1.2. Поток излучения

В светотехнике принято пользоваться мощностью излучения, которая называется потоком излучения (или лучистым потоком). Единицей измерения потока излучения служит ватт (Вт).

Если источник энергии излучения за время dt излучает энергию dQ_e, то мгновенное значение потока излучения этого источника Ф_е будет равно:

, (1.5)

Часто пользуются понятием среднего значения потока излучения за конечный интервал времени t

, (1.6)

где Ф_еср – среднее значение потока излучения;

Q_е – энергия, излучаемая источником за время t.

Поток излучения характеризуется распределением по времени, спектру, в пространстве.

В большинстве случаев, когда говорят о распределении потока излучения по времени, не учитывают квантового характера возникновения излучения, а понимают под этим функцию, дающую изменение во времени мгновенных значений потока излучения Ф_в(t). Это допустимо, поскольку число фотонов, излучаемых источником в единицу времени, очень велико. Например, лампа накаливания мощностью 100 Вт в секунду излучает около 5х10²⁰ фотонов. Когда рассматриваются явления генерирования и поглощения потока излучения, квантовую природу его приходится учитывать.

По спектральному распределению потока излучения источники разбивают на три класса: с линейчатым, полосатым и сплошным спектрами.

1. У источников с линейчатым спектром излучение происходит в пределах узких участков спектра – линий (рис. 1.1).

Рис.1.1 Распределение потока излучения источников с линейчатым спектром

Принято поток излучения одной линии считать монохроматическим. В дальнейшем под монохроматическим потоком излучения будем понимать поток, излучаемый в пределах очень узкого участка длин волн или частот, который можно охарактеризовать одним значением длины волны или частоты.

Поток излучения источника с линейчатым спектром складывается из монохроматических потоков отдельных линий:

, (1.7)

где Ф_е – поток излучения источника с линейчатым спектром;

Ф_еλ1, Ф_еλ2, …, Ф_еλn – монохроматические потоки излучения отдельных линий.

Линейчатый спектр имеют газоразрядные источники излучения, у которых разряд происходит в атмосфере инертного газа или паров металла.

2. У источников с полосатым спектром излучение происходит в пределах достаточно широких участков спектра – полос, отделенных одна от другой темными промежутками. Излучение одной полосы нельзя уже принять однородным, так как ширина полосы может быть значительной.

Полосатые спектры получаются от слияния в полосы близко расположенных друг к другу спектральных линий.

3. Источники теплового излучения и излучения люминесценции жидких и твердых тел имеют сплошные спектры. Сплошной спектр можно представить в виде отдельных мо­нохроматических потоков, примыкающих непосредственно друг к другу (рис. 1.2).

Рис.1.2. Представление сплошного спектра в виде отдельных монохроматических потоков

Для характеристики спектрального распределения пото­ка излучения источников со сплошным и полосатым спект­рами пользуются величиной, называемой спектральной плотностью потока излучения φ_λ:

, (1.8)

где ∆Ф_еλ и dФ_еλ – соответственно потоки излучения узких участков спектра шириной ∆λ и dλ. Единица спектральной плотности потока излучения Вт мкм^-1.

Распределение потока излучения по спектру можно оха­рактеризовать функцией φ(λ) (рис. 1.3). На рис. 1.4 приведены графики зависимости спектральной плотности потока излу­чения от длины волны для трех источников, имеющих раз­личные температуры. Зная функцию φ(λ), легко определить поток излучения любого участка спектра:

, (1.9)

Рис.1.3. Функция распределения потока излучения по спектру

Рис.1.4. Относительные значения спектральной чувствительности образцовых приемников систем

Отношение спектральной плотности потока излучения к площади А излучающей поверхности источника называется спектральной плотностью энергетической светимости излу­чения:

, (1.10)

Единица спектральной плотности энергетической светимо­сти Вт∙мкм^-1∙м^-2.