III BOB. MOYLARNING SPEKTRAL XARAKTERISTIKALARI

Geometrik optikaning ba’zi masalalari. Yorug’likning interfensiyasi va difraksiyasi xodisalari yorug’likning tarqalishi to’lqin prosess ekanligini ko’rsatadi. Yorug’likning bir jinsli muhitda tarqalishi va har qanday sistema orqali tarqalishi to’g’risidagi masalalarni biz to’lqin nazariyasi yordamida hal qilamiz : optik sistema deganda biror sirt va diafragmalar bilan chegaralangan turli xil muxitlar to’plami nazarda tutiladi . Biroq amaliy axamiyatga ega bo’lgan juda ko’p soxalarda, jumladan, yorug’lik dastasi hosil qilish to’g’risidagi masalada geometrik optika tasavvurlaridan foydalanilganda masalalar ancha osongina yo’l bilan hal qilinadi.Geometrik optika mashxur sinish va qaytih qonunlariga bo’ysunadigan va bir-biriga bog’liq bo’lmagan alohida yorug’lik nurlari tushunchasi bilan ish ko’radi. Yorug’lik nuri tushunchasini bir jinsli muxitdagi real yorug’lik dastasini ko’rib chiqishdan hosil qilish mumkin, bu dastasini bitta yoki birin ketin turgan bir necha diafragma orqali o’tkazib, ingichka parallel dasta ajratib olish mumkin. Diafragmalardagi teshiklarning diametric qancha kichik bo’lsa , ajratib olinadigan dasta shuncha ingichka bo’ladi[5]. Nihoyat yorug’likni juda tor teshikdan o’tkazib, to’g’ri chiziq shaklidagi yorug’lik nuri ajratib olish mumkindek tuyuladi. Biroq biz bilamizki, istalgancha ingichka bo’lgan dasta ajratib olishning bu prosessi amalga oshmaydi, chunki unga difraksiya hodisasi halal beradi. D diametrli diafragma orqali o’tkazilgan real yorug’lik dastasining muqarrar ravishda bo’ladigan burchakli kengayishi difraksiya burchagi bilan aniqlanadi = 0 bo’lgan limit holdagi bunday kengayish bo’lmas edi va bu holda geometrik chizq deb qaraladigan nur to’g’risida gapirish mumkin, geometrik chiziqning yo’nalishini yorug’lik energiyasining tarqalish yo’nalishini aniqlaydi. Shunday qilib, yorug’lik nuri fizik obraz emas, balki abstrak matematik tushunchadir.

Geometrik real to’lqin optikasining yorug’lik to’lqin uzunligi juda kichik bo’lgan holga mos keluvchi limit holidir, munosabat shuni ko’rsatadiki, agar teshik yoki eranning o’lchamlari to’lqin uzunligiga nisbatan katta bo’lsa , yorug’likning bir jinsli muhitda to’g’ri chiziq bo’ylab tarqalishini buzadigan burchakli og’ish juda ham kichik bo’lishi mumkin . Shuning uchun to’lqin uzunligi chekli miqdor bo’lgan real optikada D o’lchamlar qancha katta bo’lsa , geometrik optika qonunlariga nisbatan bo’ladigan farqlar shuncha kichik bo’lishi kerak. Aniq soyalar hosil bo’lishi masalasida ham buyumlarning o’lchamlari juda muhimdir, aniq soyalar mavjudligi optikadagi nurlar tasavvurini quvvatlovchi asosiy dalillardan biridir.

Bizga ma’lumki, buyumdan kuzatish nuqtasigacha bo’lgan masofalar uncha katta bo’lmagan holda ( frenel difraksiyasi) geometric soya yaqinida difraksion polosalar ko’rinadigan sohaning kengligi frenelning birinchi zonasi radiusiga teng. To’lqin yassi bo’lgan holda (manba cheksiz uzoqda) bu zonaning radiusi bo’ladi (f – yorug’likni difraksiyalangan buyum bilan kuzatish nuqtasi orasidagi masofa). Soyaning aniqligi o’lchovi sifatida buyumning chiziqli x o’lchamining zona radiusiga bo’lgan nisbati, ya’ni x/r ni olish tabiiydir. bo’gan holdagina yarim soya sohasi qiyosan juda keng bo’ladi va buyum bilan soya bir-biriga o’xshamay qoladi. Bu munosabatdan ko’rinadiki, bo’gan holdagina soya bo’lmaydi. x = 1sm =500nm bo’lgandayoq f = 200m bo’ladi. Masofa qiyosan kichik bo’lganda soya ancha aniq bo’lib, buyumning o’ziga o’xshaydi , masofa katta bo’lganda esa soya bilan buyumning o’xshashligi to’g’risida so’z ham bo’lishi mumkin emas.

Biroq odatdagi kuzatish sharoitlarida o’xshashlikning bunday buzilishi bilinmaydi va geometrik optika qonunlarini tatbiq etish natijasida yasalgan chiziqlar yorug’likning tarqalishi va tasvir hosil bo’lishi masalani ancha qanoatlanarli ravishda hal qilish tajribadan ko’rinadi. Shunday qilib, yorug’lik texnikasi va optika texnikasining muhim masalalari qaraladigan keng sohada biz geometrik optikadan foydalanish imkoniyatiga egamiz. Biroq nurlar optikasi qonunlaridan foydalanganda bu qonunlar haqiqatning birinchi taqribi ekanligini va yorug’lik tarqalishining hech bir holi difraksion hodisalarsiz bo’lishi mumkin emasligini esdan chiqarmaslik kerak.

Binobarin, bu geometrik chizmalarning to’lqinli ma’nosini tushuntirish zarur. Shuning uchun nurlar optikasining qonunlari hamma joyda qo’llanilavermaydi, bu qonunlarni qanday sharoitda qo’llab bo’ladi va natijasi qanday sharoitda tajribaga mos kelishi kerak [9]. Biroq amaliy optikada ancha nozik masalalar (masalan, optik asboblarning ajrata olish kuchi to’g’risidagi masala) difraksiya nazariyasi yordamida hal qilinadi.

Moddalarda yorug’lik yutilishi. Agar d–qalinlikdagi qatlamdan iborat bo’lgan shaffof jismda intensivligi I bo’lgan parallel nurlar dastasi yo’naltirilsa, (1–rasm) u holda berilgan muhitda yorug’likning yutilishi natijasida o’tgan nurning intensivligi I kamayadi. I>I Yorug’likning yutilish hodisasi kvant nazariya va klassik nazariya asosida tushuntiriladi .

Yorug’likning yutilishi klassik nazariya asosida. Chastotali garmonik tebranma harakat hosil qilgan holda harakatlanuvchi maydonning chastotasiga teng chastotali yorug’lik to’lqini elektr maydon harakati ta’sirida manfiy zaryadlangan elektronlar molekulalar va atomlar musbat zaryadlangan yadro tomon siljiydi. (elektron tebrangan holda manbaada o’zgarib ikkilamchi to’lqinlarni o’zi nurlaydi). Interferensiya natijasida tushuvchi to’lqinlar ikkilamchi qatlamda amplitudali to’lqinni vujudga keltiradi. Intensivlik fizik kattalik bo’lib u amplitudaning kvadratiga to’g’ri proporsional bo’lsa muhitda tarqaluvchi muhitga bog’liq holda o’zgaradi.

3.1.1-сhizma. Muhit qalinligida yorug’lik yutilishi.

Boshqacha qilib aytganda: muhitda atom va molekula yutmay qolgan energiya nurlanish ko’rinishida qaytadi ya’ni yutilish sodir bo’ladi. Yutilgan energiya, energiyaning boshqa turiga aylanib ketishi mumkin. Atom va molekulalarning to’qnashishi natijasida yutilgan energiya xaotik harakat issiqlik energiyasiga aylanishi mumkin.

Yorug’lik yutilishi kvant nazariya asosida. Kvant nazariyasiga ko’ra atom va molekulalar uzluksiz emas, balki energiyaning diskret qiymatlariga ega. Yorug’likning muhit bo’ylab tarqalishida energiyaning bir qismi sistemalar uyg’onishiga sarf bo’ladi, bir qismi esa muhitdan chiqadi. Bunday o’zaro ta’sir natijasida muxitdan chiqqan nurning intensivligi muhitga tushgan yorug’likning intensivligidan kamroq bo’ladi.

Shuni takidlash kerakki, har bir elementlar harakatda muhitning atom va molekulalari ta’sirida bitta foton yo’qoladi, oqibatda atom va molekula uyg’ongan holatga o’tadi. Bunda foton energiyasi asosiy va uyg’ongan holat energiyasining farqiga mos kelishi kerak . Bunday yutilish bir fotonli yutilish deyiladi.

Moddadan yorug’lik o’tayotganda to’lqinning elektromagnit maydon ta’sirida muhitning elektronlari tebranadi va bu to’lqin energiyasining bir qismi elektronlarni tebrantirishga sarf bo’ladi. Elektronlarga berilgan bu energiyaning bir qismi elektronlar tarqatadigan ikkilamchi to’lqinlar ko’rinishida yana yorug’likka qaytarib beriladi, uning boshqa bir qismi esa energiyaning boshqa turlariga ham o’tishi mumkin . Agar moddaning sirtiga I intensivlikli parallel nurlar dastasi tushayotgan bo’lsa yuqorida aytilgan prosessar oqibatida, to’lqin modda ichiga kira borgan sari uning I intensivligi kamaya boradi. Haqiqatdan ham tajriba yassi to’lqinning intensivligi I = I e qonun bo’yicha simmetrik ravishda kamaya borishini ko’rsatadi, bunda: I-moddadan o’tgan to’lqin intensivligi, k-to’lqin uzunligiga bog’liq bo’lgan yutilish koeffisienti, d-qatlamning qalinligi .

Yutilish koeffisientini o’lchaganda, albatta, yorug’likning bir qismi tekshirilayotgan modda chegarasidan qaytishini hisobga olish va masalan , frenel formulalari yordamida tegishli tuzatmalar kiritish kerak . Qalinligi d va d bo’lgan qatlamlardan o’tgan yorug’likning mos I va I intensivliklarini o’lchash yana ham qulayroq.