Энергетическая светимость (из-

— величина, рав- ная отношению потока излучения испускаемого поверхностью, к площа- ди S сечения, сквозь которое этот поток проходит:

т. е. представляет собой поверхностную плотность потока излучения.

энергетической светимос- ти — ватт метрвквадрате (Вт/м2). Энергетическая сила света {сила излучения) определяется с помощью понятия оточечном источнике света —источнике, размерами которого посрав- нению с расстоянием до места наблю- дения можно пренебречь. Энергетичес- кая сила света —величина, равная отношению потока излучения источ- ника к телесному углу в пределах ко- торого это излучение распространяется:

Единицаэнергетическойсилысвета—

ватт на стерадиан Энергетическим яркость {лучис-

тость) — величина, равная отноше- нию энергетической силы света элемента излучающей поверхности к площади AS проекции этого элемента на плоскость, перпендикулярную на- правлению наблюдения:

Единица энергетической яркости — ватт на стерадиан-метр в квадра- те м2)].

Энергетическая освещенность (облученность) характеризует ве- личину потока излучения, падающего на единицу освещаемой поверхности. Единица энергетической освещенности совпадает с единицей энергетической светимости (Вт/м2).

2. Световые величины.При опти- ческих измерениях используются раз- личные приемники излучения (напри- мер, глаз, фотоэлементы, фотоумножи- тели), которые не обладают одинаковой чувствительностью к энергии различ- ных длин волн, являясь, таким образом, селективными(избирательными). Каждый приемник излучения характе- ризуется своей кривой чувствительно- сти к свету различных длин волн. По- этому световые измерения, являясь субъективными, отличаются от объек- энергетических и для них вво-

дятся световые единицы, используемые только для видимого света.

Основной световой единицей в СИ является единица силы света — кандела (кд), определение которой дано выше (см. Введение). Определение световых единиц аналогично энергетическим.

Световой поток определяется как мощность оптического излучения повызываемому им световому ощуще-

(по его действию на селективный приемник света с заданной спектраль- ной чувствительностью).

Единица светового потока — люмен (лм): 1 —световой поток, испускае- мый точечным источником силой све- та в 1кд внутри телесного угла в 1(при равномерности поля излучения внутрителесногоугла) (1 лм = 1кд •ср).

Светимость R определяется соот- ношением

Единица светимости — люмен наметр в квадрате (лм/м2).

Яркость светящейся поверхнос- ти внекотором направлении есть ве- личина, равная отношению силы света

/в этом направлении к площади S про- екции светящейся поверхности на плос- кость, перпендикулярную данному на- правлению:

Единица яркости — кандела на метр в квадрате (кд/м2).

Освещенность Е — величина, рав- ная отношению светового потока Ф, па- дающего на поверхность, к площади S этой поверхности:

Единица — люкс(лк): 1 лк — освещенность поверхности, на 1 м2 которой падает световой поток в 1 лм (1 лк 1 лм/м2).

§ 169. Элементы электронной оптики

Область физики и техники, в кото- рой изучаются вопросы формирования,

фокусировки и отклонения пучков за- ряженных частиц и получения с их по- мощью изображений под действием электрических и магнитных полей в вакууме, называется электронной оп- тикой. Комбинируя различные элект- ронно-оптические элементы — элект- ронные линзы, зеркала, призмы — со- здают электронно-оптические приборы, например электронно-лучевую трубку, электронный микроскоп, электронно-

1. Электронные линзыпредставля- ют собой устройства, с помощью элек- трических и магнитных полей которых формируются и фокусируются пучки заряженных частиц. Существуют элек- тростатические и магнитные линзы.

В электростатической линзы может быть использовано элек- трическое поле с вогнутыми и выпук- лыми эквипотенциальными поверхно- стями, например в системах металличе- ских электродов и диафрагм, обладаю- щих осевой симметрией. На рис. 243 изображена простейшая собирающая электростатическая линза, где А — точ- ка предмета, В — ее изображение, пун- ктиром показаны линии напряженнос- ти

Магнитная линза обычно пред- ставляет собой соленоид с сильным магнитным полем, коаксиальным пуч- ку электронов. Чтобы магнитное поле сконцентрировать на оси симметрии, соленоид помещают в железный кожух с узким внутренним кольцевым разре- зом.

Если расходящийся пучок заряженных частиц попадает в однородное магнитное поле, направленное вдоль оси пучка, то ско- рость каждой частицы можно разложить на два компонента: поперечный и продольный. Первый из них определяет равномерное движение по окружности в плоскости, пер- пендикулярной направлению поля (см.

§ второй — равномерное прямолиней- ное движение вдоль поля. Результирующее движение частицы будет происходить по спирали, ось которой совпадает с направле- нием поля. Для электронов, испускаемых под различными углами, нормальные со- ставляющие скоростей будут различны, т. е. будут различны и радиусы описываемых ими спиралей. Однако отношение нормаль- ных составляющих скорости к радиусам спиралей за период вращения (см. § 115) будет для всех электронов одинаково; сле- довательно, через один оборот все электро- ны сфокусируются в одной и той же точке на оси магнитной линзы.

«Преломление» электростатических и магнитных линз зависит от их фокус- ных расстояний, которые определяют- ся устройством линзы, скоростью элек- тронов, разностью потенциалов, прило- женной к электродам (электростатичес- кая линза), и индукцией магнитного поля (магнитная линза). Изменяя раз- ность потенциалов или регулируя ток в катушке, можно изменить фокусное расстояние линз. Стигматическое изоб- ражение предметов в электронных лин- зах получается только для параксиаль- ных электронных пучков.

Как и в оптических системах (см.

§ 167), в электронно-оптических эле- ментах также имеют место погрешнос- ти: сферическая аберрация, кома, дис- торсия, астигматизм. При разбросе ско- ростей электронов в пучке наблюдает- ся также и хроматическая аберрация. Аберрации ухудшают разрешающую способность и качество изображения, а поэтому в каждом конкретном случае необходимо их устранять.

2. Электронные микроскопы— ус- тройства, предназначенные для полу- чения изображения микрообъектов; в них в отличие от оптических микро- скопов вместо световых лучей исполь- зуют ускоренные до больших энергий (30 — 100 и более) в условиях глу- бокого вакуума (примерно 0,1 мПа) электронные пучки, а вместо обычных линз — электронные линзы. В элект- ронных микроскопах предметы рас- сматриваются либо в проходящем, либо в отраженном потоке электронов, по- этому различают просвечивающие и отражательные электронные мик- роскопы.

рис. 244 приведена принципиаль- ная схема просвечивающего электрон- ного микроскопа. Электронный пучок, формируемый электронной пушкой 1, попадает в область действия линзы2, котораяфокусируетна объекте 3 электронный пучок необхо- димого сечения и интенсивности. Прой- дя объект и испытав в отклонения, электроны проходят вторую магнитную линзу — объектив 4 — собираются ею в промежуточное изображение 5. Затем с помощью проекционной линзы 6 на флуоресцирующем экране достигается окончательное изображение 7.

Разрешающая способность элект- ронного микроскопа ограничивается, с одной стороны, волновыми свойствами (дифракцией) электронов, с другой — аберрациями электронных линз. Соглас- но теории, разрешающая способность микроскопа пропорциональна длине волны, а так как длина волны применя- емых электронных пучков (примерно 1 пм) в тысячи раз меньше длины вол- ны световых лучей, то разрешение элек- тронных микроскопов соответственно больше и составляет 0,01 — 0,0001 мкм (для оптических микроскопов прибли- зительно равно 0,2 — 0,3 мкм).

С помощью электронных микроско- пов можно добиться значительно боль- ших увеличений (до раз), что позво- ляет наблюдать структур разме- рами 0,1

3. Электронно-оптические преоб- разователи— это устройства, предназ- наченные для усиления яркости свето- вого изображения и преобразования не- видимого глазом изображения объекта (например, в инфракрасных или ульт- рафиолетовых лучах) в видимое. Схема простейшего электронно-оптического преобразователя приведена на рис. 245. Изображение предмета помощью оптической линзы 1 проецируется на фотокатод 2. Излучение от объекта вы- зывает с поверхности фотокатода фото-

электронную эмиссию, пропорциональ- ную распределению яркости спроеци- рованного него изображения. Фото- электроны, ускоренные электрическим полем (3 — ускоряющий электрод), фо- кусируются с помощью электронной линзы 4 на флуоресцирующий экран 5, где электронное изображение преобра- зуется в световое (получается оконча- тельное изображение Электронная часть преобразователя находится в вы- соковакуумном сосуде 6.

Из оптики известно, что всякое уве- личение изображения связано с умень- шением его освещенности. Достоин- ство электронно-оптических преобра- зователей заключается в том, что в них можно получить увеличенное изобра-

жение даже большей освещенности, чем сам предмет А, так как освещен- ность определяется энергией электро- нов, создающих изображение на флуо- ресцирующем экране. Разрешающая способность каскадных (нескольких последовательно соединенных) элект- ронно-оптических преобразователей составляет 25 — 60 штрихов на 1 мм. Коэффициент преобразования — отно- шение излучаемого экраном светового потока к потоку, падающему от объек- та на фотокатод, — у каскадных элект- ронно-оптических преобразователей достигает Недостаток этих прибо- ров — малая разрешающая способность и довольно высокий темновой фон, влияет на качество изображения.

Контрольные вопросы

Может ли возникнуть явление полного отражения, если свет проходит из воды в стек- ло?

Сформулируйте и поясните основные законы оптики.

В чем заключается физический смысл абсолютного показателя преломления среды? Что такое относительный показатель преломления?

При каком условии наблюдается полное отражение? В чем заключается принцип работы световодов?

Поясните, что вы понимаете под световым лучом? Что такое линза? Какие они бывают?

В чем заключается принцип Ферма? Выведите формулу тонкой линзы.

Что такое фокусное расстояние линзы? оптическая сила линзы? фокальная плоскость

Как осуществляется построение изображения предметов в линзах? Какова основная световая единица в СИ? Дайте ее определение.

Что представляют собой электронные линзы? магнитные линзы?

Чем отличаются энергетические и световые величины в фотометрии? Какие они бывают? Почему разрешающая способность электронных микроскопов гораздо чем обыч- ных?

Можно ли в электронно-оптических преобразователях получить увеличенное изобра- жение большей освещенности, чем предмет? Почему?

ЗАДАЧИ

21.1. На плоскопараллельную стеклянную пластинку — 1,5) толщиной 6 см падает под углом 35° луч света. Определите боковое смещение луча, прошедшего сквозь эту плас- тинку. [1,41 см]

Необходимо изготовить плосковыпуклую линзу с оптической силой 6 Опре- делите радиус кривизны выпуклой поверхности линзы, если показатель преломления ма- териала линзы равен 1,6. [10 см]

21.3. Определите, па какую высоту необходимо повесить лампочку мощностью 300 Вт, чтобы освещенность расположенной под пей доски была равна 50 лк. Наклон доски состав- ляет 35°, а световая отдача лампочки равна 15 лм/Вт. Принять, что полный световой поток, испускаемый изотропным точечным источником света, = [2,42 м]