Лекции по курсу «Фотометрия»
Лекция 1. Введение в курс «Фотометрия»
1. Перечень рассматриваемых в лекции вопросов
1.2. Основные понятия фотометрии
1.3. Фотометрические величины
1.3.1. Энергетические фотометрические величины
1.3.2. Редуцированные фотометрические величины
1.4. Световые величины
1.5. Приёмники излучения
1.6. Импульсная фотометрия
2. Вопросы для самостоятельного изучения
3. Рекомендованная литература (к лекциям)
4. Вопросы к лекции
1.2. Основные понятия фотометрии
Фотометрия раздел физической оптики, в котором рассматриваются энергетические характеристики оптического излучения, испускаемого источниками, распространяющегося в различных средах и взаимодействующего с телами. При этом энергия электромагнитных колебаний оптического диапазона усредняется по малым интервалам времени, которые, однако, значительно превышают период таких колебаний. Фотометрия охватывает как экспериментальные методы и средства измерений фотометрических величин, так и относящиеся к этим величинам теоретические положения и расчёты.
История направления. Фундаментальный для фотометрии закон Е = I / l 2, согласно которому освещённость Е изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния l от точечного источника с силой света I . Закон сформулирован Кеплером в 1604. Основоположником экспериментальной фотометрии считают Бугера, который опубликовал в 1729 описание визуального метода количественного сравнения источников света – установления (путём изменения расстояний до источников) равенства освещённостей соседних поверхностей с использованием в качестве прибора глаза. Методы визуальной фотометрии применялись во второй половине 20 в., когда советскими учёными было введено понятие «эквивалентной яркости». В зависимости от используемых методов измерения фотометрических величин фотометрию условно делят на визуальную, фотографическую, фотоэлектрическую, фотохимическую и т.д. Начатое Ламбертом (1760) развитие теоретических методов фотометрии нашло обобщённое выражение в теории светового поля, доведённой до стройной системы советским учёным Гершуном (30-е гг. 20 в.).
Световое поле, поле светового вектора. При этом распределение освещённости находят, применяя общие методы расчёта пространственного распределения светового потока. Проекция светового вектора на любое направление, проходящее через точку, равна разности освещённостей двух сторон малой площадки, помещенной в этой точке перпендикулярно данному направлению. Размер и положение светового вектора не зависят от системы координат. В теории светового поля используется понятие о световых линиях, аналогичное понятию силовых линий в классической теории физических полей.
Оптическое излучение представляет собой свет, или электромагнитные волны, длины которых заключены в диапазоне с условными границами от 1 нм до 1 мм. К оптическому излучению, помимо воспринимаемого человеческим глазом видимого излучения, относятся инфракрасное излучение и ультрафиолетовое излучение.
Для оптических методов исследования характерно формирование направленных потоков излучения с помощью оптических систем, включающих линзы, зеркала, призмы оптические, дифракционные решётки и т.д.
1.3. Фотометрические величины
Это величины, характеризующие оптическое излучение. Различают энергетические фотометрические величины и редуцированные фотометрические величины. Первые из них характеризуют излучение безотносительно к его действию на какой-либо приёмник излучения; они выражаются в единицах, образованных на основе единиц энергии: джоуля (система СИ), эрга или калории (устаревшие единицы).
1.3.1. Энергетические фотометрические величины, величины, характеризующие оптическое излучение безотносительно к его действию на приемники излучения. В табл. 1.1 приведены наиболее употребительные энергетические фотометрические величины и единицы их измерения. Соотношения между этими величинами те же, что и между соответствующими световыми величинами. При исследованиях физических явлений взаимодействия излучения и вещества (фотоэлектрических, фотохимических, люминесценции и др.) энергетические фотометрические величины выражают иногда также в единицах фотонной системы, т.е. энергия излучения оценивается безразмерной величиной — числом фотонов, поток излучения — «расходом» фотонов в секунду (сек1), размерность единицы энергетической силы света в этой системе — сек 1 ·ср1 и т. д.
Табл.1 1. Энергетические фотометрические величины
Энергетические фотометрические величины (в скобках распространенные синонимы и пояснения) |
Единицы |
Энергия излучения (лучистая энергия) |
дж |
Поток излучений (лучистый поток) |
вт |
Энергетическая сила света (сила излучения) |
вт·ср 1 |
Энергетическая яркость |
вт·ср1·м2 |
Энергетическая освещенность (облученность) |
вт·м2 |
Энергетическая светимость |
вт·м2 |
Энергетическая экспозиция |
дж·м2 |
Энергетическое освечивание (интеграл от энергетической силы света по времени в пределах длительности импульса излучения) |
дж·ср1 |
Спектральная плотность энергетической фотометрической величины (производная этой величины по длине волны или другой спектральной координате) |
|