Взаимодействие оптического излучения с телом.
Длина волны или частота электромагнитных колебаний – это качественная характеристика монохромного оптического излучения.
Мощность оптического излучения, называемая лучистым потоком, даёт количественную оценку оптического излучения. В общем случае мощность лучистого потока измеряется в ваттах (Вт). Для видимого спектра оптического излучения этот поток называют световым потоком.
Основные величины, количественно характеризующие оптическое излучение в целом, - это лучистый поток и сила излучения, облучённость и экспозиция.
Лучистый поток Ф (Вт), характеризующий мощность оптического излучения, численно равен лучистой энергии dQ (Дж), излучаемой источником в единицу времени dt (с):
Ф = dQ /dt, (1.3)
Сила излучения I (Вт/ср) определяет удельную мощность излучения, приходящуюся на единицу пространственного угла dw , измеряемого в стерадианах (ср):
I = dФ /dw , (1.4)
Облучённость E (Вт/м2) характеризует удельную мощность излучения, приходящуюся на единицу облучаемой поверхности dS (м2):
E = dФ /dS , (1.5)
Экспозиция (Дж/м2), называемая также количеством облучения, определяет удельную энергию излучения, приходящуюся на единицу облучаемой поверхности в течение времени облучения t (с),
H = 0 ò tEdt , (1.6)
Энергия оптического излучения, падая на какой-либо объект, частично отражается от поверхности объекта, частично им поглощается и частично пропускается. Относительные значения потоков в долях от полного, упавшего на поверхность объекта, соответственно характеризуют коэффициенты: r - отражения, a - поглощения и g - пропускания. Очевидно, что
r + a + g = 1. (1.7)
Эти коэффициенты - важные оптические показатели различных тел. В зависимости от преобладающего значения того или иного коэффициента тела подразделяют на отражатели, поглотители и фильтры.
Из всей энергии оптического излучения в другой вид преобразуется лишь та, которая поглощается телом. Тела, в которых происходит преобразование поглощенной энергии излучения в другие виды энергии (биологическую, тепловую, электрическую и т. д.), называют приёмниками.
Реакцию приемника оптического излучения по отношению к мощности падающего на него излучения называют чувствительностью:
g = ФЭФ /ФП = kaФПhЭ /ФП = kahЭ , (1.8)
где ФЭФ - мера реакции приемника, или эффективный поток излучения, поглощённый и преобразованный приемником, Вт; ФП - поток излучения, падающий на приемник,Вт; k, a - коэффициенты пропорциональности и поглощения; hЭ-энергетический КПД преобразования излучения приемником.
Большинство приемников оптического излучения обладают различной чувствительностью к излучениям с разной длиной волны, которое из-за постоянства длины волны излучения называют монохроматическим. В этом случае говорят о спектральной чувствительности приемника g (l).
Спектральная чувствительность - основная фотометрическая характеристика приемника излучения, которая может быть выражена также в виде относительной спектральной чувствительности:
k(l) = g(l) /g(l)max (1.9)
где g(l)max - максимальная спектральная чувствительность приемника излучения.
Рис.1.2. Стандартизированные функции относительной спектральной чувствительности
типовых приёмников оптического излучения:
1 - бактерий для летального действия; 2 – кожи человека для витального действия; 3 – глаза человека; 4 – зелёного листа растения.
На рисунке 1.2 показаны стандартизированные (усреднёные) функции относительной спектральной чувствительности некоторых типовых приемников оптического излучения, которые можно также расценивать как функции относительной спектральной эффективности фотобиологических воздействий: 7 — бактерицидного, 2 — витального (эритемного), 3 — светового и 4 — фотосинтезного. В соответствии с этим различают и системы эффективных величин и единиц их измерений: бактерицидную, витальную, световую и фотосинтезную.