Фізичні основи оптичного випромінювання

РОЗДІЛ 1. ОСНОВНІ ВЕЛИЧИНИ ТА ОДИНИЦІ ВИМІРЮВАННЯ ОПТИЧНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ

Тема 1. Загальні відомості про оптичне випромінювання

Фізичні основи оптичного випромінювання

Всі тіла, які мають температуру, вищу за абсолютний нуль, випромінюють в оточуюче середовище енергію, яку називають про­менистою. Тіла, які випромінюють енергію, називають джерелами випромінювання. Тіла, які поглинають променисту енергію і пере­творюють її на інші види енергії, називають приймачами проме­нистої енергії. Випромінювання має хвильові і корпускулярні властивості.

Хвильові властивості випромінювання характеризуються дов­жиною хвилі. Довжина хвилі — це відстань, яку прохо­дить промінь певної частоти за час повного періоду коливання. Між швидкістю поширення електромагнітних коливань у пустоті, дов­жиною хвилі і частотою коливань існує залежність'

(1)

де λ — довжина хвилі, м; с — швидкість поширення електромагніт­них коливань у пустоті, 3 • 10⁸ м/с; v — частота електромагнітних коливань, с" ¹.

Корпускулярні властивості випромінювання характеризуються випромінюванням і поглинанням променистої енергії окремими порціями — квантами, які були названі фотонами.

У 1900 p. M. Планк вперше висунув гіпотезу, що. випромі­нювання пов'язане з порціями енергії. Мінімальна порція проме­нистої енергії, яку випромінює атом при поверненні з більш висо­кого енергетичного рівня у початковий стан, визначається за фор­мулою

(2)

де є — квант енергії випромінювання, Дж; h — стала Планка, яка дорівнює 6, 626 • 10~³⁴ Дж-Гц" ¹; о — частота електромагнітних коливань.

У 1905 р. Енштейн розробив теорію, згідно з якою поглинання енергії випромінювання відбувається окремими порціями — фото­нами. Отже променистий потік має переривчасту структуру. Енер­гія фотона, як видно з формули (2), тим більша, чим більша ча­стота v. Так, випромінювання з малою частотою (інфрачервоні промені) мають настільки малу енергію фотонів, що ці випроміню­вання практично проявляють лише хвильові властивості. Більшу енергію мають фотони видимого і ультрафіолетового випроміню­вання, а тому ці випромінювання проявляють хвильові та корпуску­лярні властивості і дуже активні в біологічному відношенні.