Раздел 2. Механизмы воздействия оптических излучений на природу

Раздел 2. Механизмы воздействия оптических излучений на природу

Лекция 5

Спектр оптических излучений и защита от оптических излучений

1.Спектр оптических излучений и их диапазонов с указанием линий генерации лазеров.

2.Солнцезащитные фильтры.

3.Нормирование интенсивности излучения осветительных установок.

1.Спектр оптических излучений и их диапазонов с указанием линий генерации лазеров

Известно, что при разложении в спектр видимого излучения Солнца все цвета плавно переходят один в другой. Излучение определенного цвета, выделенное из всего спектра, называется монохроматическим.

Монохроматическими, то есть сосредоточенными в малом спектральном интервале, принято считать не только видимые, но и другие излучения в оптической части спектра. При этом спектральный интервал монохроматического излучения принят равным 10 нм.

Таблица 1. Подразделение интервала длин волны на диапазоны

Область излучения	Диапазон излучения	Длины волн	Частота, ГГц
ИК-спектр	Очень дальний	100 мкм < l < 1 мм	2998 > n > 300
	Дальний	20 мкм < l < 100 мкм	14990 > n > 2998
	Средний	1,5 мкм < l < 20 мкм	199861 > n > 14990
	Ближний	750 нм < l < 1,5 мкм	397227 > n > 199861
Видимый	Красный	630 нм < l < 770 нм	475860 > n > 389340
спектр	Оранжевый	590 нм < l < 630 нм	508122 > n > 475860
	Жёлтый	570 нм < l < 590 нм	525951 > n > 508122
	Зелёный	495 нм < l < 570 нм	605640 > n > 525951
	Синий	435 нм < l < 495 нм	689177 > n > 605640
	Фиолетовый	390 нм < l < 435 нм	768697 > n > 689177
	Ультрафиолет	l < 390 нм	n > 768697

Примечание: Цвета по другим источникам (стр.186: Шкрабак Охрана труда. – М.,1989): 380-430 нм – фиолетовый; 430-470 нм – синий; 470-500 нм – сине-зеленый; 500-550 нм – зеленый; 550-560 нм – желто-зеленый; 560-590 нм – желтый; 590-620 нм – оранжевый; 620-760 нм – красный.

1.1. Ультрафиолетовое излучение

Спектр ультрафиолетового излучения может быть линейчатым, непрерывным или состоять из полос в зависимости от природы источника ультрафиолетового излучения. Линейчатым спектром обладает УФ-излучение атомов, ионов или лёгких молекул (например, H2). Для спектров тяжёлых молекул характерны полосы, обусловленные электронно-колебательно-вращательными переходами молекул. Непрерывный спектр возникает при торможении и рекомбинации электронов.

Для ультрафиолетовой области спектра разработаны оптические квантовые генераторы, среди которых наименьшую длину волны имеет водородный лазер (l = 109,8 нм).

www. cultinfo. ru/fulltext/1/001/008/114/029.htm

Длины волн генерации некоторых лазеров приведены в таблице 2.

Таблица 2. Типичные параметры импульсных лазеров, используемых в технологических процессах

l, нм	Активная среда (тип лазера)	Е импульса, Дж	Макс. част. повт., Гц	Длит. импул., сек	Р, Вт
150...400	Эксимеры (газовый)	10–2...1	102	0,02	50
337	N2 (газовый)	10–5...10–2	102	(5...10)×10–3	1
450...530	Ar (газовый)	10–8...10–5	108	(1...100)×10–4	10
1060	Nd-стекло (твердотельный)	10–2...10+2	10–1	5×10–4...104	50
1060	Nd-ИАГ (твердотельный)	10–3...1,0	102...104	10–2...103	50
530	2-я гарм. (твердотельный)	10–4...0,3	102...104	10–3...1	1...10
694	Rb (твердотельный)	10–2...10	1	0,1...1	1
200...5000	Красители (жидкий)	10–2	102...10		1
10600	СО2 (газовый)	10–4...10	103		90...500

2.Солнцезащитные фильтры

Солнцезащитные фильтры представляют собой светофильтры.

Светофильтр – устройство, меняющее спектральный состав и энергию падающего на него оптического излучения (света) (Из БСЭ-2305).

Основной характеристикой светофильтра является спектральная зависимость его коэффициента пропускания t (или оптической плотности D = -lgt), т. е. зависимость t или D от частоты (длины волны) излучения.

Селективные светофильтры предназначены для отрезания (поглощения) или выделения каких-либо участков спектра. В сочетании с приёмниками света эти светофильтры изменяют спектральную чувствительность приёмников.

Нейтральные светофильтры более или менее равномерно ослабляют поток излучения в определённой области спектра.

Действие светофильтра может быть основано на любом оптическом явлении, обладающем спектральной избирательностью, – на поглощении света (абсорбционные светофильтры), отражении света (отражательные светофильтры), интерференции света (интерференционные светофильтры), дисперсии света (дисперсионные светофильтры) и пр.

Наиболее распространены стеклянные абсорбционные светофильтры, которые отличаются постоянством спектральных характеристик, устойчивостью к воздействию света и температуры, высокой оптической однородностью. Они могут успешно применяться в качестве солнцезащитных фильтров.

Промышленностью выпускается более 100 марок цветных стёкол для светофильтров. Используя одно, два, а иногда и три стекла и меняя их толщину, можно получать светофильтры с разнообразными спектральными свойствами.

Абсорбционные светофильтры из окрашенной желатины и других органических материалов менее надежны вследствие их низких механической прочности и термической устойчивости, а также довольно быстрого выцветания. Однако положительными качествами таких светофильтров являются большое разнообразие спектральных характеристик и простота изготовления.

Отражающие селективные и нейтральные светофильтры изготовляют нанесением металлических плёнок на кварцевую или стеклянную подложку. Селективные отражающие светофильтры с различными кривыми отражения получают также, комбинируя слои разной толщины.

Интерференционные светофильтры состоят из двух полупрозрачных зеркал (например, слоев серебра) и помещённого между ними слоя диэлектрика. В проходящем свете интерферируют лучи, непосредственно прошедшие через светофильтр. В результате в проходящем свете остаются лучи с длиной волны, равной удвоенной толщине слоя диэлектрика, а в отражённом эти лучи отсутствуют.

В дисперсионных светофильтрах максимум пропускания (минимум отражения) приходится на ту длину волны, для которой равны показатели преломления (ПП) двух сред n1 и п2. Выделение спектрального интервала более эффективно, если вещество с ПП п2 (погружённое в среду с ПП n1) размельчить. Обычно дисперсионные светофильтры изготавливают из порошков бесцветных стёкол, залитых органическими жидкостями.

Общее применение светофильтров.

Если охарактеризовать шире, то светофильтры служат для выделения или устранения требуемой спектральной области в научных исследованиях, в фотометрии, спектрофотометрии, колориметрии, сочетаются почти со всеми оптическими приборами и спектральными приборами.

В фотографии и кинематографической практике их применяют для уменьшения рассеяния дымкой, улучшения цветопередачи и передачи светотени, съёмки в инфракрасных лучах.

В светотехнике они употребляются для сигнализации, цветного освещения, изменения цветовой температуры источников света.

Светофильтры необходимы во всех случаях, когда нужно избежать нежелательного нагревательного действия инфракрасного излучения, фотохимических и иных действий ультрафиолетового излучения, либо ослабить или исправить спектральный состав видимого излучения (так, они являются основным элементом защитных очков). Без светофильтров невозможна инфракрасная, ультрафиолетовая и люминесцентная микроскопия. Эти примеры не исчерпывают чрезвычайного многообразия областей применения светофильтров.

3.Нормирование интенсивности излучения осветительных установок

Искусственным источником оптического излучения называют устройство, предназначенное для превращения какого-либо вида энергии в оптическое излучение.

Совокупностью светотехнических устройств, предназначенных для освещения является осветительная установка.

Понятие «осветительная установка» относится преимущественно к установкам искусственного электрического освещения. В этом случае охватывает:

-осветительные приборы с источниками света,

-пускорегулирующую аппаратуру,

-подводящие провода,

-распределительные щиты и

-прочие электрические устройства, предназначенные для распределения электрической энергии между осветительными приборами.

Кроме того, в состав осветительной установки обычно включают все специальные приспособления для повышения качества освещения (например, искусственный фон), а также поверхности, участвующие в пространственном перераспределении светового потока, в том числе стены и потолки помещений.

К осветительным установкам относят также установки оздоровительного облучения (светолечения) и сигнальные фонари.

В России устройство и эксплуатация осветительных установок регламентируются нормами и правилами, согласно которым осветительные установки должны обеспечивать выполнение всех требований к освещённости и качеству освещения, определяемых особенностями освещаемого объекта, и быть при этом экономичными и надёжными в работе, электро - и пожаробезопасными, простыми для монтажа и обслуживания.

Примечание: При подготовке данного параграфа использованы материалы из (http:// www. cultinfo. ru/fulltext/1/001/008/085/249.htm).

Нормирование интенсивности излучения осветительных установок осуществляется с учетом их энергетических, светотехнических, электротехнических и эксплуатационных показателей.

К светотехническим показателям электрических источников оптического излучения относятся три основных показателя:

1) Спектральный состав излучения лампы Ф(l), Вт/нм.

2) Эффективный поток излучения лампы Фэф. л (световой – лм, фотосинтезный – фт, витальный – вит, бактерицидный – бк).

Единица светового потока – люмен – создается силой света в одну канделу в пределах пространственного угла в один стерадиан. Экспериментально установлено, что 1 лм составляет 1/683 части ватта излучения при длине волны 555 нм.

В системе фотосинтезных величин за основную принят фотосинтезный поток Фф [индекс (фито) характеризует величину, оцененную по реакции на облучение зеленого растения]. Фотосинтезный поток измеряется в фитах (фт). Фит – это один ватт излучения при длине волны 680 нм. Значение максимальной спектральной фотосинтезной эффективности численно равно единице.

В системе витальных величин за единицу эффективного потока, названного витальным, принят один вит (вит) – поток излучения в один ватт при длине волны 254 нм.

В системе бактерицидных величин за единицу эффективного (бактерицидного) потока принят один бакт (бк) – поток излучения в один ватт при длине волны 297 нм.

Основные величины рассмотренных систем приведены в табл.3.

Таблица 3. Основные величины эффективного потока излучения лампы

Система эффективных величин	Стандартизованный приемник излучения	Область спектральной чувствительности, положение максимума, нм	Максимальная спектральная чувствительность
Световых	Глаз среднего человека	380…760, 555	683 лм/Вт
Фотосинтезных	Зеленый лист среднего растения	300…800, 680	1 фт/Вт
Витальных	Кожа среднего человека	280…390, 297	1 вит/Вт
Бактерицидных	Бактерии	220…315, 254	1 бк/Вт

3) Эффективная отдача лампы (лм/Вт, фт/Вт, вит/Вт, бк/Вт):

,

где – максимальная спектральная чувствительность приемника излучения;

– эффективный КПД лампы (;

– эффективный поток излучения лампы;

Рл – мощность лампы, Вт.

Примечание: При подготовке данного параграфа использованы материалы из ([, Косицын и электрическое освещение. – М.: Агропромиздат, 1990. – 303 с.: ил.], стр.199, 201, 210).