энергий квантов) электромагнитного излучения.

В научный обиход термин спектр ввёл Ньютон в 1671—1672 годах для обозначения многоцветной полосы, похожей на радугу, которая получается при прохождении солнечного луча через треугольную стеклянную призму.

Спектральные приборы предназначены для выделения излучения в узких спектральных интервалах в пределах заданной области спектра. Наиболее распространены спектральные приборы с пространственным разделением длин волн. Такие приборы называют классическими, а используемый метод разделения излучения по длинам волн - методом селективной фильтрации.

В приборах данного типа обязательным является диспергирующий элемент, пространственно разделяющий за счёт отклонения на разные углы падающее на него излучение по длинам волн. Работа диспергирующего элемента может основываться на различных физических принципах. В призменных спектральных приборах используется зависимость показателя преломления оптического материала от длины волны (дисперсия). Дисперсионным элементом дифракционных спектральных приборов служит дифракционная решётка. В интерферометрах, как правило, используется многолучевая интерференция при очень больших разностях хода. Современные типы спектральных приборов основаны на селективной частотной и амплитудной модуляции исследуемого излучения, возникающей при изменении разности хода интерферирующих пучков.

Прибор, входным отверстием которого является щель, называется щелевым. Принципиальная схема, иллюстрирующая принцип действия щелевого спектрального прибора, показана на рис.1.

Рис. 1. Схема щелевого спектрального прибора.
Диспергирующий элемент (призма, решетка, интерферометр Фабри-Перо и т.д.) располагается в параллельном пучке лучей, создаваемом коллиматором (совокупностью входного отверстия 1 и объектива 2). Спектр наблюдается в фокальной плоскости 5 камерного объектива 4. В приборах, у которых диспергирующий элемент не имеет осевой симметрии (призма, решетка) разложение излучения в спектр происходит только в одном направлении. Спектр получается в виде монохроматических изображений входной щели - спектральных линий. Эти изображения увеличены в f ₂ / f ₁ раз, где f ₂ и f ₁ - фокусные расстояния камерного и коллиматорного объективов

С понятием аппаратной функции связана разрешающая способность прибора

R= λ0/δλ, (3)

характеризующая возможность раздельной регистрации соседних спектральных интервалов dl вблизи длины волны λ

Спектральный прибор характеризуют также угловой дисперсией dQ/dl - зависимостью угла отклонения лучей диспергирующим элементом от длины волны и линейной дисперсией:

d l/d l = (f₂ dQ/dl)/sine, (4)

где l - координата в спектре, e - угол между плоскостью спектра и осью камеры спектрального прибора. Значительно чаще используется понятие обратной линейной дисперсии - dl/d l (величина спектрального интервала умещающегося на длине спектра, равной 1мм). Обратная линейная дисперсия имеет размерность [нм/мм]. Дисперсия спектральных приборов имеет различное значение в разных участках спектра.

13. Жи́дкие криста́ллы (сокращённо ЖК) — это фазовое состояние, в которое переходят некоторые вещества при определенных условиях (температура, давление, концентрация в растворе). Жидкие кристаллы обладают одновременно свойствами как жидкостей (текучесть), так и кристаллов (анизотропия). По структуре ЖК представляют собой вязкие жидкости, состоящие из молекул вытянутой или дискообразной формы, определённым образом упорядоченных во всем объёме этой жидкости. Наиболее характерным свойством ЖК является их способность изменять ориентацию молекул под воздействием электрических полей, что открывает широкие возможности для применения их в промышленности. По типу ЖК обычно разделяют на две большие группы: нематики и смектики.

Оптические эффекты в жидких кристаллах …….Спонтанная ориентация молекул в жидких кристаллах приводит к тому, что эти вещества проявляют оптическое двулучепреломление, свойственное некоторым твердым кристаллам. Свет, проходя через однородно-упорядоченные слои жидких кристаллов, распадается на два луча: необыкновенный, направление поляризации которого совпадает с направлением оптической оси жидкого кристалла, и обыкновенный, с направлением поляризации, перпендикулярным этой оси. Кристалл считается оптически положительным, если ne-n0>0, и оптически отрицательным, если пе- n0<0; пе и n0 - коэффициенты преломления необыкновенного и обыкновенного лучей.

Нематические и смектические жидкие кристаллы оптически положительны и направление длинных осей молекул совпадает с направлением оптической оси. Холестерические жидкие кристаллы, в которых длинные оси молекул перпендикулярны оси холестерической спирали, которая, в свою очередь, параллельна оптической оси образца, - оптически отрицательны. Эта особенность часто служит критерием отличия холестерических жидких кристаллов от смектических.

Динамическое рассеяние света (ДРС) — представляет собой совокупность таких явлений как изменение частоты (Доплеровский сдвиг), интенсивности и направления движения света прошедшего через среду движущихся (Броуновских) частиц. Чаще понятие «Динамическое рассеяние света» можно встретить при упоминании о «методе динамического рассеяния света» как о способе измерения размеров частиц и об инструментальных средствах, которые в своей конструкции и алгоритмах обработки сигнала реализуют этот метод.

[править]Метод лазерной корреляционной спектроскопии

Динамическое рассеяние света используется в лазерной корреляционной спектроскопии для определения размеров частиц в суспензии. Размеры измеряемых частиц должны быть такого же порядка, что и и длина волны рассеиваемого света. При прохождении пучка света через суспензию происходит его упругое (рэлеевское) рассеяние. В случае ДРС используют лазерное излучение, которое когерентное и монохроматическое. Измеряемой величиной служит т.н. автокорреляционная функция (АКФ), определяемой по временному изменению интенсивности рассеиваемого излучения: , где - автокорреляционная функция, N - число измерений, выполняемых в момент времени , - интесивность рассеивания света после определенного периода времени задержки .

Эффект электрического управления двулучепреломлением. На ориентацию молекул ЖК оказывает влияние состояние поверхностей пластин ЖК-ячейки. Если пластины обработать поверх ностно-активным веществом, то, как показано на рис.16, можно получить гомеотропную упаковку молекул, перпендику­лярную пластинам, и гомогенную упаковку молекул, параллель ную пластинам. На основе молекул с отрицательной диэлектри ческой анизотропией создают ЖК с гомеотропной упаковкой. Вне ЖК-ячейки скрещенно размещают поляризатор и анали затор. Для индикации используется свойство двойного лучепре­ломления, которое возникает при приложении к электродам электрического поля, вызывающего ориентацию молекул ЖК в направлении, параллельном пластинам. Этот эффект называ ется также эффектом деформации вертикально ориентированной фазы. Свет, ставший линейно-поляризованным после про­хождения поляризатора, становится эллиптически поляризован ным после прохождения ЖК-ячейки, обладающей свойством двойного лучепреломления. Тем самым интенсивностью света, прошедшего через ЖК-ячейку, можно управлять с помощью приложенного электрического поля. Так как интенсивность проходящего света зависит от длины волны, то, изменяя напря жение, можно менять цветовой тон.

«Твист-эффект» реализуется при помощи однонаправленного натирания поверхностей пластин во взаимно перпендикулярных направлениях и введения нематического жидкого кристалла с положительной диэлектрической анизотропией.

Рис.16. Упаковка молекул в ЖК: а— гомогенная; б—гомеотропная.

Прозрачный электрод

Рис.17. «Твист-эффект»: а— выключенное состояние (просветленное со стояние индикатора); б — включенное состояние (темное состояние индика тора).

Так как мо лекулы жидкого кристалла между двумя пластинами оказыва ются скрученными на 90°, то происходит поворот плоскости по ляризации линейно-поляризованного света, прошедшего че рез ЖК-ячейку. Если к электродам приложить напряжение, то укладка молекул в ЖК станет гомеотропной и ориентирован ной перпендикулярно пластинам, и потому поляризация света, прошедшего через ЖК-ячейку, будет сохраняться. Когда плос кости поляризации поляризатора и анализатора, установлен ных по обеим сторонам ЖК-ячейки, параллельны (параллель ный николь), приложение напряжения приводит к прохожде нию света, а при отсутствии напряжения свет отсекается. В случае перпендикулярного николя получается обратная ха рактеристика (рис. 17). При этом получается довольно низ кое рабочее напряжение (менее 1 В).

^ Фазовый переход. ЖК-ячейка с примесью холестерического ЖК с положительной диэлектрической анизотропией рассеивает свет, образуя жидкокристаллическую непрозрачную ячейку мо лочного цвета. При увеличении электрического поля, прикладываемого к электродам, все молекулы ЖК, за исключением близлежащих к пластинам, ориентируются в направлении электрического поля, образуя нематический жидкий кристалл с гомеотропной упаковкой молекул, и ЖК-ячейка становится прозрачной.

Рис.18. Оптический эффект «гость — хозяин»: а - без электрического поля, б – в электрическом поле

^ Оптический эффект «гость —хозяин». Краситель, обладающий свойством менять спектр проходящего света в зависимости от ориентации молекул, называется плеохроическим красителем. Если к жидкому кристаллу подмешать плеохроический краси тель, тогда с помощью электрического поля оказывается воз можным менять как ориентацию молекул ЖК, так и ориента цию молекул плеохроического красителя,т.е. можно изменять цвет ЖК-ячейки. В такой ЖК-ячейке ЖК называют «хозяи ном», а краситель — «гостем», а само явление называют опти ческим эффектом «гость-хозяин». На рис.18 показано превращение ЖК р-типа с гомогенной упаковкой молекул в кристалл с гомеотропной упаковкой под действием электриче ского поля. Аналогичная индикация осуществляется также в комбинированной системе, объединяющей в себе эффект фазо вого перехода и эффект «гость — хозяин».

 

15. Рассе́яние све́та — рассеяние электромагнитных волн видимого диапазона при их взаимодействии с веществом. При этом происходит изменение пространственного распределения, частоты, поляризации оптического излучения, хотя часто под рассеянием понимается только преобразование углового распределения светового потока.

Пусть и — частоты падающего и рассеянного света. Тогда

· Если — упругое рассеяние

· Если — неупругое рассеяние

· — стоксово рассеяние

· — антистоксово рассеяние

Рассеиваемый свет даёт информацию о структуре и динамике материала.

Молекулярное рассеяние света - рассеяние в макроскопически однородных средах на микроскопич. неоднородностях - спонтанно появляющихся и исчезающих флуктуациях термодинамич. параметров среды: плотности, темп-ры и т. п. При этом оптич. неоднородность изотропной среды определяется неоднородностью диэлектрич. проницаемости e(r, t), в к-рой есть регулярная составляющая и стохастическая связанная с флуктуациями термодинамич. параметров среды. Т. к. даже в оптически изотропной среде, в к-рой - скалярная величина, возможны флуктуации анизотропии, то - величина тензорная.

Рэле́евское рассе́яние — когерентное рассеяние света без изменения длины волны (называемое также упругим рассеянием) на частицах, неоднородностях или других объектах, когда частота рассеиваемого света существенно меньше собственной частоты рассеивающего объекта или системы. Эквивалентная формулировка: рассеяние света на объектах, размеры которых меньше его длины волны. Названо в честь британского физика лорда Рэлея, установившего зависимость интенсивности рассеянного света от длины волны в 1871 году^[1]. В широком смысле также применяется при описании рассеяния в волновых процессах различной природы.

Найдем связь между фазовой и групповой скоростью. Пусть закон дисперсии задан в виде зависимости фазовой скорости от длины волны

.

Используя выражение для фазовой скорости , запишем . Тогда из

находим

.

Далее, поскольку и, следовательно , имеем

Формула связывающая фазовую и групповую скорость, называется формулой Релея.

 

Эффект Доплера — зависимость наблюдаемой частоты периодического колебания от любого изменения расстояния между источником колебаний и наблюдателем.

В 1842 Доплер теоретически обосновал зависимость частоты колебаний, воспринимаемых наблюдателем, от скорости и направления движения источника волн и наблюдателя относительно друг друга. Это явление впоследствии было названо его именем (эффект Доплера).

Аберра́ция све́та (лат. aberratio, от ab от и errare блуждать, уклоняться) — изменение направления распространения света (излучения) при переходе из одной системы отсчёта к другой ^[1].

При астрономических наблюдениях аберрация света приводит к изменению положения звёзд на небесной сфере вследствие изменения направления скорости движения Земли. Различают годичную, суточную и вековую аберрации. Годичная аберрация связана с движением Земли вокруг Солнца. Суточная — обусловлена вращением Земли вокруг своей оси. Вековая аберрация учитывает эффект движениясолнечной системы вокруг центра Галактики

Доплеровские измерители используются в различных целях во многих отраслях производства, транспорта, медицины, научных и научно-практических исследований военном деле

Рассеивание света сферической частицей - классическая задача электродинамики, решенная в 1908 году Гуством Ми для частицы любого размера.
Задача рассматривает рассеивание электромагнитной волны с напряженностью электрического поля.

,
где ω - частота, k - волновой вектор, а E₀ - амплитуда волны, для сферичной частицы с радиусом r и диэлектрической проницаемостью ε.
Рассеивание зависит от соотношения размеров частицы и длины волны, которая падает на эту частицу. В случае, если размер частицы намного меньше длины волны, происходит рэлеевское рассеивание. (Рассеяния Рэлея и Ми – упругие рассеяния). Внешняя элетромагнитная волна поляризует частицу, создавая в ней переменный дипольный момент. Дипольный момент, который колеблется в такт с частотой внешней волны, отражает свет с характерной для дипольного момента диаграмой направленности. Если можно пренебречь частотной зависимостью диэлектрической проницаемости частицы, интенсивность рассеивания зависит от частоты в четвертой степени, что периводит к сильному рассеиванию коротких волн. В рассеяном белом свету преобладает голубой оттенок, а в нерассеяном - красный.

Наконец, сопоставим третью характеристику рассеянного света — угловое распределение поляризации при молекулярном и аэрозольном рассеянии.

Степенью поляризации называется отношение интенсивности поляризованной части рассеянного света к общей интенсивности света, рассеянного в данном направлении. По теории Рэлея степень поляризации зависит только от угла рассеяния

Поляризация рассеянного света. Если естествен ный свет падает на молекулу в направлении OY (рис. 8.5.1), то колебания его электрического вектора должны лежать в плоско сти ZOX. Если наблюдать рассеянный свет в направлении ОХ, то в силу поперечности волн S в этом направлении пойдут волны, обусловленные лишь той слагающей колебания электрического вектора, которая перпендикулярна к ОХ. Таким образом, в свете, рассеянном под прямым углом к падаю щему, должны наблюдаться только колебания (электри ческого вектора), направлен ные вдоль OZ, т. е. свет должен быть полностью по ляризован.

Рис. 8.5.1. Поляризация рассеянного света

Лабораторные опыты (рас сеяние в аргоне) подтвердили это заключение, также предусмотренное теорией Рэлея. Однако дальней шие наблюдения показали, что поляризация рассеянного света обычно не бывает полной.

 

 

22. Поляризация

Поляризация (франц. polarisation, первоисточник: греч. pólos — ось, полюс) — процессы и состояния, связанные с разделением каких-либо объектов, преимущественно в пространстве.

П. света названо было явление особого видоизменения естественных световых лучей, исходящих от обыкновенного источника света, при котором лучи приобретают как бы различные свойства по различным направлениям, перпендикулярным к направлению луча; такое свойство лучей может быть вызвано в самом источнике света, если поставить последний в некоторые определенные условия (см. ниже), но оно может быть искусственно придано и лучам, вышедшим из источника света в естественном их состоянии.

Классическое описание поляризованного волнового движения хорошо известно, поэтому здесь будет дан толькократкий обзор.
Рисунок 1. Схематическое представление горизонтально распространяющегося пучка монохроматического света, поляризованного горизонтально (а), вертикально [б), правоциркулярно (в) и левоциркулярно (г)

Горизонтально поляризованный луч представляется горизонтальным отрезком; вертикальная поляризация— вертикальным отрезком. Правая круговая поляризация изображается окружностью с указанием направления вращения по часовой стрелке. Проекционная картина представляет собой как бы фотографию колебаний конца электрического вектора, которые видел бы наблюдатель, находящийся на оси Z далеко от начала координати смотрящий в направлении источника света, помещенного в это начало. Изображение правой круговой поляризации в виде окружности с указанием направления по часовой стрелке не противоречит правилу правого винта: если правый винт, двигаясь поступательно по направлению к наблюдателю, пересекает некоторую плоскость перпендикулярно, то точка пересечения винта с плоскостью описывает круг в направлении часовой стрелки.
Рисунок 2. Проекционная картина пучка, поляризованного горизонтально (а), вертикально (б), правоциркулярно (в), левоциркулярно (г), линейно под углом 20° (д), линейно под углом 45° (е), правоэллиптически под углом 45° (ж).

С помощью проекционной картины легко представить и эллиптически поляризованный, а такженемонохроматический свет. В последнем случае положение проекции меняется в зависимости от частоты внутри спектральной полосы. Проекционная картина при этом уже не будет иметь вид простых замкнутых кривых (рисунок 3).
Рисунок 3. Вид проекционной картины эллиптически поляризованного луча с малой, но конечной шириной полосы при наблюдении в течение приблизительно одного цикла (а), примерно двух циклов (б), многих циклов (в).

 

 

28. Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий. Как показывает опыт, свет при определенных условиях может заходить в область геометрической тени. Если на пути параллельного светового пучка расположено круглое препятствие (круглый диск, шарик или круглое отверстие в непрозрачном экране), то на экране, расположенном на достаточно большом расстоянии от препятствия, появляется дифракционная картина – система чередующихся светлых и темных колец. Если препятствие имеет линейный характер (щель, нить, край экрана), то на экране возникает система параллельных дифракционных полос

Спектральный анализ, метод качественного и количественного определения состава веществ, основанный на исследовании их спектров испускания, поглощения, отражения и люминесценции. Различают атомный и молекулярный спектральный анализ, задачи которых состоят в определении соответственно элементного и молекулярного состава вещества. Эмиссионный спектральный анализ проводят по спектрам испускания атомов, ионов или молекул, возбужденных различными способами, абсорбционный спектральный анализ - по спектрам поглощения электромагнитного излучения анализируемыми объектами (см. Абсорбционная спектроскопия). В зависимости от цели исследования, свойств анализируемого вещества, специфики используемых спектров, области длин волн и других факторов ход анализа, аппаратура, способы измерения спектров и метрологические характеристики результатов сильно различаются. В соответствии с этим спектральный анализ подразделяют на ряд самостоятельных методов (см., в частности, атомно-абсорбционный анализ, атомно-флуоресцентный анализ, инфракрасная спектроскопия,комбинационного рассеяния спектроскопия, люминесцентный анализ, молекулярная оптическая спектроскопия, спектроскопия отражения, спектрофотометрия, ультрафиолетовая спектроскопия, фотометрический анализ, Фурье-спектроскопия, рентгеновская спектроскопия).

Часто под спектральным анализом понимают только атомно-эмиссионный спектральный анализ (АЭСА) - метод элементного анализа, основанный на изучении спектров испускания свободных атомов и ионов в газовой фазе в области длин волн 150-800 нм (см. атомные спектры)

 

Линейную, циркулярную (круговую) и эллиптическую поляризации можно рассматривать как три типа поляризации. Очевидно, что эллиптическая поляризация включает в себя другие как частные случаи. Эллиптичность, равная нулю, соответствует линейной поляризации, эллиптичность, равная единице, — круговой.

Линейный тип поляризации включает в себя бесконечное число форм поляризации, имеющих различные азимуты а. Циркулярная поляризация включает две формы, отличающиеся направлением вращения. Эллиптическая поляризация включает в себя бесконечное число форм, различающихся по азимуту, эллиптичности и направлению вращения.

Ортогональные формы. Два линейно поляризованных луча, которые отличаются по азимуту на 90°, называются ортогональными, если они распространяются в одном направлении (рисунок 4).
Рисунок 4. Проекционные картины ортогональных пар лучей, поляризованных линейно (а), циркулярно (б"), эллиптически (в).

Право- и левоциркулярные лучи тоже являются ортогональными. Два эллиптически поляризованных луча ортогональны, если азимуты главных осей отличаются на 90°, направления вращения противоположныи эллиптичности одинаковы.

спектральные приборы являются «классическими» по способу осуществления спектрального разложения излучения. В этих приборах в качестве диспергирующего элемента используется дифракционная решетка, которая осуществляет пространственное разложение излучения в спектр (по длинам волн).

В зависимости от элементов, обеспечивающих спектральное разложение, различают:

- призменные приборы;

- приборы с дифракционной решеткой;

- интерференционные приборы.

Несмотря на существенное различие физических принципов, призменные и дифракционные приборы имеют много общих свойств, поэтому мы объединим их в класс "Щелевые приборы" в отличие от "Интерференционных приборов", также имеющих общие характерные особенности.

Аппаратная функция спектрографа (или спектрометра с координатночувствительным фотоприемником) с входной щелью шириной S_вх имеет прямоугольную форму с шириной (см. рис. 3.6,а):

δλ_a = (dλ/dx) × {S_вх(F₂ / F₁)}. (3.59)

Для спектрометра с двумя щелями аппаратная функция имеет вид свертки двух прямоугольных функций - это, в общем случае, трапеция (рис. 3.6,b), а при равенстве размеров входной щели и геометрического изображения выходной - треугольник (рис. 3.6,с) с шириной:

δλ_a = (dλ/dx) ×{S_вх(F₂/F₁) + S_вых}/2. (3.60)

Рис 3.6. Формы аппаратных функций щелевых приборов

 

Из законов геометрической оптики можно получить выражение для угловой дисперсии призмы:

dφ/dλ = (t/D) × (dn/dλ) (3.63)

 

Рис. 3.8. Параметры призмы

Здесь t - длина основания призмы, D - сечение пучка, выходящего из нее. Если призма заполнена не полностью, чего, вообще говоря, следует избегать, то под t понимается размер основания за вычетом участка, работающего как плоскопараллельная пластина.

Предельное разрешение призменного прибора получим, учитывая, что дифракционный угол равен λ/D:

δλ_кр = (λ/D)(dλ/dφ) = (λ/t)(dn/dλ)^-1 (3.64)

Иногда для увеличения разрешения в приборе устанавливается несколько призм. В этом случае t - сумма их оснований. Призменные приборы, в среднем, обладают меньшим разрешением, чем дифракционные, но их преимущество состоит в отсутствии эффекта "наложения порядков".