Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
42 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 v или длиной волны A = c/v, где с — скорость распространения излучения, можно представить как поток квантов с одинаковой энергией:
E = hv = hc/v
где h = 6, 626-Ю'34 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 А. и v. Иногда вместо длин волн А используют обратные им величины — волновые числа а, которые выражаются всм'1.
3.2. Основные энергетические и фотометрические величины и соотношения между ними
Основным параметром системы энергетических величин является поток излученияФе — 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 Фе (А.) от длины волны (частоты). Произведение Фе (A) dk определяет мощность, переносимую потоком в интервале длин волн dk. Таким образом,
оо
Фе = |ФЄ(А)ЙА. о
Наиболее часто встречающиеся в оптико-электронном приборостроении величины, характеризующие оптическое излучение, приведены в табл. 3.1.
Условимся в дальнейшем индексом 1 обозначать элементы и параметры, относящиеся к излучателю, а индексом 2 — к облучаемому объекту.
43 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
Таблица 3.1
Основные энергетические и фотометрические величины и единицы их измерения (в соответствии с системой СИ и рекомендациями Международной комиссии по освещению)
Наименование (синонимы) Определяющее выражение Основная единица измерения и связь с другими единицами
Энергетические
Поток излучения (лучистый поток, мощность излучения, radiant power, radiant flux) OS фе = |фе(А.)йЯ. 0 1 Bt=IO7 эрг е1= =0,239 кале= =6,24.1018 эВ с1
Энергия излучения (лучистая энергия, radiant energy) t Qe=\<be{t)dt 0 1 Дж=1 Вт с= =2,78 107кВт ч= =107эрг=0,239кал= =6,24 IO18 эВ
Энергетическая сила света (сила излучения, radiant intensity) Ie = d<t>e/dn, 1 Вт- ср1
Энергетическая светимость (поверхностная плотность потока излучения, излучательность, radiant exitance, emittance) Me = dФe / (LA1 1 Btm-2= =100 мкВтсм'2= =92,9 мВт-фут2
Энергетическая освещенность (облученность, плотность мощности, мощность дозы, радиация, ir radian се, dose-rate) Ee = <іФе / dA2 1 BTM-2= =IOOMKBT-см-2= =92,9 мВт-фут2
Энергетическая яркость (лучистость, radiance) L — ^e6j Al ClA1 cos9, 1 BTM2CP 1
Энергетическая экспозиция (энергетическое количество освещения, количество облучения, доза, экспозиционная доза, radiant exposure, irradiation) t He = fEe(t)dt 0 1Джм2=1 Вт-с-м"2= =IO4 Дж-см2= =2,78- IO-4 Вт-ч-м-2= = IO3 эрг-см-2= =2,39-105 кал-см2
44 Глава 3. Оптическое излучение
Таблица 3. 1 (продолжение)
Наименование (синонимы) Определяющее выражение Основная единица измерения и связь с другими единицами
Фотометрические (световые)
Световой поток (luminous power, luminous flux) 00 X jV(A.)a>e(A.)dA. 0 лм
Световая энергия (luminous energy, quantity of light) t Є„=/Ф v(t)dt 0 1 лм-с=1 тальбот
Сила сиета (luminous intensity) Iv^dbJdCl1 1 кд
Светимость (luminous exitance, luminous emittance) Mu^dbJdA1 1 ЛММ"2
Освещенность (illuminance, illumination) Ev ^dbJdA2 1 лк =1 лмм'2= КИфот
Яркость (luminance) L - 1^1 dAjCOsQj 1 КД-М"2=1 HT= =10-4сб=3,14 асб= =3,14-10-4 Лб= =0,2919 фут Лб
Экспозиция (количество освещения, light exposure, luminous exposure) t Hv=\Ev(t)dt 0 1 лк-с
Примечание. Если энергетические и световые величины нельзя спутать, то индексы е (энергетический) и V (визуальный) могут быть опущены.
Для расчета ОЭП особый интерес представляет распределение потока излучения в пространстве, которое достаточно полно описывается следующими величинами.
Энергетической светимостью Me называется отношение потока излучения, испускаемого малым элементом поверхности по одну сторону от себя, т. е. в полусферу, к площади этого элемента dAr
Энергетической освещенностью (облученностью) Ee называется отношение потока излучения йФе, падающего на малый элемент поверхности, к площади этого элемента dA2.
45 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
Силой излучения называется отношение потока излучения йФе, распространяющегося от источника в определенном направлении внутри малого телесного угла, к этому телесному углу сЮ;, т.е.
