Коефіцієнт пропускання

Приклад спектра пропускання рубінового монокристала товщиною 1 см у видимій і ближній інфрачервоної частинах спектра. На малюнку видно смуги поглинання в синій і зеленій частинах спектра і вузька лінія поглинання на довжині хвилі 694 нм — довжині хвилі випромінювання рубінового лазера.

Коефіцієнт пропускання — безрозмірнісна фізична величина, що дорівнює відношенню потоку випромінювання $\mathrm{\Phi }$, котрий пройшов через середовище, до потоку випромінювання ${\mathrm{\Phi }}_0$, що впав на його поверхню:

$T=\frac{\mathrm{\Phi }}{{\mathrm{\Phi }}_0}.$

В загальному випадку значення коефіцієнта пропускання $T$ тіла залежить як від властивостей самого тіла, так і від кута падіння, спектрального складу і поляризації випромінювання.

Чисельно коефіцієнт пропускання виражають у частках або у відсотках.

Коефіцієнт пропускання неактивних середовищ завжди менший від 1. В активних середовищах коефіцієнт пропускання більший або дорівнює 1, під час проходження випромінювання через такі середовища відбувається його посилення. Активні середовища використовуються як робочі середовища лазерів.

Коефіцієнт пропускання пов'язаний з оптичною густиною $D$ співвідношенням:

$T=10^{-D}.$

Сума коефіцієнта пропускання і коефіцієнтів відбиття, поглинання і розсіювання дорівнює одиниці. Це твердження випливає з закону збереження енергії.

Похідні, пов'язані і споріднені поняття

Разом з поняттям «коефіцієнт пропускання» широко використовуються й інші створені на його основі поняття. Частина з них розглянуто нижче.

Коефіцієнт спрямованого пропускання $T_r$

Коефіцієнт спрямованого пропускання дорівнює відношенню потоку випромінювання, що пройшов крізь середовище, не зазнавши розсіювання, до потоку випромінювання, що падає.

Коефіцієнт дифузного пропускання $T_d$

Коефіцієнт дифузного пропускання дорівнює відношенню потоку випромінювання, що пройшов крізь середовище і розсіяний ним, до потоку випромінювання, що падає.

За відсутності поглинання і відбиттів виконується співвідношення:

$T=T_r+T_d.$

Спектральний коефіцієнт пропускання $T_{\lambda }$

Коефіцієнт пропускання монохроматичного випромінювання називають спектральним коефіцієнтом пропускання. Вираз для нього має вигляд:

$T_{\lambda }=\frac{{\mathrm{\Phi }}_{\lambda }}{{\mathrm{\Phi }}_{\lambda 0}},$

де ${\mathrm{\Phi }}_{\lambda 0}$ і ${\mathrm{\Phi }}_{\lambda }$ — потоки монохроматичного випромінювання, що падає на середовище, і що пройшов через нього відповідно.

Коефіцієнт внутрішнього пропускання $T_i$

Коефіцієнт внутрішнього пропускання відображає тільки ті зміни інтенсивності випромінювання, які відбуваються всередині середовища, тобто втрати через відбиття на вхідний і вихідний поверхнях середовища він не враховує.

Таким чином, за визначенням:

$T_i=\frac{{\mathrm{\Phi }}_{out}}{{\mathrm{\Phi }}_{in}},$

де ${\mathrm{\Phi }}_{in}$ — потік випромінювання, який перебуває в середовищі, а ${\mathrm{\Phi }}_{out}$ — потік випромінювання, який дійшов до вихідної поверхні.

З урахуванням відбиття випромінювання на вхідній поверхні співвідношення між потоком випромінювання ${\mathrm{\Phi }}_{in}$, який перебуває в середовищі, і потоком випромінювання ${\mathrm{\Phi }}_0$, що падає на вхідну поверхню, має вигляд:

${\mathrm{\Phi }}_{in}=(1-R_{in}){\mathrm{\Phi }}_0,$

де $R_{in}$ — коефіцієнт відбиття від вхідної поверхні.

На вихідний поверхні також відбувається відбивання, тому потік випромінювання ${\mathrm{\Phi }}_{out}$, що падає на цю поверхню, і потік $\mathrm{\Phi }$, що виходить з середовища, пов'язані співвідношенням:

$\mathrm{\Phi }=(1-R_{out}){\mathrm{\Phi }}_{out},$

де $R_{out}$ — коефіцієнт відбиття від вихідної поверхні. Відповідно, виконується:

${\mathrm{\Phi }}_{out}=\frac{\mathrm{\Phi }}{(1-R_{out})}.$

Як наслідок, для зв'язку $T_i$ і $T$ виходить:

$T_i=\frac{T}{(1-R_{in})(1-R_{out})}.$

Коефіцієнт внутрішнього пропускання зазвичай використовується не під час опису властивостей тіл, як таких, а як характеристика матеріалів, переважно оптичних.

Спектральний коефіцієнт внутрішнього пропускання $T_{i,\lambda }$

Спектральний коефіцієнт внутрішнього пропускання — це коефіцієнт внутрішнього пропускання для монохроматичного світла.

Інтегральний коефіцієнт внутрішнього пропускання $T_A$

Інтегральний коефіцієнт внутрішнього пропускання $T_A$ для білого світла стандартного джерела A (з корелятивною колірною температурою випромінювання T = 2856 K) розраховується за формулою:

$T_A=\frac{\underset{380}{\overset{760}{\int }}{\mathrm{\Phi }}_{in,\lambda }(\lambda )V(\lambda )T_{i,\lambda }(\lambda )d\lambda }{\underset{380}{\overset{760}{\int }}{\mathrm{\Phi }}_{in,\lambda }(\lambda )V(\lambda )d\lambda },$

або отриманої з неї:

$T_A=\frac{\underset{380}{\overset{760}{\int }}{\mathrm{\Phi }}_{out,\lambda }(\lambda )V(\lambda )d\lambda }{\underset{380}{\overset{760}{\int }}{\mathrm{\Phi }}_{in,\lambda }(\lambda )V(\lambda )d\lambda },$

де ${\mathrm{\Phi }}_{in,\lambda }(\lambda )$ — спектральна густина потоку випромінювання, який увійшов у середовище, ${\mathrm{\Phi }}_{out,\lambda }(\lambda )$ — спектральна густина потоку випромінювання, який дійшов до вихідної поверхні, а $V(\lambda )$ — відносна спектральна світлова ефективність монохроматичного випромінення для денного зору.

Подібним чином визначаються інтегральні коефіцієнти пропускання і для інших джерел світла.

Інтегральний коефіцієнт внутрішнього пропускання характеризує здатність матеріалу пропускати світло, що сприймається людським оком, і тому є важливою характеристикою оптичних матеріалів.

Спектр пропускання

Спектр пропускання — це залежність коефіцієнта пропускання від довжини хвилі або частоти (хвильового числа, енергії кванта тощо) випромінювання. Стосовно світла такі спектри називають також спектрами світлопропускання.

Спектри пропускання є первинним експериментальним матеріалом, одержуваним під час досліджень, виконуваних методами абсорбційної спектроскопії. Такі спектри становлять і самостійний інтерес, наприклад, як одна з основних характеристик оптичних матеріалів.

Див. також

• Коефіцієнт розсіювання
• Коефіцієнт ослаблення

Література

• Шаблон:Книга-ру
• Шаблон:Книга-ру
• Шаблон:Книга-ру
• Шаблон:Книга-ру