Взаимодействие излучения ультрафиолетового, инфракрасного и видимого спектральных диапазонов

Одним из основных процессов, происходящих при взаимо­действии УФ-излучения с веществом, является возбуждаемая в нем люминесценция, которая называется фотолюминесценция. Фотолю­минесценция (ФЛ) характеризуется теми же спектрально-кинетичес­кими характеристиками, что и РЛ, хотя для нее более характерны внутрецентровые процессы, т.е. процессы, происходящие внутри цен­тра люминесценции без возбуждения люминесценции в основном веществе минерала [26].

Необходимо отметить, что при возбуждении ФЛ число спектраль­ных максимумов люминесценции, их положение и распределение энер­гии в спектре зависят от типа возбуждения (ртутно-кварцевые лам­пы или УФ-лазеры) и энергетического спектра внешнего воздействия. Наблюдающиеся различия обусловлены главным образом специфи­кой взаимодействия внешнего возбуждения с веществом минерала, в частности, селективностью взаимодействия с центрами свечения и спецификой процессов трансформации энергии в минерале.

Отношение энергии фотолюминесцентного излучения Е_изл к энер­гии, передаваемой минералу при его возбуждении Е_погл, называется энергетическим выходом люминесценции

. (1.2.3.1)

В случае возбуждения, при котором энергия к минералу подво­дится отдельными порциями (квантами) или в результате отдельных актов взаимодействия, эффективность возбуждения фотолюминес­ценции характеризуется квантовым выходом. Квантовый выход представляет собой отношение числа квантов люминесценции N_изл к числу квантов возбуждающего излучения N_погл или числу отдельных актов передачи энергии минералу.

. (1.2.3.2)

Поскольку ,то

. (1.2.3.3)

При ФЛ квантовый выход может быть близок к единице. В то же время при рентгенолюминесценции он достигает сотен и тысяч еди­ниц. Это является следствием механизма световозбуждающего дей­ствия фотонов высокой энергии. Поскольку один фотон поглоща­емого излучения порождает более чем один фотон люминесценции, то в этом случае происходит фотонное умножение.

Для ФЛ характерно так называемое стоксовское смещение мак­симума свечения люминесценции, т.е. энергия испускаемого кванта люминесценции всегда меньше ширины запрещенной зоны. В итоге максимально возможный энергетический выход фотолюминесценции может снизится даже до 30%.

Взаимодействие излучения видимого спектрального диа­пазона с веществом

Видимый свет представляет собой электро­магнитное излучение с длинами волн от 380 до 760 нм (1нм = 10^-9м). При падении видимого света на поверхность вещества он может отразиться от поверхности, преломиться на границе раздела двух сред или пройти через вещество [27].

Закон отражения света формулируется следующим образом: если свет падает на плоскую поверхность оптически однородного веще­ства, то угол падения первичной волны равен углу отражения вторичной волны по абсолютному значению. В данном случае такое отражение будет называться зеркальным. Если же поверхность ве­щества, на которую падает свет, оптически неоднородна, т.е. шеро­ховатая, то отраженный от нее свет вследствие его дифракции будет равномерно распространяться по всем направлениям. Поэтому та­кое отражение называют диффузным.

Важной оптической характеристикой вещества является коэффи­циент отражения, представляющий собой отношение световых пото­ков отраженной и падающей волн. Отражение естественного света сопровождается частичной его поляризацией, а отражательная спо­собность веществ определяет их цвет, т.е. каждое вещество облада­ет способностью неодинаково отражать лучи разных длин волн. Это свойство характеризуется спектральной отражательной способнос­тью тел, выражаемой кривой спектрального отражения, являющейся зависимостью изменения интенсивности в отраженном от поверхно­сти пучке , от длины волны . На рис. 1.2.3.1 представлены зависимо­сти отражения белого света от поверхностей различной окраски.

Закон преломления света устанавливает связь между углом па­дения первичной волны и углом распространения преломленной вол­ны:

,(1.2.3.4)

где п₂₁ - относительный показатель преломления среды, в которой распространяется преломленный свет относительно среды распрос­транения падающего света.

Рис. 1.2.3.1.Спектральное отражение белого света от поверхностей тел различной окраски

Дальнейшее распространение преломленной волны в веществе сопровождается падением светового потока Ф_р по закону

. (1.2.3.5)

Где - начальное значение светового потока; - коэффициент поглощения; d - толщина слоя вещества.

Некоторые вещества можно охарактеризовать степенью прозрач­ности, которая определяется отношением светового потока прошед­шего через вещество, к падающему световому потоку. Это отноше­ние называется коэффициентом пропускания.