Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Глава 3. Оптическое излучение Элементарными источниками излучения являются атомы и молекулы вещества. Атомарное излучение происходит при переходе электронов с одного энергетического уровня (более высокого) на другой. Каждому типу перехода соответствует монохроматическое излучение. Излучение молекул возникает при их колебательном и вращательном движениях, причем спектр вращательного движения молекул расположен в более длинноволновой области (обычно в длинноволновой ИК области).
При колебательно-вращательном движении молекул спектр состоит из группы монохроматических линий, образующих полосу излучения. Монохроматическое излучение, т. е. излучение с практически одной частотой и или длиной волны Л = с/и, где с — скорость распространения излучения, можно представить как поток квантов с одинаковой энергией: Е = (ту = Гтс/и -ак где л = 6, 626 10 Дж с — постоянная Планка. Поскольку частота оптического излучения больше частоты радиоволн, кванты излучения в оптическом диапазоне более мощны, чем в радиодиапазоне. Величины, описывающие монохроматическое излучение, обычно обозначают индексами Л и у.
Иногда вместо длин волн Л используют обратные им величины — волновые числа о, которые выражаются в ем т. 3.2. Основные энергетические и фотометрические величины и соотношения между ними Основным параметром системы энергетических величин является лоток излучения Ф, — средняя мощность, переносимая оптическим излучением за время, значительно большее периода электромагнитных колебаний. Спектральный состав излучения характеризуется спектральным распределением потока излучения — функцией, описывающей зависимость монохроматического излучения Ф (Л) от длие ны волны (частоты).
Произведение Ф, (Л) ИЛ определяет мощность, переносимую потоком в интервале длин волн т(Л. Таким образом, Ф, = ~Ф,(Л) (Л. о Наиболее часто встречающиеся в оптико-электронном приборостроении величины, характеризующие оптическое излучение, приве- Лены в табл. 3.1. Условимся в дальнейшем индексом 1 обозначать элементы и параметРы, относящиеся к излучателю, а индексом 2 — к облучаемому объекту. 43 Глава 3. Оптическое излучение Таблица 3. 1 (продолжение) Таблица 3.1 Освовпые энергетические к фотометрпчеспве величины и едияицы их пзмере- вия (в соответствии с снсчеыой СИ и реноыеидвцияыи Международной комиссии по оевептеяию) Основная единица измерения и связь с другимн единицами Наименование (синонимы) Определяющее выражение метрические (световые) Основная единица измерения и связь с другими единицами Определяющее выражение Наименование (синонимы) Световой поток (1шшпопв роетег, 1шпшопв Яцх) Ф, = Кьн х х )Тг(Х)Ф,(Х)Жь о Энергетические 1 Вт=10' зрг с'= =0,239 квл с= =6,24.10'а эВ с' Поток излучения (лучистый поток, мощность излучения, гайяр рочюг, гайалб 11пх) Ф, = )Ф,(Х)тй.
о Световая энергия (1шшпопв елегау, Чпалййу оХ 11ЕЬС) 1 лм.с=1 тальбот 6„= ) Ф„(1)(г о Сила света (1шптлопв шаелМСУ) 1 Дж=1 Втс= =2,78 10'кВт ч= =10'эрг=0,239кал- =6,24 10ть эв Энергия излучения (лучистая энергия, гайал( еле гну) 1„= т(Ф„ /тЫ?т ~= ~Ф,(г) (г о Светимость (1шл1лопв ех)авиве, 1ппт(попа еппйвпсе) 1лммг г = ту фи 1'(А 1 Вч" срч Энергетическая сила света (сила иааучения, гайана шб ели(у) 1, = т(Ф, /с(ь) ~паеииность (111шшлапое, Шшшпавюл) 1 лк -1 лм и'= 10чфот Е, = т(Ф, / к(.4 1 Втмл =100 мкВт см' =92,9 мВт фуге ЯРкость (! ппплвпсе) 1 кд мг-1 н~ =10тсб 3,14 асб= =3,14.104 Лб= =0,2919 футчйб т(г4,соз6, М, =т(Ф,/тИ, Экспозиция (количество освещения, 11ЕЫ екртмцге, 1ппт)лопв ехровш е) 1лкс Н. = ) Е.(г) (г о 1 Вт мг= =100мкВт.смл =92,9 мВт фут' Е, =т(Ф, ттйАг гет 1 'е' к(й з6 1 Втм'ср' Энергетическая яркость (лучистость, гайзлсе) НАЕ.(г)" о Ю.Г.
Якушенков. Теория н расчет оптнко-электроннык приборов Энергетическая светвмость (поверхностная плотность потока излучения, излучательность, габ1ап1 еюаалсе, еппббвлсе) Энергетическая освещенность (облученность, плотность мощности, мощность дозы, Радиация птайалсе, Йово-табе) Энергетическая вкспозиция (энергетическое количество освещения, количество облучения, доза, экспозиционная доза, гайапб ехровпге, )г абю11 ) 1Дж ьг' 1 Вт с м'= =10' Дж см'= 2,78 10' Вт ч и-'= = 10л эрпсм-г= =2,39.10 ь кап см' Примечание. Еелн енергегнчеснпе н снеговые велнчнны нельзя спутать, го пнпенсы е (ьнергегнчееннй) н и (ензуяльный) могут быть опущены.
Для расчета ОЭП особый интерес представляет распределение потока излучения в пространстве, которое достаточно полно описывается следующими величинами. Энергетической свепшмостью М, называется отношение потока излучения, испускаемого малым элементом поверхности по одну стоРону от себя, т. е. в полусферу, к площади этого элемента к(4 . т.
Энергетической освещенностью (облученностью) Е, называется отношение потока излучения г(Ф,, падающего на малый элемент поверхности, к площади этого элемента к(4 . Ю.Г. Якушеиков. Теория и расчет оптико-алек«ролинг приборов Силой излучения называется отношение потока излучения «(Фэ распространяющегося от источника в определенном направлении внутри малого телесного угла, к этому телесному углу «ккг„т.е. 1, = ««Ф, /«гь)« . (3.1) Нужно отметить, что здесь имеется в виду точечный источник излучения, т.
е. тело, имеющее малые размеры по сравнению с расстоянием, на котором рассматривается его действие. Энергетической яркостью излучающей поверхности в данном направлении называется отношение измеренной в этом направлении энергетической силы света к видимой площади излучающей поверхности, т. е. (3.2) 1ы, = 1м„ /6А,„ где 1„— энергетическая сила света в направлении О; «(А — види« «' «в мая площадь элемента поверхности «кА«в направлении, образующем угол О, с нормалью к элементу ««А«. Так как «(А = ««А«совб„то 1 „, = 1, /(««А«сов О«).
Для плоских источников с яркостью, одинаковой во всех направлениях, справедлив закон Ламберта, согласно которому сила излучения пропорциональна косинусу угла О,. Для поверхностей, подчиняющихся этому закону, 1, =1, совО, =Х.,«(А«совО,. откуда 1; = 1,в, /(«(А«совО«). Закон Ламберта строго справедлив только для идеально рассеивающих или идеально поглощающих поверхностей.
Широко используется следствие из закона Ламберта, по которому устанавливается связь между М, и 1... а именно: Ме е' Качественной характеристикой каждой из указанных величин является ее спектральная плотность, определяемая как отношение энергетической величины (освещенности, силы света, яркости), взятой в малом спектральном интервале длин волн, к ширине этого интервала «кХ. Например, спектральная плотность энергетической светимости Мк - М«'«ч) является величиной М,, приходящейся на интер- в ««..3 Ы.
Связь между интегральными и спектральными характеристиками определяется выражениями вида 46 Глава 3. Оптическое излучение М,=)Мк617 М,=6М,/6),; о Ъ,=~Ца««ку 1о =Ж,/а««к ит.д. о При оценке мощности излучения по производимому им световому ощущению, т.е. по реакции человеческого глаза на воздействие потока излучения, пользуются световым потоком и соответствуюшими световыми величинами. Определения световых величин аналогичны определениям соответствующих энергетических величин. Рассмотрим переход от энергетических величин к световым.
Человеческий глаз неодинаково чувствителен к излучению различных длин волн. Если для некоторого излучателя измерить поток излучения в бесконечно малом диапазоне длин волн л...л.+«к«к и световой поток, т.е. поток, воспринимаемый глазом в том же диапазоне спектра, то отношение значения светового потока Ф„к значению потока излучения Фм будет характеризовать спектральную световую эффективность Кк = К(«к) = Фм /Фм. Отношение Кк для какой-либо длины волны излучения к максимальному значению К называется относительной спектральной световой эффективностью для дневного зрения: ~; =Т ().) =К,/К„.
где К„=883 лм Вт' — световой эквивалент потока излучения. Часто график )7 называют кривой спектральной чувствительности глаза или кривой видности (рис. 3.1). Ее максимум соответствует Х = О, 555 мкм. Если поток излучения определяется как Ф, = ) Ф, «Р., то, очевидо но, световой поток О.го ояв Ф, = ) Ккфя«(««.
= ) КкФ«к«П. = 683 ~)7~Ф„«(Х. о оя оя Пределыинте рированияза и тотдижэзоназначенийК Нуж но к о отметить, что не только для глаза, но и для любого селективного приемника, имеющего неодинаковую чувствительность к излучению 47 Глава 3. Оптическое излучение ведено на рис. 3. 2. Рис. 3.1. Крввая относительной спентральнойчувствительности глаза Рис. 3.2. К выводу(З.З) 49 48 Ю.Г. Якушенкое.
Теория и расчет оптико-электроннык приборов 45 й,5 А «л» различных длин волн, оценка аффективности потока может быть проведена аналогично. Вместо абсолютной спектральной кривой чувствительности глаза К„следует взять спектральную характеристику приемника вг Ознакомившись с основными энергетическими и фотометрическими величинами, можно перейти к рассмотрению некоторых соотношений между ними, часто используемых на практике. Рассматривая формулу (3.1) и учитывая, что телесный угол Щ = с(А созО /т, где ( — расстояние между источником излучения и облучаемым элементом поверхности ЙАз, расположенным под углом О к направлению облучения, получаем выражение для энергетической освещенности, создаваемой точечным излучателем: Ее = т(Фе /т(Аз = е соабз /( Определяя отсюда значение 1, и учитывая формулу (3.2), а также то, что т(О = с(Ат созбт/1 .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
