Источники и приемники излучения - Ишанин Г.Г.
ISBN 5-7325-0164-9
Скачать (прямая ссылка):
Одной из характеристик фонов является пространственный спектр их излучения. Излучение фоновых образований отличается, как правило, существенной неоднородностью по пространственным координатам (то жг можно сказать и об угловых координатах).
Излучающая поверхность располагается относительно точки наблюдения на расстоянии практической бесконечности, а размеры поверхности также велики. В ряде случаев ее угловой размер равен 2п ср (полусфера), поэтому она занимает все поле зрения ОЭП. Характеристикой неравномерности углового распределения излучения фоновой поверхности является пространственно-частотный спектр мощности.
41
Глава 2
ПРОХОЖДЕНИЕ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ЧЕРЕЗ РАЗЛИЧНЫЕ СРЕДЫ И ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
§ 2.1. Виды взаимодействия оптического излучения с различными средами. Основные положения
Как известно, оптическое излучение характеризуется такими
параметрами, как поток излучения Фе, энергетическая яркость Ьв, сила излучения 1е, спектральное распределение потока излучения Ф*,, степень поляризации Р, и многими другими. В процессе распространения излучения в произвольной среде, в том числе и в оптической системе оптико-электронного прибора, его исходные параметры изменяются. Полный поток ослабляется вследствие его поглощения, интенсивность излучения дополнительно ослабляется из-за рассеивания на различных неоднородностях среды, Спектральная неравномерность поглощения потока излучения приводит к искажению его исходного спектрального состава. В отдельных случаях из-за люминесценции и нелинейности среды могут появляться спектральные компоненты, отсутствовавшие в первоначальном распределении потока Ф0>,.
Многочисленные изменения могут происходить с поляризацией излучения. Исходное неполяризованное излучение может стать частично поляризованным. Для поляризованного излучения возможны или поворот вектора поляризации, или его преобразование.
Часть этих превращений либо используется оптико-электрон-ными приборами для получения информации о среде распространения, либо происходит в его оптической системе в соответствии с ее функциональным назначением. Большая же их часть с точки зрения проектировщика приборов является вредной, и их необходимо учитывать для успешного функционирования разрабатываемой системы. Исходные законы, определяющие прохождение излучения, просты, и их относительно немного.
Прохождение излучения через толщу однородного, поглощающего, но нерассеивающего вещества описывает закон Бугера или Бугера—Ламберта, имеющий вид
Фе = Фоее_
где Фе — световой поток в сечении с координатой х\ Ф0е — световой поток в плоскости с координатой 0; а' — натуральный показатель поглощения вещества для длины волны излучения X.
Закон Бугера позволяет найти коэффициент пропускания слоя вещества толщиной х
42
т = Фе/Ф0ее~а'*.
(2.1)
Для практических расчетов целесообразно выражение (2.1) преобразовать к следующему виду:
Т = Ю—0.434а"ж = Ю-о*, (2.2)
где а — десятичный показатель поглощения вещества.
Из выражения (2.2) видно, что если х = I/а, то коэффициент пропускания слоя т = 0,1. Величину D = lg (1/т) = —lg т = ¦= ах принято называть оптической плотностью слоя поглощающего вещества.
Оптической плотностью пользуются очень широко и часто в расчетах ее предпочитают коэффициенту пропускания или поглощения. Это происходит в основном из-за двух моментов. Во-первых, оптическая плотность пропорциональна толщине слоя, в то время как коэффициент пропускания является ее показательной функцией, поэтому рассчитывать оптическую плотность и оперировать ею во многих случаях гораздо проще. Во-вторых, если вещество слоя имеет сложный состав и поглощение определяется только одной компонентой, оптическая плотность определяется следующим выражением:
В этом выражении, известном как закон Беера, k — удельный показатель поглощения активной компоненты; с — ее концентрация.
К сожалению, использование закона Бугера—Ламберта и его следствий в практических расчетах осложняется рядом обстоятельств. Прежде всего это непостоянство показателя поглощения по всей трассе распространения излучения. Затем — непостоянство оптической длины пути всех лучей пучка излучения. Третье ограничение связано с непостоянством величин а или а' в спектральном диапазоне, а в случае анизотропии свойств и с состоянием поляризации излучения.
Спектральная полоса пропускания любого оптико-электрон-ного устройства конечна, и поэтому закон Бугера можно использовать, строго говоря, в интегральном виде для определения действующего значения пропускания
Поток излучения, падая на границу раздела двух сред, разделяется на две компоненты: проходящую и отраженную. В зависимости от пространственных неоднородностей границы раздела возможны зеркальное и диффузное отражения. В первом приближении, если пространственные неоднородности границы раздела сред сравнимы с длиной волны излучения, то отражение диффузно и характеризуется коэффициентом отражения р0, равным
D = ах = kcx.
К
Ро : nLfJЕв,
(2.3)
43
где 4oe—энергетическая яркость; Ее — энергетическая освещенность границы. Предполагается, что L0e не зависит от направления падающего излучения и одинакова для всех направлений.
