5. Светотехнические и оптические характеристики материалов

Распределение общего светового потока по составляющим зависит от спектрального состава падающего света и свойств самого материала (рисунок 3).

Фνρ - отраженный световой поток; Фνα - поглощенный световой поток; Фνλ - пропущенный световой поток

Рисунок 3 - Схема прохождения светового потока через материал

Для количественной характеристики светотехнических свойств материала вводятся коэффициенты: отражения – ρ, поглощения – α, пропускания – τ. Они определяются следующими соотношениями:

ρ = Фνρ /Фν; α = Фνα / Фν; τ = Фνλ / Фν,

где Фν – падающий световой поток;

Фνρ, Фνα, Фνλ – соответственно отраженный, поглощенный и пропущенный световые потоки.

Поэтому для характеристики взаимодействия материала с монохроматическим излучением (излучением одной длины волны вводятся соответствующие спектральные коэффициенты: отражения - ρ_α, поглощения – α_λ, пропускания – τ_λ).

ρ_λ = f(α); α_λ = φ(λ); τ_λ = R(λ).

Важнейшими светотехническими характеристиками являются следующие показатели.

1. Нормальный показатель преломления n₀ для излучения с длиной волны 589 нм.

2. Степень рассеяния γ (для светопропускающих материалов):

γ = J₄₀/ J₀,

где J₄₀ и J₀ – силы света от светового пятна на образце в проходящем свете под углами 40° и 0 к нормали поверхности образца.

3. Коэффициент рассеяния δ (для светоотражающих материалов)

δ = (L₂₀ + L₇₀)/(2 L₅),

где L₅, L₂₀, L₇₀ – яркости светового пятна на образце соответственно под углами 5, 20 и 70° к нормали при падении светового пучка перпендикулярно поверхности.

4. Продольная кривая (индикатриса) рассеяния I_e (е) светового потока, пропущенного или отраженного материалом.

5. Показатель белизны W – величина, численно характеризующая близость отражающих свойств измеряемого образца к идеально белой поверхности применительно к оценке стандартным наблюдателем.

6. Цвет и цветность материала.

Распределение отраженного светового потока для этих случаев дано на рисунке 4.

а) направленной (зеркальное); б) направленное рассеянное; в) диффузное; г) смешанное

Рисунок 4 – Виды отражений светового потока

Характер отражения определяется структурой материала, состоянием его поверхности, типом поляризации падающего света и т.д.

Простейший (идеализированный) случай – отражение света от бесконечной плоской границы раздела между двумя однородными средами.

Распределение светового потока для этих случаев показано на рисунке 5.

а - направленное; б - направленно-рассеянное; в - диффузное; г - смешанное

Рисунок 5 - Виды пропускания светового потока

Направленное пропускание – это пропускание без рассеяния света. При этом телесный угол падающего светового потока равен телесному углу пропущенного материалом, если материал взят в виде плоской пластины (рисунок 5а). Для этого на их поверхность наносят различной формы преломляющие элементы (призматические, сферические и др.).

При направленно-рассеянном пропускании пропущенный материалом световой поток распространяется преимущественно в направлениях, близких к направлению падающего луча; телесный угол пропущенного светового потока больше телесного угла падающего (рисунок 5б).(матированные светопропускающие материалы)

Диффузное пропускание- пропускание, когда телесный угол пропущенного светового потока больше угла падающего и составляет в плоскости угол 2π. Свет, проходя через такую среду, претерпевает многократные преломления и отражения, в результате чего на выходе из материала он оказывается рассеянным по всем направлениям.

У материалов с неоднородной внутренней структурой и шероховатой поверхностью может наблюдаться смешанное пропускание.( слабоглушеные стекла).