Результаты измерения высоты рельефа объекта

8.1. Краткие теоретическиесведения

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

8.1.

8.1.1. Люминесценция, её классификация и основные закономерности

Явления люминесценции изучаются в разделе физической оптики и спектроскопии и отражают квантовые представления на природу света и вещества. Изучение люминесцентных свойств вещества нередко дает возможность добывать о нем ценнейшую информацию, которую в ряде случаев не удается получить никакими другими способами. Это делает люминесцентные методы весьма эффективными при исследовании самых различных физических, химических и биологических процессов

Люминесценция возникает в результате поглощения веществом энергии возбуждения и перехода его частиц из нормального в возбужденное электронное состояние. При их возвращении из возбужденного состояния в нормальное избыток энергии может излучаться в виде квантов света. Возбуждение может осуществляться как за счет тепловой, так и за счет других видов энергии. Люминесценция (холодное свечение) — излучение, представляющее собой избыток над тепловым излучением тела при данной температуре и имеющее длительность, значительно превышающую период световых волн. Период световых волн составляет 10^-15с, а длительность люминесценции как минимум - 10^-10 c.

Классификация явлений люминесценции

По типу возбуждения различают:

Катодолюминесценцию (возбуждение пучком электронов);

электролюминесценцию (возбуждение электрическим полем);

фотолюминесценцию (возбуждение светом);

хемилюминесценцию (возбуждение при химических реакциях) и др.

По длительности люминесценции, различают: флуоресценцию, (короткое свечение) и фосфоресценцию (длительное свечение). Четкой границы между ними указать нельзя.

По характеристике механизма элементарных процессов:

Переход атома из возбужденного состояния может носить самопроизвольный (спонтанный) и индуцированный характер (рис.8.1). Излучение, которое при этом возникает, соответственно называется спонтанным и индуцированным. При самопроизвольном переходе атома из возбужденного состояния в основное процесс носит случайный характер, т.е. случайны и время перехода, и направление излучения фотона.

Индуцированное (вынужденное) излучение происходит в том случае, когда в системе возбужденных атомов больше числа атомов в основном состоянии.

В таком случае энергия внешнего фотона приводит к вынужденному переходу электрона на нижний энергетический уровень, который для данного электрона будет основным. При таком переходе образуется 2 фотона. При этом фотон, который появился вследствие индуцированного перехода, является точной копией фотона, инициировавшего переход атома из возбужденного состояния в основное. Он имеет ту же энергию и то же направление, что и вторичный фотон.

Спонтанная люминесценция по сдвигу спектра люминесценции по отношению к длине волны возбуждающего света делится на резонансную и не резонансную (стоксовскую и антистоксовую)

• Резонансная люминесценция. Излучение происходит с того же энергетического уровня, которые достигаются при поглощении энергии возбуждающего света. Длина волны излучения совпадает с длиной волны возбуждения λ = λ₀. Этот вид свечения часто относят не к люминесценции, а к резонансному рассеянию.

• При стоксовской люминесценции длина волны люминесцентного излучения всегда больше, чем длина волны света, который вызвал люминесценцию, т.к. часть энергии тратится на безыслучательные процессы.

• Иногда возникает антистоксовская люминесценция, при которой λ < λ₀. Это происходит если внешний квант поглощается уже возбужденной молекулой

К спонтанной также можно отнести рекомбинационную люминесценцию, которая возникает в результате воссоединения частиц, разделившихся при поглощении возбуждающей энергии (например, электронов и дырок в полупроводниках).

Рис.8.1. Электронные переходы при спонтанном излучении (а), возбуждении(б) и вынужденном излучении (в)

8.1.2. Люминесцентная микроскопия

Люминесцентная микроскопия - метод наблюдения под микроскопом люминесцентного свечения микрообъектов при освещении их сине-фиолетовым светом или ультрафиолетовыми лучами. Чаще всего для возбуждения фотолюминесценции используют источники ультрафиолетового (УФ) излучения, так как чем выше частота возбуждающего света, тем больше вероятность возбуждения. В микроскопах в качестве такого источника применяют ртутные лампы. Принципиальная оптическая схема люминесцентного микроскопа приведена на рис.8.2. Свет от источника проходит через два фильтра. УФ часть спектра выделяется с помощью светофильтра 1 и через светоделительную пластину попадает на объект. Под действием ультрафиолета в объекте может возбуждаться излучение в видимой части спектра, которое через светоделительную пластину, зеркало, запирающий светофильтр 2 направляется в окуляр. Светофильтр из потока лучей, идущих от изучаемого объекта, в окуляр пропускает, только длинноволновое свечение, обнаруживаемое глазом, и одновременно защищает глаз наблюдателя от возбуждающих лучей.

8.2. Объектыисследований

Образец №1- фрагмент люминесцентного экрана

9.2.