Przykładowe zagadnienia
3. Na czym polega mechanizm absorpcji promieniowania przez materiał?
W procesie absorpcji światło zachowuje się jak strumień cząstek elementarnych i może być pochłaniane tylko w określonych porcjach, których wielkość zależy od częstotliwości światła. Kwant światła, czyli foton niosący tę określoną porcję energii może oddziaływać z elektronem walencyjnym w atomie substancji ośrodka. Jeżeli energia fotonu równa jest różnicy energii pomiędzy dowolnym stanem wzbudzonym elektronu a stanem podstawowym, wówczas foton zostanie pochłonięty (następuje absorpcja fotonu). Gdy energia fotonu jest inna, wówczas albo przechodzi on przez substancję bez przeszkód lub jest rozpraszany. Na skutek absorpcji fotonu atom przechodzi w stan wzbudzenia o wyższej energii. Wzbudzone atomy powracają do stanu podstawowego emitując foton o takiej samej lub mniejszej energii. Zmniejszenie energii emitowanego fotonu w porównaniu z energią fotonu absorbowanego nosi nazwę luminescencji. Układ poziomów energetycznych elektronów w atomach, czas życia stanów wzbudzonych i sam proces absorpcji wynika z praw mechaniki kwantowej.
4. W jaki sposób powstaje wrażenie barwy?
Selektywna absorpcja lub odbicie światła powodująca wyeliminowanie części promieniowania prowadzi do odczucia barwy (oko ludzkie) , Mechanizmy powstawania barwy wiążą się z występowaniem w izolatorze centrów barwnych. Są to występujące w materiale lokalne dodatkowe poziomy energetyczne, które mogą absorbować światło w zakresie widzialnym. Zagadnienia te są bardzo ważne praktycznie dla pigmentów, szkła, szkliw ceramicznych, kryształów do laserów itp..
5. Jakie są rodzaje centrów barwnych?
I. Domieszki metali grup przejściowych – jony metali grup przejściowych (ziem rzadkie ze względu na nieobsadzone wewnętrzne orbity mogą absorbować promieniowanie w zakresie widzialnym stając się podstawowym sposobem barwienia szkła i kryształów. Długość absorbowanego promieniowania może być modyfikowana w zależności od otoczenia (koordynacji) w jakiej jony znajdują się w strukturze.
II. Defekty punktowe w kryształach – Defekty punktowe w kombinacji z defektami elektronowymi mogą stanowić dodatkowe poziomy energetyczne, które pochłaniając selektywnie promieniowanie widzialne barwią kryształy.
7. Co to jest laser i jaka jest zasada jego działania?
Laser to generator promieniowania, wykorzystujący zjawisko emisji wymuszonej. Nazwa jest akronimem od Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation — wzmocnienie światła poprzez wymuszoną emisję promieniowania. Promieniowanie lasera ma charakterystyczne właściwości, trudne lub wręcz niemożliwe do osiągnięcia w innych typach źródeł promieniowania. Zasadniczymi częściami lasera są: ośrodek czynny, rezonator optyczny, układ pompujący. Układ pompujący dostarcza energię do ośrodka czynnego, w ośrodku czynnym w odpowiednich warunkach zachodzi akcja laserowa, czyli kwantowe wzmacnianie (powielanie) fotonów, a układ optyczny umożliwia wybranie odpowiednich fotonów. Foton przemieszcza elektron z poziomu Ek na poziom wzbudzony En – tzw. krótkożyciowy. Następnie elektron przechodzi w wyniku przejścia bezpromienistego na niższy poziom Em metastabilny. Jeżeli energia fotonu wymuszającego wynosi ħω=Em – Ek to zostaje wymuszone wypromieniowanie drugiego fotonu koherentnego a elektron przenosi się na poziom podstawowy.