منو
 صفحه های تصادفی
اثرات محیط بر باکتریها
هدیه خدا
انگشت نگار
حضرت صالح علیه السلام
دغداغان
رومیان
سیستم های بی درنگReal Time
حرمت ماه محرم و جنگ یزید با امام حسین علیه السلام
تکریم قاریان نوجوان
آزمایش فشار و شکل و اندازه
 کاربر Online
877 کاربر online
 : فیزیک
برای پاسخ دادن به این ارسال باید از صفحه قبلی اقدام کنید.   کاربر offline دبیر گروه فیزیک 3 ستاره ها ارسال ها: 2228   در :  جمعه 14 دی 1386 [17:36 ]
  آینه ها ، فوتون ها را چگونه بازمی تابانند؟
 

آینه ها ، فوتون ها را چگونه بازمی تابانند؟

رودیگر پاشوتا، فیزیکدان و مدیرکل مشاورین RP فوتونیک در سوئیس این گونه پاسخ می دهد:

انواع بسیاری از آینه ها وجود دارند و هر کدام نسبتاَ متفاوت به طور نسبتا متفاوتی عمل می کنند. مرسوم ترین نوع آن ها، آینه ی نقره اندود است که شامل لایه ای نازک از نقره در پشت لایه ی شیشه ای است. لایه های دیگری نظیر مس ممکن است به پشت لایه نقره اندود اضافه شوند. این لایه ها به ویژگی های نوری آینه ارتباطی ندارند.

برای درک چگونگی کارکرد چنین آینه هایی، اجازه دهید ابتدا برهم کنش بین نور و یک محیط را از منظر نیمه کلاسیکی تعریف کنیم. نور شامل امواج الکترومغناطیسی است که باعث ایجاد نوسان در الکترون های هر محیطی که تحت تابش نور قرار گیرد می شود. در یک عایق مانند شیشه، الکترون ها محکم در کنار یکدیگر قرار گرفته اند و تنها می توانند پیرامون وضعیت عادی خود نوسان کنند. این حرکت بر روی پیشروی نور تاثیر گذارده و باعث کاهش سرعت آن می شود در حالی که اتلاف انرژی بسیار ناچیز است. این مطلب در مورد فلزات متفاوت است. برخی الکترون های فلزات اجازه ی حرکت تا مسافت های دورتر را دارند ولی حرکت آن ها میرا شده و انرژی آنها پراکنده می شود. دامنه ی موج در فلزات به سرعت- معمولا در کسر کوچکی از طول موج- کاهش می یابد. به همراه این کاهش دامنه، انرژی موج نیز تلف خواهد شد و فلز تا حدودی گرم می شود. هرچند بیش تر توان نوری تابشی در سطح هوا/فلز بازتابیده می شود. به بیان دیگر، این توان به موج دیگری با جهت انتشار متفاوت (مخالف مسیر اصلی پرتو تابشی) انتقال می یابد.

در مورد آینه ی نقره اندود، در سطح مشترک شیشه و نقره بازتاب اتفاق می افتد اساسا به این دلیل که ویژگی های نوری فلز، متفاوت از ویژگی های نوری شیشه است. (به عنوان یک قانون کلی، امواج هنگام عبور از سطح مشترک بین دو محیط با ویژگی های نوری متفاوت، به طور قابل توجهی بازتابیده می شوند). در مورد آینه ی نقره اندود، بازتاب ضعیف دیگری در سطح مقطع هوا/شیشه نیز رخ می دهد. سرانجام موجی با ویژگی هایی اساسا مشابه خواهیم داشت و با توان نسبتا کم تری نسبت به موج فرودی که عموما این مقدار اتلاف توان برای آینه های نقره اندود در حدود چند درصد است.

این اتلاف توان در بازتاب آینه هایی که در دستشویی نصب می شوند مشکلی ایجاد نمی کند، اما چنین آینه هایی برای استفاده در لیزرها مناسب نیستند. اتلاف نور به خودی خود اغلب خوشایند نیست همچنین گرمای تولید شده نیز می تواند مشکلاتی را به بار آورد که از آن جمله تغییر شکل آینه به واسطه ی گرما است. این موارد بر روی ویژگی های فضایی نور بازتابی تاثیر می گذارد. برای مثال برآمده شدن سطح آینه می تواند پرتو لیزر را از کانون خود منحرف کند.

انواع دیگر آینه ها، که از آنها با عنوان آینه های دی الکتریک یاد می شود، برای استفاده در لیزرها ارجحیت بیش تری دارند. این آینه ها تنها متشکل از یکسری لایه های نازک نارسانا که یکی بعد از دیگری قرار می گیرند است. برای نمونه ترتیب 15 لایه سلیکا (Sio2 ) و دی اکسید تایتانیم (Tio2 ) هر یک به ضخامت چند صد نانومتر که روی لایه اصلی شیشه جمع شده اند، می توانند به عنوان آینه بسیار بازتابنده در لیزر بکار برده شود. در این مورد بازتاب هنگام عبور پرتو از یک لایه به لایه دیگر ممکن است ضعیف باشد، اما دهها بازتاب این چنینی بر هم نهاده شده تا بازتابی بسیار قوی ایجاد شود. چنین آینه هایی به آسانی می توانند بیش از 99.9% و در مواردی حتی بیش از 99.9999% توان نوری را بازتاب دهند. نکته ی در خور توجه در آینه های دی الکتریک این است که آنها تنها برای طول موج های محدودی از نور، بسیار بازتابنده عمل می کنند. اگر طول موج بازتاب آینه نوری در ناحیه مادون قرمز طیف باشد، چنین آینه هایی ممکن است حتی از نظر ظاهری هم شبیه آینه ها نباشند چرا که قسمت اعظم پرتو قابل روییت تابیده را از خود عبور می دهند. آینه های دی الکتریک ممکن است برای مقاصد به خصوصی نیز طراحی شوند. برای مثال: بازتاب 80 درصد و عبور دادن 20 درصد از نور سبز توام با عبور دادن نزدیک به تمام نور قرمز. طراحی این آینه های ویژه، این امکان را می دهد که فشردگی زمانی برای تپ های مافوق کوتاه نور را به زمان های کوتاه تر، مانند فمتو ثانیه (یک بیلیونیم از یک میلیونیم ثانیه)، تغییر داد. این اثر به وابستگی طول موج های کوچک به تأخیر زمانی ،که نور در گذر از ساختار آینه تجربه می کند، مربوط است.

در نظریه ی کوانتوم مکانیک، نور از فوتون ها و بسته های انرژی تشکیل شده است. فوتون های نور بازتابیده از فلز (یا آینه های دی الکتریک) به جز مسیر حرکت شان دقیقا مشابه فوتون های تابیده هستند. هدر رفتن نور در یک فلز بدان معنا است که کسری از فوتون ها از بین رفته اند در حالی که مقدار انرژی هر فوتون بازتابیده کاملا پایسته است. این که کدامیک از فوتون ها نابود شوند کاملا تصادفی است. برای هر فوتون احتمال مشخصی وجود دارد که جذب شود. بنابراین اگر توسط منبع تک فوتونی به فلزی نور تابانده شود، در اکثر موارد بازتاب کامل رخ می دهد (و فلز گرم نمی شود) در برخی مواقع جذب کامل با گرم شدن (ایجاد فونون ها در فلز) همراه می شود.


مرجع : http://www.sciam.com/article.cfm?id=how-do-mirrors-reflect-ph&print=true

  امتیاز: 0.00