Основни понятия на фотометрията
Фотометрията е клон на оптиката, който изучава измерването на енергията, чрез която се пренасят електромагнитните светлинни вълни.
Светлинният поток е мощността на видимата радиация или енергията на светлинните вълни, преминаващи през телесен ъгъл за определен период от време. Единицата за светлинен поток е лумен (lm).
Осветеността е съотношението на светлинния поток към площта на облъчената повърхност:
Мерната единица за осветеност е лукс (lx). Интензитетът на светлината е съотношението на светлинния поток към плътния ъгъл:
където е плътният ъгъл. Единица за интензитет на светлината (радианс) е кандела (cd). Единица за телесен ъгъл е стерадиан.
Светимостта е съотношението на светлинния поток към площта на излъчващата повърхност:
Мерната единица за осветеност е съотношението лумен към квадратен метър (lm/m2). Яркостта е съотношението на интензитета на светлината към площта на проекцията на излъчващата повърхност на източника върху равнина, която е перпендикулярна:
където φ е ъгълът между нормалата и повърхността и посоката, в която определяме яркостта. Мерната единица е отношението на светлинния поток на квадратен метър (cd/m2). Точковият източник на светлина е източник на светлина, който има линейни размери, много по-малки от разстоянието от него до точката на наблюдение. Закон за осветеността от точков източник: осветеността, произведена от точков източник, е пропорционална на интензитета на светлината, косинуса на ъгъла на падане и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието от точковия източник:
Интерференция, дифракция, дисперсия на светлината Интерференцията е явлението на увеличаване или намаляване на амплитудата на получената вълна, когато две или повече вълни, които иматсъщите вибрационни честоти.
Принцип на Френел-Хюйгенс: всяка точка от средата, достигната от вълна, е независим източник на вторични вълни; в резултат на интерференция се образува нов вълнов фронт. Интерферентният модел на електромагнитните вълни се наблюдава, когато се наслагват кохерентни вълни. Смущения не се наблюдават, ако вълните са некохерентни. За получаване на кохерентни светлинни вълни с помощта на типични източници на спонтанно излъчване се използва методът за разделяне на вълна, излъчвана от един източник на светлина. Ефектът от интерференцията зависи от фазовата разлика, получена от кохерентни вълни, дължащи се на преминаването им на различни разстояния от източника до разглежданата точка на интерферентния модел.
През 1802 г. Т. Юнг открива дължината на вълната на слънчевата светлина. За да направи това, той проведе следния експеримент: ярко осветен процеп ще служи като източник на светлина, от който светлинна вълна пада върху два тесни равноотдалечени процепа, които се осветяват от различни участъци от един и същ вълнов фронт. Светлинните лъчи, преминаващи през малки отвори, се увеличават по ширина поради дифракция и частично се припокриват. В резултат на това се вижда, че прорезите играят ролята на кохерентни източници. Интерферентната картина се наблюдава на екран, поставен успоредно на известно разстояние. В резултат на това Юнг установи, че за виолетовата част на спектъра той получи микрони.
Ширината на интерферентната картина е разстоянието между съседни максимуми или минимуми:
Дължината на оптичния път е произведението на дължината на геометричния път на светлинна вълна в определена среда и абсолютния индекс на пречупване на тази среда:преминавайки през филма, той се отразява от долната му повърхност. Тези две отразени вълни се различават по разликата в пътя си. Разликата в пътя е малка — леко надвишава двойната дебелина на филма. Бялата светлина е немонохроматична, включва електромагнитни вълни с различна дължина - от 400 до 760 nm. Разликата в пътя зависи от дължината на вълната, в резултат на което се получават максимуми на интерференционната картина за различни дължини на вълните в различни източници на приемника. Поради това филмите имат преливащ цвят.
Пръстените на Нютон са интерференчен модел, който ще бъде създаден в най-простия случай върху плоско-изпъкнала леща. Интерферентният модел има формата на светли и тъмни пръстени или всички точки на пръстена с определен радиус имат една и съща оптична разлика в пътя и или ще усилват, или ще отслабват светлината.
Дифракцията на светлината е съвкупност от явления, обусловени от вълновата природа на светлината, които се наблюдават при разпространението на оптични вълни в среда с ясно изразени нееднородности.
Дифракцията е явлението, когато светлината преминава около малки препятствия.
Дифракцията на Фраунхофер е дифракция в успоредни снопове на равнинни вълни, това са дифракционни проблеми, при които източникът на светлина и точката на наблюдение са безкрайно отдалечени от препятствието, върху което възниква дифракцията. Наблюдение на дифракцията на Фраунхофер: За да се извърши такава дифракция, източникът на светлина се поставя във фокуса на събирателната леща, дифракционната картина се наблюдава във фокалната равнина на втората събирателна леща, инсталирана зад препятствието. Дифракционният модел е "дифракционно изображение" на източник на светлина.
Дифракционната решетка е съвкупност от голям брой тесни успоредни процепи, които имат еднаква ширина и са разположени в равнина на еднакво разстояние една от друга.
Периодът на дифракционната решетка или състоянието на дифракционната решетка е разстоянието, което се определя от сумата от ширината на един процеп и ширината на интервала между съседни процепи. Диапазонът на дължините на вълните, разрешени от дифракционната решетка, се определя от условието: с увеличаване на броя на процепите ширината на светлинните интерферентни ивици намалява, интензитетът им се увеличава, т.е. къде е броят на процепите в решетката.
Светлинната дисперсия е явлението на зависимостта на абсолютния индекс на пречупване на веществото от честотата на светлината. Дисперсията на светлината е явление на зависимостта на скоростта на разпространение на светлинна вълна в вещество от нейната честота. Условието за нормална дисперсия на светлината: индексът на пречупване монотонно нараства с увеличаване на честотата и намалява с увеличаване на дължината на вълната; в противен случай дисперсията е аномална. Дисперсията на светлината се дължи на взаимодействието на светлинна вълна със заредени частици, които са част от веществото и извършват принудителни трептения в променливото електромагнитно поле на вълната. За видимата светлина честотата е висока и само принудителните трептения са значими.