Энергетические характеристики световых потоков, поток светового излучения и плотность потока(интенсивность). Волновая оптика. Дифракционная решетка. Дифракционный спектр.

Любой источник света излучает в пространство электромагнитные волны, которые переносят энергию. Величина энергии, испускаемой источником в единицу времени, называется энергетическим или лучистым потоком. Таким образом, физический смысл потока- мощность. Энергетический поток в общем случае распределён по некоторому интервалу длин волн внутри оптического диапазона, который включает инфракрасный диапазон (от 1 мм до 0,77мкм), видимый диапазон (от 0,77 до 0,38 мкм) и ультрафиолетовый диапазон ( от 0,38 мкм до 1 нм).
Для описания распределения лучистого потока по длинам волн используют понятие спектральной плотности энергетического потока, которую определяют как

,

где - часть энергетического потока, приходящаяся на диапазон длин волн .

Долгое время единственным приёмником оптического излучения был глаз, поэтому исторически сформировалась система оценки энергетических свойств излучения, учитывающая особенности восприятия именно глазом человека. Дело в том, что способность глаза воспринимать излучение в видимом диапазоне сильно неравномерна и описывается кривой чувствительности глаза .

Если энергетический световой поток в диапазоне определяется выражением

,

то эффективная величина потока, определяющая воздействие на глаз человека описывается выражением

,

и называется световым потоком. Если для измерения энергетического потока вполне пригодна обычная единица измерения мощности - ватт, то для измерения светового потока используют специальную фотометрическую единицу - люмен.

Световой поток в общем случае излучается источником света неравномерно в разных направлениях, для описания этого применяют такую фотометрическую величину как сила света.

Волновая о́птика — раздел оптики, который описывает распространение света с учётом его волновой природы. Явления волновой оптики — интерференция, дифракция, поляризация и т. п.

Дифракционная решётка — оптический прибор, работающий по принципу дифракции света, представляет собой совокупность большого числа регулярно расположенных штрихов (щелей, выступов), нанесённых на некоторую поверхность.

Расстояние, через которое повторяются штрихи на решётке, называют периодом дифракционной решётки. Обозначают буквой d.

Если известно число штрихов (N), приходящихся на 1 мм решётки, то период решётки находят по формуле: d = 1 / N мм.

Условия интерференционных максимумов дифракционной решётки, наблюдаемых под определёнными углами, имеют вид:

d — период решётки,

α — угол максимума данного цвета,

k — порядок максимума, то есть порядковый номер максимума, отсчитанный от центра картинки,

λ — длина волны.

Если же свет падает на решётку под углом θ, то:

Одной из характеристик дифракционной решётки является угловая дисперсия. Предположим, что максимум какого-либо порядка наблюдается под углом φ для длины волны λ и под углом φ+Δφ — для длины волны λ+Δλ. Угловой дисперсией решётки называется отношение D=Δφ/Δλ. Выражение для D можно получить если продифференцировать формулу дифракционной решётки

Таким образом, угловая дисперсия увеличивается с уменьшением периода решётки d и возрастанием порядка спектра k.

При падении на дифракционную решетку белого или иного немонохроматического света каждый главный максимум, кроме центрального, окажется разложенным в спектр. В этом случае k указывает порядок спектра.