Голография туралы түсінік және оны фармацияда қолдану

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 9 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасы Денсаулық сақтау министрлігі

Оңтүстік Қазақстан Мемлекеттік Фармацевтика Академиясы

Медициналық биофизика, информатика және математика кафедрасы

СӨЖ

Тақырыбы: Голография туралы түсінік және оны фармацияда қолдану.

Орындаған:Жанкозин Н. Ж.

Тобы: 102 ФК «А»

Қабылдаған:

Шымкент - 2015

Жоспар

Кіріспе

Голография туралы түсінік

Негізгі бөлім

Жарықтың дисперсиясы
Интерферометрлер

Қорытынды

Пайдаланылған әдебиеттер

ГОЛОГРАФИЯ ТУРАЛЫ ТҮСІНІК

Жарық толқындарының интерференция және дифракция құбылыстары негізінде объектілердің көлемдік кескіндерін алу тәсілін голография деп атайды. Голография (грекше - «толық жазу» деген ұғым) деп интерференциялық көрінісфтерді толық жазып және оны қайта қалпына келтіретін ерекше тәсілді айтады. Бұл тәсіл интерференция және дифракция заңдарының негізінде пайда болды. Осындай жаңа тәсілмен нәрселердің кеңістіктік кескінін алу және қайта қалпына келтіруді алғаш 1947 жылы ағылшын физигі Д. Габор (1900-1979) жасаған. Одан кейін бұл тәсілді эксперимент нәтижесінде ең жоғарғы дәрежелі когерентті жарық көздері - лазерлердің 1960 жылдары ашылуынан кейің совет физигі Ю. К. Денисюк 1962 ж. және американ физигі Э. Лейто мен Ю. Упатнистер 1963 ж. дамытып жетілдірді.

Біздің елімізде голографияны дамытуға үлес қосқан совет ғалымы Ю. Н. Денисюк. Голография әдісі когерент сәулелер - лазерді пайдалануға негізделген. Бұл әдісті түсіну үшін оны фотография әдісімен салыстыра қарастырған жөн. Заттарды фотографиялағанда суретке түсірілетін заттан (объектіден) шағылысқан жарық сәулелерініц интенсивтігі (амплитудасы) фотопленкаға жазылады. Бұл жазу ақ және қараңғы нүктелер жиынтығы болып саналады. Ал шағылысатын толқындардың фазалары туралы фотопленкада ешқандай хабар-ошар жазылмайды. Олай болса, фотография суретке түсірілген дене туралы толық хабар бермейді.

Ал голография болса, фотографияның осы кемшілігін жөндеп, іске асырады. Дәлірек айтқанда, голография шағылысқан толқындардың амплитудасымен қоса фазасын да тіркеп жазып алады. Фазаларды тіркеу үшін интерференция құбылысының пайдаланылатыны белгілі.

Голография қазір кинода, телевизияда, есте сақтау, есептеу құралдарында қолданыла бастады. Мысалы, белгілі бір уақытта рет-ретімен түсірілген голограмманы сол ретпен қараса, онда объектінің қозғалысын көруге болады. Бұл голограммалық кино негізіне алынған. Голография әдісін есептеу техникасында пайдаланудың келешегі зор.

Тек нәрседен шағылған толқындардың фазасы мен амплитудалық информациясымен қатар, осыған когерентті жарық көздерінен келетін толқындарды да тіркеу керек. Сонымен голографияның негізі мынада: алдымен нәрседен шағылған толқындар мен оған когерентті фазасы белгілі жарық көзінен келген толқындардың суперпозициясының нәтижесінде пайда болған интерференциялық көріністердің интенсивтігінің таралуын суретке түсіреді. Сонан кейін пленкада немесе фотопластинкадағы кескіні бойынша жарық дифракциясыныц нәтижесінде суретке түсірілген нәрсесіз голограмманы алып бақылауға болады. Мұнда лазерден шыққан жарық шоқтары екіге бөлінеді. Бір бөлігі айнаға жетіп одан шағылады да фотопластинкаға бағытталады, ал екінші бөлігі болса белгілі нәрседен шағылып ол да фотопластинкаға барады. Сөйтіп, айнадан әрі нәрседен шағылған екі түрлі жарық шоғы фотопластинкада бір-бірімен беттесіп интерференциялық көріністер метриялы түрде орңаласады. Сонда әрбір спектрдің күлгін түсті шеті орталық жолақ жақта болады.

Дифракциялық торлар жазық металл айнадан да жасалады. Мұнда да бөлгіш машинаның көмегімен айнаның бетіне ара қашықтықтары бірдей, өзара параллель штрихтар сызылады. Дифракциялық торлар күрделі жарық құрамын зерттеу үшін пайдаланылатын приборлардың негізгі бөлігі болып табылады, сондықтан мұндай приборлар торлы спектрлік приборлар деп аталады.

Дифракциялық торлардың қолданылу орнына байланысты, олардың мөлшері, пішіні, беттерінің тазалығы, штрихтардың орналасу бағыттары мен жиіліктері әр түрлі болады.

ЖАРЫҚТЫҢ ДИСПЕРСИЯСЫ

Максвелл теориясы бойынша жарық дегеніміз электромагниттік толқынның бір түрі, олай болса, жарық әсері электромагниттік толқынның әсері болып табылады.

Электрондық теория бойынша жарық пен заттың өзара әсері жарық толқындары электр өрісінің заттық атомдары мен молекулаларына тигізетін ықпалына келіп соғады. Жарық толқындарының өрісі өзгергенде атомдар құрамындағы электрондар ғана тербеле алады. Затқа түскен жарық толқындарының электр өрісі әсерінен электрондар еріксіз тербеледі. Осындай квази-серпімді электрондар тербелгенде айналаға жарық толқындары таралады.

Максвелл теориясы бойынша электр өтімділігі әр затты сипаттайтын тұрақты шама, сол сияқты заттың сыну көрсеткіші де турақты болғандықтан

Тәжірибелердің нәтижесі заттың жарық сыну көрсеткіші жарық толқындарының ұзындығына тәуелді екендігін көрсетеді. Мысалы, шынының сыну көрсеткіші көрінетін жарық толқын ұзындығы кеміген сайын арта түсетіндігі байқалады. Бұдан кәдімгі мөлдір заттан еткенде күлгін сәуленің жасыл сәуледен гөрі күштірек, жасыл сәуленің қызыл сәуледен гөрі күштірек сынатындығын байқаймыз.

(Заттың жарық сыну көрсеткішінің (п) жарықтын толқын ұзындығына тәуелділігі жарық дисперсиясы деп аталады. Бұл тәуелділікті мынадай өрнек арқылы көрсетуге болады

Сонда жарық толқындары ұзарғанда, яғни тербеліс жиілігі азайғанда сыну көрсеткішінің кемуі қалыпты дисперсия деп аталады. Ал жарық толқыны қысқарғанда, яғни тербеліс жиілігі артқанда сыну көрсеткішінің кемуі аномалъ дисперсия деп аталады.

Берілген заттың дисперсиясы деп заттың сыну көрсеткішінің толқын ұзындығына тәуелді өзгеруін айтамыз, яғни

Әдетте аномаль дисперсия жарықтың жұтылу жолақтары айқын білінетін газдар мен бұлардан өткенде де байқалады. Аномаль дисперсия құбылысын 1901 ж. американ физигі Р. Вуд, орыс физигі Д. Рождественский 1912 ж. зерттеді.

Жарық дисперсиясы жарық мөлдір призмадан өткенде айқын білінеді де, күрделі жарық шоғы спектрге жіктеледі. Сондықтан жарықты спектрге жіктей, зерттеуге арналған кейбір приборлардың негізгі бөлігі призма болып табылады.

Егер d, n, шамалары тұрақты болып пластинкаға монохромат жарық түсірсек онда пластинканың бүкіл бойында интерференциялық сурет біркелкі. Басқаша айтқанда пластинка беті түгел жап-жарық немесе түгел қара қоңыр болады. Ал пластинка; ақ жарық түсірсек, онда оның беті біркелкі түрлі түске боялып тұрады.

Сонда пайда болатын интерференциялық суреттер пластинканың қалыңдығына байланысты өзгереді. Әрбір интерференциялық жолақ пластинканың белгілі бір қалыңдығына сәйкес келеді. Егер дененің бетінде ақау бар болса онда пайда болатын интерференциялық жолақтар тегіс беттер жолақтардан өзгеше болады. Басқаша айтқанда, әрбір интерференциялық жолақ пластинканың қалыңдығы бірдей орындарына сәйкес келеді. Оларды бірдей қалыңдықтағы жолақтар деп атайды. Сол сияқты бірдей көлбеуліктегі жолақтар аталатын интерференциялық жолақтар бар. Бұл жолақтар пластинкаға жарықты әр түрлі бұрышпен түсіргенде шығады.

Егер пластинканың қалыңдығы бірдей болса, онда жолдың оптикалық айырмасы жарықтың түсу бұрышына, яғни көлбеулікке байланысты болады. Пайда болған жолақтарға оны жинағыш линзаның фокус жазықтығындағы экранға түсіріп көруге мүмкіндік бар. Егер линзаның осі пластинкаға жүргізілген нормаль бағытына дәл келсе, онда жолақтар концентрлі шеңберлер түрінде орналасады.

ИНТЕРФЕРОМЕТРЛЕР

Интерференция құбылысына негізделіп жасалған оптикалық құралды интерферометр деп атайды. Оның көмегімен жарықтың толқын ұзындығы, шағын арақашықтығы заттардың сыну көрсеткіштерін және оптикалық беттердің сапалылығын тексереді. Интерферометрдің бірнеше түрі бар. Олар Жамен интерферометрі, Майкельсон интерферометрі, Фабри-Перо интерферометрі, В. П. Линниктің микроинтерферометрі.

Заттардың сыну көрсеткішін өлшейтін интерферометрді интерференциялық рефрактометр деп атайды. Оның көмегімен зиянды газдардың құрамын анықтайд. Қос сәулелі интерферометр мен микроскоптан тұратын құралды интерференциялық микроскоп деп атайды. Ол биологияда қолданылады. Оның көмегімен мөлдір микрообъектілердің қалдығын, құрғақ заттардың концентрациясын және сыну көрсеткішін өлшейді.

ЖАРЫҚ ДИФРАКЦИЯСЫ. ФРЕНЕЛЬ ЗОНАЛАРЫ

Дифракция құбылысы да жарықтың толқындық қасиетін дәлелдейді. Түзу сызық бойымен таралған жарық кедергіге кездессе, өзінің бастапқы бағытын өзгертіп, кедергіні айналып өтеді. Жарықтың түзу сызықты бағыттан ауытқу құбылысын дифракция деп атайды. Жарық дифракциясы кәдімгі жағдайларда байқала бермейді. Ал дыбыс толқындарының дифракциясын кәдімгі жағдайда анық байқауға болады. Мысалы, үйдің бір бөлмесінде айтылған сөз екінші бөлмеге естіледі. Оның себебі дыбыс толқыны жолда тұрған кедергіні (қабырғаны) айналып өтеді, яғни дыбыс толқыны дифракцияланады.

Дифракцияның негізгі заңдылықтарын төмендегі екі принцип арқылы жақсы түсіндіруге болады.

1. Гюйгенс принципі. Уақыттың кез-келген мезетінде жарық толқыны тарайтын толқындық беттің әрбір нүктесін элементар толқын көзі деп қарастыруға болады.

Дифракция құбылысын тек Гюйгенс принципімен ғана түсіндіруге болмайды. Себебі Гюйгенс принципі дифракцияланған сәулелердің интенсивтілігін (күшін) анықтап бере алмайды. Гюйгенс принципі бойынша тек таралып отырған жарықтың бағытын ғана анықтауға болады.

2. Интерференция принципі (заңы) . Жарық толқыны бетінің барлық нүктесі бірдей жиілікте тербеліп тұрады. Олардың фазалары да бірдей болады. Олай болса, оларды когерентті жарық көздерінің жиынтығы деп қарастырсақ еш қателеспейміз.

Френель осы екі принципті біріктірді. Ол Гюйгенс-Френель принципі деп аталады. Бұл принцип бойынша толқын бетінің фронтының алдыңғы жағындағы нүктедегі тербелісті табу үшін сол нүктедегі толқындық беттің барлық нүктелерінен келген тербелістерді тауып, одан кейін олардың фазалары мен амплитудаларын ескере отырып қосу керек.

Дифракциялық суреттердегі жарық интенсивтілігінің қалай орналасқанын түсіндіру үшін Френельдің зоналар әдісі пайдаланылады.

Жарық көзінен жарық толқыны таралсын. Гюйгенс принципі бойынша жан-жаққа сфералық жарық таралады. уақыт ішінде толқын жан-жаққа тарала отырып R=SO=v*t қашықтыққа жетеді. Радиусы R сфералық бет К жүргізейік. Енді М нүктесіндегі жарық толқыныныц әсерін анықтау үшін сол толқындық бетті (К) деңгелек зоналарға бөлеміз. Ол үшін М-ді центр етіп, К толқындық бетті бірнеше сфераға бөлеміз. Көршілес сфералар радиустарының бір-бірінен айырмасы жарты толқын ұзындығына тең болатындай етіп аламыз; Сондабірінші зонаның (сфераның) радиусы

екіншісінікі

Зоналар нөмірі (k) өте үлкен болғанда М нүктесіне келетін жарық интенсивтілігінің аздығы сонша, оны нөлге тең деп алуға болады. Сонымен, жарық айналып өте ме, жоқ, түзу сызық бойымен, тарала ма деген сұраққа жауап беру үшін тесік (мұны кедергі деуге де болады) пен Френель зоналарының арақатынасын қарастыру қажет. Тесіктің өлшемі мен Френель зоналарының ені өлшемдес, басқаша айтқанда тесікке (кедергіге) сыятын Френель зонала рының саны аз болса, онда М нүктесі жарық, ал егер тесікке (кедергіге) Френель зоналары өте көп мөлшерде сыйып кететін болса, онда М нүктесі қараңғы болып көрінеді.

Френель зоналары өлшемінің жарықтың толқын ұзындығына байланысты екені дәлелденген. Егер кедергінің өлшемі (d) толқың ұзындығынан әлдеқайда үлкен болса, онда жарық толқыны түзу сызық бойымен таралады. Ал болса, онда толқын (109-суреттегідей таралып дифракция құбылысы байқалады. Сонымен дифракция құбылысы жарық толқынының жолында кездескен кедергінің өлшеміне байланысты болады.

Кедергінің (тесіктің) өлшемі толқын ұзындығына қарағанда кіші болса, онда дифракция құбылысы байқалады. Ал кедергі толқын ұзындығына қарағанда өте үлкен болса, онда экранда сол кедергінің (тесіктің) көлеңкесі пайда болады. Мысалы, жарық толқынының жолына өте жіңішке сым қойсақ, онда экранға ақ және қараңғы белдеулерден тұратын сурет шыға келеді. Ал сымның өлшемі үлкен болса, онда экранда сол сымның көлеңкесі көрінеді. Ал, сымның орнына өлшемі жарықтың толқын ұзындығына қарағанда әлдеқайда кіші тесік алсақ, онда экранда ақ, қара түсті көлеңкелі шенберлер байқаймыз. Ал тесіктің өлшемі толқын ұзындығынан әлдеқайда үлкен болса, онда экранная тесіктің көлеңкесі байқалады.

Дифракциялық құбылыстар өз сипаттамасына байланысты екіге бөлінеді. Біріншісін Френель дифракциясы деп атайды. Бұл дифракция жарық көзі мен кедергінің арақашықтығы онша алшақ болмаған жағдайда байқалады. Френель дифракциясын оптикалық жүйелер қолданбай-ақ байқауға болады. Ал жарық көзі мен кедергінің арасы өте қашық болса, онда Фраунгофер иемесе параллель сәулелер дифракциясы көрінеді. Бұл дифракцияны байқау үшін линза қолданылады.

Бір ғана тесігі бар денеге (экранға) параллель жарық сәулелері перпендикуляр келіп түссін. Тесіктің ені АВ = а. Толқын бетінің тесікке келіп жеткен әрбір нүктесін жаңадан пайда болған толқын көздер деп қарастырамыз. Гюйгенс принципі бойынша бұл толқын көздерінен жан-жаққа жарық тербелістер таралады бұрышын дифракция бұрышы деп атайды.

Тесіктен шыққан. сәулелер ф бұрышымен дифракцияланып, линзаның көмегімен М нүктесінде шоғырлана интерференцияланады. М нүктесінің жарық немесе қараңғы болуы неге байланысты болатынын қарастырайық.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.