Основные понятия фотометрии

 

Фотометрия — это раздел  оптики, который  изучает измерения энергии, с помощью которой переносят электромагнитные световые волны.

Световой поток — это мощность  видимого излучения или энергия  световых  волн, проходящая  телесный угол в  определенный отрезок времени. Единицей измерения светового потока является люмен (лм).

Освещенность — это  отношение  светового потока  к площади облучаемой поверхности:
 

Единицей измерения освещенности является люкс (лк).
Сила света — это отношение светового потока к телесному углу:


где  — это телесный угол.
Единицей  измерения силы света (излучение) является кандела (кд).
Единицей измерения телесного угла является стерадиан.

Светимость — это отношение  светового потока  к площади излучающей поверхности:


Единицей измерения светимости является отношение люмена к квадратному метру  (лм/м2).
Яркость — отношение  силы света к площади проекции  излучающей поверхности источника на плоскость, которая перпенди- кулярна:


где ф — это угол между нормалью и поверхностью, и направлению, по которому мы определяем яркость.
Единицей  измерения является отношение   светового  потока к квадратному  метру (кд  / м2).  Точечный источник  света — это такой  источник  света, который  имеет линейные размеры существенно  меньше,  чем расстояние  от него  до точки  наблюдения. Закон  освещенности от точечного  источника: освещенность, возникающая  при помощи  точечного  источника, является  пропор- циональной силе света, косинусу  угла падения и обратно пропорциональна квадрату расстояния  от точечного  источника:



Интерференция, дифракция, дисперсия света
Интерференция  —  это  явление   увеличения   или   уменьшения амплитуды результирующей волны  при  сложении двух или  нескольких волн, имеющих одинаковые частоты  колебаний.
 
Принцип Френеля—Гюйгенса:   любая точка  среды,  до которой дошла волна,  является самостоятельным источником  вторичных волн; новый фронт волны образуется в результате интерференции.
Интерференционная картина электромагнитных волн наблюдается при наложении когерентных волн.
Интерференция не наблюдается, если волны некогерентные. Чтобы   получить   когерентные световые волны с помощью типичных   источников  спонтанного излучения,  используют  метод  расщепления волны,  излучаемой одним источником  света. Следствие интерференции зависит от разности  фаз,  полученной когерентными   цугами  волн из-за  прохождения  ими различных расстояний  от источника  до рассматриваемой точки интерференционной картины.

Опыт Юнга
В 1802 г. Т. Юнг нашел длину волны солнечного света. Для этого он провел следующий опыт:  источником  света будет  служить ярко освещенная  щель, от которой  световая волна падает на две узкие  равноудаленные щели,  которые  освещаются  различными участками одного и того же волнового фронта.
Световые  пучки,  проходящие  через малые отверстия,  увеличиваются  в ширине вследствие  дифракции и частично  перекрываются.  В  итоге  видно, что  щели играют  роль  когерентных источников.  Интерференционная картина  наблюдается на экране, расположенном на некотором  расстоянии  параллельно. В  итоге Юнг определил, что  для  фиолетовой части  спектра  он  получил мкм.

Ширина  интерференционной картины — это расстояние  между соседними максимумами или  минимумами:


Оптическая   длина  пути  —  это  произведение геометрической длины пути световой волны в определенной среде на абсолютный показатель преломления этой среды:

Наблюдение интерференции в тонких пленках: белый свет па- дает на тонкую пленку, частично  свет отражается от верхней поверхности  пленки, отчасти,  пройдя  через пленку,  отражается от ее нижней поверхности.  Эти  обе отраженные  волны отличаются разностью  хода. Разность  хода невелика — немногим  превосходит удвоенную толщину пленки. Белый свет немонохраматичен, он включает электромагнитные волны разной длины — от 400 до 760 нм. Разность  хода зависит от длины волны, вследствие этого максимумы  интерференционной  картины  для разных  длин  волн получаются в  разнообразных   источниках  приемника. Поэтому пленки имеют радужную окраску.

Кольца Ньютона — это интерференционная  картина,  которая создастся  в простейшем  случае на плоско-выпуклой  линзе.  Интерференционная картина имеет вид светлых и темных колец, или все точки  кольца с определенным радиусом имеют одинаковую оптическую разность  хода и дадут либо усиление, либо  ослабление света.

Дифракция света  — это совокупность явлений, определенных волновой природой света, которые наблюдаются при распространении оптических волн в среде с резко выраженными неоднородностями.

Дифракцией  — это  явление   огибания  световым потоком  небольших препятствий.

Дифракция Френеля — это дифракционные  задачи, в которых нельзя пренебрегать кривизной волновых поверхностей попадающей и дифракционной волны.  Дифракция  Френеля выполняется тогда, когда источник  света и экран  для просмотра дифракционной картины располагаются на конечных расстояниях  от препятствия, вызывающего дифракцию.

Дифракция Фраунгофера — это дифракция в параллельных лучах  плоских волн, это  такие дифракционные  задачи, в которых источник  света и точка  наблюдения бесконечно  удалены от препятствия,  на котором совершается дифракция.
Наблюдение дифракции Фраунгофера: для  осуществления такой дифракции источник  света помещают  в фокусе  собирающей линзы, дифракционную картину наблюдают в фокальной плоскости второй собирательной линзы, установленной позади препятствия. Дифракционная картина — это «дифракционное изображение» источника света.

Дифракционная решетка — это совокупность большого числа узких параллельных щелей, обладающих одинаковой шириной и расположенных в плоскости на одинаковом расстоянии друг от друга.
 
Период дифракционной решетки,  или  состояние  дифракционной  решетки — это расстояние,  которое определяется суммой ширины одной щели и ширины интервала  между соседними щелями.
Разрешаемый  дифракционной решеткой  интервал длин  волн   определяется из условия: с увеличением числа щелей уменьшается  ширина световых интерференционных полос, увеличивается их интенсивность,  т. е. где  — число щелей в решетке.

Дисперсия света — это явление  зависимости абсолютного показателя преломления вещества от частоты  света.
Дисперсия света — это явление  зависимости скорости  распространения световой волны в веществе от ее частоты.
Условие нормальной дисперсии света: показатель  преломления монотонно возрастает с увеличением частоты, а убывает с увеличением  длины волны; в противном случае дисперсия является аномальной.
Дисперсия  света обусловлена взаимодействием световой волны с заряженными частицами, входящими в состав вещества и совершающими  вынужденные  колебания в переменном  электро-магнитном  поле волны. Для видимого света частота  велика  и существенны  лишь вынужденные колебания.

 


Лекция добавлена 25.02.2014 в 22:45:00