Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
Тепловой излучатель, спектральный коэффициент излучения которого в рассматриваемой области спектра не зависит от длины волны, называется неселективным. Неселективный излучатель со спектральным коэффициентом излучения меньше единицы называется серым излучателем.
Излучатель, спектральный коэффициент излучения которого в рассматриваемой области спектра зависит от длины волны, называется селективным. Примером является вольфрамовая нить лампы накаливания. Селективным характером излучения обладают и вещества, которым свойственны селективные отражательная способность и прозрачность. Степень селективности можно определить, если известны оптические характеристики вещества.
Коэффициентом поглощения, или поглощательной способностью, называется отношение поглощаемой телом мощности излучения к потоку излучения, падающему на тело.
Важно отметить, что для большинства диэлектриков поглощатель-ная способность растет с увеличением длины волны падающего излучения X. Это накладывает ограничения на выбор материалов оптических систем для работы в длинноволновой области спектра. Поглоща-тельная способность а меняется также в зависимости от угла падения лучей на вещество, однако это изменение практически не столь сильно сказывается, как зависимость а от X.
Для металлов справедливо соотношение ах -1/-Jo3X , где оэ — электрическая проводимость, X — длина волны падающего излучения.
55 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
Важным параметром, служащим для оценки эффективности различных излучателей, является энергетический КПД — отношение потока излучения в рабочем спектральном диапазоне ко всей потребляемой излучателем мощности.
Световым КПД излучателя называется отношение светимости Mv к суммарной энергетической светимости для А.=0...со.
Световая отдача Kce — это отношение Mv к энергетической светимости Me, взятой для видимого диапазона А.=0, 4...0,76 мкм.
Нагретые тела как источники излучения отличаются от идеально черного тела, так как их коэффициенты излучения не равны единице на всех длинах волн. Следовательно, реальный излучатель дает меньше энергии, чем черное тело при той же температуре. Для расчетов энергии излучения, испускаемой серыми и селективными излучателями, удобно воспользоваться понятием об эквивалентных им полных излучателях, поскольку все параметры излучения последних можно определить по известной температуре. В качестве признаков эквивалентности могут служить яркость, цвет или энергетическая светимость, в соответствии с которыми введены понятия о яркостных, цветовых и радиационных температурах.
Яркостная температура — это температурачерного тела, при которой на какой-либо длине волны оно имеет ту же спектральную плотность энергетической яркости, что и рассматриваемое тело. Из определения черного тела и данного определения ясно, что яркостная температура всегда меньше реальной температуры тела.
Температурой распределения называется температура эквивалентного черного тела, при которой излучение данного тела в видимой части спектра практически идентично излучению черного тела, т. е. ординаты их спектрального распределения яркости пропорциональны.
Температурачерного тела, при которой его излучение имеет туже цветность, что и рассматриваемое излучение, называется цветовой. Цветовая температура может быть больше или меньше фактической температуры тела, она может меняться с изменением этой фактической температуры.
Следует отметить, что некоторые селективные излучатели на отдельных участках спектра можно рассматривать как серые или даже черные тела, т. е. к ним этот термин вполне применим. На этих же участках представляется возможным использовать такие излучатели для моделирования черного тела.
Чтобы сравнить интегральные величины излучения черного тела и селективного излучателя, введено понятие «Радиационная темпе-
56 Глава 3. Оптическое излучение
ратура». Это — температурачерного тела, имеющего такую же суммарную (по всему спектру) энергетическую светимость, что и данный селективный излучатель.
Помимо рассмотренных параметров и характеристик свойства реальных излучателей описываются большим числом эксплуатационных, конструктивных и других параметров, приводимых в технических описаниях источников излучения и многочисленной литературе [12, ЗОи др.], а также рассматриваемых в отдельных курсах («Источники и приемники оптического излучения», «Основы лазерной техники» и ряде других). Поэтому в настоящем издании учебника описание свойств различных типов и групп источников излучения как естественных, так и искусственных, включая лазеры, не приведено.
3.5. Законы теплового излучения
Рассмотрим кратко основные законы излучения, которые необходимо знать при расчете ОЭП.
Закон Кирхгофа: в точке поверхности теплового излучателя при любой температуре и любой длине волны спектральный коэффициент направленного излучения для заданного направления равен спектральному коэффициенту поглощения для противоположно направленного неполяризованного излучения. Иначе, чем больше тело поглощает энергии, тем больше оно ее излучает, т. е.
