Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов (1977) (1095911), страница 39
Текст из файла (страница 39)
В результате обработки электрический сигнал преобразуется в вид, пригодный для воспроизведения и восприятия исходного сообщения с искажениями, возникшими в процессе его передачи. Это — декодирование. Сигнал может быть детерминированным и случайным. Он может представлять собой простое гармоническое колебание, быть периодическим нли непериодическим процессом. Известно, что практически любую периодическую и непериодическую функцию можно представить в виде суммы гармонических колебаний.
Поэтому перед описанием процессов, происходящих со сложным сигналом, будут рассмотрены процессы прохождения гармонического сигнала по тракту оптико-электронного прибора. Этому рассмотрению будет предшествовать краткий обзор основных характеристик приемников, которые позволяют описать процесс преобразования потока излучения вэлектрический сигнал. 5 2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ Рассмотрим основные энергетические характеристики оптического излучения, уходящего от источника, падающего на приемник и распространяющегося в пространстве (поле излучения) ~рис.
200). Рис. 200. Схема излучения для различных случаев размещения произвольной точки И, в которой рассчитывается яркость пучка: а — на поверхности источника излучения; б — на поверхности приемника излучения; в — на пути распространения пучка излучения; оА — злементарная плгацадка на поверхности А", И вЂ” нормаль к плогсадке; Ь вЂ” направление распространения излучения: сй — злементарный телесный угол, заполненный потоком излучения 2.1.
Поток излучения Основной величиной, которая позволяет судить о количестве энергии излучения, является поток излучения Ф, (Вт), илн мои(- ность излучения — количество излучаемой, поглощаемой пли переносимой в единицу времени энергии: «%' Ф й где В' — энергия излучения, Дж. Поток излучения в, сосредоточенный в малом диапазоне длин волн от Х до А +Ю., называют спектральным (монохроматическим) потоком излучения дФ или Ф (Х), а величину потока излучения, приходящуюся на единичный интвервал длин волн внутри диапазона Ю, — спектральной плотностью потока излучения (предел отношения потока излучения, соответствующего узкому участку спектра, к ширине этого участка) сЮ тг Спектральная плотность потока излучения измеряется в Вт-мкм '. Здесь и в дальнейшем используется следующее правило относительно применения прилагательного «спектральный»: если некоторые величины, например поток излучения, коэффициент излучения и др., рассматриваются применительно к монохроматическому излучению (от Х до А+ Ю), то они являются функцией длины волны и обозначаются тем же термином с прилагательным «спектральный» и той же буквой, за которой ставится в скобках Х, например спектральный поток излучения Ф (Х).
В отличие от этого, когда рассматривается спектральная плотИх ность некоторой величины х т. е. — она обозначается той же буквой с индек- Ю Ж~ сом Х, например спектральная плотность потока излучения Фх — — —. дХ ' В качестве единицы длины используются дольные единицы международной системы СИ вЂ” сантиметр (см) и микрометр (мкм). Широко применяются также следующие энергетические характеристики излучения. 2.2.
Энергетическая сила света Энергетической силой (силой излучения) У (Вт-ср ') называют поток излучения источника, приходящийся на единицу телесного угла, в пределах которого излучение распространяется (иногда эту величину называют угловой плотностью потока излучения в данном направлении): * ид д~ыю~г, ~му юу~ ~, ~л Р юу энергетическими характеристиками излучения будут применяться другие единицы (световые, эффективные и т. д.). 243 Из определения энергетической силы света следует, что полный поток излучения в телесном угле Й, В случае неравномерного углового распределения потока излучения 1 = 1(й) вводят понятие средней по телесному углу энергетической силы света, под которой понимается сила излучения источника с равномерным распределением потока, величина которого равна потоку источника с неравномерным распределением: 1= йр (по) Среднее значение силы света внутри телесного угла 4л пазывают среднесферической силой света: /~ — — = ) ) ) )))) л))~ )4п).
1ьь) Спектральная (монохроматическая) энергетическая сила света а1 или 1 (Х) состоит из излучений с длинами волн, заключенными между Х и Х + сР,. Спектральная плотность энергетической силы света 1х (Вт ср 1. мкм ') равна ').3. Поверхностная плотность потока излучения Поверхностная плотность потока излучения определяется величиной потока излучения, приходящегося на единицу площади. Различают энергетическую освещенность и энергетическую светимость поверхности. Энергетическая освещенность Е (Вт.см 2) — отношение потока излучения, падающего на элемент поверхности, содержащий рассматриваемую точку, к площади этого элемента: ИЭ Е= —.
НА * Энергетическая светимость К (Вт.см ~) — отношение потока излучения, испускаемого в полусферу элементом поверхности, содержащим заданную точку, к площади этого элемента: Спектральные плотности энергетической освещенности и энергетической светимости, измеряемые в Вт см '*мкм ', равны: дЕ, й~ Е = — гс аЛ ' х дЛ 2.4. Поверхностно-угловая плотность потока излучения †энергетическ яркость Энергетическая яркость В (Вт см 'ср ') в данном направлении 1.
в произвольной точке М, лежащей на поверхности источника, или приемника или на пути распространения пучка (рис. 200), представляет собой отношение элементарного потока излучении РФ к произведению телесного угла дй, в котором он распространяется, площади пА, которую он составляет, и косинуса угла я между данным направлением Е и нормалью л/ к площади пА: В= да с1А сов к Так как поток излучения Ф =/(й, А) в данном случае рассматривается как функция двух переменных — телесного угла й н площади А источника излучения, то при небольших и независимых изменениях а и А на да и дА суммарное изменение потока излучения Ф может быть вычислено как полный дифференциал 2-го порядка дФ=-д(Ю)=~ — ~да +2~ ~даы+ ~ — ~дАа, ~ дав ~ ~дадА / ~дА2/ где дзФ/дйа, деФ/дАз, даФ/(дадА) — частные производные 2-го порядка от функции Ф =/(а, А).
Спектральная плотность энергетической яркости Вх (Вт.см Я.ср '.мкм 1) раина Различают три частных случая определения энергетической яркости (рис. 200, а — и). 1. В произвольной точке М на поверхности источника излучения в направлении Х энергетическая яркость есть отношение энергетической силы света И, излучаемой элементом пА в этом направлении, к произведению площади пА и косинуса угла а (к площади проекции элемента пА на плоскость, перпендикулярную направлению наблюдения): <У НАсози ' 2. В произвольной точке М на поверхности приемника в направлении Е энергетическая яркость есть отношение энергетической освещенности пЕ, создаваемой в этой точке приемника, в плоскости, перпендикулярной направлению Е„к элементарному телесному углу дй, в котором заключен поток, создающий эту освещенность: дЕ В=— дй Как известно из геометрической оптики, при отсутствии рассеяния оптический фактор, равный произведению геолатрическоао фактора элементарного пучка и квадрата показателя преломления среды, в которой он распространяется, инвариантен на всем пути пучка (инвариант Штраубеля): бабка = сопз1.
д Рис. 201. Зависимость яркости В и силы света 1 для поверхности А, подчиняющейся закону Ламберта Следовательно, отношение энергетической яркости к квадрату показателя преломления (приведенная или редуцированная энергетическая яркость) также инвариантно на всем протяжении элементарного пучка (при отсутствии потерь на поглощение и отражение): ВАР = сопз1. Этот закон был получен термодинамическим путем еще Клаузиусом в 1864 г.
Поверхности тел, энергетическая яркость которых во всех направлениях одинакова, называют диффузно излучающими, и для них справедлив закон, установленный Ламбертом. Согласно этому закону, энергетическая сила света диффузно излучающей поверхности в данном направлении для всех длин волн пропорциональна косинусу угла сь между направлением излучения и нормалью к излучающей поверхности: У =- ВАсоза. Если значения энергетической силы света и энергетической яркости отложить от центра излучающего тела в виде векторов, то поверхность, проведенная по концам векторов, называется фотометрической, а тело, заключенное внутри этой поверхности,— фотометрическим.
Лля тел, подчиняющихся закону Ламберта, фотометрическое тело энергетической яркости излучающей поверхности А пре3~- ставляет собой полусферу, а фотометрическое тело энергетической силы света — сферу, касательную к поверхности А (рис. 201) ° 246 3. В произвольной точке М на пути распространения элементарного пучка в направлении Х энергетическая яркость есть отношение потока, переносимого пучком излучения пф, к геометрическому фактору этого пучка дб = дА соз сиИ, где и†площадь сечения пучка; дй — телесный угол, который им заполняется; а — угол между нормалью к ЙА и направлением .С: ФР ~12Ф сИ аИ асов сс ' Между энергетическими светимостью и яркостью диффузно излучающих поверхностей существует соотношение, вывод которого приводится в ~ 3: Я =лВ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
