Межпредметные и внутрипредметные связи. Задания для самоподготовки:

Задания для самоподготовки:

1 – Представить схемы переходов частиц с одного энергетического уровня на другой при спонтанном и вынужденном излучении, а также при резонансном поглощении.

2 – Указать условия, необходимые для получения активной среды или среды с инверсной населенностью уровней.

3 – Представить трехуровневую энергетическую диаграмму, отражающую принцип действия гелий-неонового лазера.

4 – Показать на фрагменте дифракционной картины, создаваемой дифракционной решеткой, положения нулевого и m-го порядков максимумов. Вычислить средние расстояния для максимумов m порядков и длину волны лазерного излучения на представленной дифракционной картине 1.

5 – Получить четкую дифракционную картину на круглом диске (эритроците) и определить радиус 1-го минимума на дифракционной картине 2. Вычислить средний диаметр эритроцита.

		2-й max

Дифракционная картина 1

	1-й min		0-й max

2-й min

3-й min

1-й max

2-й max

3-й max

Дифракционная картина 2

Литература, рекомендуемая для самоподготовки:

Основная:

1 – «Медицинская и биологическая физика» 7-е изд., Ремизов А.Н. и др. Издательство Дрофа. 2007 (можно более ранние издания).

2 –«Биофизика» - Антонов В. Ф., и другие. Издательство: Владос. 2006

3 – « Краткий курс медицинской и биологической физики с элементами реабилитации: Лекции и семинары.» - Фёдорова В.Н. Степанова Л.А. Издательство: Физматлит. 2005

4 – «Медицинская биофизика» Самойлов В.О.СПб:Издательство: СпецЛит Учебник для вузов - 2004.

Интернет – Электронная библиотекаhttp://www.sma.kz/.about/structure/lib2/lib/

Дополнительная:

Биофизика. Учебник для студентов фармацевтических и медицинских Вузов; Рыбари; 2004 г.

2 - Биофизика Рубин А.Б. 1999. http://www.library.biophys.msu.ru/rubin/

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ

- по базисным знаниям:

· Волновые и корпускулярные свойства света. Фотон.

· Дисперсия света. Спектр. Цвета спектра и их длины волн.

· Интерференция света. Кольца Ньютона. Когерентные волны. Монохроматическая волна.

· Дифракция света. Дифракционная решетка. Период дифракционной решетки.

- по данной теме:

· Явления вынужденного излучения квантовых систем. Два типа квантовых переходов. Энергия фотона. Спонтанное и индуцированное излучение.

· Лазер. Принцип действия гелий-неонового лазера. Свойства лазеров, на которых основано их применение.

· Применение лазеров в медицине.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Дифракция света

Дифракцией света называют явление отклонения света от прямолинейного распространения в среде с резкими неоднородностями, т.е. световые волны огибают препятствия, но при условии, что размеры последних сравнимы с длиной световой волны. Для красного света длина волны составляет λкр≈8∙10^-7м, а для фиолетового - λ_ф ≈4∙10^-7м. Явление дифракции наблюдается на расстояниях l от препятствия , где D – линейный размер препятствия, λ - длина волны. Итак, для наблюдения явления дифракции необходимо выполнять определенные требования к размерам препятствий, расстояниям от препятствия до источника света, а также к мощности источника света. На рис. 1 приведены фотографии дифракционных картин от различных препятствий: а) тонкой проволочки, б) круглого отверстия, в) круглого экрана.

	Рис. 1

Для решения дифракционных задач – отыскания распределения на экране интенсивностей световой волны, распространяющейся в среде с препятствиями, - применяются приближенные методы, основанные на принципах Гюйгенса и Гюйгенса-Френеля.

Принцип Гюйгенса:каждая точка S₁, S₂,…,S_n фронта волны AB (рис. 2) является источником новых, вторичных волн. Новое положение фронта волны A₁B₁ через время представляет собой огибающую поверхность вторичных волн.

Принцип Гюйгенса-Френеля: все вторичные источники S₁, S₂,…,S_n, расположенные на поверхности волны, когерентны между собой, т.е. имеют одинаковую длину волны и постоянную разность фаз. Амплитуда и фаза волны в любой точке М пространства является результатом интерференции волн, излучаемых вторичными источниками (рис. 3).

	Рис. 2		Рис. 3

Прямолинейное распространение луча SM (рис. 3), испущенного источником S в однородной среде, объясняется принципом Гюйгенса-Френеля. Все вторичные волны, излучаемые вторичными источниками, находящимися на поверхности фронта волны АВ, гасятся в результате интерференции, кроме волн от источников, расположенных на малом участке сегмента ab, перпендикулярно к SM. Свет распространяется вдоль узкого конуса с очень малым основанием, т.е. практически прямолинейно.

Дифракционная решетка.

На явлении дифракции основано устройство замечательного оптического прибора – дифракционной решетки. Дифракционной решеткой в оптике называется совокупность большого числа препятствий и отверстий, сосредоточенных в ограниченном пространстве, на которых происходит дифракция света.

Простейшей дифракционной решеткой является система из N одинаковых параллельных щелей в плоском непрозрачном экране. Хорошая решетка изготавливается с помощью специальной делительной машины, наносящей на специальной пластинке параллельные штрихи. Число штрихов доходит до нескольких тысяч на 1мм; общее число штрихов превышает 100000 (рис. 4).

Рис.5

	Рис. 4

Если ширина прозрачных промежутков (или отражающих полос) b, а ширина непрозрачных промежутков (или рассеивающих свет полос) a, то величина d=b+a называется постоянной (периодом) дифракционной решетки (рис. 5).

По принципу Гюйгенса-Френеля каждый прозрачный промежуток (или щель) является источником когерентных вторичных волн, способных интерферировать друг с другом. Если на дифракционную решетку перпендикулярно к ней падает пучок параллельных лучей света, то под углом дифракции φ на экране Э (рис. 5), расположенном в фокальной плоскости линзы, будет наблюдаться система дифракционных максимумов и минимумов, полученная в результате интерференции света от различных щелей.

Найдем условие, при котором идущие от щелей волны усиливают друг друга. Рассмотрим для этого волны, распространяющиеся в направлении, определяемом углом φ (рис. 5). Разность хода между волнами от краев соседних щелей равна длине отрезка DK=d∙sinφ. Если на этом отрезке укладывается целое число длин волн, то волны от всех щелей, складываясь, будут усиливать друг друга.

Главные максимумыпри дифракции на решетке наблюдаются под углом φ, удовлетворяющими условию d∙sinφ=mλ, где m=0,1,2,3… называется порядком главного максимума. Величина δ=DK=d∙sinφ является оптической разностью хода между сходственными лучами BM и DN, идущими от соседних щелей.

Главные минимумы на дифракционной решетке наблюдаются под такими углами φ дифракции, для которых свет от разных частей каждой щели полностью гасится в результате интерференции. Условие главных максимумов совпадает с условием ослабления на одной щели d∙sinφ=nλ (n=1,2,3…).

Дифракционная решетка является одним из простейших достаточно точных устройств для измерения длин волн. Если период решетки известен, то определение длины волны сводится к измерению угла φ, соответствующего направлению на максимум.

Чтобы наблюдать явления, обусловленные волновой природой света, в частности, дифракцию необходимо использовать излучение, обладающее высокой когерентностью и монохроматичностью, т.е. лазерное излучение. Лазер является источником плоской электромагнитной волны.