Przezroczystość i przezierność - Transparency and translucency

Filtry dichroiczne są tworzone przy użyciu optycznie przezroczystych materiałów.

W dziedzinie optyki , przezroczystość (zwany również pellucidity lub diaphaneity ) jest właściwością fizyczną pozwalać na przechodzenie światła materiału bez znacznego rozpraszania światła. W skali makroskopowej (takiej, w której wymiary są znacznie większe niż długości fal omawianych fotonów ), można powiedzieć, że fotony są zgodne z prawem Snella . Przezroczystość (zwana również przeziernością lub przezroczystością ) umożliwia przechodzenie światła, ale niekoniecznie (znowu w skali makroskopowej) jest zgodna z prawem Snella; fotony mogą być rozproszone na jednym z dwóch interfejsów lub wewnętrznie, gdzie następuje zmiana współczynnika załamania światła . Innymi słowy, półprzezroczysty materiał składa się z komponentów o różnych współczynnikach załamania. Przezroczysty materiał składa się z komponentów o jednolitym współczynniku załamania. Przezroczyste materiały wydają się przejrzyste, z ogólnym wyglądem jednego koloru lub dowolnej kombinacji prowadzącej do wspaniałego spektrum każdego koloru. Przeciwną właściwością przezierności jest nieprzezroczystość .

Kiedy światło napotyka materiał, może wchodzić z nim w interakcję na kilka różnych sposobów. Te interakcje zależą od długości fali światła i natury materiału. Fotony oddziałują z obiektem poprzez kombinację odbicia, absorpcji i transmisji. Niektóre materiały, takie jak szkło płaskie i czysta woda , przepuszczają dużo padającego na nie światła, a niewiele go odbijają; takie materiały nazywane są optycznie przezroczystymi. Wiele płynów i roztworów wodnych jest wysoce przezroczystych. Brak defektów strukturalnych (pustki, pęknięcia itp.) oraz struktura molekularna większości cieczy są w głównej mierze odpowiedzialne za doskonałą transmisję optyczną.

Materiały, które nie przepuszczają światła, nazywane są nieprzezroczystymi . Wiele takich substancji ma skład chemiczny, który obejmuje tak zwane centra absorpcji . Wiele substancji selektywnie absorbuje częstotliwości światła białego . Pochłaniają niektóre części widma widzialnego , odbijając inne. Częstotliwości widma, które nie są absorbowane, są albo odbijane, albo transmitowane do naszej fizycznej obserwacji. To właśnie daje początek kolorowi . Tłumienie światła o wszystkich częstotliwościach i długościach fal wynika z połączonych mechanizmów absorpcji i rozpraszania .

Przejrzystość może zapewnić niemal doskonały kamuflaż zwierzętom, które potrafią to osiągnąć. Jest to łatwiejsze w słabo oświetlonej lub mętnej wodzie morskiej niż przy dobrym oświetleniu. Wiele zwierząt morskich, takich jak meduzy, jest bardzo przezroczystych.

Porównania 1. nieprzezroczystości, 2. przezierności i 3. przezroczystości; za każdym panelem znajduje się gwiazda.

Etymologia

  • późny średnioangielski: ze starofrancuskiego, ze średniowiecznej łaciny transparent- „prześwitujące”, z łac. transparere, z trans- „przez” + parere „pojawiać się”.
  • koniec XVI wieku (w sensie łacińskim): od łac. przeświecający- „prześwitować”, od czasownika translucere, od trans- „przez” + lucere „przeświecać”.
  • późnośrednioangielski opake, od łacińskiego opacus „zaciemniony”. Na obecną pisownię (rzadką przed XIX wiekiem) wpływ miała forma francuska.

Wstęp

W odniesieniu do pochłaniania światła, podstawowe względy materiałowe obejmują:

  • Na poziomie elektronicznym absorpcja w ultrafioletowych i widzialnych (UV-Vis) częściach widma zależy od tego, czy orbitale elektronowe są rozmieszczone (lub „skwantowane”) w taki sposób, że mogą zaabsorbować kwant światła (lub foton ) określonego częstotliwości i nie narusza zasad selekcji . Na przykład w większości szkieł elektrony nie mają dostępnych poziomów energii powyżej poziomu związanego ze światłem widzialnym, a jeśli tak, naruszają zasady selekcji, co oznacza, że ​​w czystych (niedomieszkowanych) szkłach nie ma znaczącej absorpcji, co czyni je idealnymi. przezroczyste materiały do ​​okien w budynkach.
  • Na poziomie atomowym lub molekularnym absorpcja fizyczna w podczerwieni w części widma zależy od częstotliwości drgań atomowych lub molekularnych lub wiązań chemicznych oraz od zasad selekcji . Azot i tlen nie są gazami cieplarnianymi, ponieważ nie ma molekularnego momentu dipolowego .

W odniesieniu do rozpraszania światła , najbardziej krytycznym czynnikiem jest skala długości którejkolwiek lub wszystkich tych cech strukturalnych w stosunku do długości fali rozpraszanego światła. Podstawowe kwestie dotyczące materiałów obejmują:

  • Struktura krystaliczna: niezależnie od tego, czy atomy, czy molekuły wykazują „porządek dalekiego zasięgu”, widoczny w krystalicznych ciałach stałych.
  • Struktura szklista: centra rozpraszania obejmują fluktuacje gęstości lub składu.
  • Mikrostruktura : centra rozpraszania obejmują powierzchnie wewnętrzne, takie jak granice ziaren, defekty krystalograficzne i pory mikroskopowe.
  • Materiały organiczne: centra rozpraszania obejmują struktury i granice włókien i komórek.
Ogólny mechanizm odbicia rozproszonego

Odbicie rozproszone — ogólnie rzecz biorąc, gdy światło pada na powierzchnię (niemetalicznego i nieszklistego) materiału stałego, odbija się we wszystkich kierunkach z powodu wielokrotnych odbić od mikroskopijnych nieregularności wewnątrz materiału (np. granic ziaren materiału polikrystalicznego). materiału lub granice komórek lub włókien materiału organicznego) oraz jego powierzchni, jeśli jest szorstka. Odbicie rozproszone zazwyczaj charakteryzuje się dookólnymi kątami odbicia. Większość obiektów widocznych gołym okiem identyfikuje się poprzez odbicie rozproszone. Innym terminem powszechnie używanym dla tego typu odbicia jest „rozpraszanie światła”. Rozpraszanie światła z powierzchni obiektów to nasz podstawowy mechanizm obserwacji fizycznej.

Rozpraszanie światła w cieczach i ciałach stałych zależy od długości fali rozpraszanego światła. Powstają więc granice przestrzennych skal widzialności (przy użyciu światła białego) w zależności od częstotliwości fali świetlnej i fizycznego wymiaru (lub skali przestrzennej) środka rozpraszania. Światło widzialne ma skalę długości fali rzędu pół mikrometra . Centra rozpraszania (lub cząstki) o wielkości zaledwie jednego mikrometra zaobserwowano bezpośrednio w mikroskopie świetlnym (np. ruchy Browna ).

Ceramika przezroczysta

Przezroczystość optyczna w materiałach polikrystalicznych jest ograniczona ilością światła, które jest rozpraszane przez ich cechy mikrostrukturalne. Rozpraszanie światła zależy od długości fali światła. Powstają więc granice przestrzennych skal widzialności (przy użyciu światła białego) w zależności od częstotliwości fali świetlnej i fizycznego wymiaru centrum rozpraszania. Na przykład, ponieważ światło widzialne ma skalę długości fali rzędu mikrometra, centra rozpraszania będą miały wymiary w podobnej skali przestrzennej. Pierwotne centra rozpraszania w materiałach polikrystalicznych obejmują defekty mikrostrukturalne, takie jak pory i granice ziaren. Oprócz porów, większość interfejsów w typowym przedmiocie metalowym lub ceramicznym ma postać granic ziaren, które oddzielają małe obszary uporządkowania krystalicznego. Gdy rozmiar centrum rozpraszania (lub granicy ziaren) jest zmniejszony poniżej rozmiaru długości fali rozpraszanego światła, rozpraszanie nie występuje już w znaczącym stopniu.

Podczas formowania materiałów polikrystalicznych (metali i ceramiki) wielkość ziaren krystalicznych jest w dużej mierze determinowana przez wielkość cząstek krystalicznych obecnych w surowcu podczas formowania (lub prasowania) przedmiotu. Ponadto wielkość granic ziaren zmienia się bezpośrednio wraz z wielkością cząstek. Tak więc zmniejszenie oryginalnego rozmiaru cząstek znacznie poniżej długości fali światła widzialnego (około 1/15 długości fali światła lub w przybliżeniu 600/15 = 40  nanometrów ) eliminuje wiele rozpraszania światła, co skutkuje półprzezroczystym lub nawet przezroczystym materiałem.

Komputerowe modelowanie transmisji światła przez półprzezroczysty ceramiczny tlenek glinu wykazało, że mikroskopijne pory uwięzione w pobliżu granic ziaren działają jako podstawowe centra rozpraszania. Aby uzyskać wysokiej jakości transmisję optyczną (99,99 procent gęstości teoretycznej), udział objętościowy porowatości musiał zostać zmniejszony poniżej 1%. Cel ten został z łatwością osiągnięty i obszernie zademonstrowany w laboratoriach i placówkach badawczych na całym świecie przy użyciu pojawiających się metod przetwarzania chemicznego, obejmujących metody chemii zol-żel i nanotechnologii .

Przezroczystość materiału użytego do podkreślenia struktury obiektu fotograficznego

Przezroczysta ceramika wzbudziła zainteresowanie ich zastosowaniami w laserach wysokoenergetycznych, przezroczystych oknach pancerzy, stożkach nosowych dla pocisków poszukujących ciepła, detektorach promieniowania do badań nieniszczących, fizyce wysokich energii, eksploracji kosmosu, zastosowaniach związanych z bezpieczeństwem i obrazowaniem medycznym. Duże elementy laserowe wykonane z przezroczystej ceramiki można wyprodukować stosunkowo niskim kosztem. Komponenty te są wolne od naprężeń wewnętrznych lub wewnętrznej dwójłomności i umożliwiają stosunkowo wysoki poziom domieszkowania lub zoptymalizowane profile domieszkowania zaprojektowane na zamówienie. To sprawia, że ​​ceramiczne elementy laserowe są szczególnie ważne dla laserów wysokoenergetycznych.

Rozwój przezroczystych produktów panelowych będzie miał inne potencjalne zaawansowane zastosowania, w tym materiały o wysokiej wytrzymałości i odporności na uderzenia, które można stosować w oknach domowych i świetlikach. Być może ważniejsze jest to, że ściany i inne zastosowania będą miały lepszą ogólną wytrzymałość, szczególnie w warunkach silnego ścinania, które występują przy dużych narażeniach sejsmicznych i wiatrowych. Jeśli oczekiwana poprawa właściwości mechanicznych potwierdzi się, tradycyjne ograniczenia widoczne w przeszkleniach w dzisiejszych przepisach budowlanych mogą szybko stać się nieaktualne, jeśli obszar okna faktycznie przyczynia się do odporności ściany na ścinanie.

Obecnie dostępne materiały przezroczyste na podczerwień zazwyczaj wykazują kompromis między wydajnością optyczną, wytrzymałością mechaniczną i ceną. Na przykład szafir (krystaliczny tlenek glinu ) jest bardzo mocny, ale jest drogi i nie ma pełnej przezroczystości w zakresie średniej podczerwieni 3-5 mikrometrów. Yttria jest w pełni przezroczysta od 3 do 5 mikrometrów, ale nie ma wystarczającej wytrzymałości, twardości i odporności na szok termiczny do zastosowań lotniczych o wysokiej wydajności. Nic dziwnego, że połączenie tych dwóch materiałów w postaci granatu itrowo-aluminiowego (YAG) jest jednym z najlepszych w tej dziedzinie.

Absorpcja światła w ciałach stałych

Kiedy światło uderza w obiekt, zwykle ma nie tylko jedną częstotliwość (lub długość fali), ale wiele. Przedmioty mają tendencję do selektywnego pochłaniania, odbijania lub przepuszczania światła o określonych częstotliwościach. Oznacza to, że jeden obiekt może odbijać zielone światło, pochłaniając wszystkie inne częstotliwości światła widzialnego. Inny obiekt może selektywnie przepuszczać niebieskie światło, jednocześnie pochłaniając wszystkie inne częstotliwości światła widzialnego. Sposób, w jaki światło widzialne oddziałuje z obiektem, zależy od częstotliwości światła, natury atomów w obiekcie i często natury elektronów w atomach obiektu.

Niektóre materiały pozwalają na przepuszczanie dużej części światła, które na nie pada, bez odbijania się. Materiały, które umożliwiają przepuszczanie przez nie fal świetlnych, nazywane są optycznie przezroczystymi. Chemicznie czyste (niedomieszkowane) szkło okienne i czysta woda rzeczna lub źródlana są tego najlepszymi przykładami.

Materiały, które nie przepuszczają żadnych częstotliwości fal świetlnych, nazywane są nieprzezroczystymi . Takie substancje mogą mieć skład chemiczny, który obejmuje tak zwane centra absorpcji. Większość materiałów składa się z materiałów, które selektywnie pochłaniają częstotliwości światła. W ten sposób pochłaniają tylko niektóre części widma widzialnego. Częstotliwości widma, które nie są pochłaniane, są albo odbijane, albo przesyłane do naszej fizycznej obserwacji. W widzialnej części widma to właśnie powoduje powstanie koloru.

Ośrodki absorpcji są w dużej mierze odpowiedzialne za pojawianie się wokół nas określonych długości fal światła widzialnego. Przejście od dłuższych (0,7 mikrometra) do krótszych (0,4 mikrometra) długości fal: czerwony, pomarańczowy, żółty, zielony i niebieski (ROYGB) można rozpoznać za pomocą naszych zmysłów w wyglądzie koloru poprzez selektywną absorpcję określonych częstotliwości fal świetlnych (lub długości fal). Mechanizmy selektywnej absorpcji fal świetlnych obejmują:

  • Elektroniczne: Przejścia w poziomach energii elektronów w atomie (np. pigmenty ). Te przejścia są zwykle w ultrafiolecie (UV) i/lub widzialnej części widma.
  • Wibracyjne: Rezonans w atomowych/molekularnych trybach drgań . Te przejścia są zwykle w podczerwieni w części widma.

UV-Vis: przejścia elektroniczne

W absorpcji elektronowej częstotliwość przychodzącej fali świetlnej jest równa lub zbliżona do poziomu energii elektronów w atomach, z których składa się substancja. W takim przypadku elektrony będą absorbować energię fali świetlnej i zwiększać swój stan energetyczny, często przemieszczając się na zewnątrz z jądra atomu do zewnętrznej powłoki lub orbity .

Atomy, które łączą się ze sobą, tworząc cząsteczki dowolnej konkretnej substancji, zawierają pewną liczbę elektronów (podaną przez liczbę atomową Z na schemacie okresowym ). Przypomnij sobie, że wszystkie fale świetlne mają pochodzenie elektromagnetyczne. W związku z tym są silnie dotknięte, gdy wchodzą w kontakt z ujemnie naładowanymi elektronami w materii. Kiedy fotony (pojedyncze pakiety energii świetlnej) wejdą w kontakt z elektronami walencyjnymi atomu, może i wystąpi jedna z kilku rzeczy:

  • Cząsteczka absorbuje foton, część energii może zostać utracona w wyniku luminescencji , fluorescencji i fosforescencji .
  • Cząsteczka pochłania foton, co powoduje odbicie lub rozproszenie.
  • Cząsteczka nie może wchłonąć energii fotonu i foton kontynuuje swoją drogę. Powoduje to transmisję (pod warunkiem, że nie są aktywne inne mechanizmy absorpcji).

Przez większość czasu jest to kombinacja powyższych, która dzieje się ze światłem, które uderza w obiekt. Stany w różnych materiałach różnią się w zakresie energii, którą mogą pochłaniać. Na przykład większość okularów blokuje światło ultrafioletowe (UV). Dzieje się tak, że elektrony w szkle pochłaniają energię fotonów w zakresie UV, ignorując słabszą energię fotonów w widmie światła widzialnego. Ale istnieją również specjalne rodzaje szkła , takie jak specjalne rodzaje szkła borokrzemianowego lub kwarcu, które przepuszczają promieniowanie UV, a tym samym umożliwiają wysoką transmisję światła ultrafioletowego.

Tak więc, gdy materiał jest oświetlony, pojedyncze fotony światła mogą spowodować przejście elektronów walencyjnych atomu na wyższy poziom energii elektronowej . W tym procesie foton ulega zniszczeniu, a pochłonięta energia promieniowania zostaje zamieniona na elektryczną energię potencjalną. Z pochłoniętą energią może się wtedy zdarzyć kilka rzeczy: może być ona ponownie wyemitowana przez elektron jako energia promienista (w tym przypadku efektem jest w rzeczywistości rozproszenie światła), rozproszona na resztę materiału (tzn. zamieniona w ciepło ) lub elektron może zostać uwolniony od atomu (jak w efektach fotoelektrycznych i Comptona ).

Podczerwień: rozciąganie wiązań

Normalne tryby drgań w krystalicznym ciele stałym

Podstawowym fizycznym mechanizmem magazynowania energii mechanicznej ruchu w skondensowanej materii jest ciepło lub energia cieplna . Energia cieplna przejawia się jako energia ruchu. Tak więc ciepło jest ruchem na poziomie atomowym i molekularnym. Podstawowym sposobem ruchu substancji krystalicznych jest wibracja . Każdy atom będzie wibrował wokół jakiejś średniej lub średniej pozycji w strukturze krystalicznej, otoczonej najbliższymi sąsiadami. Ta wibracja w dwóch wymiarach jest odpowiednikiem drgań wahadła zegara. Kołysze się symetrycznie do przodu i do tyłu o jakąś średnią lub średnią (pionową) pozycję. Częstotliwości drgań atomowych i molekularnych mogą być średnio rzędu 10-12 cykli na sekundę ( promieniowanie terahercowe ).

Kiedy fala świetlna o danej częstotliwości uderzy w materiał z cząsteczkami o takich samych lub (rezonansowych) częstotliwościach drgań, wówczas cząsteczki te pochłoną energię fali świetlnej i przekształcą ją w energię cieplną ruchu wibracyjnego. Ponieważ różne atomy i cząsteczki mają różne częstotliwości drgań własnych, będą one selektywnie pochłaniać różne częstotliwości (lub części widma) światła podczerwonego. Odbicie i transmisja fal świetlnych występują, ponieważ częstotliwości fal świetlnych nie odpowiadają naturalnym częstotliwościom rezonansowym drgań obiektów. Kiedy światło podczerwone o tych częstotliwościach pada na obiekt, energia jest odbijana lub transmitowana.

Jeśli obiekt jest przezroczysty, wówczas fale świetlne są przekazywane do sąsiednich atomów przez większość materiału i ponownie emitowane po przeciwnej stronie obiektu. Mówi się, że takie częstotliwości fal świetlnych są transmitowane .

Przejrzystość w izolatorach

Obiekt może być nieprzezroczysty, ponieważ odbija wpadające światło lub pochłania światło wpadające. Prawie wszystkie bryły odbijają część i pochłaniają część wpadającego światła.

Kiedy światło pada na blok metalu , napotyka atomy, które są ciasno upakowane w regularną siatkę i „ morze elektronów ” poruszające się losowo między atomami. W metalach większość z nich to elektrony niewiążące (lub elektrony swobodne), w przeciwieństwie do elektronów wiążących typowo występujących w niemetalicznych (izolujących) ciałach stałych związanych kowalencyjnie lub jonowo. W wiązaniu metalicznym wszelkie potencjalne elektrony wiążące mogą łatwo zostać utracone przez atomy w strukturze krystalicznej. Efektem tej delokalizacji jest po prostu wyolbrzymienie efektu „morza elektronów”. W wyniku tych elektronów większość światła wpadającego do metali jest odbijana z powrotem, dlatego widzimy błyszczącą metalową powierzchnię.

Większość izolatorów (lub materiałów dielektrycznych ) jest połączonych wiązaniami jonowymi . W związku z tym materiały te nie posiadają swobodnych elektronów przewodzących , a elektrony wiążące odbijają tylko niewielką część fali padającej. Pozostałe częstotliwości (lub długości fal) mogą swobodnie się rozprzestrzeniać (lub być transmitowane). Ta klasa materiałów obejmuje całą ceramikę i szkło .

Jeżeli materiał dielektryczny nie zawiera molekuł dodatków pochłaniających światło (pigmentów, barwników, barwników), to zazwyczaj jest przezroczysty dla widma światła widzialnego. Centra koloru (lub cząsteczki barwnika lub „domieszki”) w dielektryku pochłaniają część wpadającego światła. Pozostałe częstotliwości (lub długości fal) mogą być odbijane lub transmitowane. Tak powstaje szkło kolorowe.

Większość płynów i roztworów wodnych jest wysoce przezroczysta. Na przykład woda, olej kuchenny, alkohol do nacierania, powietrze i gaz ziemny są czyste. Brak defektów strukturalnych (pustki, pęknięcia itp.) oraz struktura molekularna większości cieczy są głównie odpowiedzialne za ich doskonałą transmisję optyczną. Zdolność płynów do „naprawiania” wewnętrznych defektów poprzez lepki przepływ jest jedną z przyczyn, dla których niektóre materiały włókniste (np. papier lub tkanina) zwiększają swoją widoczną przezroczystość po zmoczeniu. Płyn wypełnia liczne puste przestrzenie czyniąc materiał bardziej jednorodnym strukturalnie.

Rozpraszanie światła w idealnej, pozbawionej defektów krystalicznej (niemetalicznej) bryle, która nie zapewnia centrów rozpraszania dla padającego światła, będzie wynikać przede wszystkim z efektów anharmonicznych w obrębie uporządkowanej sieci. Transmisja światła będzie wysoce kierunkowa ze względu na typową anizotropię substancji krystalicznych, która obejmuje ich grupę symetrii oraz sieć Bravaisa . Na przykład siedem różnych krystalicznych postaci kwarcu krzemionkowym ( dwutlenek krzemu , SiO 2 ) są jasne, przezroczyste materiały .

Falowody optyczne

Propagacja światła przez światłowód wielomodowy
Wiązka lasera odbijająca się od pręta akrylowego , ilustrująca całkowite wewnętrzne odbicie światła w światłowodzie wielomodowym

Optycznie przezroczyste materiały skupiają się na reakcji materiału na przychodzące fale świetlne o różnych długościach fal. Kierowana transmisja fal świetlnych przez falowody selektywne częstotliwościowo obejmuje rozwijającą się dziedzinę światłowodów i zdolność niektórych szklistych kompozycji do działania jako medium transmisyjne dla zakresu częstotliwości jednocześnie ( światłowód wielomodowy ) z niewielkimi lub żadnymi interferencjami między konkurencyjnymi długościami fal lub częstotliwości. Ten rezonansowy tryb transmisji energii i danych poprzez propagację fali elektromagnetycznej (światła) jest stosunkowo bezstratny.

Światłowód to cylindryczny falowód dielektryczny, który przepuszcza światło wzdłuż swojej osi w procesie całkowitego wewnętrznego odbicia . Włókno składa się z rdzenia otoczonego warstwą okładziny . Aby ograniczyć sygnał optyczny w rdzeniu, współczynnik załamania rdzenia musi być większy niż współczynnika płaszcza. Współczynnik załamania to parametr odzwierciedlający prędkość światła w materiale. (Współczynnik załamania światła to stosunek prędkości światła w próżni do prędkości światła w danym ośrodku. Współczynnik załamania próżni wynosi zatem 1.) Im większy współczynnik załamania, tym wolniej światło przemieszcza się w tym ośrodku. Typowe wartości dla rdzenia i płaszcza światłowodu wynoszą odpowiednio 1,48 i 1,46.

Gdy światło podróżujące w gęstym ośrodku uderza w granicę pod stromym kątem, światło zostanie całkowicie odbite. Ten efekt, zwany całkowitym odbiciem wewnętrznym , jest wykorzystywany w światłowodach do ograniczania światła w rdzeniu. Światło przemieszcza się wzdłuż włókna, odbijając się od granicy. Ponieważ światło musi uderzać w granicę pod kątem większym niż kąt krytyczny , propaguje się tylko światło, które wpada do światłowodu w określonym zakresie kątów. Ten zakres kątów nazywany jest stożkiem akceptacji włókna. Wielkość tego stożka akceptacji jest funkcją różnicy współczynnika załamania światła między rdzeniem a płaszczem światłowodu. Falowody optyczne są wykorzystywane jako komponenty w zintegrowanych układach optycznych (np. w połączeniu z laserami lub diodami elektroluminescencyjnymi , diodami LED) lub jako medium transmisyjne w lokalnych i dalekosiężnych systemach komunikacji optycznej .

Mechanizmy tłumienia

Tłumienie światła przez włókna ZBLAN i krzemionkowe

Tłumienie w światłowodzie , znane również jako utrata transmisji, to zmniejszenie natężenia wiązki światła (lub sygnału) w stosunku do odległości przebytej przez medium transmisyjne. Współczynniki tłumienia w światłowodach zwykle przyjmują jednostki dB/km przez medium ze względu na bardzo wysoką jakość przezroczystości nowoczesnych optycznych mediów transmisyjnych. Medium to zazwyczaj włókno ze szkła krzemionkowego, które ogranicza wiązkę światła padającego do wewnątrz. Tłumienie jest ważnym czynnikiem ograniczającym transmisję sygnału na duże odległości. W światłowodach głównym źródłem tłumienia jest rozpraszanie od nieregularności na poziomie molekularnym ( rozpraszanie Rayleigha ) na skutek nieporządku strukturalnego i fluktuacji składu struktury szkła . To samo zjawisko jest postrzegane jako jeden z czynników ograniczających przezroczystość kopuł rakietowych na podczerwień. Dalsze tłumienie jest spowodowane światłem pochłanianym przez materiały resztkowe, takie jak metale lub jony wody, w rdzeniu włókna i wewnętrznej okładzinie. Inne czynniki powodujące tłumienie to wycieki światła spowodowane zginaniem, spawami, złączami lub innymi siłami zewnętrznymi.

Jako kamuflaż

Wiele zwierząt na otwartym morzu, takich jak ta meduza Aurelia labiata , jest w dużej mierze przezroczystych.

Wiele zwierząt morskich unoszących się w pobliżu powierzchni jest wysoce przezroczystych, co daje im niemal doskonały kamuflaż . Jednak przezroczystość jest trudna dla korpusów wykonanych z materiałów, które mają inne współczynniki załamania niż woda morska. Niektóre zwierzęta morskie, takie jak meduzy, mają galaretowate ciała, składające się głównie z wody; ich gruba mezogloea jest bezkomórkowa i wysoce przezroczysta. To sprawia, że ​​są unoszące się na wodzie , ale są też duże jak na masę mięśniową, więc nie mogą szybko pływać, co sprawia, że ​​ta forma kamuflażu jest kosztownym kompromisem z mobilnością. Galaretowate zwierzęta planktonowe są przezroczyste od 50 do 90 procent. Przezroczystość na poziomie 50 procent wystarcza, aby zwierzę stało się niewidoczne dla drapieżnika, takiego jak dorsz, na głębokości 650 metrów (2130 stóp); lepsza przejrzystość jest wymagana dla niewidzialności w płytszej wodzie, gdzie światło jest jaśniejsze, a drapieżniki lepiej widzą. Na przykład dorsz widzi zdobycz, która jest w 98% przezroczysta przy optymalnym oświetleniu w płytkiej wodzie. Dlatego na głębszych wodach łatwiej jest uzyskać wystarczającą przezroczystość dla kamuflażu. Z tego samego powodu przezroczystość powietrza jest jeszcze trudniejsza do osiągnięcia, ale częściowy przykład można znaleźć w szklanych żabach z lasów deszczowych Ameryki Południowej, które mają przezroczystą skórę i bladozielonkawe kończyny. Kilka środkowoamerykańskich gatunków motyli czystoskrzydłych ( ithomiine ) oraz wiele ważek i pokrewnych owadów również ma skrzydła, które są w większości przezroczyste, co jest formą cripsis, która zapewnia pewną ochronę przed drapieżnikami.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

  • Elektrodynamika ośrodków ciągłych , Landau, LD, Lifshits. EM i Pitaevskii, LP, (Pergamon Press, Oxford, 1984)
  • Rozpraszanie światła laserowego: podstawowe zasady i praktyka Chu, B., 2nd Edn. (Prasa akademicka, Nowy Jork 1992)
  • Inżynieria laserowa na ciele stałym , W. Koechner (Springer-Verlag, Nowy Jork, 1999)
  • Wprowadzenie do fizyki chemicznej , JC Slater (McGraw-Hill, Nowy Jork, 1939)
  • Nowoczesna teoria brył , F. Seitz, (McGraw-Hill, Nowy Jork, 1940)
  • Współczesne aspekty ciała szklistego , JDMacKenzie, Ed. (Butterworths, Londyn, 1960)

Zewnętrzne linki