1.Энергетические единицы и соотношения между ними. Световые величины. Модели источников излучения. Яркость рассеивающей поверхности.

В физике и оптике широко используют идеализированные модели: точечный и непрерывный источник света. Во многих случаях действие света изучается на расстоянии R, настолько превосходящем радиус r светящегося шарика, что размеры последнего можно не учитывать. Тогда можно считать, что излучение света происходит как бы из одной точки —  центра светящегося шара. В подобных случаях источник света называется точечным источником. Рассмотрим ламбертовское рассеяние: рассеяние света плоской поверхностью происходит по всем направлениям, и не зависит от телесного угла, в пределах которого падает световой поток. Световой поток выходит после такого рассеивателя равномерно распределенным в пределах телесного угла . Примером может служить белая бумага или молочное стекло. Яркость такой поверхности постоянна по всем направлениям и не зависит от направления падающего света, то есть полностью подчиняется закону Ламберта. Кривая распределения силы света таких поверхностей имеет форму окружности (рис.2.5.1). Часть падающего потока поглощается поверхностью, и рассеивается поток :       (2.5.1)

Коэффициент альбедо определяет степень белизны поверхности . У абсолютно черного тела (ничего не рассеивает, все поглощает), у абсолютно белого тела (все рассеивает, ничего не поглощает) Найдем яркость рассеивателя. Поток создает освещенность , следовательно, поток, упавший на рассеиватель:       (2.5.2)

Рассеянный поток в полусфере:       (2.5.3) , следовательно: Отсюда яркость идеального рассеивателя:         (2.5.4)

– освещенность, создаваемая падающим потоком, – коэффициент Альбедо.

2.Явления преломления и рефракции в природе. Световые волокна и волоконно-оптические линии связи. Хроматическая и временная дисперсия в волоконно оптических линиях связи

Рефракция – искривление лучей в среде с плано меняющейся оптической плотностью. В 17 века механизм преломления и рефракции удовлетворительно обьяснялся только перемещением «глазных щупалец – лучей» в средах с различной плотностью. Предполагалось, что изменение скорости перемещения «лучей-щупалец» зависит от плотности вещества.

Синелиус, исходя из соображений неразрывности «тела» лучей вывел закон преломления и ввёл в обиход относительный «показатель», равный отношению скоростей лучей в средах. . Для воздуха справедлив закон Гладсона . Для воздуха, с учётом зависимости показателя преломления от длины волны света, справедливо эмпирическое соотношение:

За счет рефракции и искривления траектории лучей заатмосферного светила в атмосфере, истинное направление на светило β отличается от кажущегося направления α. На границе раздела любых двух воздушных слоёв должен соблюдаться закон Снелиуса. Значит произведение должно оставаться неизменным. Поправка на рефракцию:

При

При

Траектория луча в среде с изменяющимся поперек движения луча показателем преломления:

z-текущая координата вдоль траектории луча, r-координата в поперечном движению луча направлении, n(r) –текущее значение показателя преломления.

Для определения траектории лучей света (солнца) в атмосфере нужно знать зависимость показателя преломления воздуха от высоты h

Волоконная оптика. Явление полного внутреннего отражения на границе двух цилиндрических тел, может использоваться для захвата излучения и транспортировки его на большие расстояния. Поскольку излучение при полном внутреннем отражении все-таки проникает во вторую среду, состояние последней также определяет ослабление излучения в волокне. Однородное волокно из-за плохого состояния поверхности полностью ослабит поток на длине в несколько метров. Затухание (коэффициент ослабления) измеряется в децибелах Кдб = 20*lgК. Граница спрятанная в качественную стеклянную оболочку имеет мало поглощающих излучение дефектов и затухание в волокне уменьшиться. В некоторых материалах технологически удобнее не увеличивать коэффициент преломления в сердцевине оболочки, а уменьшать. В этом случае создаются волокна с кольцом внутреннего отражения. В градиентном волокне, с изменяющимся поперек сердцевине коэффициентом преломления, используется явление рефракции лучей. Лучи не доходят до дефектной границы, а время распространения лучей имеющих различную траекторию одинаково по закону Ферма. Временная дисперсия оптического волокна – световые лучи, имеющие различные траектории внутри волокна, имеет разное время распространения – информационный импульс (сигнал) на выходе волокна «растягивается», период следования этих импульсов приходится уменьшать – уменьшается скорость передачи цифровой информации. Материальная дисперсия(хроматическая) – лучи, имеющие разную длину волны имеют разное время распространение внутри оптического волокна.