Коефіцієнт пропускання

Фізична величина
Назва		Коефіцієнт пропускання
Вид величини		скалярна
Позначення величини		${\displaystyle T,\tau }$
Позначення для розмірності		безрозмірнісна
Системи величин і одиниць	Одиниця		Розмірність
SI	{{{SI}}}		{{{SI-розмірність}}}

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 ${\displaystyle \Phi }$, котрий пройшов через середовище, до потоку випромінювання ${\displaystyle \Phi _{0}}$, що впав на його поверхню[1]:

${\displaystyle T={\frac {\Phi }{\Phi _{0}}}.}$

В загальному випадку значення коефіцієнта пропускання ${\displaystyle T}$[2] 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[3][4][5][6].

Коефіцієнт пропускання пов'язаний з оптичною густиною ${\displaystyle D}$ співвідношенням:

${\displaystyle T=10^{-D}.}$

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 ${\displaystyle T_{r}}$

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

Коефіцієнт дифузного пропускання ${\displaystyle T_{d}}$

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:

${\displaystyle T=T_{r}+T_{d}.}$

Спектральний коефіцієнт пропускання ${\displaystyle T_{\lambda }}$

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

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

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

Коефіцієнт внутрішнього пропускання ${\displaystyle T_{i}}$

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:

${\displaystyle T_{i}={\frac {\Phi _{out}}{\Phi _{in}}},}$

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

З урахуванням відбиття випромінювання на вхідній поверхні співвідношення між потоком випромінювання ${\displaystyle \Phi _{in}}$, який перебуває в середовищі, і потоком випромінювання ${\displaystyle \Phi _{0}}$, що падає на вхідну поверхню, має вигляд:

${\displaystyle \Phi _{in}=(1-R_{in})\Phi _{0},}$

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

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

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

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

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

Як наслідок, для зв'язку ${\displaystyle T_{i}}$ і ${\displaystyle T}$ виходить:

${\displaystyle T_{i}={\frac {T}{(1-R_{in})(1-R_{out})}}.}$

Коефіцієнт внутрішнього пропускання зазвичай використовується не під час опису властивостей тіл, як таких, а як характеристика матеріалів, переважно оптичних[7].

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

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

Інтегральний коефіцієнт внутрішнього пропускання ${\displaystyle T_{A}}$

Інтегральний коефіцієнт внутрішнього пропускання ${\displaystyle T_{A}}$ для білого світла стандартного джерела A (з корелятивною колірною температурою випромінювання T = 2856 K) розраховується за формулою[7][8]:

${\displaystyle T_{A}={\frac {\int \limits _{380}^{760}\Phi _{in,\lambda }(\lambda )V(\lambda )T_{i,\lambda }(\lambda )d\lambda }{\int \limits _{380}^{760}\Phi _{in,\lambda }(\lambda )V(\lambda )d\lambda }},}$

або отриманої з неї:

${\displaystyle T_{A}={\frac {\int \limits _{380}^{760}\Phi _{out,\lambda }(\lambda )V(\lambda )d\lambda }{\int \limits _{380}^{760}\Phi _{in,\lambda }(\lambda )V(\lambda )d\lambda }},}$

де ${\displaystyle \Phi _{in,\lambda }(\lambda )}$ — спектральна густина потоку випромінювання, який увійшов у середовище, ${\displaystyle \Phi _{out,\lambda }(\lambda )}$ — спектральна густина потоку випромінювання, який дійшов до вихідної поверхні, а ${\displaystyle V(\lambda )}$ — відносна спектральна світлова ефективність монохроматичного випромінення для денного зору[9].

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[7].

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[10].

Див. також

• Коефіцієнт розсіювання
• Коефіцієнт ослаблення

Примітки

1. Пропускания коэффициент // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М. : Большая Российская энциклопедия, 1994. — Т. 4. — С. 149. — 704 с. — 40 000 екз. — ISBN 5-85270-087-8.
2. Обозначения соответствуют рекомендованным в ГОСТ 26148-84. Допускается также использование греческой ${\displaystyle \tau .}$
3. МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ. ЛАЗЕРЫ И УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ. Термины и определения.
4. Справочник по лазерам. Пер. с англ. под ред. А. М. Прохорова, т. 1-2, М.: 1978.
5. Звелто О. Физика лазеров. Пер. с англ., 2 изд., М.: 1984.
6. Карлов Н. В. Лекции по квантовой электронике. М.: 1983. М. Н. Андреева.
7. Бесцветное оптическое стекло СССР. Каталог. Под ред. Петровского Г. Т. — М : Дом оптики, 1990. — 131 с. — 3000 екз.
8. Зверев В. А., Кривопустова Е. В., Точилина Т. В. Оптические материалы. Часть 1. — Санкт-Петербург : ИТМО, 2009. — С. 95. — 244 с.
9. ДСТУ ГОСТ 8.332:2008 Державна система забезпечення єдності вимірювань. Світлові вимірювання. Значення відносної спектральної світлової ефективності монохроматичного випромінювання для денного зору
10. Цветное оптическое стекло и особые стекла. Каталог. Под ред. Петровского Г. Т.. — М : Дом оптики, 1990. — 229 с. — 1500 екз.

Література

• ГОСТ 26148—84. Фотометрия. Термины и определения.. — М. : Издательство стандартов, 1984. — 24 с.
• ГОСТ 7601-78. Физическая оптика. Термины, буквенные обозначения и определения основных величин. — М. : Издательство стандартов, 1999. — 16 с.
• Физический энциклопедический словарь. — М : Советская энциклопедия, 1984. — С. 590.
• Физическая энциклопедия. — М : Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 4. — С. 149. — ISBN 5-85270-087-8..