Поглинаючи е ня св е та, зменшення інтенсивності оптичного випромінювання (Світла), що проходить через матеріальне середовище, за рахунок процесів його взаємодії з середовищем. Світлова енергія при П. с. переходить в різні форми внутрішньої енергії середовища; вона може бути повністю або частково перєїзлучить середовищем на частотах, відмінних від частоти поглиненого випромінювання.

Основний закон, що описує П. с., - закон Бугера , Який пов'язує інтенсивності I світла, що пройшло шар середовища товщиною l, і вихідного світлового потоку I0. Не залежний від I, I0 і l коефіцієнт k l називається поглинання показником (ПП, в спектроскопії - поглинання коефіцієнтом); як правило, він різний для різних довжин світла l. Цей закон встановив на досвіді в 1729 П. Бугер . У 1760 І. Ламберт вивів його теоретично з дуже простих припущень, що зводяться до того, що при проходженні шару речовини інтенсивність світлового потоку зменшується на частку, яка залежить тільки від ПП і товщини шару, т. е. dl / l = -k l dl (диференціальна, рівносильна першій , запис закону Бугера). Фізичний сенс закону полягає в тому, що ПП не залежить від I і l (це було перевірено С. І. Вавілов експериментально зі зміною I ~ в 1020 разів).

Залежність kl від l називається спектром поглинання речовини. Для ізольованих атомів (наприклад, в розріджених газах) він має вигляд набору вузьких ліній, т. Е. Kl відмінний від 0 лише в певних вузьких діапазонах довжин хвиль (шириною в десяті - соті частки ). Ці діапазони відповідають частотам власних коливань електронів усередині атомів, «резонують» з проходять випромінюванням і тому поглинаючих з нього енергію (рис. 1). Спектри П. с. окремих молекул також відповідають власним частотам, але набагато більш повільних коливань всередині молекул самих атомів, які значно важче електронів. Молекулярні спектри П. с. займають істотно ширші області довжин хвиль, т. н. смуги поглинання, шириною від одиниць до тисяч . Нарешті, П. с. рідинами і твердими тілами зазвичай характеризується дуже широкими областями (тисячі і десятки тисяч ) З великими значеннями k l і плавним ходом його зміни (рис. 2). Якісно це можна пояснити тим, що в конденсованих середовищах сильна взаємодія між частинками призводить до швидкої передачі всьому колективу частинок енергії, відданої світлом однієї з них. Іншими словами, зі світловою хвилею «резонують» не тільки окремі частинки, але і численні зв'язки між ними. Про це свідчить, наприклад, зміна П. с. молекулярними газами з ростом тиску - чим вище тиск (чим сильніше взаємодія частинок), тим «розпливчастіші» смуги поглинання, які при високому тиску стають схожими з спектрами П. с. рідинами.

Ще Бугер висловив переконання, що для П. с. важливі «Не товщини, а маси речовини, що містяться в цих толщинах». Пізніше німецький учений А. Бер (1852) експериментально підтвердив це, показавши, що при П. с. молекулами газу або речовини, розчиненого в практично непоглощающіх розчиннику, ПП пропорційний числу поглинаючих молекул на одиницю об'єму (і, отже, на одиницю довжини шляху світлової хвилі), т. е. концентрації з: kl = cl з (правило Бера). Так закон П. с. набув вигляду Бугера - Ламберта - Бера закону ; ; де cl не залежить від концентрації і характеризує молекулу поглинаючої речовини. Фізичний сенс правила Бера полягає в утвердженні незалежності П. с. молекулами від їх взаємодії з оточенням, і в реальних газах (навіть при невисоких тисках) і розчинах спостерігаються численні відступи від нього.

Сказане вище стосується середах порівняно малої оптичної товщини , Яка дорівнює (в нехтуванні розсіюванням світла) k ll. При зростанні k l l П. с. середовищем посилюється на всіх частотах - лінії і смуги поглинання розширюються. (Пояснення цьому дає квантова теорія П. с., Що враховує, зокрема, багатократне розсіяння фотонів в оптично «товстої» середовищі зі зміною їх частоти і, в кінцевому рахунку, поглинанням їх частками середовища.) При досить великих k l l середу поглинає все проникаюче в неї випромінювання як абсолютно чорне тіло .

У провідних середовищах ( металах , плазмі і т.д.) світлова енергія передається не тільки зв'язаним електронам, але і (часто переважно) вільним електронам, k lв таких середовищах сильно залежить від їх електропровідності а. Значне П. с. в провідних середовищах дуже сильно впливає на всі процеси поширення світла в них; це формально враховується тим, що член, що містить k lвходіт в вираз для комплексного заломлення показника середовища. У кілька ідеалізованому випадку П. с. тільки вільними електронами (електронами провідності) nk l = 4 ps / c (n - дійсна частина показника заломлення, з - швидкість світла ). Вимірювання П. с. металами дозволяють визначити багато характерних їх властивості; досвідчені дані при цьому добре описуються сучасної квантової теорії металооптика . У теоретичних розрахунках часто користуються величиною c, пов'язаної з kl співвідношенням , Де l - довжина хвилі світла у вакуумі (а не в середовищі). Якщо (n c) дорівнює 1, то в шарі середовища завтовшки l інтенсивність світла зменшується в е 4 p, т. Е. ~ В 100 000 разів. Т. к. Дуже сильне П. с. характерно для металів (принаймні у видимій та інфрачервоній областях спектру), то, за пропозицією М. планка , П. с. середовищами з (n c) ³ 1 називається «металевим».

У термінах квантової теорії при П. с. електрони в поглинаючих атомах, іонах, молекулах або твердих тілах переходять з нижчих рівнів енергії на більш високі (див. також квантові переходи ). Зворотний перехід в основний стан або в «нижній» збуджений стан може відбуватися з випромінюванням фотона або безвипромінювальної. В останньому випадку енергія збудженої частки може, наприклад, в зіткненні з ін. Часткою перейти в кінетичну енергію частинок, що стикаються (див. зіткнення атомні ). Тип «зворотного» переходу визначає, в яку форму енергії середовища перетворюється енергія поглиненого світла.

У світлових потоках надзвичайно великої інтенсивності П. с. багатьма середовищами перестає підкорятися закону Бугера - kl починає залежати від I. Зв'язок між I і I0 стає нелінійної (нелінійне П. с.). Цей ефект, зокрема, може бути обумовлений тим, що дуже велика частка поглинаючих частинок, перейшовши в збуджений стан і залишаючись в ньому порівняно довго, змінює (або зовсім втрачає) здатність поглинати світло, що, зрозуміло, помітно змінює характер П. с. середовищем. (Досліди Вавилова, що показали дотримання закону Бугера і при великих інтенсивностях, виконувалися з речовинами, молекули яких збуджуються дуже ненадовго - на час ~ 10-8 сек - і в яких тому частка збуджених молекул завжди невелика.) Особливий інтерес представляє ситуація, коли в поглинає середовищі штучно створена інверсія населенностей енергетичних рівнів, при якій число збуджених станів на верхньому рівні більше, ніж на нижньому. У цьому випадку кожен фотон з падаючого потоку викликає випускання ще одного такого самого фотона з більшою ймовірністю, ніж поглинається сам (див. випромінювання , В розділі Квантова теорія випромінювання). В результаті інтенсивність виходить потоку I перевершує інтенсивність падаючого I0, т. Е. Має місце посилення світла. Формально це явище відповідає отріцательності kl в законі Бугера і тому носить назву негативного П. с. На негативному П. с. заснована дія оптичних квантових підсилювачів і оптичних квантових генераторів (лазерів) .

П. с. якнайширше використовується в різних областях науки і техніки. Так, на ньому засновані багато особливо високочутливі методи кількісного та якісного хімічного аналізу, зокрема абсорбційний спектральний аналіз , спектрофотометрія , колориметрия та ін. Вид спектру П. с. вдається зв'язати з хімічною структурою речовини, встановити в молекулах наявність певних зв'язків (наприклад, водневого зв'язку ), Досліджувати характер руху електронів в металах, з'ясувати зонну структуру напівпровідників і багатьох ін. ПП можна визначати і в прохідному, і у відбитому світлі, тому що інтенсивність і поляризація світла при відображенні світла залежать від kl (див. Френеля формули ). Див. також металооптика , спектроскопія .

Літ .: Ландсберг Г. С., Оптика, 4 видавництва., М., 1957 (Загальний курс фізики, т. 3); Борн М., Вольф Е., Основи оптики, пер. з англ., 2 вид., М., 1973; Ельяшевич М. А., Атомна і молекулярна спектроскопія, М., 1962; Гайтлер В., Квантова теорія випромінювання, пер. з англ., М., 1956; Соколов А. В., Оптичні властивості металів, М., 1961; Мосс Т., Оптичні властивості напівпровідників, пров. з англ., М., 1961.

А. П. Гагарін.

Мал. 2. Схематичне зображення широкої смуги поглинання світла.

Мал. 1. Схематичне зображення декількох пар ліній поглинання світла в парах натрію. Набір ліній відповідає набору власних частот коливань т. Н. «Оптичних» електронів в атомі. В Na спостерігається до 50 пар таких ліній (на малюнку для простоти показані тільки три). З огляду на те, що максимуми поглинання надзвичайно вузькі, масштаб малюнка грубо спотворений.