प्रकाशिकी भौतिकी की एक शाखा है जो प्रकाश विकिरण की प्रकृति, उसके वितरण और पदार्थ के साथ अंतःक्रिया का अध्ययन करती है।

प्रकाश की दोहरी प्रकृति है, इसमें तरंग और कण गुण हैं:

प्रकाश कणों (फोटॉन) की एक धारा है; कणिका प्रकृति प्रकाश के उत्सर्जन और अवशोषण में प्रकट होती है (उदाहरण के लिए, फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की घटना)।

प्रकाश एक विद्युत चुम्बकीय तरंग है; EMW पैमाने पर - रेडियो तरंगों और एक्स-रे के बीच की स्थिति - ऑप्टिकल रेंज:

1. दृश्यमान प्रकाश: तरंग दैर्ध्य 380-760 एनएम।

   इन्फ्रारेड प्रकाश: तरंग दैर्ध्य 760 एनएम - 1 मिमी।

   पराबैंगनी विकिरण: 10 - 380 एनएम।

विद्युत चुम्बकीय प्रकृति प्रकाश प्रसार की प्रक्रिया में प्रकट होती है - हस्तक्षेप, विवर्तन, ध्रुवीकरण, प्रतिबिंब और अपवर्तन की घटनाएं।

रक्त सीरम प्रोटीन के मात्रात्मक निर्धारण के लिए रेफ्रेक्टोमेट्री सबसे सटीक और सरल तरीका है - कुल प्रोटीन और इसके अंशों का प्रतिशत (एल्ब्यूमिन, ग्लोब्युलिन और फाइब्रिनोजेन)। साथ ही, इस विधि का उपयोग पानी की शुद्धता को निर्धारित करने, विभिन्न पदार्थों की पहचान करने आदि के लिए किया जाता है।

प्रकाश, किसी भी विद्युत चुम्बकीय तरंग की तरह, सभी दिशाओं में अंतरिक्ष में एक स्रोत से फैलता है। विद्युत चुम्बकीय तरंगें निर्वात सहित किसी भी माध्यम में फैलती हैं। इस मामले में, तरंग वेग माध्यम के ढांकता हुआ और चुंबकीय गुणों पर निर्भर करता है:

- माध्यम की सापेक्ष पारगम्यता

- पारद्युतिक स्थिरांक

- चुंबकीय स्थिरांक

- माध्यम की सापेक्ष चुंबकीय पारगम्यता

- निर्वात में प्रकाश की गति (और एक विद्युत चुम्बकीय तरंग)।

एक किरण प्रकाश तरंग के प्रसार की कोई भी मनमानी दिशा है। सजातीय माध्यम में प्रकाश एक सीधी रेखा में नियत गति से गमन करता है।

प्रकाश का परावर्तन दो माध्यमों के बीच अंतरापृष्ठ पर एक प्रकाश तरंग के प्रसार की दिशा में परिवर्तन है, जिसमें तरंग अपनी गति को बदले बिना पहले माध्यम में वापस आ जाती है।

प्रतिबिंब के नियम:

प्रकाश का अपवर्तन - दो माध्यमों की सीमा पर एक प्रकाश तरंग के प्रसार की दिशा में परिवर्तन, जिसमें तरंग दूसरे माध्यम में जाती है और इसकी गति बदल जाती है।

अपवर्तन के नियम:

, कहाँ पे

- पहले के सापेक्ष दूसरे माध्यम का अपवर्तनांक (सापेक्ष अपवर्तनांक)

और पहले और दूसरे मीडिया के निरपेक्ष अपवर्तनांक हैं, अर्थात। निर्वात के सापेक्ष इनमें से प्रत्येक मीडिया का अपवर्तनांक।

अपवर्तनांक का भौतिक अर्थ: निरपेक्ष अपवर्तनांक निर्वात में प्रकाश की गति और माध्यम में प्रकाश की गति के अनुपात के बराबर होता है:

विद्युत चुम्बकीय तरंग की गति के सूत्र से यह निम्नानुसार है:

इस प्रकार, निरपेक्ष अपवर्तनांक
, अर्थात। पर्यावरण के गुणों पर निर्भर करता है। इसी प्रकार, आपेक्षिक अपवर्तनांक पहले माध्यम में प्रकाश की गति और दूसरे माध्यम में उसकी गति के अनुपात के बराबर है:

जब प्रकाश एक माध्यम से दूसरे माध्यम में जाता है, तो इन माध्यमों के गुणों के आधार पर गति या तो बढ़ या घट सकती है। कम निरपेक्ष अपवर्तनांक वाले माध्यम को वैकल्पिक रूप से कम घना कहा जाता है, और उच्च निरपेक्ष अपवर्तनांक वाले माध्यम को वैकल्पिक रूप से सघन कहा जाता है।

विभिन्न ऑप्टिकल घनत्व के दो माध्यमों की सीमा पर प्रकाश के परावर्तन और अपवर्तन की विशेषताएं:

जब प्रकाश वैकल्पिक रूप से कम सघन माध्यम से वैकल्पिक रूप से सघन माध्यम में जाता है, तो अपवर्तन कोण आपतन कोण से कम .

जैसे-जैसे आपतन कोण बढ़ता है अपवर्तन कोण भी बढ़ता है। घटना का अधिकतम कोण
अपवर्तन कोण से मेल खाती है
. इस प्रकार 0 0 से 90 0 तक किसी भी कोण पर दो मीडिया के बीच इंटरफेस पर पड़ने वाली किरणें दूसरे माध्यम में गुजरती हैं, यानी प्रकाश का पूर्ण अपवर्तन होता है। 90 0 के आपतन कोण के संगत अपवर्तन कोण को कुल अपवर्तन का सीमित कोण कहा जाता है ( ) इस कोण का मान अपवर्तन के नियम के आधार पर निर्धारित किया जा सकता है:

जब प्रकाश प्रकाशिक रूप से सघन माध्यम से कम सघन माध्यम में जाता है, तो अपवर्तन कोण घटना का अधिक कोण :

जैसे-जैसे आपतन कोण बढ़ता है, अपवर्तन कोण भी बढ़ता जाता है। आपतन कोण के एक निश्चित मान पर (
) अपवर्तन कोण 90 0 के अधिकतम मान तक पहुँच जाता है, अर्थात। मीडिया के बीच इंटरफेस के साथ अपवर्तित बीम स्लाइड। आपतन कोण में और वृद्धि के साथ (
) प्रकाश किरण दूसरे माध्यम में नहीं जाती है, बल्कि पहले माध्यम में पूरी तरह से परावर्तित हो जाती है। इस घटना को पूर्ण आंतरिक परावर्तन कहा जाता है। आपतन कोण, जो 900 के अपवर्तन कोण से मेल खाता है, कुल आंतरिक परावर्तन का सीमित कोण कहलाता है (
) इस कोण का मान अपवर्तन के नियम के आधार पर भी निर्धारित किया जा सकता है:

जब एक प्रकाश पुंज सूचकांक वाले माध्यम से गुजरता है
हवा में, जिसका अपवर्तनांक लगभग एक के बराबर

.

पूर्ण आंतरिक परावर्तन के लिए शर्तें:

प्रकाश वैकल्पिक रूप से सघन माध्यम से कम सघन माध्यम में जाता है।

आपतन कोण कुल आंतरिक परावर्तन के सीमित कोण से अधिक या उसके बराबर होता है।

सामान्य तौर पर, मीडिया के बीच इंटरफेस में, प्रकाश के परावर्तन और अपवर्तन की घटनाएं एक साथ होती हैं। आपतित प्रकाश की तीव्रता परावर्तित और अपवर्तित प्रकाश की तीव्रता के योग के बराबर होती है:
. जैसे-जैसे आपतन कोण बढ़ता है, अपवर्तित बीम की तीव्रता कम होती जाती है और परावर्तित किरण की तीव्रता बढ़ती जाती है। पूर्ण आंतरिक परावर्तन के साथ, प्रकाश तरंग की सारी ऊर्जा पहले माध्यम में वापस आ जाती है।

रिफ्रैक्ट्रोमीटर किसी पदार्थ के अपवर्तनांक को निर्धारित करने के लिए एक उपकरण है। संचरित प्रकाश में इसका कार्य अपवर्तन के सीमित कोण के निर्धारण पर आधारित है, जो जांचे गए तरल के अपवर्तनांक पर निर्भर करता है। रेफ्रेक्टोमीटर का मुख्य भाग दो कांच के प्रिज्म (1 और 2) होते हैं, जो कर्ण फलकों के संपर्क में होते हैं। इन फलकों के बीच आकार में लगभग 0.1 मिमी का अंतर होता है, जहां परीक्षण द्रव रखा जाता है। ऊपरी प्रिज्म (1) का कर्ण फलक मैट है। इस फलक पर पड़ने वाला प्रकाश प्रकीर्णित होता है और जांचे गए द्रव से होकर गुजरने पर निम्न प्रिज्म (2) के कर्ण फलक पर 0 0 से 90 0 तक विभिन्न कोणों पर गिरता है। द्रव का अपवर्तनांक कांच के अपवर्तनांक से कम होता है, इसलिए सभी किरणें निचले प्रिज्म (2) में 0 0 से सीमित अपवर्तनांक तक के कोण पर प्रवेश करती हैं ( ) दूसरे प्रिज्म से निकलने वाली किरणों के रास्ते में एक टेलिस्कोप खड़ा होता है। ट्यूब के देखने के क्षेत्र को 2 भागों में बांटा गया है: प्रकाश और अंधेरा। प्रकाश और छाया की सीमा अपवर्तन के सीमित कोण से गुजरने वाली किरण से मेल खाती है: इस कोण के अंदर का स्थान रोशन होता है, इसके बाहर अंधेरा होता है।

नापा हुआ और प्रिज्म ग्लास के अपवर्तनांक N को जानने के बाद, जांचे गए द्रव का अपवर्तनांक n सूत्र द्वारा ज्ञात किया जा सकता है:
.

डिवाइस के उपयोग में आसानी के लिए, मापने के पैमाने को अपवर्तक सूचकांक के अनुसार तुरंत स्नातक किया जाता है।

टर्बिड और रंगीन तरल पदार्थों के अपवर्तक सूचकांक का निर्धारण करते समय, परावर्तित प्रकाश में मापन किया जाता है ताकि तरल के माध्यम से प्रकाश के गुजरने पर ऊर्जा हानि को कम किया जा सके। स्रोत से प्रकाश की किरण निचले प्रिज्म (2) के मैट साइड फेस से होकर गुजरती है। इस मामले में, प्रकाश बिखरा हुआ है और इसके कर्ण के चेहरे पर गिरता है, जो कि जांच किए गए तरल के संपर्क में है, विभिन्न कोणों पर 0 0 से 90 0 तक। सीमा से कम कोणों पर तरल पर आपतित किरणें इसमें गुजरती हैं, और बड़े पैमाने पर आपतित किरणें पूर्ण आंतरिक परावर्तन का अनुभव करती हैं और निचले प्रिज्म के दूसरे पक्ष के माध्यम से दूरबीन में बाहर निकलती हैं। देखने के क्षेत्र को भी प्रकाश और अंधेरे भागों में विभाजित किया गया है, लेकिन इस मामले में इंटरफ़ेस की स्थिति कुल प्रतिबिंब के सीमित कोण से निर्धारित होती है।

हालांकि, इस उपकरण का उपयोग करके केवल पदार्थों के अपवर्तनांक को मापना संभव है जिसमें यह मापने वाले प्रिज्म के गिलास के अपवर्तनांक से कम है।

जरूरी अभिन्न अंगरेफ्रेक्टोमीटर एक फैलाव कम्पेसाटर है (चूंकि यह सफेद रोशनी में काम करता है, फैलाव को खत्म करने के लिए, यानी, एक वर्णक्रमीय बैंड) - एक एमीसी प्रिज्म, जो टेलीस्कोप लेंस के सामने स्थापित होता है। एमीसी प्रिज्म में 3 प्रिज्म होते हैं, जिन्हें चुना जाता है ताकि उनमें फैलाव परिमाण में बराबर हो लेकिन प्रिज्म 1 और 2 में फैलाव के संकेत के विपरीत हो। इस प्रकार, कुल फैलाव शून्य हो जाता है। एकमात्र किरण जो एमीसी प्रिज्म के पीले होने के बाद विक्षेपित नहीं होती है। प्रिज्म से बाहर निकलने पर रंगीन किरणें पीली किरण की दिशा के अनुरूप सफेद प्रकाश की किरण में एकत्रित हो जाती हैं।

ऊर्जा प्रवाह एफ ऊर्जा ई है जो प्रति इकाई समय में किसी भी सतह से गुजरती है:

[डब्ल्यू]

यदि एक ऊर्जा प्रवाह Ф 0 शरीर पर पड़ता है, तो सामान्य स्थिति में, इस प्रवाह का हिस्सा रेफरी शरीर की सतह से परिलक्षित होता है, भाग पीआर शरीर से गुजरता है और भाग अवशोषित शरीर के कणों द्वारा अवशोषित होता है। इस प्रकार, कुल ऊर्जा संतुलन: 0 = Ф नकारात्मक + अवशोषित + पीआर। दोनों भागों को 0 से विभाजित करने पर हमें प्राप्त होता है:

रवैया
- परावर्तन गुणांक, और यह 0 से 1 तक है।

रवैया
- अवशोषण गुणांक, और यह 0 से 1 तक है।

रवैया
- संप्रेषण, और यह 0 से 1 तक है।

अगर शरीर बिल्कुल पारदर्शी है, यानी। विकिरण को अवशोषित नहीं करता है, और
, फिर
. यदि शरीर बिल्कुल अपारदर्शी है, अर्थात।
, फिर
. अगर
तब शरीर अपने ऊपर पड़ने वाली सभी किरणों को सोख लेता है।

ये गुणांक प्रकाश की तरंग दैर्ध्य और शरीर के पूर्ण तापमान पर निर्भर करते हैं:

एक निश्चित तरंग दैर्ध्य पर परावर्तन, अवशोषण और संचरण के गुणांक को मोनोक्रोमैटिक कहा जाता है। रिकॉर्ड में, यह आमतौर पर सबस्क्रिप्ट द्वारा इंगित किया जाता है " » एक उपयुक्त विशेषता के साथ, उदाहरण के लिए, .

प्रकाश के क्षीणन के नियम जैसे ही यह पदार्थ से होकर गुजरता है।

विकिरण तीव्रता संख्यात्मक रूप से के बराबर मान है
, कहाँ पे

S तरंग प्रसार की दिशा के लंबवत सतह का क्षेत्र है, जिसके माध्यम से ऊर्जा E स्थानांतरित होती है।

मान लीजिए I 0 एक निश्चित अवशोषित परत पर आपतित प्रकाश की तीव्रता है, I X मोटाई X की परत से गुजरने के बाद प्रकाश की तीव्रता है। प्रत्येक पतली परत में, dX अवशोषित होता है। डि = - केआईडीएक्स ("-" चिन्ह तीव्रता में कमी दर्शाता है)। चरों को विभाजित करने पर, हम प्राप्त करते हैं:

. आइए अंतर समीकरण को हल करें:

अंतिम समीकरण Bouguer अवशोषण कानून है। Bouguer के नियम में आनुपातिकता कारक k प्रकाश की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करता है:
- और किसी दी गई तरंग के लिए मोनोक्रोमैटिक प्राकृतिक अवशोषण सूचकांक कहा जाता है। इसके अलावा, k पदार्थ के प्रकार पर निर्भर करता है।

प्राकृतिक अवशोषण सूचकांक का भौतिक अर्थ: यह पदार्थ की अवशोषित परत की मोटाई का पारस्परिक है, जिसके पारित होने के दौरान प्रकाश की तीव्रता ई के कारक से कम हो जाएगी। इकाइयों की एसआई प्रणाली में आयाम k [m -1] है।

पर्याप्त रूप से तनु विलयनों के लिए, जिसमें केवल विलेय (लेकिन विलायक नहीं) अवशोषित होता है, बीयर का नियम नामक एक संबंध मान्य है:
, कहाँ पे

सी अवशोषित केंद्रों (क्रोमोफोर अणुओं) की दाढ़ एकाग्रता है;

- प्राकृतिक दाढ़ अवशोषण दर, अर्थात। एकल एकाग्रता समाधान की अवशोषण दर। आयाम [मोल -1 मीटर -1] है।

बीयर के नियम के अनुसार, अवशोषण सूचकांक विलेय की सांद्रता के सीधे समानुपाती होता है (मोलर इंडेक्स, k के विपरीत, सांद्रता पर निर्भर नहीं करता है)।

बीयर के नियम को Bouguer के नियम के समीकरण में प्रतिस्थापित करते समय, हम संयुक्त लैम्बर्ट-बौगुएर-बीयर कानून प्राप्त करते हैं:

.

हालांकि, व्यवहार में, वे आमतौर पर आधार ई नहीं, बल्कि 10 लेते हैं:

, जहां दाढ़ अवशोषण गुणांक
, इसलिये
. स्पेक्ट्रोस्कोपी में, मोलर अवशोषण सूचकांक को मोलर विलुप्ति कहा जाता है।

प्रकाश अवशोषण स्पेक्ट्रा। एकाग्रता कैलोरीमेट्री।

पारेषण के पारस्परिक के दशमलव लघुगणक के बराबर मान समाधान का ऑप्टिकल घनत्व है:

.

लत से या
से दिए गए पदार्थ का अवशोषण स्पेक्ट्रम है। एक स्पेक्ट्रोफोटोमीटर उपकरण का उपयोग करके ऑप्टिकल घनत्व को अभ्यास में मापा जा सकता है। इससे क्रोमोफोर पदार्थ के घोल की अज्ञात सांद्रता को उसी पदार्थ के घोल की ज्ञात सांद्रता से निर्धारित करना संभव हो जाता है। अवशोषित परत (सेल मोटाई) की एक ही मोटाई पर ज्ञात एकाग्रता सी 0 और डी एक्स के अज्ञात एकाग्रता सी एक्स के समाधान के ऑप्टिकल घनत्व डी 0 को मापकर, हम अनुपात प्राप्त करते हैं:

, कहाँ पे

चिकित्सा में, इस पद्धति का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, क्योंकि यह आपको किसी पदार्थ की कम सांद्रता (10 -8 - 10 -12 M) के साथ काम करने की अनुमति देता है। विशेष रूप से, इसका उपयोग फोरेंसिक चिकित्सा में किया जाता है।

यूएसई कोडिफायर के विषय: प्रकाश के अपवर्तन का नियम, पूर्ण आंतरिक परावर्तन।

दो पारदर्शी माध्यमों के बीच अंतरापृष्ठ पर प्रकाश के परावर्तन के साथ-साथ इसका परावर्तन देखा जाता है। अपवर्तन- प्रकाश, दूसरे माध्यम में जाने से उसके प्रसार की दिशा बदल जाती है।

प्रकाश पुंज का अपवर्तन तब होता है जब परोक्षइंटरफ़ेस पर गिरना (हालांकि हमेशा नहीं - कुल आंतरिक प्रतिबिंब के बारे में पढ़ें)। यदि बीम सतह पर लंबवत गिरती है, तो कोई अपवर्तन नहीं होगा - दूसरे माध्यम में, बीम अपनी दिशा बनाए रखेगा और सतह पर लंबवत भी जाएगा।

अपवर्तन का नियम (विशेष मामला)।

हम उस विशेष मामले से शुरू करेंगे जहां मीडिया में से एक हवा है। यह स्थिति अधिकांश कार्यों में मौजूद है। हम अपवर्तन के नियम के संबंधित विशेष मामले पर चर्चा करेंगे, और फिर हम इसका सबसे सामान्य सूत्रीकरण देंगे।

मान लीजिए कि हवा के माध्यम से यात्रा करने वाली प्रकाश की किरण कांच, पानी या किसी अन्य पारदर्शी माध्यम की सतह पर तिरछी पड़ती है। माध्यम में गुजरते समय, किरण अपवर्तित हो जाती है, और इसके आगे के पाठ्यक्रम को अंजीर में दिखाया गया है। एक ।

घटना के बिंदु पर एक लंबवत खींचा जाता है (या, जैसा कि वे कहते हैं, साधारण) माध्यम की सतह पर। बीम, पहले की तरह, कहा जाता है आपतित किरणपुंज, और आपतित किरण और अभिलंब के बीच का कोण है घटना का कोण।बीम है अपवर्तित बीम; अपवर्तित किरण और सतह के अभिलम्ब के बीच के कोण को कहते हैं अपवर्तन कोण.

किसी भी पारदर्शी माध्यम को एक मात्रा की विशेषता होती है जिसे कहा जाता है अपवर्तक सूचकांकयह वातावरण। विभिन्न माध्यमों के अपवर्तनांक सारणी में देखे जा सकते हैं। उदाहरण के लिए, कांच के लिए, और पानी के लिए। सामान्य तौर पर, किसी भी वातावरण के लिए; अपवर्तनांक केवल निर्वात में एकता के बराबर होता है। हवा में, इसलिए, हवा के लिए पर्याप्त सटीकता के साथ समस्याओं में माना जा सकता है (प्रकाशिकी में, हवा वैक्यूम से बहुत भिन्न नहीं होती है)।

अपवर्तन का नियम (संक्रमण "वायु-माध्यम") .

1) आपतित किरण, अपवर्तित किरण और आपतन बिंदु पर खींची गई सतह पर अभिलम्ब एक ही तल में होते हैं।
2) आपतन कोण की ज्या और अपवर्तन कोण की ज्या का अनुपात माध्यम के अपवर्तनांक के बराबर होता है:

. (1)

चूँकि संबंध (1) से यह इस प्रकार होता है कि - अपवर्तन कोण आपतन कोण से कम होता है। याद रखना: हवा से माध्यम में जाने पर, अपवर्तन के बाद किरण अभिलंब के करीब चली जाती है।

अपवर्तनांक किसी दिए गए माध्यम में प्रकाश की गति से सीधे संबंधित होता है। यह गति हमेशा निर्वात में प्रकाश की गति से कम होती है: . और यह पता चला है कि

. (2)

ऐसा क्यों होता है, हम तरंग प्रकाशिकी का अध्ययन करते समय समझेंगे। इस बीच, आइए सूत्रों को मिलाते हैं। (1) और (2):

. (3)

चूंकि हवा का अपवर्तनांक एकता के बहुत करीब है, इसलिए हम मान सकते हैं कि हवा में प्रकाश की गति लगभग निर्वात में प्रकाश की गति के बराबर होती है। इसे ध्यान में रखते हुए और सूत्र को देखते हुए। (3) हम निष्कर्ष निकालते हैं: आपतन कोण की ज्या और अपवर्तन कोण की ज्या का अनुपात हवा में प्रकाश की गति और माध्यम में प्रकाश की गति के अनुपात के बराबर होता है।

प्रकाश किरणों की उत्क्रमणीयता।

अब बीम के रिवर्स कोर्स पर विचार करें: माध्यम से हवा में संक्रमण के दौरान इसका अपवर्तन। निम्नलिखित उपयोगी सिद्धांत यहां हमारी सहायता करेंगे।

प्रकाश किरणों की उत्क्रमणीयता का सिद्धांत। बीम का प्रक्षेपवक्र इस बात पर निर्भर नहीं करता है कि वह प्रत्यक्ष है या विपरीत दिशाकिरण फैलती है। विपरीत दिशा में चलते हुए, बीम ठीक उसी पथ का अनुसरण करेगा जैसा कि आगे की दिशा में है।

प्रतिवर्तीता के सिद्धांत के अनुसार, माध्यम से हवा में जाने पर, किरण उसी प्रक्षेपवक्र का अनुसरण करेगी जैसे हवा से माध्यम में संबंधित संक्रमण के दौरान (चित्र 2) अंजीर में एकमात्र अंतर। 2 अंजीर से। 1 यह है कि बीम की दिशा विपरीत दिशा में बदल गई है।

चूँकि ज्यामितीय चित्र नहीं बदला है, सूत्र (1) वही रहेगा: कोण की ज्या और कोण की ज्या का अनुपात अभी भी माध्यम के अपवर्तनांक के बराबर है। सच है, अब कोणों ने भूमिकाएँ बदल दी हैं: कोण आपतन कोण बन गया है, और कोण अपवर्तन कोण बन गया है।

किसी भी मामले में, कोई फर्क नहीं पड़ता कि किरण कैसे जाती है - हवा से पर्यावरण या पर्यावरण से हवा तक - निम्नलिखित सरल नियम काम करता है। हम दो कोण लेते हैं - आपतन कोण और अपवर्तन कोण; बड़े कोण की ज्या और छोटे कोण की ज्या का अनुपात माध्यम के अपवर्तनांक के बराबर होता है।

अब हम सबसे सामान्य स्थिति में अपवर्तन के नियम पर चर्चा करने के लिए पूरी तरह से तैयार हैं।

अपवर्तन का नियम (सामान्य स्थिति)।

प्रकाश को माध्यम 1 से अपवर्तनांक के साथ माध्यम 2 में अपवर्तनांक के साथ गुजरने दें। उच्च अपवर्तनांक वाले माध्यम को कहा जाता है वैकल्पिक रूप से सघन; तदनुसार, कम अपवर्तनांक वाले माध्यम को कहा जाता है वैकल्पिक रूप से कम घना.

वैकल्पिक रूप से कम सघन माध्यम से वैकल्पिक रूप से सघन माध्यम में जाने पर, प्रकाश किरण अपवर्तन के बाद अभिलंब के करीब चली जाती है (चित्र 3)। इस स्थिति में, आपतन कोण अपवर्तन कोण से अधिक होता है: .

चावल। 3.

इसके विपरीत, जब एक वैकल्पिक रूप से सघन माध्यम से वैकल्पिक रूप से कम घने माध्यम में जाते हैं, तो बीम सामान्य से अधिक विचलित हो जाता है (चित्र 4)। यहाँ आपतन कोण अपवर्तन कोण से कम है:

चावल। 4.

यह पता चला है कि इन दोनों मामलों को एक सूत्र द्वारा कवर किया गया है - सामान्य विधिअपवर्तन, किन्हीं दो पारदर्शी मीडिया के लिए मान्य।

अपवर्तन का नियम।
1) आपतित किरण, अपवर्तित पुंज और आपतन बिंदु पर खींचे गए मीडिया के बीच के अंतरापृष्ठ के अभिलम्ब, एक ही तल में स्थित होते हैं।
2) आपतन कोण की ज्या और अपवर्तन कोण की ज्या का अनुपात दूसरे माध्यम के अपवर्तनांक और पहले माध्यम के अपवर्तनांक के अनुपात के बराबर होता है:

. (4)

यह देखना आसान है कि "वायु-माध्यम" संक्रमण के लिए पहले से तैयार किया गया अपवर्तन कानून इस कानून का एक विशेष मामला है। दरअसल, सूत्र (4) में मानते हुए, हम सूत्र (1) पर आएंगे।

अब याद कीजिए कि अपवर्तनांक निर्वात में प्रकाश की गति और दिए गए माध्यम में प्रकाश की गति का अनुपात है। इसे (4) में प्रतिस्थापित करने पर, हम प्राप्त करते हैं:

. (5)

सूत्र (5) प्राकृतिक तरीके से सूत्र (3) को सामान्य करता है। आपतन कोण की ज्या और अपवर्तन कोण की ज्या का अनुपात पहले माध्यम में प्रकाश की गति और दूसरे माध्यम में प्रकाश की गति के अनुपात के बराबर होता है।

कुल आंतरिक प्रतिबिंब।

जब प्रकाश किरणें वैकल्पिक रूप से सघन माध्यम से वैकल्पिक रूप से कम सघन माध्यम में जाती हैं, तो एक दिलचस्प घटना देखी जाती है - पूर्ण आंतरिक प्रतिबिंब. आइए देखें कि यह क्या है।

आइए हम निश्चित रूप से मान लें कि प्रकाश पानी से हवा में जाता है। मान लीजिए कि जलाशय की गहराई में प्रकाश का एक बिंदु स्रोत है, जो सभी दिशाओं में किरणें उत्सर्जित करता है। हम इनमें से कुछ किरणों पर विचार करेंगे (चित्र 5)।

बीम पानी की सतह पर सबसे छोटे कोण पर गिरती है। यह किरण आंशिक रूप से अपवर्तित (बीम) होती है और आंशिक रूप से वापस पानी (बीम) में परावर्तित होती है। इस प्रकार, आपतित बीम की ऊर्जा का एक हिस्सा अपवर्तित बीम में स्थानांतरित हो जाता है, और शेष ऊर्जा परावर्तित बीम में स्थानांतरित हो जाती है।

बीम का आपतन कोण अधिक होता है। यह बीम भी दो बीमों में विभाजित है - अपवर्तित और परावर्तित। लेकिन मूल बीम की ऊर्जा उनके बीच एक अलग तरीके से वितरित की जाती है: अपवर्तित बीम बीम की तुलना में मंद हो जाएगा (अर्थात, यह ऊर्जा का एक छोटा हिस्सा प्राप्त करेगा), और परावर्तित बीम की तुलना में समान रूप से उज्जवल होगा बीम (इसे ऊर्जा का एक बड़ा हिस्सा प्राप्त होगा)।

जैसे-जैसे आपतन कोण बढ़ता है, उसी नियमितता का पता लगाया जा सकता है: घटना बीम की ऊर्जा का बढ़ता हिस्सा परावर्तित बीम में जाता है, और अपवर्तित बीम में कभी भी छोटा हिस्सा होता है। अपवर्तित किरण मंद और मंद हो जाती है, और किसी बिंदु पर यह पूरी तरह से गायब हो जाती है!

यह गायब होना तब होता है जब आपतन कोण पर पहुंच जाता है, जो अपवर्तन के कोण से मेल खाता है। इस स्थिति में, अपवर्तित बीम को पानी की सतह के समानांतर जाना होगा, लेकिन जाने के लिए कुछ भी नहीं है - घटना बीम की सारी ऊर्जा पूरी तरह से परावर्तित बीम में चली गई।

घटना के कोण में और वृद्धि के साथ, अपवर्तित बीम भी अनुपस्थित रहेगा।

वर्णित घटना कुल आंतरिक प्रतिबिंब है। पानी एक निश्चित मान के बराबर या उससे अधिक आपतन कोण वाली बाहरी किरणों का उत्सर्जन नहीं करता है - ऐसी सभी किरणें पूरी तरह से वापस पानी में परावर्तित हो जाती हैं। कोण कहलाता है कुल परावर्तन का सीमित कोण.

अपवर्तन के नियम से मान का पता लगाना आसान है। हमारे पास है:

लेकिन, इसलिए

तो, पानी के लिए, कुल प्रतिबिंब का सीमित कोण बराबर है:

आप घर पर पूर्ण आंतरिक परावर्तन की घटना को आसानी से देख सकते हैं। एक गिलास में पानी डालें, इसे ऊपर उठाएं और पानी की सतह को गिलास की दीवार से थोड़ा नीचे से देखें। आप सतह पर एक चांदी की चमक देखेंगे - पूर्ण आंतरिक प्रतिबिंब के कारण, यह एक दर्पण की तरह व्यवहार करता है।

सबसे महत्वपूर्ण तकनीकी अनुप्रयोगकुल आंतरिक परावर्तन है फाइबर ऑप्टिक्स. प्रकाश पुंज फाइबर ऑप्टिक केबल में प्रमोचित ( प्रकाश मार्गदर्शक) अपनी धुरी के लगभग समानांतर, बड़े कोणों पर सतह पर गिरते हैं और पूरी तरह से, ऊर्जा की हानि के बिना, वापस केबल में परावर्तित हो जाते हैं। बार-बार परावर्तित होने पर, किरणें दूर-दूर तक जाती हैं, ऊर्जा को काफी दूरी तक स्थानांतरित करती हैं। फाइबर-ऑप्टिक संचार का उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, केबल टेलीविजन नेटवर्क और हाई-स्पीड इंटरनेट एक्सेस में।

ज्यामितीय प्रकाशिकी विज्ञान के रूप में प्रकाशिकी का सबसे प्राचीन भाग है।

ज्यामितीय प्रकाशिकी- यह प्रकाशिकी की एक शाखा है जो प्रकाश की प्रकृति पर विचार किए बिना विभिन्न ऑप्टिकल सिस्टम (लेंस, प्रिज्म आदि) में प्रकाश के प्रसार पर विचार करती है।

प्रकाशिकी में बुनियादी अवधारणाओं में से एक और, विशेष रूप से, ज्यामितीय प्रकाशिकी में, एक किरण की अवधारणा है।

प्रकाश पुंज वह रेखा है जिसके साथ प्रकाश ऊर्जा का प्रसार होता है।

प्रकाश दमकप्रकाश की किरण है जिसकी मोटाई उस दूरी से बहुत कम है जिस पर वह फैलती है। ऐसी परिभाषा करीब है, उदाहरण के लिए, भौतिक बिंदु की परिभाषा के लिए, जो कि किनेमेटिक्स में दी गई है।

ज्यामितीय प्रकाशिकी का पहला नियम(प्रकाश के सीधा प्रसार का नियम): एक सजातीय पारदर्शी माध्यम में, प्रकाश एक सीधी रेखा में फैलता है।

फ़र्मेट के प्रमेय के अनुसार: प्रकाश ऐसी दिशा में फैलता है, जिसमें प्रसार समय न्यूनतम होगा।

ज्यामितीय प्रकाशिकी का दूसरा नियम(प्रतिबिंब के नियम):

1. परावर्तित बीम आपतित बीम के समान तल में स्थित होता है और दो मीडिया के बीच इंटरफेस के लंबवत होता है।

2. आपतन कोण परावर्तन कोण के बराबर होता है (देखिए आकृति 1)।

∟α = ∟β

चावल। 1. परावर्तन का नियम

ज्यामितीय प्रकाशिकी का तीसरा नियम(अपवर्तन का नियम) (चित्र 2 देखें)

1. अपवर्तित किरण आपतित किरण के समान तल में होती है और लम्ब आपतन बिंदु पर पुनर्स्थापित होता है।

2. आपतन कोण की ज्या और अपवर्तन कोण की ज्या का अनुपात इन दोनों माध्यमों के लिए एक स्थिर मान होता है, जिसे अपवर्तनांक कहते हैं (एन)।

परावर्तित और अपवर्तित बीम की तीव्रता इस बात पर निर्भर करती है कि माध्यम क्या है और इंटरफ़ेस क्या है।

चावल। 2. अपवर्तन का नियम

अपवर्तनांक का भौतिक अर्थ:

अपवर्तनांक सापेक्ष है, क्योंकि माप दो माध्यमों के संबंध में किए जाते हैं।

इस घटना में कि मीडिया में से एक निर्वात है:

सेनिर्वात में प्रकाश की गति है,

n निर्वात के संबंध में माध्यम की विशेषता वाला पूर्ण अपवर्तनांक है।

यदि प्रकाश वैकल्पिक रूप से कम सघन माध्यम से वैकल्पिक रूप से सघन माध्यम में जाता है, तो प्रकाश की गति कम हो जाती है।

वैकल्पिक रूप से सघन माध्यम वह माध्यम है जिसमें प्रकाश की गति कम होती है।

वैकल्पिक रूप से कम सघन माध्यम वह माध्यम है जिसमें प्रकाश की गति अधिक होती है।

पूर्ण आंतरिक परावर्तन का नियम

अपवर्तन का एक सीमित कोण होता है - बीम की घटना का सबसे बड़ा कोण, जिस पर अपवर्तन तब भी होता है जब किरण कम घने माध्यम में गुजरती है। सीमा से अधिक आपतन कोणों पर पूर्ण आंतरिक परावर्तन होता है (देखिए आकृति 3)।

चावल। 3. पूर्ण आंतरिक परावर्तन का नियम

ज्यामितीय प्रकाशिकी की प्रयोज्यता की सीमाएं इस तथ्य में निहित हैं कि प्रकाश के लिए बाधाओं के आकार को ध्यान में रखना आवश्यक है।

प्रकाश की तरंग दैर्ध्य लगभग 10 -9 मीटर . होती है

यदि बाधाएं तरंग दैर्ध्य से बड़ी हैं, तो ज्यामितीय प्रकाशिकी के आयामों का उपयोग किया जा सकता है।

लैब 301

एबीबीई रेफ्रेक्टोमीटर के साथ एक तरल के अपवर्तक सूचकांक का मापन

ज्यामितीय प्रकाशिकी के तत्व

निम्नलिखित कानून ज्यामितीय प्रकाशिकी का आधार बनाते हैं: 1) प्रकाश के सीधा प्रसार का कानून; 2) प्रकाश किरणों की स्वतंत्रता का नियम; 3) प्रकाश के परावर्तन के नियम; 4) प्रकाश के अपवर्तन के नियम।

प्रकाश के रेखीय प्रसार का नियम:

एक सजातीय पारदर्शी माध्यम में, प्रकाश एक सीधी रेखा में फैलता है।

प्रकाश किरणों की स्वतंत्रता का नियम:

प्रत्येक प्रकाश किरण, जब दूसरों के साथ मिलती है, तो अन्य पुंजों से स्वतंत्र रूप से व्यवहार करती है, अर्थात। सुपरपोजिशन का सिद्धांत मान्य है।

प्रकाश परावर्तन के नियम:

अंतरापृष्ठ पर किरण आपतित, आपतन बिंदु पर इस सतह के अभिलम्ब तथा परावर्तित किरण एक ही तल में स्थित होती है (जिन्हें कहा जाता है) घटना का विमान).

परावर्तन कोण आपतन कोण के बराबर होता है।

प्रकाश अपवर्तन के नियम:

इंटरफेस पर बीम घटना, घटना के बिंदु पर इस सतह के लिए सामान्य, और परावर्तित बीम एक ही विमान में स्थित है।

आपतन कोण की ज्याओं का अनुपात मैंऔर अपवर्तन कोण आरदो भिन्न माध्यमों के लिए एक स्थिर मान है (स्नेल का नियम):

मूल्य एन 21 बुलाया सापेक्ष अपवर्तनांकदो वातावरण। सापेक्ष अपवर्तनांक एन 21 पहले माध्यम में प्रकाश की गति के अनुपात के बराबर है υ 1, दूसरे माध्यम में प्रकाश की गति के लिए υ 2:

यह इसका भौतिक अर्थ है। निर्वात के संबंध में किसी भी माध्यम का अपवर्तनांक कहलाता है निरपेक्ष अपवर्तनांकयह वातावरण। यह दर्शाता है कि निर्वात में प्रकाश की गति किसी दिए गए माध्यम में प्रकाश की गति से कितनी गुना अधिक है, और सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है

कहाँ पे सेनिर्वात में प्रकाश की गति है; υ माध्यम में प्रकाश की गति है। दो माध्यमों के निरपेक्ष अपवर्तनांक को जानना एन 1 और एन 2 , आप उनका आपेक्षिक अपवर्तनांक ज्ञात कर सकते हैं:

इस अभिव्यक्ति को ध्यान में रखते हुए, स्नेल के नियम (1) को दो मीडिया के संबंध में सममित रूप में फिर से लिखा जा सकता है:

एन 1 पाप मैं = एन 2 पाप आर. (2)

संबंध (2) प्रकाश किरणों के उत्क्रमणीय गुण को दर्शाता है।

बुधवार एक बड़े . के साथ एनबुलाया वैकल्पिक रूप से सघनपर्यावरण के संबंध में कम एनऔर इसके विपरीत। यदि प्रकाश वैकल्पिक रूप से कम सघन माध्यम से वैकल्पिक रूप से सघन माध्यम में जाता है ( एन 1 <एन 2), उदाहरण के लिए, हवा से कांच तक, तो अपवर्तन कोण आपतन कोण से कम होता है, आर<मैं(अंजीर। 1 ए)। यदि प्रकाश वैकल्पिक रूप से सघन माध्यम से कम सघन माध्यम में जाता है ( एन 1 >एन 2), उदाहरण के लिए, कांच से हवा तक, तब आर>मैं(अंजीर। 1 बी)। बाद के मामले में, यह संभव है कि

घटना के पर्याप्त बड़े कोण पर, अपवर्तन कोण पहुंचता है π /2, और प्रकाश अब दूसरे माध्यम में प्रवेश नहीं करेगा (चित्र 1c)। आपतन कोण जिस पर अपवर्तन कोण होता है π /2 कहा जाता है आपतन कोण की सीमा iआदि आपतन कोणों पर मैं> मैंजनसंपर्क प्रकाश इंटरफ़ेस से पूरी तरह से परिलक्षित होता है। वह परिघटना जिसमें प्रकाश की किरण दूसरे माध्यम में नहीं जाती, पूरी तरह से इंटरफेस से परावर्तित होती है, कहलाती है कुल आंतरिक प्रतिबिंब(चित्र। 1d)।

सापेक्ष अपवर्तनांक के साथ दो मीडिया के लिए कोण मान सीमित करना एन 21 को स्नेल के नियम से निर्धारित किया जा सकता है (1): if मैं = मैंजनसंपर्क, फिर, परिभाषा के अनुसार, आर =/2, इसलिए,

.

उदाहरण के लिए, कांच से गुजरते समय ( एन 1 = 1.7) हवा में ( एन 2 = 1) पूर्ण आंतरिक परावर्तन आपतन कोणों पर देखा जाएगा मैं> आर्क्सिन(1/1.7) = 370।

कुल आंतरिक परावर्तन की घटना का व्यापक रूप से प्रौद्योगिकी में उपयोग किया जाता है: अपवर्तक सूचकांकों, प्रकाश गाइड (ऑप्टिकल फाइबर), पोलराइज़र, पेरिस्कोप और अन्य उपकरणों को मापने के लिए रेफ्रेक्टोमीटर में।

पदार्थों के अपवर्तनांक को मापने के तरीकों के सेट को कहा जाता है रेफ्रेक्टोमेट्री,और इसे मापने के लिए उपकरण - रेफ्रेक्टोमीटर।रेफ्रेक्टोमेट्री का व्यापक रूप से पदार्थों की संरचना और संरचना को निर्धारित करने के साथ-साथ रासायनिक, दवा और खाद्य उद्योगों में विभिन्न उत्पादों की गुणवत्ता और संरचना को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किया जाता है। मात्रात्मक विश्लेषण के रेफ्रेक्टोमेट्रिक तरीकों के फायदे माप की गति, पदार्थ की कम खपत और उच्च सटीकता हैं।

अपवर्तक सूचकांक का भौतिक अर्थ।प्रकाश का अपवर्तन एक माध्यम से दूसरे माध्यम में जाने पर उसके प्रसार की गति में परिवर्तन के कारण होता है। पहले माध्यम के सापेक्ष दूसरे माध्यम का अपवर्तनांक संख्यात्मक रूप से पहले माध्यम में प्रकाश की गति और दूसरे माध्यम में प्रकाश की गति के अनुपात के बराबर है:

इस प्रकार, अपवर्तनांक दर्शाता है कि जिस माध्यम से किरण बाहर निकलती है उसमें प्रकाश की गति उस माध्यम में प्रकाश की गति से कितनी गुना अधिक (कम) होती है जिसमें वह प्रवेश करती है।

चूंकि निर्वात में विद्युत चुम्बकीय तरंगों के प्रसार की गति स्थिर होती है, इसलिए यह सलाह दी जाती है कि निर्वात के संबंध में विभिन्न माध्यमों के अपवर्तनांक को निर्धारित किया जाए। गति अनुपात से निर्वात में प्रकाश का किसी दिए गए माध्यम में प्रसार की गति से प्रसार कहलाता है निरपेक्ष अपवर्तनांकदिया गया पदार्थ () और इसके प्रकाशिक गुणों की मुख्य विशेषता है,

,

वे। पहले के सापेक्ष दूसरे माध्यम का अपवर्तनांक इन मीडिया के निरपेक्ष सूचकांकों के अनुपात के बराबर होता है।

आमतौर पर, किसी पदार्थ के ऑप्टिकल गुण अपवर्तनांक द्वारा विशेषता होते हैं एन हवा के सापेक्ष, जो निरपेक्ष अपवर्तनांक से बहुत कम भिन्न होता है। इस मामले में, जिस माध्यम में निरपेक्ष सूचकांक अधिक होता है, उसे वैकल्पिक रूप से सघन कहा जाता है।

अपवर्तन के सीमित कोण।यदि प्रकाश कम अपवर्तनांक वाले माध्यम से उच्च अपवर्तनांक वाले माध्यम में जाता है ( एन 1< n 2 ), तो अपवर्तन कोण आपतन कोण से कम होता है

आर< i (चित्र 3)।

चावल। 3. संक्रमण के दौरान प्रकाश का अपवर्तन

वैकल्पिक रूप से कम सघन माध्यम से मध्यम

वैकल्पिक रूप से सघन।

जैसे-जैसे आपतन कोण बढ़ता है मैं एम = 90° (बीम 3, चित्र 2) दूसरे माध्यम में प्रकाश केवल कोण के भीतर ही प्रसारित होगा आर प्रो बुलाया अपवर्तन का सीमित कोण. दूसरे माध्यम के क्षेत्र में अपवर्तन के सीमित कोण के अतिरिक्त कोण के भीतर (90° - मैं जनसंपर्क ), कोई प्रकाश प्रवेश नहीं करता है (यह क्षेत्र चित्र 3 में छायांकित है)।

अपवर्तन का सीमा कोण आर प्रो

लेकिन पाप मैं एम = 1, इसलिए।

पूर्ण आंतरिक परावर्तन की घटना।जब प्रकाश उच्च अपवर्तनांक वाले माध्यम से गुजरता है एन 1> एन 2 (चित्र 4), तो अपवर्तन कोण आपतन कोण से बड़ा होता है। प्रकाश केवल आपतन कोण के भीतर अपवर्तित होता है (दूसरे माध्यम में जाता है) मैं जनसंपर्क , जो अपवर्तन कोण से मेल खाती है आरएम = 90°.

चावल। 4. वैकल्पिक रूप से सघन माध्यम से माध्यम में संक्रमण के दौरान प्रकाश का अपवर्तन

कम वैकल्पिक रूप से घना।

बड़े कोण पर आपतित प्रकाश मीडिया की सीमा से पूरी तरह परावर्तित हो जाता है (चित्र 4 बीम 3)। इस घटना को पूर्ण आंतरिक परावर्तन और आपतन कोण कहा जाता है मैं जनसंपर्क पूर्ण आंतरिक परावर्तन का सीमित कोण है।

कुल आंतरिक परावर्तन का सीमित कोण मैं जनसंपर्क शर्त के अनुसार निर्धारित:

, तो पाप आर एम = 1, इसलिए,।

यदि प्रकाश किसी माध्यम से निर्वात या वायु में गमन करता है, तो

इन दो माध्यमों के लिए किरणों के पथ की उत्क्रमणीयता के कारण, पहले माध्यम से दूसरे माध्यम में संक्रमण में अपवर्तन का सीमित कोण कुल आंतरिक प्रतिबिंब के सीमित कोण के बराबर होता है जब किरण दूसरे माध्यम से पहले माध्यम से गुजरती है .

कांच के लिए पूर्ण आंतरिक परावर्तन का सीमित कोण 42° से कम है। इसलिए, कांच के माध्यम से यात्रा करने वाली किरणें और इसकी सतह पर 45° के कोण पर आपतित होने वाली किरणें पूरी तरह से परावर्तित हो जाती हैं। कांच के इस गुण का उपयोग रोटरी (चित्र 5ए) और प्रतिवर्ती (छवि 4बी) प्रिज्म में किया जाता है, जो अक्सर ऑप्टिकल उपकरणों में उपयोग किया जाता है।

चावल। 5: ए - रोटरी प्रिज्म; बी - रिवर्स प्रिज्म।

फाइबर ऑप्टिक्स।फ्लेक्सिबल के निर्माण में पूर्ण आंतरिक परावर्तन का उपयोग किया जाता है प्रकाश मार्गदर्शक. कम अपवर्तनांक वाले पदार्थ से घिरे एक पारदर्शी तंतु के अंदर प्रवेश करने वाला प्रकाश कई बार परावर्तित होता है और इस तंतु के साथ फैलता है (चित्र 6)।

चित्र 6. पदार्थ से घिरे एक पारदर्शी तंतु के अंदर प्रकाश का मार्ग

कम अपवर्तक सूचकांक के साथ।

उच्च प्रकाश प्रवाह को संचारित करने और प्रकाश गाइड प्रणाली के लचीलेपन को बनाए रखने के लिए, अलग-अलग तंतुओं को बंडलों में इकट्ठा किया जाता है - प्रकाश मार्गदर्शक. प्रकाशिकी की वह शाखा जो प्रकाश गाइड के माध्यम से प्रकाश और छवियों के संचरण से संबंधित है, फाइबर ऑप्टिक्स कहलाती है। वही शब्द स्वयं फाइबर-ऑप्टिक भागों और उपकरणों को संदर्भित करता है। चिकित्सा में, प्रकाश गाइड का उपयोग आंतरिक गुहाओं को ठंडी रोशनी से रोशन करने और छवियों को प्रसारित करने के लिए किया जाता है।

व्यावहारिक भाग

पदार्थों के अपवर्तनांक को निर्धारित करने वाले उपकरणों को कहा जाता है रेफ्रेक्टोमीटर(चित्र 7)।

चित्र 7. रेफ्रेक्टोमीटर की ऑप्टिकल योजना।

1 - दर्पण, 2 - मापने वाला सिर, 3 - फैलाव को खत्म करने के लिए प्रिज्म की प्रणाली, 4 - लेंस, 5 - रोटरी प्रिज्म (बीम रोटेशन 90 0), 6 - स्केल (कुछ रेफ्रेक्टोमीटर में)

दो पैमाने हैं: अपवर्तक सूचकांकों का पैमाना और समाधानों की सांद्रता का पैमाना),

7 - ऐपिस।

रेफ्रेक्टोमीटर का मुख्य भाग एक मापने वाला सिर होता है, जिसमें दो प्रिज्म होते हैं: एक रोशनी वाला, जो सिर के तह भाग में स्थित होता है, और एक मापने वाला होता है।

प्रबुद्ध प्रिज्म के बाहर निकलने पर, इसकी मैट सतह प्रकाश की एक बिखरी हुई किरण बनाती है जो प्रिज्म के बीच परीक्षण तरल (2-3 बूंद) से गुजरती है। मापने वाले प्रिज्म की सतह पर किरणें 90 0 के कोण सहित विभिन्न कोणों पर गिरती हैं। मापने वाले प्रिज्म में, किरणों को अपवर्तन के सीमित कोण के क्षेत्र में एकत्र किया जाता है, जो डिवाइस स्क्रीन पर प्रकाश-छाया सीमा के गठन की व्याख्या करता है।

चित्र 8. मापने वाले सिर में बीम पथ:

1 - इल्युमिनेटिंग प्रिज्म, 2 - जांचा हुआ द्रव,

3 - मापने वाला प्रिज्म, 4 - स्क्रीन।

समाधान में चीनी के प्रतिशत का निर्धारण

प्राकृतिक और ध्रुवीकृत प्रकाश। दृश्यमान प्रकाश- यह विद्युतचुम्बकीय तरंगें 4∙10 14 से 7.5∙10 14 हर्ट्ज की सीमा में दोलन आवृत्ति के साथ। विद्युतचुम्बकीय तरंगेंहैं आड़ा: विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों की ताकत के वैक्टर ई और एच परस्पर लंबवत हैं और तरंग प्रसार वेग वेक्टर के लंबवत विमान में स्थित हैं।

इस तथ्य के कारण कि प्रकाश के रासायनिक और जैविक दोनों प्रभाव मुख्य रूप से विद्युत चुम्बकीय तरंग के विद्युत घटक से जुड़े होते हैं, वेक्टर इइस क्षेत्र की तीव्रता कहलाती है प्रकाश वेक्टर,और इस सदिश के दोलनों का तल है प्रकाश तरंग के दोलन का तल.

किसी भी प्रकाश स्रोत में, तरंगें कई परमाणुओं और अणुओं द्वारा उत्सर्जित होती हैं, इन तरंगों के प्रकाश वाहक विभिन्न विमानों में स्थित होते हैं, और दोलन विभिन्न चरणों में होते हैं। नतीजतन, परिणामी तरंग के प्रकाश वेक्टर के दोलनों का तल लगातार अंतरिक्ष में अपनी स्थिति बदलता है (चित्र 1)। इस प्रकाश को कहा जाता है प्राकृतिक,या अध्रुवित.

चावल। 1. बीम और प्राकृतिक प्रकाश का योजनाबद्ध निरूपण।

यदि हम प्राकृतिक प्रकाश की किरण से गुजरने वाले दो परस्पर लंबवत विमानों को चुनते हैं और विमान पर वैक्टर ई को प्रोजेक्ट करते हैं, तो औसतन ये अनुमान समान होंगे। इस प्रकार, प्राकृतिक प्रकाश की किरण को एक सीधी रेखा के रूप में चित्रित करना सुविधाजनक होता है, जिस पर डैश और डॉट्स के रूप में दोनों अनुमानों की समान संख्या स्थित होती है:

जब प्रकाश क्रिस्टल से होकर गुजरता है, तो प्रकाश प्राप्त करना संभव होता है जिसका तरंग दोलन विमान अंतरिक्ष में एक स्थिर स्थिति में रहता है। इस प्रकाश को कहा जाता है समतल-या रैखिक रूप से ध्रुवीकृत. एक स्थानिक जाली में परमाणुओं और अणुओं की व्यवस्थित व्यवस्था के कारण, क्रिस्टल केवल प्रकाश वेक्टर दोलनों को प्रसारित करता है जो किसी दिए गए जाली के एक निश्चित विमान विशेषता में होते हैं।

एक समतल ध्रुवित प्रकाश तरंग को आसानी से निम्नानुसार दर्शाया गया है:

प्रकाश का ध्रुवीकरण आंशिक भी हो सकता है। इस मामले में, किसी एक विमान में प्रकाश वेक्टर के दोलनों का आयाम अन्य विमानों में दोलनों के आयाम से काफी अधिक है।

आंशिक रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश को पारंपरिक रूप से निम्नानुसार दर्शाया जा सकता है: आदि। डैश और डॉट्स की संख्या का अनुपात प्रकाश ध्रुवीकरण की डिग्री निर्धारित करता है।

प्राकृतिक प्रकाश को ध्रुवीकृत प्रकाश में परिवर्तित करने के सभी तरीकों में, ध्रुवीकरण विमान के एक अच्छी तरह से परिभाषित अभिविन्यास वाले घटकों को प्राकृतिक प्रकाश से पूरी तरह या आंशिक रूप से चुना जाता है।

ध्रुवीकृत प्रकाश प्राप्त करने की विधियाँ: क) दो डाइलेक्ट्रिक्स की सीमा पर प्रकाश का परावर्तन और अपवर्तन; बी) वैकल्पिक रूप से अनिसोट्रोपिक एकअक्षीय क्रिस्टल के माध्यम से प्रकाश का संचरण; ग) मीडिया के माध्यम से प्रकाश का संचरण, जिसकी ऑप्टिकल अनिसोट्रॉपी कृत्रिम रूप से विद्युत या चुंबकीय क्षेत्र की क्रिया के साथ-साथ विरूपण के कारण बनाई जाती है। ये विधियां घटना पर आधारित हैं असमदिग्वर्ती होने की दशा.

एनिसोट्रॉपिकदिशा पर कई गुणों (यांत्रिक, थर्मल, विद्युत, ऑप्टिकल) की निर्भरता है। वे निकाय जिनके गुण सभी दिशाओं में समान होते हैं, कहलाते हैं समदैशिक.

प्रकाश के प्रकीर्णन के दौरान ध्रुवीकरण भी देखा जाता है। ध्रुवीकरण की डिग्री . से अधिक है छोटे आकारकण जिस पर प्रकीर्णन होता है।

ध्रुवीकृत प्रकाश उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन किए गए उपकरणों को कहा जाता है ध्रुवीकरण करने वाले.

परावर्तन के दौरान प्रकाश का ध्रुवीकरण और दो डाइलेक्ट्रिक्स के बीच इंटरफेस में अपवर्तन।जब प्राकृतिक प्रकाश दो आइसोट्रोपिक डाइलेक्ट्रिक्स के बीच इंटरफेस में परावर्तित और अपवर्तित होता है, तो इसका रैखिक ध्रुवीकरण होता है। आपतन के मनमाने कोण पर परावर्तित प्रकाश का ध्रुवण आंशिक होता है। परावर्तित किरण पर आपतन तल के लंबवत दोलनों का प्रभुत्व होता है, जबकि अपवर्तित किरण पर इसके समानांतर दोलनों का प्रभुत्व होता है (चित्र 2)।

चावल। 2. परावर्तन और अपवर्तन के दौरान प्राकृतिक प्रकाश का आंशिक ध्रुवीकरण

यदि आपतन कोण tg i B = n 21 की स्थिति को संतुष्ट करता है, तो परावर्तित प्रकाश पूरी तरह से ध्रुवीकृत (ब्रूस्टर का नियम) है, और अपवर्तित किरण पूरी तरह से नहीं, बल्कि अधिकतम रूप से ध्रुवीकृत होती है (चित्र 3)। इस मामले में, परावर्तित और अपवर्तित किरणें परस्पर लंबवत होती हैं।

दो माध्यमों का आपेक्षिक अपवर्तनांक है, i B ब्रूस्टर कोण है।

चावल। 3. परावर्तन और अपवर्तन के दौरान परावर्तित किरण का कुल ध्रुवीकरण

दो आइसोट्रोपिक डाइलेक्ट्रिक्स के बीच इंटरफेस में।

दोहरा अपवर्तन।कई क्रिस्टल (कैल्साइट, क्वार्ट्ज, आदि) होते हैं जिसमें प्रकाश की एक किरण, अपवर्तित होने पर, विभिन्न गुणों के साथ दो बीमों में विभाजित हो जाती है। कैल्साइट (आइसलैंडिक स्पार) एक हेक्सागोनल जाली वाला क्रिस्टल है। षट्कोणीय प्रिज्म की सममिति की धुरी जिससे इसकी कोशिका बनती है, प्रकाशीय अक्ष कहलाती है। ऑप्टिकल अक्ष एक रेखा नहीं है, बल्कि क्रिस्टल में एक दिशा है। इस दिशा के समांतर कोई भी रेखा भी प्रकाशिक अक्ष होती है।

यदि किसी प्लेट को कैल्साइट क्रिस्टल से इस प्रकार काट दिया जाए कि उसके फलक प्रकाशिक अक्ष के लंबवत हों और प्रकाश की किरण प्रकाशिक अक्ष के अनुदिश निर्देशित हो, तो उसमें कोई परिवर्तन नहीं होगा। यदि, हालांकि, बीम को ऑप्टिकल अक्ष के कोण पर निर्देशित किया जाता है, तो इसे दो बीम (चित्र 4) में विभाजित किया जाएगा, जिनमें से एक को साधारण कहा जाता है, दूसरा - असाधारण।

चावल। 4. जब प्रकाश कैल्साइट की प्लेट से होकर गुजरता है तो बायरफ्रींगेंस।

एमएन ऑप्टिकल अक्ष है।

एक साधारण बीम आपतन तल में स्थित होता है और इसमें किसी दिए गए पदार्थ के लिए सामान्य अपवर्तनांक होता है। असाधारण बीम बीम की घटना के बिंदु पर खींचे गए घटना बीम और क्रिस्टल के ऑप्टिकल अक्ष से गुजरने वाले विमान में स्थित है। इस विमान को कहा जाता है क्रिस्टल का मुख्य तल. साधारण और असाधारण बीम के लिए अपवर्तनांक भिन्न होते हैं।

साधारण और असाधारण दोनों किरणें ध्रुवीकृत होती हैं। साधारण किरणों के दोलन का तल मुख्य तल के लंबवत होता है। असाधारण किरणों के दोलन क्रिस्टल के मुख्य तल में होते हैं।

बायरफ्रींग की घटना क्रिस्टल के अनिसोट्रॉपी के कारण होती है। प्रकाशिक अक्ष के अनुदिश साधारण और असाधारण किरणों के लिए प्रकाश तरंग की गति समान होती है। अन्य दिशाओं में, कैल्साइट में एक असाधारण तरंग का वेग सामान्य तरंग की तुलना में अधिक होता है। दोनों तरंगों के वेगों के बीच सबसे बड़ा अंतर ऑप्टिकल अक्ष के लंबवत दिशा में होता है।

ह्यूजेन्स सिद्धांत के अनुसार, क्रिस्टल सीमा तक पहुंचने वाली लहर की सतह पर प्रत्येक बिंदु पर द्विभाजन के साथ, दो प्राथमिक तरंगें एक साथ उत्पन्न होती हैं (एक नहीं, जैसा कि सामान्य मीडिया में होता है), जो क्रिस्टल में फैलती हैं।

एक तरंग की सभी दिशाओं में प्रसार गति समान होती है, अर्थात्। तरंग का एक गोलाकार आकार होता है और इसे कहा जाता है साधारण. क्रिस्टल के प्रकाशिक अक्ष की दिशा में किसी अन्य तरंग के संचरण की गति सामान्य तरंग की गति के समान होती है, और प्रकाशिक अक्ष के लंबवत दिशा में यह उससे भिन्न होती है। तरंग का एक दीर्घवृत्ताकार आकार होता है और इसे कहते हैं असाधारण(चित्र 5)।

चावल। 5. एक क्रिस्टल में एक साधारण (ओ) और असाधारण (ई) तरंग का प्रसार

दोहरे अपवर्तन के साथ।

प्रिज्म निकोलस।ध्रुवीकृत प्रकाश प्राप्त करने के लिए, एक निकोल ध्रुवीकरण प्रिज्म का उपयोग किया जाता है। एक निश्चित आकार और आकार के प्रिज्म को कैल्साइट से काट दिया जाता है, फिर इसे एक विकर्ण विमान के साथ देखा जाता है और कनाडाई बालसम से चिपकाया जाता है। जब एक प्रकाश पुंज प्रिज्म अक्ष के साथ ऊपरी फलक पर आपतित होता है (चित्र 6), तो असाधारण किरण एक छोटे कोण पर चिपके हुए तल पर आपतित होती है और लगभग बिना दिशा बदले गुजरती है। एक साधारण बीम कैनेडियन बालसम के लिए कुल प्रतिबिंब के कोण से अधिक कोण पर गिरता है, ग्लूइंग प्लेन से परावर्तित होता है और प्रिज्म के काले रंग के चेहरे द्वारा अवशोषित होता है। निकोल प्रिज्म पूरी तरह से ध्रुवीकृत प्रकाश उत्पन्न करता है, जिसका दोलन तल प्रिज्म के मुख्य तल में होता है।

चावल। 6. निकोलस प्रिज्म। एक साधारण के पारित होने की योजना

और असाधारण किरणें।

द्वैतवाद।ऐसे क्रिस्टल होते हैं जो साधारण और असाधारण किरणों को अलग-अलग तरीकों से अवशोषित करते हैं। इसलिए, यदि एक प्राकृतिक प्रकाश पुंज को ऑप्टिकल अक्ष की दिशा के लंबवत टूमलाइन क्रिस्टल पर निर्देशित किया जाता है, तो केवल कुछ मिलीमीटर की प्लेट मोटाई के साथ, साधारण बीम पूरी तरह से अवशोषित हो जाएगा, और केवल असाधारण बीम बाहर आ जाएगा क्रिस्टल (चित्र। 7)।

चावल। 7. टूमलाइन क्रिस्टल के माध्यम से प्रकाश का मार्ग।

साधारण और असाधारण किरणों के अवशोषण की भिन्न प्रकृति कहलाती है अवशोषण अनिसोट्रॉपी,या द्वैतवादइस प्रकार, टूमलाइन क्रिस्टल का उपयोग ध्रुवीकरण के रूप में भी किया जा सकता है।

पोलेरॉइड।वर्तमान में, ध्रुवीकरण व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। पोलेरॉइड्सपोलेरॉइड बनाने के लिए, एक पारदर्शी फिल्म को कांच या प्लेक्सीग्लास की दो प्लेटों के बीच चिपकाया जाता है, जिसमें एक डाइक्रोइक पदार्थ के क्रिस्टल होते हैं जो प्रकाश को ध्रुवीकृत करते हैं (उदाहरण के लिए, आयोडोक्विनोन सल्फेट)। फिल्म निर्माण प्रक्रिया के दौरान, क्रिस्टल उन्मुख होते हैं ताकि उनके ऑप्टिकल अक्ष समानांतर हों। पूरा सिस्टम एक फ्रेम में फिक्स है।

पोलेरॉइड की कम लागत और एक बड़े क्षेत्र के साथ प्लेटों के निर्माण की संभावना ने व्यवहार में उनके व्यापक अनुप्रयोग को सुनिश्चित किया।

ध्रुवीकृत प्रकाश का विश्लेषण।प्रकाश के ध्रुवीकरण की प्रकृति और डिग्री का अध्ययन करने के लिए, उपकरणों को कहा जाता है विश्लेषक।विश्लेषक के रूप में, उन्हीं उपकरणों का उपयोग किया जाता है जो रैखिक रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश - ध्रुवीकरण प्राप्त करने के लिए काम करते हैं, लेकिन अनुदैर्ध्य अक्ष के चारों ओर घूमने के लिए अनुकूलित होते हैं। विश्लेषक केवल उन कंपनों को पारित करता है जो इसके मुख्य विमान के साथ मेल खाते हैं। में अन्यथाकेवल दोलन घटक जो इस विमान के साथ मेल खाता है, विश्लेषक से होकर गुजरता है।

यदि विश्लेषक में प्रवेश करने वाली प्रकाश तरंग को रैखिक रूप से ध्रुवीकृत किया जाता है, तो विश्लेषक से निकलने वाली तरंग की तीव्रता संतुष्ट करती है मालुस का नियम:

,

जहां I 0 आने वाली रोशनी की तीव्रता है, आने वाले प्रकाश के विमानों और विश्लेषक द्वारा प्रेषित प्रकाश के बीच का कोण है।

ध्रुवीकरण-विश्लेषक प्रणाली के माध्यम से प्रकाश का मार्ग अंजीर में योजनाबद्ध रूप से दिखाया गया है। 8.

चावल। अंजीर। 8. ध्रुवीकरण-विश्लेषक प्रणाली के माध्यम से प्रकाश के पारित होने की योजना (पी - ध्रुवीकरणकर्ता,

ए - विश्लेषक, ई - स्क्रीन):

ए) ध्रुवीकरण और विश्लेषक के मुख्य विमान मेल खाते हैं;

बी) ध्रुवीकरण और विश्लेषक के मुख्य विमान एक निश्चित कोण पर स्थित हैं;

ग) ध्रुवक और विश्लेषक के मुख्य तल परस्पर लंबवत हैं।

यदि ध्रुवीकरण और विश्लेषक के मुख्य विमान मेल खाते हैं, तो प्रकाश पूरी तरह से विश्लेषक से गुजरता है और स्क्रीन को रोशन करता है (चित्र 7 ए)। यदि वे एक निश्चित कोण पर स्थित हैं, तो प्रकाश विश्लेषक के माध्यम से गुजरता है, लेकिन क्षीणन (छवि 7 बी) जितना अधिक होगा, यह कोण 90 0 के करीब होगा। यदि ये तल परस्पर लंबवत हैं, तो विश्लेषक द्वारा प्रकाश पूरी तरह से बुझ जाता है (चित्र 7c)

ध्रुवीकृत प्रकाश के दोलन के तल का घूर्णन। पोलारिमेट्री।कुछ क्रिस्टल और साथ ही समाधान कार्बनिक पदार्थउनके पास से गुजरने वाले ध्रुवीकृत प्रकाश के दोलन के तल को घुमाने का गुण होता है। इन पदार्थों को कहा जाता है ऑप्टिकलीलेकिन सक्रिय. इनमें शर्करा, अम्ल, एल्कलॉइड आदि शामिल हैं।

वैकल्पिक रूप से सक्रिय पदार्थों के बहुमत के लिए, दो संशोधनों का अस्तित्व पाया गया जो ध्रुवीकरण के विमान को क्रमशः दक्षिणावर्त और वामावर्त घुमाता है (बीम की ओर देख रहे एक पर्यवेक्षक के लिए)। पहला संशोधन कहा जाता है डेक्सट्रोरोटेटरी,या सकारात्मकदूसरा - लीवरोट्री,या नकारात्मक।

गैर-क्रिस्टलीय अवस्था में किसी पदार्थ की प्राकृतिक प्रकाशिक गतिविधि अणुओं की विषमता के कारण होती है। क्रिस्टलीय पदार्थों में, ऑप्टिकल गतिविधि जाली में अणुओं की व्यवस्था की ख़ासियत के कारण भी हो सकती है।

ठोस पदार्थों में, ध्रुवण तल के घूर्णन का कोण शरीर में प्रकाश पुंज के पथ की लंबाई d के समानुपाती होता है:

जहां α है घूर्णी क्षमता (विशिष्ट रोटेशन),पदार्थ के प्रकार, तापमान और तरंग दैर्ध्य के आधार पर। बाएँ और दाएँ-घूर्णन संशोधनों के लिए, घूर्णी क्षमताएँ परिमाण में समान होती हैं।

समाधान के लिए, ध्रुवीकरण विमान के रोटेशन का कोण

,

जहां α विशिष्ट घूर्णन है, c समाधान में वैकल्पिक रूप से सक्रिय पदार्थ की सांद्रता है। α का मान वैकल्पिक रूप से सक्रिय पदार्थ की प्रकृति और विलायक, तापमान और प्रकाश की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करता है। विशिष्ट आवर्तन- यह 20 0 C के तापमान पर और प्रकाश की तरंग दैर्ध्य λ=589 एनएम पर 1 ग्राम प्रति 100 सेमी 3 के पदार्थ की सांद्रता पर 1 डीएम मोटी घोल के लिए 100 गुना बढ़ा हुआ रोटेशन कोण है। इस अनुपात के आधार पर सांद्रता c के निर्धारण के लिए एक अत्यंत संवेदनशील विधि कहलाती है पोलारिमेट्री (सैकरीमेट्री)।

प्रकाश की तरंग दैर्ध्य पर ध्रुवीकरण विमान के घूर्णन की निर्भरता को कहा जाता है घूर्णी फैलाव।पहले सन्निकटन में है जैव का नियम:

जहां ए पदार्थ की प्रकृति और तापमान के आधार पर एक गुणांक है।

नैदानिक ​​​​सेटिंग में, विधि ध्रुवनमापनमूत्र में शर्करा की मात्रा निर्धारित करने के लिए प्रयोग किया जाता है। इसके लिए प्रयोग की जाने वाली युक्ति कहलाती है सैचरीमीटर(चित्र 9)।

चावल। 9. सैकरीमीटर का ऑप्टिकल लेआउट:

और - प्राकृतिक प्रकाश का स्रोत;

सी - लाइट फिल्टर (मोनोक्रोमेटर), जो डिवाइस के संचालन के समन्वय को सुनिश्चित करता है

बायोट के नियम के साथ;

L एक अभिसारी लेंस है जो आउटपुट पर प्रकाश की समानांतर किरण देता है;

पी - ध्रुवीकरण;

के - परीक्षण समाधान के साथ ट्यूब;

ए - एनालाइज़र एक घूर्णन डिस्क डी पर डिवीजनों के साथ लगा हुआ है।

एक अध्ययन करते समय, विश्लेषक पहले परीक्षण समाधान के बिना देखने के क्षेत्र के अधिकतम अंधेरे पर सेट होता है। फिर समाधान के साथ एक ट्यूब को डिवाइस में रखा जाता है और विश्लेषक को घुमाते हुए, देखने के क्षेत्र को फिर से काला कर दिया जाता है। दो कोणों में से छोटा जिसके माध्यम से विश्लेषक को घुमाया जाना चाहिए, विश्लेषण के लिए रोटेशन का कोण है। इस कोण का उपयोग विलयन में शर्करा की सांद्रता की गणना के लिए किया जाता है।

गणना को सरल बनाने के लिए, समाधान के साथ ट्यूब को इतना लंबा बनाया जाता है कि विश्लेषक के रोटेशन का कोण (डिग्री में) संख्यात्मक रूप से एकाग्रता के बराबर हो सेसमाधान (ग्राम प्रति 100 सेमी 3)। ग्लूकोज के लिए ट्यूब की लंबाई 19 सेमी है।

ध्रुवीकरण माइक्रोस्कोपी।विधि पर आधारित है असमदिग्वर्ती होने की दशाकोशिकाओं और ऊतकों के कुछ घटक जो ध्रुवीकृत प्रकाश में देखे जाने पर प्रकट होते हैं। समानांतर में व्यवस्थित अणुओं से बनी संरचनाएं या स्टैक के रूप में व्यवस्थित डिस्क, जब एक माध्यम में एक अपवर्तक सूचकांक के साथ पेश किया जाता है जो संरचना के कणों के अपवर्तक सूचकांक से भिन्न होता है, तो करने की क्षमता प्रदर्शित करता है दोहरा अपवर्तन।इसका मतलब यह है कि संरचना केवल ध्रुवीकृत प्रकाश संचारित करेगी यदि ध्रुवीकरण का विमान कणों की लंबी कुल्हाड़ियों के समानांतर है। यह तब भी मान्य रहता है जब कणों का अपना द्विभाजन नहीं होता है। ऑप्टिकल असमदिग्वर्ती होने की दशामांसपेशियों, संयोजी ऊतक (कोलेजन) और तंत्रिका तंतुओं में देखा गया।

कंकाल की मांसपेशी का बहुत नाम धारीदार"मांसपेशी फाइबर के अलग-अलग वर्गों के ऑप्टिकल गुणों में अंतर के कारण। इसमें ऊतक पदार्थ के बारी-बारी से गहरे और हल्के क्षेत्र होते हैं। यह फाइबर को एक अनुप्रस्थ पट्टी देता है। ध्रुवीकृत प्रकाश में पेशीय तंतु के अध्ययन से पता चलता है कि गहरे क्षेत्र हैं एनिस्ट्रोपिकऔर गुण हैं birefringence, जबकि गहरे क्षेत्र हैं समदैशिक. कोलेजनफाइबर अनिसोट्रोपिक हैं, उनकी ऑप्टिकल अक्ष फाइबर अक्ष के साथ स्थित है। लुगदी में मिसेल न्यूरोफाइब्रिल्सअनिसोट्रोपिक भी हैं, लेकिन उनके ऑप्टिकल अक्ष रेडियल दिशाओं में स्थित हैं। इन संरचनाओं की हिस्टोलॉजिकल जांच के लिए एक ध्रुवीकरण माइक्रोस्कोप का उपयोग किया जाता है।

एक ध्रुवीकरण माइक्रोस्कोप का सबसे महत्वपूर्ण घटक पोलराइज़र है, जो प्रकाश स्रोत और संधारित्र के बीच स्थित होता है। इसके अलावा, माइक्रोस्कोप में एक घूर्णन चरण या नमूना धारक होता है, जो उद्देश्य और ऐपिस के बीच स्थित एक विश्लेषक होता है, जिसे स्थापित किया जा सकता है ताकि इसकी धुरी ध्रुवीकरण अक्ष के लंबवत हो, और एक प्रतिपूरक हो।

जब पोलराइज़र और एनालाइज़र को क्रॉस किया जाता है और ऑब्जेक्ट गुम हो जाता है या समदैशिकमैदान समान रूप से अंधेरा दिखाई देता है। यदि कोई वस्तु द्विभाजन के साथ है, और यह स्थित है कि इसकी धुरी ध्रुवीकरण के विमान के कोण पर है, 0 0 या 90 0 से अलग है, तो यह ध्रुवीकृत प्रकाश को दो घटकों में विभाजित करेगा - समानांतर और लंबवत विश्लेषक का विमान। नतीजतन, कुछ प्रकाश विश्लेषक के माध्यम से गुजरेगा, जिसके परिणामस्वरूप एक अंधेरे पृष्ठभूमि के खिलाफ वस्तु की एक उज्ज्वल छवि होगी। जब वस्तु घूमती है, तो उसकी छवि की चमक बदल जाएगी, ध्रुवीकरण या विश्लेषक के सापेक्ष 45 0 के कोण पर अधिकतम तक पहुंच जाएगी।

ध्रुवीकरण माइक्रोस्कोपी का उपयोग जैविक संरचनाओं (जैसे मांसपेशियों की कोशिकाओं) में अणुओं के उन्मुखीकरण का अध्ययन करने के लिए किया जाता है, साथ ही अन्य तरीकों से अदृश्य संरचनाओं के अवलोकन के दौरान (जैसे कोशिका विभाजन के दौरान माइटोटिक स्पिंडल), पेचदार संरचना की पहचान।

हड्डी के ऊतकों में होने वाले यांत्रिक तनावों का आकलन करने के लिए मॉडल स्थितियों में ध्रुवीकृत प्रकाश का उपयोग किया जाता है। यह विधि फोटोइलास्टिक की घटना पर आधारित है, जिसमें यांत्रिक भार की कार्रवाई के तहत प्रारंभिक रूप से आइसोट्रोपिक ठोस में ऑप्टिकल अनिसोट्रॉपी की घटना होती है।

एक विवर्तन झंझरी का उपयोग करके प्रकाश तरंग की लंबाई का निर्धारण

हल्का हस्तक्षेप।प्रकाश हस्तक्षेप एक ऐसी घटना है जो तब होती है जब प्रकाश तरंगें आरोपित होती हैं और उनके प्रवर्धन या क्षीणन के साथ होती हैं। जब सुसंगत तरंगों को आरोपित किया जाता है तो एक स्थिर हस्तक्षेप पैटर्न उत्पन्न होता है। सुसंगत तरंगों को समान आवृत्तियों और समान चरणों वाली तरंगें या निरंतर चरण बदलाव वाली तरंगें कहा जाता है। हस्तक्षेप के दौरान प्रकाश तरंगों का प्रवर्धन (अधिकतम स्थिति) तब होता है जब Δ अर्ध-तरंग दैर्ध्य की एक समान संख्या में फिट बैठता है:

कहाँ पे क - अधिकतम आदेश, k=0,±1,±2,±,…±n;

λ प्रकाश तरंग की लंबाई है।

हस्तक्षेप के दौरान प्रकाश तरंगों का कमजोर होना (न्यूनतम स्थिति) तब देखा जाता है जब विषम संख्या में अर्ध-तरंग दैर्ध्य ऑप्टिकल पथ अंतर में फिट होते हैं :

कहाँ पे क न्यूनतम का क्रम है।

दो बीमों का ऑप्टिकल पथ अंतर, स्रोतों से दूरी में हस्तक्षेप पैटर्न के अवलोकन के बिंदु तक का अंतर है।

पतली फिल्मों में हस्तक्षेप।पतली फिल्मों में हस्तक्षेप साबुन के बुलबुले में देखा जा सकता है, पानी की सतह पर मिट्टी के तेल के एक स्थान में जब सूरज की रोशनी से प्रकाशित होता है।

मान लीजिए कि बीम 1 एक पतली फिल्म की सतह पर गिरती है (चित्र 2 देखें)। बीम, एयर-फिल्म इंटरफेस पर अपवर्तित, फिल्म से गुजरती है, इसकी आंतरिक सतह से परिलक्षित होती है, फिल्म की बाहरी सतह तक पहुंचती है, फिल्म-एयर इंटरफेस पर अपवर्तित होती है, और बीम उभरती है। हम बीम 2 को बीम निकास बिंदु पर निर्देशित करते हैं, जो बीम 1 के समानांतर गुजरता है। बीम 2 फिल्म की सतह से परिलक्षित होता है, बीम पर लगाया जाता है, और दोनों बीम हस्तक्षेप करते हैं।

जब हम फिल्म को पॉलीक्रोमैटिक लाइट से रोशन करते हैं, तो हमें एक इंद्रधनुषी चित्र मिलता है। यह इस तथ्य के कारण है कि फिल्म मोटाई में एक समान नहीं है। नतीजतन, विभिन्न परिमाण के पथ अंतर उत्पन्न होते हैं, जो विभिन्न तरंग दैर्ध्य (रंगीन साबुन की फिल्में, कुछ कीड़ों और पक्षियों के पंखों के इंद्रधनुषी रंग, पानी की सतह पर तेल या तेल की फिल्में, आदि) के अनुरूप होते हैं।

उपकरणों में प्रकाश हस्तक्षेप का उपयोग किया जाता है - इंटरफेरोमीटर। इंटरफेरोमीटर ऑप्टिकल डिवाइस हैं जिनका उपयोग दो बीमों को स्थानिक रूप से अलग करने और उनके बीच एक निश्चित पथ अंतर बनाने के लिए किया जा सकता है। इंटरफेरोमीटर का उपयोग छोटी दूरी की उच्च सटीकता, पदार्थों के अपवर्तक सूचकांकों और ऑप्टिकल सतहों की गुणवत्ता निर्धारित करने के लिए तरंग दैर्ध्य को निर्धारित करने के लिए किया जाता है।

सैनिटरी और हाइजीनिक उद्देश्यों के लिए, हानिकारक गैसों की सामग्री को निर्धारित करने के लिए इंटरफेरोमीटर का उपयोग किया जाता है।

एक इंटरफेरोमीटर और एक माइक्रोस्कोप (इंटरफेरेंस माइक्रोस्कोप) के संयोजन का उपयोग जीव विज्ञान में अपवर्तक सूचकांक, शुष्क पदार्थ एकाग्रता और पारदर्शी सूक्ष्म वस्तुओं की मोटाई को मापने के लिए किया जाता है।

हाइजेंस-फ्रेस्नेल सिद्धांत।हाइजेन्स के अनुसार, माध्यम का प्रत्येक बिंदु, जिस पर प्राथमिक तरंग एक निश्चित क्षण में पहुँचती है, द्वितीयक तरंगों का स्रोत होता है। फ़्रेज़नेल ने हाइजेन्स की इस स्थिति को यह जोड़कर परिष्कृत किया कि द्वितीयक तरंगें सुसंगत हैं, अर्थात। जब आरोपित किया जाता है, तो वे एक स्थिर हस्तक्षेप पैटर्न देंगे।

प्रकाश का विवर्तन।प्रकाश का विवर्तन रेक्टिलाइनियर प्रसार से प्रकाश के विचलन की घटना है।

एक झिरी से समानांतर बीम में विवर्तन।लक्ष्य को चौड़ा होने दें में मोनोक्रोमैटिक प्रकाश की एक समानांतर किरण गिरती है (चित्र 3 देखें):

किरणों के मार्ग में एक लेंस लगाया जाता है ली , फोकल प्लेन में जिसमें स्क्रीन स्थित है इ . अधिकांश बीम विवर्तित नहीं होते हैं; अपनी दिशा नहीं बदलते हैं, और वे लेंस द्वारा केंद्रित होते हैं ली स्क्रीन के केंद्र में, एक केंद्रीय अधिकतम या शून्य-क्रम अधिकतम बनाते हैं। किरणें विवर्तन के अंतर्गत समान कोणविवर्तन φ , स्क्रीन पर मैक्सिमा बनाएगा 1,2,3,…, एन - आदेश।

इस प्रकार, समानांतर बीम में एक झिरी से प्राप्त विवर्तन पैटर्न जब मोनोक्रोमैटिक प्रकाश से रोशन होता है, तो स्क्रीन के केंद्र में अधिकतम रोशनी के साथ एक उज्ज्वल पट्टी होती है, फिर एक गहरी पट्टी (न्यूनतम 1 क्रम) आती है, फिर एक उज्ज्वल पट्टी आती है ( प्रथम क्रम का अधिकतम) क्रम), डार्क बैंड (द्वितीय क्रम का न्यूनतम), द्वितीय क्रम का अधिकतम आदि। केंद्रीय अधिकतम के संबंध में विवर्तन पैटर्न सममित है। जब स्लिट को सफेद रोशनी से रोशन किया जाता है, तो स्क्रीन पर रंगीन बैंड की एक प्रणाली बनती है, केवल केंद्रीय अधिकतम घटना प्रकाश के रंग को बनाए रखेगा।

मामले मैक्सऔर मिनटविवर्तन।यदि प्रकाशिक पथ में अंतर है Δ के बराबर खंडों की एक विषम संख्या फिट करें, तो प्रकाश की तीव्रता में वृद्धि होती है ( मैक्स विवर्तन):

कहाँ पे क अधिकतम का क्रम है; क =±1,±2,±…,± एन;

λ तरंगदैर्घ्य है।

यदि प्रकाशिक पथ में अंतर है Δ के बराबर खंडों की एक सम संख्या फिट करें, तो प्रकाश की तीव्रता कमजोर हो जाती है ( मिनट विवर्तन):

कहाँ पे क न्यूनतम का क्रम है।

डिफ़्रैक्शन ग्रेटिंग।एक विवर्तन झंझरी में वैकल्पिक स्ट्रिप्स होते हैं जो समान चौड़ाई के प्रकाश के लिए पारदर्शी धारियों (स्लिट्स) के साथ प्रकाश के मार्ग के लिए अपारदर्शी होते हैं।

विवर्तन झंझरी की मुख्य विशेषता इसकी अवधि है डी . विवर्तन झंझरी की अवधि पारदर्शी और अपारदर्शी बैंड की कुल चौड़ाई है:

उपकरण के रिज़ॉल्यूशन को बढ़ाने के लिए ऑप्टिकल उपकरणों में एक विवर्तन झंझरी का उपयोग किया जाता है। विवर्तन झंझरी का संकल्प स्पेक्ट्रम के क्रम पर निर्भर करता है क और स्ट्रोक की संख्या पर एन :

कहाँ पे आर - संकल्प।

विवर्तन झंझरी सूत्र की व्युत्पत्ति।आइए हम दो समानांतर बीमों को विवर्तन झंझरी पर निर्देशित करें: 1 और 2 ताकि उनके बीच की दूरी झंझरी अवधि के बराबर हो डी .

बिंदुओं पर लेकिन और में बीम 1 और 2 एक कोण पर रेक्टिलिनियर दिशा से विचलित होकर विवर्तित होते हैं φ विवर्तन कोण है।

किरणों और लेंस द्वारा केंद्रित ली लेंस के फोकल तल में स्थित एक स्क्रीन पर (चित्र 5)। झंझरी के प्रत्येक छिद्र को द्वितीयक तरंगों (ह्यूजेंस-फ्रेस्नेल सिद्धांत) के स्रोत के रूप में माना जा सकता है। बिंदु D पर स्क्रीन पर, हम अधिकतम हस्तक्षेप पैटर्न देखते हैं।

एक बिंदु से लेकिन किरण के पथ पर लंब को गिराएं और बिंदु C प्राप्त करें। एक त्रिभुज पर विचार करें एबीसी : सही त्रिकोण =Рφ परस्पर लंबवत भुजाओं वाले कोणों के रूप में। से Δ एबीसी:

कहाँ पे एबी = डी (निर्माण द्वारा),

दप = ऑप्टिकल पथ अंतर है।

चूँकि बिंदु D पर हम अधिकतम व्यतिकरण देखते हैं, तो

कहाँ पे क अधिकतम का क्रम है,

λ प्रकाश तरंग की लंबाई है।

मूल्यों में प्लगिंग एबी = डी, के लिए सूत्र में पाप :

यहाँ से हमें मिलता है:

में सामान्य रूप से देखेंविवर्तन झंझरी सूत्र का रूप है:

± संकेत दिखाते हैं कि स्क्रीन पर हस्तक्षेप पैटर्न केंद्रीय अधिकतम के संबंध में सममित है।

होलोग्राफी की भौतिक नींव।होलोग्राफी एक तरंग क्षेत्र की रिकॉर्डिंग और पुनर्निर्माण की एक विधि है, जो तरंग विवर्तन और हस्तक्षेप की घटना पर आधारित है। यदि पारंपरिक तस्वीर में केवल वस्तु से परावर्तित तरंगों की तीव्रता दर्ज की जाती है, तो तरंगों के चरणों को अतिरिक्त रूप से होलोग्राम पर दर्ज किया जाता है, जो देता है अतिरिक्त जानकारीविषय के बारे में और आपको विषय की त्रि-आयामी छवि प्राप्त करने की अनुमति देता है।