Технологии Оптика. Физика спектра

[Абармотик]

Увы, не все мы можем увидеть... Например, рассмотреть молекул ДНК не получится, хотя многим хотелось бы. Но есть хитрый способ увидеть невидимое.

В микроскопии существует фундаментальное ограничение на размер объектов, которые можно разглядеть в оптический микроскоп: их линейные размеры должны быть больше половины длины волны света, в котором мы их рассматриваем. Длина волны видимого света составляет порядка 500 нанометров, и поэтому объекты размером меньше 200-250 нанометров являются для оптической микроскопии принципиально неразличимыми.

Однако есть весьма остроумный трюк, посредством которого можно заглянуть слегка за дифракционный предел. Дело в том, что длина волны света в вакууме и веществе различается: если точнее, в веществе свет как бы немного сжимается: его длина волны становится равной длине волны в вакууме делить на показатель преломления среды. К примеру, в среде с показателем преломления в 1,5 свет с длиной волны в 500 нанометров превращается в свет с длиной волны в 330 нанометров, а половина длины его волны, то есть, дифракционный предел, составит около 150-160 нанометров, и объекты такого размера, помещённые в данную среду, становятся видимыми.

На этом принципе основана работа так называемых иммерсионных микроскопов: объект помещают в прозрачную жидкость с высоким показателем преломления, например, специальные иммерсионные масла, для которых он составляет 1,7, и получаем ощутимый выигрыш в разрешающей способности!

Увы, этого всё ещё недостаточно для того, чтобы мочь рассмотреть многие объекты, которые нам желательно было бы уметь видеть в оптический микроскоп: вирусы, крупные белковые молекулы, мелкие электронные компоненты обладают размерами, которые меньше даже этого расширенного дифракционного предела, и для того, чтобы сделать видимыми их, приходится идти на более серьёзные ухищрения.

Разработаны на сегодня и радиоволновые микроскопы, которые отражают на сенсор электромагнитную волну из радиактивного диаппазона
Длинна волны радиации начинается с 10 в минус 10й степени метров (и меньше). Но не все можно облучать такими частотами.
Если "свет" (например гамма излучения) имеет длинну волны в 10 в минус 3й нанометров, значит рассмотреть, при помощи такого излучения, можно объекты размерами в половину пико метра.
( 1000 pm = 1 nm = 0,000 000 001 m ;
1000 000 000 nm = 1m )

 

[Абармотик]

В небе, на днях, было гало (в ночном небе, над Норвегией).

Хорошо были видны два кольца гало и даже паргелический круг, проходящий через центр Луны параллельно горизонту. Такие детали нечасто бывают видны даже в солнечных гало, а уж в лунных - и вовсе редкость.

Гало - это результат преломления света в кристаллах льда, висящих в воздухе. Радужная окраска гало - результат дисперсии (то есть, зависимости угла преломления от длины волны - вы видели это посредством эффекта радуги). Это как бы аналог радуги, но наоборот: радуга возникает в отражённом свете (когда Солнце у нас за спиной), а гало - в прямом (когда светило перед нами, прямой свет, проходя через преломление по пути к вашим глязам). Ну и вместо капель воды преломление происходит в кристаллах льда.

Гало часто можно перепутать с венцами - результатом дифракции.* света на мелких ледяных кристаллах. Тут явно не этот случай: при дифракции кольца окрашены наоборот: красноватые цвета расположены дальше от центра, синие - ближе к нему. Ну и паргелических кругов при дифракции не возникает.
____________
* дифракция :

• Суть явления: Волна «обтекает» препятствия.
• Условие наблюдения: Явление наиболее заметно, когда размер препятствия или щели соизмерим с длиной волны.
• Природа волн: Дифракция присуща всем видам волн: свету, звуку, радиоволнам.
• Дифракция света: Проявляется как огибание светом непрозрачных тел и проникновение в область геометрической тени, создавая характерные светлые и тёмные полосы (дифракционная картина).
• Применение: Используется в спектральных приборах (дифракционные решетки) для разложения света в спектр.
• В технике: Дифракция звука позволяет слышать источник за углом, а дифракция радиоволн — принимать сигналы за горизонтом.
• Дифракция тесно связана с интерференцией; фактически, дифракция — это результат интерференции вторичных волн.

 

[Абармотик]

Что такое фата - моргана:

Это редко встречающееся сложное оптическое явление в атмосфере, состоящее из нескольких форм миражей. При этом отдалённые объекты видны многократно и с разнообразными искажениями.

Явление возникает, когда в нижних слоях атмосферы образуется несколько чередующихся слоёв воздуха различной плотности, способных давать зеркальные отражения. У тёплого воздуха показатель преломления света меньше, у холодного — больше. В таком атмосферном «пироге» образуется преломляющая линза, которая создаёт серию проекций.
В результате отражения и преломления лучей реально существующие объекты дают на горизонте или над ним по нескольку искажённых изображений, частично накладывающихся друг на друга и быстро меняющихся во времени.
В воздухе могут появляться различные призрачные объекты: горы, острова, здания, мосты, оазисы, корабли.