3. Энергетическиехарактеристикиизлучения

Впредыдущемразделемырассмотрелиметодыизмеренияпара-метровФЭППпривоздействиинанихпотокаизлучения.Былозафик-сировано,чтоэтиизмеренияпроводятсясиспользованиемтакихис-точниковизлучения,какАЧТилилампанакаливаниясопределеннойцветовойтемпературой,авеличинапотокаопределяетсяспомощьютакихпонятий,какспектральнаяплотностьэнергетическойсветимости

АЧТ,освещенностьисиласветалампынакаливания.Внастоящемпа-раграфебудутрассмотреныэнергетическиехарактеристикиоптиче-скогоизлучения,уходящегоизисточникаизлучения,атакжепадаю-щегонаФЭПП.Дляболееподробногоизучениявопросов,обсуждающихсявпараграфах5.3и5.4,следуетобратитьсякмоногра-фии[5.3].

ПОТОКИЗЛУЧЕНИЯ

Основнойвеличиной,котораяпозволяетсудитьобэнергииизлуче-ния,являетсямощностьизлучения,илипотокизлученияФ_э,измеряе-маявваттах(Вт)–количествоизлучаемой,атакжепереносимойипо-глощаемойэнергиивединицувремени:

dW

Ф_э_dt,

гдеW–энергияизлучения,измеряемаявджоулях(Дж).

N N₁

L

_α ω₀

ω₀

dA

М

А

α₁

L₁

dA_1М1

А₁

а б

Рис.5.6.Схемараспространенияизлучения,уходящегосповерхностиисточникаизлучения(а)ипопадающегонаповерхностьприемника

излучения(б):

dА–элементарнаяплощадканаповерхностиизлучателя;dА_1–элементарнаяплощадканаповерхностиприемника;N,N_1–нормалькплощадке;L,L_1–на-правлениераспространенияизлучения;α,α1–уголмеждунаправлениемрас-пространенияизлученияинормальюкплощадке;ω_0–элементарныйтелесный

угол,заполненныйпотокомизлучения

Потокизлучения,сосредоточенныйвмаломспектральномдиапа-зонедлинволнотдо,называетсямонохроматическим,или

спектральным,потокомизлучения

Ф_э_.Величинапотокаизлуче-

ния,приходящаясянаединичныйинтервалдлинволн,называетсяспектральнойплотностьюизлученияФ_э:

_Ф ^dФэ ¹

э^

,Втмкм.

d

Световойпотокостаетсяпостояннымвнутриконическойповерх-ности,образованнойлучами,которыенаправленыизточечногоисточ-никаизлучения.

Полныйпотокизлучения,испускаемыйисточником,равенсвето-вомупотокучерезповерхность,замкнутуювокругисточникаизлуче-ния.Нарис.5.6данасхемаизлучения,уходящегоотисточникаипа-дающегонаприемникизлучения.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯСИЛАСВЕТА

ЭнергетическойсилойсветаIназываетсяпотокизлученияисточ-никавданномнаправлении,приходящийсянаединицу телесногоугла:

I^dФэ,Вт/ср,

d

где–телесныйугол,вкоторомраспространяетсяизлучение.

Дляизотропного(т.е.однородноизлучающего)источникасвета

I^Фэ



иполнаяизлучаемаяисточникоммощностьФ_э

4I.

Вслучаенеравномерногоугловогораспределенияпотокаизлуче-ния(неизотропныйисточник)вводятпонятиесреднейпотелесному

углуэнергетическойсилысвета,подкоторойпонимаетсясиласветаизотропногоисточника,потокизлучениякоторогоравенпотокудан-ногонеизотропногоисточникаизлучения:

_^I^d

_I^_{0 ,}

₀

где

_0–телесныйугол,внутрикоторогоопределяетсясредняясила

света.

Есливеличинателесногоугла_04,тосиласветанеизотропно-гоисточникавэтомтелесномугленазываетсясреднесферическойси-лойсвета:

_^I^d

_I(4) _.

4

Спектральная,илимонохроматическая,силасветаопределяет-сяаналогичноспектральнойплотностиизлучения,каксиласветаиз-лучениясдлинамиволнвспектральномдиапазонедлинволнотдо

:

I

dI

• d^.

Такимобразом,длянеизотропныхисточниковсветасиласветапо-стояннавданномнаправлении,адляизотропных–вовсехнаправле-ниях.Введениесилысветапозволяетсравниватьразныеисточникиизлученияпоихспособностиизлучатьэнергию.Дляхарактеристикисилысветавразличныхнаправленияхиспользуютсявекторныедиа-граммы(диаграммынаправленности).Дляихпостроенияприменяютполярныекоординаты,вкоторыхсиласветаестьфункцияполярныхуглов:

^{II}^.

ИзточкиО,условнопредставляющейточечныйисточникизлуче-ния,проводятсярадиус-векторы,длинакоторыхпропорциональнаси-лесветавданномнаправлении.Огибающаяконцовэтихвекторовиестьвекторнаядиаграммасилысвета.

ПОВЕРХНОСТНАЯПЛОТНОСТЬИЗЛУЧЕНИЯ

Поверхностнаяплотностьизлученияравнавеличинепотокаизлу-чения,приходящегосянаединицуплощади.Приэтомразличаютэнер-гетическуюосвещенностьиэнергетическуюсветимость.

Энергетическаяосвещенность

E,Вт/см²,определяетсякакот-

ношениепотокаизлучения,падающегонаэлементповерхности,кплощадиэтогоэлемента:

Е^dФэ.

dА

^{ЭнергетическаясветимостьR,Вт/см2,определяетсякакотно-шение}потокаизлучения,испускаемоговполусферуэлементомпо-верхности,кплощадиэтогоэлементаизаписываетсявтакомжевиде,чтоиосвещенность:

R^dФэ.

dА

СпектральныеплотностиэнергетическойосвещенностиE_,Вт/(см^2мкм),иэнергетическойсветимостиR_,Вт/(см^2мкм),равнысоответственно:

E^dE;

• d

R^dR.

• d

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯЯРКОСТЬ

ЭнергетическаяяркостьВ,Вт/(см^2ср),илиповерхностно-угловаяплотностьпотокаизлучениявданномнаправлениивданнойточкеМ,лежащейнаповерхностиисточникаилиприемника(рис.5.6),представляетсобойотношениеполногодифференциалапотокаизлуче-

ния2-гопорядка

d²Ф_э

кпроизведениютелесногоуглаd,вкотором

распространяетсяэтотпоток,площадиdAикосинусаугламеждуданнымнаправлениемLинормальюNкплощадиdA:

2

B ^dФэ .

ddAcos

Основываясьнаранеевыведенныхсоотношенияхдлясилысветаиосвещенностииучитываятообстоятельство,чтоэнергетическуюяр-костьможнотакжезаписатьввиде:

d	dФэ		d	dФэ	,
		dAcos dAdcos   

2

_B dФ_э

ddAcos

d^

дляповерхностиисточникаизлученияидляповерхностиприемникавводятсяразныеопределенияэнергетическойяркости.

Наповерхностиизлучателяяркостьзаписываетсячерезсилусвета:

_B^{ddФ}_э^_^d^I_ ^dI _,

 

 

dA^dcos^

dA^cos^

dAcos

анаповерхностиприемника–черезосвещенность:

_B^{ddФ}_э^_^d^E_^dE_.

 

 

d^dAcos^

d^cos^ d

Поверхностител,энергетическаяяркостькоторыхвовсехнаправ-ленияходинакова,называютсядиффузноизлучающими.Длянихспра-ведливзаконЛамберта,устанавливающийсвязьмеждуэнергетическойсилойсветаиэнергетическойяркостью: