омлення (5), а відбитий промінь у свою чергу відіб'ється (6) переломив (7) на верхній грані і т.д. Причому промені 1 і 5, 2 і 6, 3 та 7 паралельні, а кути відбиття променів 4 дорівнюють b 1 і b 2 , відповідно. Якщо sin (b)> 1/n, спостерігається явище повного внутрішнього відбиття (заломлені промені 5 і 7 відсутні), - це властивість реалізується в волоконної оптики.
2. Резонансні взаємодії - поглинання світла.
Всі атоми і молекули, поряд із заповненими s, p, d і f орбиталями, мають велика кількість вакантних - не заповнених - орбіталей, як це показано на рис. 4. p> Ці орбіталі далеко відстоять від рівня енергії найближчих до них зовнішніх оптичних електронів молекули, і мимовільно електрони не можуть потрапити на ці орбіталі. Однак електрон може захопити підходящий фотон і перескочити на одну з вакантних орбіталей.
Цей перехід має властивості електричного диполя і характеризується дипольним моментом переходу Ој = Q в€™ l (q - заряд електрона, l - довжина диполя), який має строго певний напрямок щодо молекулярних осей. Для захоплення фотона, який (захоплення) називається поглинанням світла і призводить до порушення молекули, необхідно виконання наступних умов:
1) електрон і фотон знаходяться на відстані взаємодії;
2) резонанс енергій: різниця енергій основного S 0 і порушеної S k станів електрона дорівнює енергії фотона (тому резонансні взаємодії);
3) напрям дипольного моменту переходу S 0 в†’ S k у просторі ~ збігається з напрямком коливань вектора E електричного поля фотона (у розчині молекули орієнтовані в просторі хаотично, і 1/3 з них завжди задовольняє цій умові);
4) збігаються спини (Спінові стани) електрона і фотона. br/>В
Рис. 4. Структура зовнішньої електронної оболонки складної органічної молекули.
S 0 - основний стан, молекулярна орбіталь, на якої знаходяться зовнішні оптичні електрони; S 1 -S 6 - вакантні орбіталі; A - захоплення фотона, поглинання (Збудження молекули); F - випромінювання фотона, флуоресценція (люмінесценція, світіння молекули); R 1 - теплова релаксація збуджених станів (з втратою частини енергії фотона); R 2 - теплова релаксація в основне стан (з повною втратою енергії) - фотон зникає.
Зліва - віртуальна структура в газовій фазі (за аналогією з атомними спектрами), якій відповідає лінійчатий спектр поглинання; праворуч - реальна структура з В«РозмитимиВ» електронними рівнями внаслідок внутрішньо-і міжмолекулярних взаємодій. Структурою відповідає гладкий широкосмуговий спектр поглинання (рис. 5).
У віртуальній структурі збуджені рівні не взаємодіють, переходи між ними малоймовірні, тому основний канал дезактивації збуджених станів - флуоресценція (Майже без втрати енергії). p> У реальній структурі рівні істотно перекриваються, і збудження ~ за 10 -12 з скочується на нижню орбіталь, на якій затримується на час 10 -9 -10 -8 с, протягом якого переходить в основний стан шляхом теплової релаксації (R 2 ) або з випромінюванням фотона флуоресценції (F). br/>В
Рис. 5. Спектри поглинання складної органічної молекули (пігменту).
Показаний віртуальний лінійчатий спектр молекули в газовій фазі і реальний широкосмуговий спектр поглинання молекули в розчині. Відповідні електронні структури молекули наведені на рис. 4. p> При дотриманні цих умов електрон з великою ймовірністю захопить фотон і перейде на відповідну вакантну орбіталь S k . Оскільки таких рівнів багато, поглинання молекули в цілому характеризується спектром поглинання. Для електронної структури, показаної на рис. 4, відповідні спектри поглинання наведено на рис. 5. p> У складних органічних молекул в конденсованих середовищах внаслідок внутрішньо-і міжмолекулярних взаємодій виникає велика невизначеність енергій молекулярних орбіталей, електронні рівні стають розмитими і перекриваються між собою (Рис. 4), в результаті чого збуджений електрон швидко (~ за 1 пс) скочується на нижній збуджений рівень S 1 (див. підпис до рис. 4), звідки він переходить в основний стан або шляхом безізлучательной теплової релаксації, або з випромінюванням фотона флуоресценції. Енергія цих фотонів значно менше, ніж у вихідного, захопленого фотона, а випромінюються вони в напрямку, перпендикулярному напрямку переходу S 0 в†’ S 1 ; за час життя збудження (середній час перебування електрона на S 1 ) молекула в розчині встигає обернутися на будь кут, тому напрямок руху і поляризація фотона флуоресценції можуть бути будь-які, випадкові, а спінове стан - як у електрона на S 1 орбіталі (як правило, збігається з вихідним). У результаті резонансних взаємодій фотона і електрона (захоплення фотона молекулою) цей фотон зникає. Замість нього може з'я...
