Основные фотометрические величины и их единицы

Самостоятельно

 

Фотометрия — раздел оптики, занимающийся вопросами измерения интенсивности света и его источников.

Для количественной оценки источников света и светового излучения введены фотометрические величины и единицы их измерения.

В фотометрии используются следующие величины:

1) энергетические — характеризуют энергетические параметры оптического излучения безотносительно к его действию на приемники излучения;

2) световые — характеризуют физиологические действия света и оцениваются по воздействию на глаз (исходят из так называемой средней чувствительности глаза) или другие приемники излучения.

Мощность излучения (поток излучения) есть количество энергии, излучаемой светящимся телом в единицу времени.

N_e = W / t.

Единица мощности (потока излучения) — ватт (Вт).

Световым потоком (Ф) называется количество световой энергии, оцениваемое по зрительному ощущению глаза, которое переносится через какую-либо площадку S за единицу времени.

Силой света источника называется величина, измеряемая отношением светового потока Ф к величине телесного угла ω, в котором этот поток распространяется:

(4)

В качестве единицы силы света принята кандела(кд).

Согласно формуле (4),

Ф = Iω, (5)

откуда следует, что единицей светового потока является люмен (лм).

1 лм — световой поток, испускаемый точечным источником в телесном угле 1 ср (стерадиан = 4π) при силе света 1 кд.

Освещенностью называется величина, измеряемая отношением светового потока Ф, падающего на какую-либо поверхность, к величине площади этой поверхности S.

. (6)

За единицу освещенности принимается люкс (лк).

1 лк — освещенность поверхности площадью 1 м² при световом потоке, падающего на нее излучения, равном 1 лм: лк = лм/м².

Яркость источника — это отношение силы света I источника к площади видимой поверхности S₀:

В = I / S₀ (7)

Единицей яркости является кандела на квадратный метр (кд/м²).

Точечным источником света называется источник, размеры которого малы по сравнению с расстоянием до места наблюдения и который посылает световой поток равномерно во все стороны.

Первый закон освещенности. Освещенность поверхности лучами, падающими на нее перпендикулярно, прямо пропорциональна силе света источника и обратно пропорциональна квадрату расстояния от него до освещаемой поверхности (закон Ламберта):

. (8)

Второй закон освещенности. Освещенность поверхности, на которую падает световой поток под углом α, прямо пропорциональна косинусу угла падения лучей:

E = E₀ cos α,

где E₀ — освещенность поверхности перпендикулярно падающим световым потоком.

Если линейные размеры поверхности малы по сравнению с расстоянием до источника, то освещенность поверхности пропорциональна силе света источника, косинусу угла падения лучей и обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника света:

.

Понятие о голографии

Голография (от греч. «полная запись») — особый способ записи и последующего восстановления волнового поля, основанный на регистрации интерференционной картины. Она обязана своим возникновением законам волновой оптики — законам интерференции и дифракции.

Этот принципиально новый способ фиксирования и воспроизведения пространственного изображения предметов изобретен английским физиком Д. Габором (1900—1979) в 1947 г. (Нобелевская премия 1971 г.).

Рассмотрим элементарные основы принципа голографии, т. е. регистрации и восстановления информации о предмете. Для регистрации и восстановления волны необходимо уметь регистрировать и восстанавливать амплитуду и фазу идущей от предмета волны.

Практически эта идея может быть осуществлена с помощью принципиальной схемы, показанной на рис. 1, а. Лазерный пучок делится на две части, причем одна часть отражается зеркалом на фотопластинку (опорная волна), а другая попадает на фотопластинку, отразившись от предмета (предметная волна). Опорная и предметная волны, являясь когерентными и накладываясь друг на друга, образуют на фотопластинке интерференционную картину. После проявления фотопластинки и получается голограмма — зарегистрированная на фотопластинке интерференционная картина, образованная при сложении опорной и предметной волн.

Рис. 1

Для восстановления изображения (рис. 1, б) голограмма помещается в то же самое место, где она находилась до регистрации. Ее освещают опорным пучком того же лазера (вторая часть лазерного пучка перекрывается диафрагмой). В результате дифракции света на интерференционной структуре голограммы восстанавливается копия предметной волны, образующая объемное (со всеми присущими предмету свойствами) мнимое изображение предмета, расположенное в том месте, где предмет находился при голографировании. Оно кажется настолько реальным, что его хочется потрогать. Кроме того, восстанавливается еще действительное изображение предмета, имеющее рельеф, обратный рельефу предмета, т.е. выпуклые места заменены вогнутыми, и наоборот (если наблюдение ведется справа от голограммы).

Обычно пользуются мнимым голографическим изображением, которое по зрительному восприятию создает полную иллюзию существования реального предмета. Рассматривая из разных положений объемное изображение предмета, даваемое голограммой, можно увидеть более удаленные предметы, закрытые более близкими из них (заглянуть за ближние предметы). Это объясняется тем, что, поворачивая голову в сторону, мы воспринимаем изображение, восстановленное от периферической части голограммы, на которую при экспонировании падали также и лучи, отраженные от скрытых предметов.

Голограмму можно расколоть на несколько кусков. Но даже малая часть голограммы восстанавливает полное изображение. Однако уменьшение размеров голограммы приводит к ухудшению четкости получаемого изображения. Это объясняется тем, что голограмма для опорного пучка служит дифракционной решеткой, а при уменьшении числа штрихов дифракционной решетки (при уменьшении размеров голограммы) ее разрешающая способность уменьшается.

Методы голографии (запись голограммы в трехмерных средах, цветное и панорамное голографирование и т. д.) находят все большее развитие. Применения голографии разнообразны, но наиболее важные, приобретающие все большее значение, являются запись и хранение информации.

Методы голографии позволяют записывать в сотни раз больше страниц печатного текста, чем методы обычной микрофотографии. По подсчетам, на фотопластинку размером 32×32 мм можно записать 1024 голограммы (площадь каждой из них 1 мм²), т. е. на одной фотопластинке можно «разместить» книгу объемом свыше тысячи страниц. В качестве будущих разработок могут служить ЭВМ с голографической памятью, голографический электронный микроскоп, голографические кино и телевидение, голографическая интерферометрия и т. д.