Элементы геометрической оптики и фотометрии

При прохождении света через границу раздела двух прозрачных сред луч разделяется на два – отраженный и преломленный (рисунок). Лучи падающий, отраженный, преломленный и перпендикуляр, восстановленный в точку падения, лежат в одной плоскости. При этом угол падения равен углу отражения a=b; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных дву х сред, которая получила название показателя преломления второй среды относительно первой: .

Если первая среда – вакуум, то показатель преломления является абсолютным. Относительный показатель преломления равен отношению абсолютных:

                                                                               .                                         

При переходе света из оптически более плотной среды в менее плотную (n ₁ > n ₂) может наблюдаться явление полного внутреннего отражения. В этих условиях угол падения будет меньше угла преломления. Если увеличивать угол падения, то при некотором его предельном значении a_пр угол преломления достигает максимального значения g_max = 90⁰. При дальнейшем увеличении угла падения происходит полное внутреннее отражение света. Преломленный луч перестает существовать. Закон преломления для предельного угла падения запишется в виде:

                                                       .          

Если свет идет из более плотной среды, например, стекла в воздух (вакуум), то предельный угол находится по формуле:

sinα_пр = 1/n_cт.

Предельный угол для стекла составляет ~ 42⁰, для воды ~ 49⁰.

Основы фотометрии

Количество энергии, которое переносит световое излучение через некоторую поверхность за единицу времени, получило название потока световой энергии:                             .                                                 

Здесь dW – энергия, перенесенная светом через поверхность S за время dt. Световым потоком Ф назван поток световой энергии по зрительному ощущению. Световой поток Ф пропорционален потоку световой энергии:

Ф = k Ф _W.

Коэффициент пропорциональности k принято расписывать в виде дроби:

                                                                   ,                                        

где V (l) функция видности, описывающая чувствительность человеческого глаза к электромагнитному излучению различных длин волн; А – механический эквивалент света.

График функции видности представлен на рисунке. Глаз наиболее чувствителен к излучению с длиной волны l ₀ = 0,555 мкм (желто-зеленая область спектра). Функция видности для этой длины волны принята равной единице. При одинаковых потоках световой энергии световой поток для других длин l волн будет меньше. Соответственно и функция видности для этих длин волн будет меньше единицы. Функция видности равна отношению таких потоков световой энергии с длинами волн l ₀ и l, которые вызывают зрительное ощущение одинакового светового потока.

       • Световой поток измеряется в люменах (лм).

Сила света измеряется в канделах (кд). Силой света в 1 кд обладает эталонный источник с длиной волны излучения 0,555 мкм, который создает в телесном угле 1 ср поток световой энергии 1/683 Вт.