Оптические спектральные приборы - Скоков И.В.
Скачать (прямая ссылка):
iL
и е. Интервал интегрирования Л*—-Л2 соответствует границам оптической части спектра электромагнитных колебаний.
Понятие интенсивности излучения обычно используется в тех случаях, когда нет необходимости рассматривать тот или иной способ регистрации спектральных линий.
Как было сказано выше, спектральные величины могут быть представлены как функции длины волны X, частоты v или волнового числа а. Поэтому важным является правильный переход от одной формы представления спектра излучения к другой. Если дается распределение энергии в зависимости от длины волны (ось абсцисс), то по оси ординат откладывается величина Ф*, = dO/dX, где dФ — поток, приходящийся на спектральный интервал dX\ если распределение энергии дается в зависимости от частоты, то по оси ординат откладывается величина Фу — dO/dv, где йФ — поток, приходящийся на интервал частот dv. В первом случае спектр называется равноволновым, во втором — равночастотным.
Поскольку длина волиы и частота связаны обратной пропорциональностью, т. е. v = С(Д, тоФх ф ФХу при этом соотношение между и Фу меняется с длиной волны.
Таким образом, имеем
ф« = 771!фь
поэтому максимум спектрального распределения в шкале длин волн Ф*, шах не совпадает с максимумом спектрального распределения в шкале частот Футах. Аналогичные рассуждения справедливы и для шкалы волновых чисел а.
Кроме перечисленных способов представления спектра используются также логарифмические шкалы длин волн, частот или волновых чисел:
= | d (In X) | = | d (In v) | = | d (In a) |, следовательно,
dO d<D dO
dX dv da
1 V a
^,n | d (In A) J | d (In v) | | d (In a) |
Максимумы спектрального распределения совпадают для всех трех шкал; ординатой кривой спектрального распределения служит величина Ф,п, а абсциссами — In Xt In v или In сг, Для перехода от одной из трех рассмотренных шкал можно воспользоваться следующими формулами:
Фь = Ф^*!с0 = Ф1п/Х\
Фv = фкх*/Со = Фщ/v;
Фа = Ф^2 = Ф1пс0/у; ф1п = ф^ = ф^.
В качестве примера на рис. 4 приведена спектральная плотность энергетической светимости черного тела (ЧТ) при температуре 5000 К, представленная в линейной шкале длин волн (рис. 4, а), в линейной шкале частот (рис. 4, б) и в логарифмической шкале
15
о
8 VlO~yu
О)
Min 35 J4 33 32 31 inV
f)
Рис. 4. Представление спектра в различных шкалах
Ь)
(рис. 4» в), при этом масштабы по оси абсцисс выбраны таким образом, что при равных максимальных ординатах площади под кривыми, соответствующие полному излучению ЧТ, были равны во всех трех случаях. На этих же рисунках для наглядности смещения максимума штриховой линией нанесена кривая относительной спектральной чувствительности глаза. Из графиков следует, что спектральное распределение энергии одного и того же источника имеет различный характер в зависимости от вида его представления.
4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ СО СРЕДАМИ.
РАСТРОСТРАНЕНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ В АТМОСФЕРЕ
При взаимодействии излучения с какой-либо средой часть упавшего потока отражается, часть проходит через среду, и, наконец, остальная часть — поглощается. Связь между вошедшим в среду, поглощенным и прошедшим среду потоками определяется соотношением
фр (X) t ^ап | Фт (X) Ф(Я) ' Ф(1) Ф(к)
1,
где Ф (Я) — монохроматический поток излучения, падающий на границу двух сред; Фр (X) — отраженный от среды монохроматический поток; Фап (X) — поглощенный монохроматический поток; Фт (Я) —
прошедший через среду монохроматический поток.
Для количественной оценки взаимодействия потока излучения со средой вводятся коэффициенты отражения р, поглощения ал и пропускания т, выражаемые в виде
р(Ь) = Фр(Ь)/Ф(Ь);
«п (Ь) = Фап (Ц/ф (*); (1)
т (X) = Фс (Я)/Ф (X).
Из условия сохранения энергии следует, что
р (Я) + ац (Я) + т (к) = 1.
16
U
Коэффициенты, определяемые по формулам (1), представляют собой спектральные коэффициенты отражения, поглощения и пропускания. Они показывают долю отраженного, поглощенного и прошедшего потоков по отношению к потоку, упавшему на границу двух сред.
В общем случае часть энергии при взаимодействии с веществом рассеивается, при этом могут изменяться пространственные распределения интенсивности излучения, его спектр и поляризационные характеристики. Для более полного описания процесса взаимодействия излучения с веществом часто вводится понятие коэффициента рассеяния ар (или спектрального коэффициента рассеяния ар (X)), который определяется соотношением ар (К) = Фар (Я)/Ф^. В этом
случае уравнение баланса энергии приобретает вид
р (X) + ОЬц (X) + оьр (X) + т (X) = 1.
Когда поток излучения имеет сложный спектральный состав, вводится понятие интегральных коэффициентов отражения р, поглощения а и пропускания т.
Следует подчеркнуть, что при спектральных измерениях исследуют не только излучение, непосредственно испускаемое различными телами, но и преобразованное в результате взаимодействия с различными средами. При этом в каждой доле преобразованного потока содержится информация о свойствах излучения, что и служит основой для спектрального анализа различного вида: по спектрам испускания, поглощения, отражения и рассеяния.
