ФОТОМЕТРИЯ

ФОТОМЕТРИЯ

       

раздел физ. оптики, в к-ром рассматриваются энергетич. характеристики оптического излучения в процессах его испускания, распространения и взаимодействия с веществом. При этом энергия излучения усредняется по малым интервалам времени, к-рые, однако, значительно превышают период исследуемых эл.-магн. колебаний. Ф. включает в себя как экспериментальные методы и средства измерений фотометрических величин, так и опирающиеся на эти величины теоретического положения и расчёты.

Осн. энергетич. понятием Ф. является поток излучения Фе, имеющий физ. смысл мощности, переносимой эл.-магн. излучением. Пространств. распределение Фe описывают энергетические фотометрические величины, производные от потока излучения по площади и (или) телесному углу. В фотометрии импульсной применяются также интегральные по времени фотометрич. величины. В узком смысле Ф. иногда наз. измерения и расчёт величин, относящихся к наиболее употребительной системе редуцированных фотометрических величин — системе световых величин, редуцированных в соответствии со спектральной чувствительностью т. н. среднего светло-адаптированного человеческого глаза (см. АДАПТАЦИЯ ГЛАЗА), СВЕТОВЫЕ ВЕЛИЧИНЫ). Изучение зависимостей фотометрич. величин от длины волны излучения и спектр. плотностей энергетич. величин составляет предмет спектрофотометрии и спектрорадиометрии.

Фундаментальный для Ф. закон Е=I/r2, согласно к-рому освещённость Е изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния r от точечного источника с силой света I, был сформулирован нем. астрономом И. Кеплером в 1604. Однако основоположником экспериментальной Ф. следует считать франц. физика П. Бугера, предложившего в 1729 визуальный метод количеств. сравнения источников света — установления (путём изменения расстояний до источников) равенства освещённостей соседних поверхностей с использованием в качестве прибора глаза. Методы визуальной Ф. применяются в отд. случаях до наст. времени (2-я пол. 20 в.) и в результате работ сов. учёных, к-рые ввели понятие эквивалентной яркости, распространены на область малых яркостей. В зависимости от используемых методов измерения фотометрич. величин Ф. условно делят на визуальную, фотогр., фотоэлектрическую и т. д.

Начатое нем. физиком И. Ламбертом (1760) развитие теоретич. методов Ф. нашло обобщённое выражение в теории светового поля, доведённой до стройной системы А. А. Гершуном (30-е гг. 20 в.). Совр. теоретич. Ф., использующая понятие светового вектора, распространена на мутные среды. Теоретич. Ф. основывается на соотношении dФе=LеdG, выражающем в дифференциальной форме закон квадратов расстояний; здесь dФе— дифференциал потока излучения элементарного пучка лучей, dG — дифференциал геометрического фактора, Le— энергетич. яркость излучения. Фотометрич. свойства в-ва и тел характеризуются коэффициентом пропускания т, коэффициентом отражения r и коэффициентом поглощения а, к-рые для одного и того же тела связаны очевидным соотношением t+r+a=1. Ослабление потока излучения узконаправленного пучка при прохождении через в-во описывается Бугера — Ламберта — Бера законом.

Экспериментальные методы Ф. основаны на абс. и относит. измерениях потока излучения разл. селективными и неселективными приёмниками излучения. Для определения размерных фотометрич. величин применяют фотометры либо с непосредств. сравнением неизвестного и известного потоков излучения, либо предварительно градуированные в соответствующих единицах измерения энергетич. или редуцир. фотометрич. величин. В частности, для передачи значений световых величин обычно используют сличаемые с гос. световыми эталонами образцовые и рабочие светоизмерительные лампы — источники с известными фотометрич. характеристиками. Ф. лазерного излучения в основном использует образцовые и рабочие неселективные приёмники излучения, сличаемые с гос. эталонами мощности и энергии когерентного излучения лазеров. Измерение безразмерных величин t и r выполняется фотометрами с применением относительных методов, путём регистрации отношения реакций линейного приёмника излучения на соответствующие потоки излучения. Применяется также уравнивание реакций линейного или нелинейного приёмника излучения изменением по определённому закону в известное число раз сравниваемых потоков излучения.

Теоретич. и экспериментальные методы Ф. находят применение в светотехнике и технике сигнализации, в астрономии и астрофизике для исследования космич. источников излучения, при расчёте переноса излучения в плазме газоразрядных источников света и звёзд, при хим. анализе в-в, в пирометрии, при расчётах теплообмена излучением и во мн. др. областях науки и производства.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.

ФОТОМЕТРИЯ

- раздел физ. оптики и метрологии, в к-ром рассматриваются энергетич. характеристики оптич. излучения в процессах его испускания, распространения и взаимодействия с веществом. При этом энергия излучения усредняется по малым интервалам времени, к-рые, однако, значительно превышают период исследуемых эл.-магн. колебаний. Ф. включает в себя как эксперим. методы и средства измерений фотометрич. величин, так и опирающиеся на эти величины теоретич. положения и расчёты.

Осн. энергетич. понятием Ф. является поток излучения Ф _е, имеющий физ. смысл мощности, переносимой эл.-магн. излучением. Пространств. распределение Ф _е описывают энергетические фотометрические величины, производные от потока излучения по площади и (или) телесному углу. Импульсное оптич. излучение, существующее в интервале времени, меньшем времени наблюдения, описывают распределением фотометрич. величин во времени и интегральными по времени фотометрич. величинами, такими, как освечивание энергетическое, экспозиция, интегральная (по времени) яркость. В узком смысле Ф. иногда называют измерения и расчёт световых величин, т. <е. редуцированных фотометрических величин, в соответствии со спектральной чувствительностью т. н. среднего светлоадаптированног о человеческого глаза (см. Спектральная световая эффективность). Применяются и др. редуцированные фотометрич. величины. Изучение зависимостей фотометрич. величин от длины волны излучения и спектральных плотностей энергетич. величин составляет предмет спектрофотометрии и спектрорадио-метрии. Фундаментальный для Ф. закон E=I/r², согласно к-рому освещённость Е изменяется обратно пропорцион. квадрату расстояния r от точечного источника с силой света I, был сформулирован И. Кеплером (I. Kepler) в 1604. Однако основоположником эксперим. Ф. считают П. Бугера (P. Bouguer), предложившего в 1729 визуальный метод количеств. сравнения источников света: установление равенства освещённостей соседних поверхностей путём изменения расстояний до источников. Методы визуальной Ф. применяются в отд. случаях и ныне и в результате работ отечеств. учёных, к-рые ввели понятие эквивалентной яркости, распространены на область малых яркостей.

Начатое И. Г. Ламбертом (I. H. Lambert) в 1760 развитие теоретич. методов Ф. нашло обобщённое выражение в теории светового поля, доведённой до стройной системы А. А. Гершуном в 30-х гг. 20 в. Совр. теоретич. Ф., в к-рой используется понятие светового вектора, распространена на мутные среды. Теоретич. Ф. основывается на соотношении d Ф _e=L_edG, выражающем в дифференц. форме закон квадратов расстояний; здесь d Ф _e -дифференциал потока излучения элементарного пучка лучей, dG - дифференциал геометрического фактора (меры множества лучей), L_e- энергетич. яркость излучения.

Фотометрич. свойства веществ и тел характеризуются коэф. пропускания t, коэф. отражения r и коэф. поглощения a, к-рые для одного и того же тела связаны очевидным соотношением t+r+a=1 . Ослабление потока излучения узконаправл. пучка при прохождении через вещество описывается Бугера - Ламберта - Бера законом.

Эксперим. методы Ф. основаны на абс. и относит. измерениях потока излучения разл. селективными и неселективными приёмниками излучения. Для определения размерных фотометрич. величин применяют фотометры либо с непосредств. сравнением неизвестного и известного потоков излучения, либо предварительно градуированные в соответствующих единицах измерения энергетич. или редуцированных фотометрич. величин. В частности, для передачи значений световых величин обычно применяют сличаемые с государств. световым эталоном ( эталоном одной из осн. единиц СИ - канделы )рабочие эталоны - светоизмерит. лампы (источники с известными фотометрич. характеристиками).

В Ф. лазерного излучения в осн. используются неселективные приёмники излучения, сличаемые с государств. эталонами мощности и энергии когерентного излучения лазеров. Измерение безразмерных величин t и r выполняется фотометрами с применением относит. методов, путём регистрации отношения реакций линейного приёмника излучения на соответствующие потоки излучения. Применяется также уравнивание реакций линейного или нелинейного приёмника излучения изменением по определ. закону в известное число раз сравниваемых потоков излучения.

Эксперим. методы Ф. импульсного излучения, т. <н. и мп у л ь с н о й Ф., возникли на рубеже 19 и 20 вв. в результате исследований проблесковых огней маяков и светосигнальных устройств. Во 2-й пол. 20 в., в связи с широким распространением импульсных источников оптич. излучения (импульсных ламп, лазеров, светодиодов и др.), методы импульсной Ф. были существенно развиты с использованием импульсной эл.-измерит. техники, обработки сигналов в реальном масштабе времени, цифровой вычислит. техники и статистич. приёмов обработки измерит. информации. В 80-х гг. 20 в. также были развиты методы Ф. малых оптич. потерь в слабопоглощающих средах (кристаллах, стёклах, жидкостях и газах), высокоотражающих зеркалах, просветлённых поверхностях, чёрных телах, световодах, волоконно-оптич. кабелях и иных объектах, где отражение, рассеяние и поглощение излучения приводят к потерям энергии.

Теоретич. и эксперим. методы Ф. находят применение в светотехнике и технике сигнализации, в астрономии и астрофизике для исследования космич. источников излучения (см. Астрофотометрия )при расчёте переноса излучения в плазме газоразрядных источников света и звёзд, при хим. анализе веществ, в пирометрии, при расчётах теплообмена излучением и во мн. др. областях науки и производства.

Лит.: Тиходеев П. М., Световые измерения в светотехнике (Фотометрия), 2 изд., М.- Л., 1962; Бугер П., Оптический трактат о градации света, пер. с франц., М., 1950; Мешков В. В., Основы светотехники, 2 изд., ч. 1, М., 1979; Основы светотехники, 2 изд., ч. 2 - Мешков В. В., Матвеев А. Б., Физиологическая оптика и колориметрия, М., 1989; Гершун А. А., Избранные труды по фотометрии и светотехнике, М., 1958; Сапожников P. А., Теоретическая фотометрия, 3 изд., М., 1977; Волькен-штейн А. А., Визуальная фотометрия малых яркостей, М.- Л., 1965; Гуревич М. М., Фотометрия. Теория, методы и приборы, 2 изд., Л., 1983; Дойников А. С., Прикладная фотометрия, М., 1983 ("Итоги науки и техники. Сер. Светотехника и инфракрасная техника", т. 5); Бухштаб М. А., Измерения малых оптических потерь, Л., 1988. А. С. Дойников.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.