1. RADIAȚII OPTICE
1.1. Proprietățile radiației optice și metodele de descriere a acesteia
radiație optică - un tip de unde electromagnetice (. Figura 1.1) - ia pe un interval de scală de lungimi de undă care acoperă cinci ordine de schimbare magnitudine λ: de la λmin = 10 -2 m până la 10 Amax = 3 microni. Gama optică include radiații ultraviolete (10-2 ... 0,38 μm), radiații vizibile (0,38 ... 0,76 μm) și radiații infraroșii (0,76 ... 10 3 μm). Aceste limite sunt exemplificative, nu există schimbări bruște ale proprietăților radiației optice la limită.
Fig. 1.1. Scala lungimilor de undă ale oscilațiilor electromagnetice
Partea cu un fascicul scurt al domeniului optic (radiația UV) are o natură selectivă pronunțată a impactului asupra obiectelor, în primul rând asupra celor biologice. Ultravioletul are proprietăți bactericide (dezinfectante), eritemice (arsuri solare, pigmentare a pielii), proprietăți fotochimice, fotobiologice și fotoelectrice. Radiația optică, percepută de ochiul uman și concentrată în domeniul lungimii de undă 0,38 ... 0,76 (0,78) μm sau frecvențe (4,0 ... 7,5) 10 14 Hz, se numește radiație vizibilă sau luminoasă sau pur și simplu ușoară. Regiunea vizibilă reprezintă o mică parte a intervalului optic de ordinul a 0,05%, dar este cea mai importantă pentru oameni. O lungime de undă cu infraroșii de lungă distanță, parte a intervalului optic (radiația IR) este împărțită în trei zone: aproape (0,76 ... 3 μm), mediu (3 ... 20 μm) și departe (20 ... 10 3 μm) în infraroșu. Radiația IR are în principal o caracteristică colectivă, termică a efectului asupra mediului și este utilizată pentru încălzire, în comunicare optică, imagistică termică, spectroscopie, biologie și medicină.
Există trei moduri de a descrie radiațiile optice: val, corpuscular (cuantic) și radiații. În cadrul abordării clasice, de undă, radiația optică este reprezentată de undele electromagnetice, vectorii de intensitate a câmpului electric E și câmpul magnetic H și direcțiile de propagare a undelor sunt reciproc ortogonale. Puterea câmpului electric al unei unde optice este descrisă printr-o funcție armonică spațio-temporală
unde T este perioada de oscilație; λ este lungimea de undă; z - coordonarea direcției de propagare; φ este faza inițială; ω = 2πp - frecvența circulară (ν = 1 / T - frecvența ciclică); k = 2π / λ este numărul de undă.
Viteza υ a propagării radiațiilor este determinată de permitivitatea ε și permeabilitatea magnetică μ a mediului. Pentru mediile optice nonmagnetice, permeabilitatea magnetică relativă este μr = 1. Apoi, pentru viteza obținută, u, unde n este indicele de refracție al mediului, determinat de permeabilitatea relativă a dielectricului. Cu cât mai mult n. cu cât radiația se propagă mai lent în mediu. Lungimea de undă a radiației depinde de viteza υ a propagării sale și de perioada sau frecvența n oscilațiilor: λ = υT = υ / ν. În propagarea radiației optice într-un vid, ci într-o primă aproximație, și în aer (nin = n0 = 1), lungimea de undă și frecvența oscilațiilor asociate raportul de reflux λ = c / ν prin viteza luminii. Trebuie să se înțeleagă că în timpul propagării radiației, perioada de oscilații și frecvența acestora rămân neschimbate. Într-un mediu cu un indice de refracție n> 1, numai lungimea de undă a radiației optice se va schimba, dar frecvența oscilațiilor va rămâne aceeași.
Procesul de transfer al energiei electromagnetice este caracterizat de vectorul Poiting. Cantitatea de energie transferată pe unitate de timp printr-o unitate de suprafață normală este determinată de modulul vectorului poyting [J / (m 2 · s)]. Această expresie include valoarea instantanee E a valului optic. Atunci când vorbim despre radiația optică, lungimea de undă caracteristică este adesea considerată λ = 1 micron = 10 -6 m. În consecință, intensitatea câmpului electric al acestei schimbări de undă optice cu frecvență ν = c / λ = 3 x 10 14 Hz. În practică, la astfel de frecvențe mari de oscilație, instrumentele de măsurare vor înregistra valoarea medie a parametrului. Având în vedere natura armonică a variației E și dependența patrată a modulului vectorului Poyting de intensitatea câmpului electric pentru valoarea medie a acestuia, este posibil să se obțină [W / m 2].