1.2. Спектр оптичного випромінювання, його характеристики та використання окремих ділянок

Спектр електромагнітних випромінювань поширюється від космічного випромінювання із мінімальною довжиною хвилі (  м) до довгохвильових випромінювань генераторів струмів промислової частоти (  м) і наведений на рис. 1.2.

1 нм								1 мм
Рентгенівське випромінювання	Оптичне випромінювання 380 760								Радіохвилі
	Ультрафіолетове випромінювання 200 280 315				Видиме випроміню­вання	Інфрачервоне випромінювання 1400 3000
		Зона С	Зона В	Зона А		Зона А	Зона В	Зона С

Рисунок 1.2 – Спектр електромагнітних випромінювань

Відповідно до широкого діапазону зміни довжин хвиль і частот змінюються і властивості випромінювання. Тому весь спектр випромінювань розбитий на області (ділянки). Об'єднання якого-небудь діапазону випромінювань в одну область спектра електромагнітних коливань пояснюється поєднанням принципів збудження та спільністю методів перетворення і використання випромінювання цієї області.

Надалі нас буде цікавити оптична область (рис. 1.3) електромагнітного випромінювання, або, інакше, оптичне випромінювання (ОВ).

Рисунок 1.3 – Оптична область випромінювання

Розрізняють оптичне випромінювання:

а)  просте (монохроматичне);

б)  складне.

Монохроматичне випромінювання – випромінювання однієї довжини хвилі (рис. 1.4а).

Складне випромінювання містить у собі декілька або безліч монохроматичних випромінювань.

У свою чергу, складне випромінювання може бути:

а)  суцільним – у якого монохроматичні складові заповнюють без розривів інтервал довжин хвиль, у межах якого відбувається випромінювання (рис. 1.4б);

б)  лінійчастим – складається з окремих монохроматичних випромінювань, що не примикають одне до одного (рис. 1.4в).

а б в

Рисунок 1.4 – Спектр оптичного випромінювання: а) просте; б) складне суцільне; в) складне лінійчасте

1.3. Система енергетичних величин оптичного випромінювання та одиниці їх вимірювання

Для кількісної оцінки дії оптичного випромінювання ОВ користуються системою енергетичних величин.

Мірою випромінювання є енергія , що вимірюється в джоулях (Дж). У практиці зручніше користуватися не енергією, а потужністю випромінювання (інакше її називають потоком випромінювання ):

, [Вт] = [Дж/с], (1.4)

де t – час, за який відбувається випромінювання. Виміряється потік у ватах [Вт].

Для монохроматичного випромінювання

, (1.5)

де індекс е у позначенні свідчить про те, що прийнято систему енергетичних величин і одиниць.

Для опису розподілу потоку випромінювання за спектром (залежно від довжини хвилі випромінювання) користуються поняттям спектральної густини потоку випромінювання :

, (1.5)

де – однорідний потік на ширині смуги , де виміряний однорідний потік (рис. 1.5а).

а б

Рисунок 1.5 – Потік а) і спектральна густина випромінювання (б)

Переходячи до , отримаємо

, (1.6)

або із цієї формули можна отримати потік при відомій спектральній густині

. (1.7)

Залежність може задаватися у вигляді графіка (рис. 1.5б), тоді потік Ф_е дорівнює площі, обмеженій кривою й віссю абсцис, або у вигляді таблиці.

При лінійчастому спектрі

, (1.8)

де – потік випромінювання з довжиною хвилі .

Розподіл потоку в просторі (просторова густина потоку випромінювання) – сила випромінювання :

, [Вт·ср^-1], (1.9)

де – тілесний кут, у якому розподіляється потік.

Тілесний кут в 1 стерадіан відповідає куту конуса із вершиною в центрі сфери, що відтинає в сфері радіусом площу поверхні (рис. 1.6)

, [стерадіан]. (1.10)

Рисунок 1.6 – До визначення тілесного кута

Густина потоку на поверхні, що опромінюється, – опромінення :

, [Вт·м^-2], (1.11)

де – площа поверхні, що опромінюється.

Густина потоку на випромінюваній поверхні – енергетична світність М_е:

, [Вт·м^-2], (1.12)

де – площа випромінюваної поверхні.

Кількість випромінювання, одержуваного за якийсь час, називають дозою опромінення – енергетичною експозицією :

, [Вт·м^-2·с] = [Дж·м^-2]. (1.13)

Таким чином, енергетичні характеристики оптичного випромінювання такі: