§ 60. ОПТИЧЕСКИЙ ДИАПАЗОН. ИСТОЧНИКИ СВЕТА

Оптика, как и механика, занимает умы людей на протяжении всего времени существования человеческой цивилизации. Основные законы геометрической оптики — прямолинейность световых лучей, законы отражения и преломления — были известны еще во времена Эвклида (300 лет до н. э.), но только в наше время, благодаря трудам Максвелла, Герца и Эйнштейна, удалось построить единую

картину электромагнитных волн, включив в нее и видимый свет. Последний представляет собой самый важный для человека диапазон электромагнитных волн, в котором мы получаем наиболее существенную информацию об окружающем нас мире.

В оптике выделяют три поддиапазона:

Методы генерации в оптическом диапазоне связаны с возбуждением квантовых осцилляторов — электронов в атомах, молекулах или кристаллах.

Все источники оптического излучения можно разбить на два больших класса:

1. Некогерентные (тепловые) источники, важнейшим из которых является наше Солнце.

2. Когерентные источники, или генераторы оптического излучения, которые называются обычно лазерами или ОКГ (оптическими квантовыми генераторами).

Тепловым источником видимого света можно считать любое тело, нагретое выше, примерно 500 °С (электроплитка) при условии, что оно непрозрачно для собственного излучения (так называемое излучение черного тела). В этом случае говорят о тепловом равновесии тела с собственным излучением, т. температура тела равна температуре излучения. Спектр теплового излучения непрерывный, с максимумом, смещающимся в сторону коротких волн обратно пропорционально температуре — закон Вина). На рис. VIII.2 приведен спектр солнечного излучения. Максимум излучения приходится на , что соответствует температуре поверхности Солнца При (температура огненного шара после взрыва атомной бомбы) , т. е. максимум излучения находится уже в области мягкого рентгена. В рассмотренном случае интенсивность излучения зависит только от температуры и пропорциональна четвертой степени последней (закоа Стефана — Больцмана), При мощность излучения составляет с квадратного сантиметра излучающей поверхности, а при эта мощность (яркость огненного шара) возрастает почти в миллиард раз. Примерно такую же яркость, а значит, и температуру имеют в течение нескольких дней так называемые сверхновые звезды, возникающие вследствие взрыва обычной звезды.

Другим примером некогерентного источника является газовый разряд (неоновая

Рис. VIII.2. Спектр солнечного света.

реклама, электрическая дуга и пр.). Здесь, как правило, нет равновесия с излучением (газ разрежен), так что спектр может быть самый разнообразный, в том числе и линейчатый. Интенсивность излучения газового разряда зависит не только от температуры плазмы, образующейся при разряде, но и от других условий разряда, и может быть значительно выше, чем у тепловых источников.

Основной особенностью световых источников газоразрядного типа является низкая температура основной массы газа. При этом возбуждение атомов происходит за счет небольшой доли ускоренных в газовом разряде электронов, температура которых много выше температуры плазмы. Отсюда название источников — лампы «холодного» света.

К этому же классу некогерентных источников относятся и люминесцентные источники, преобразующие один вид светового излучения в другой. Обычно люминесцентные источники (лампы) возбуждаются электрическим разрядом внутри колбы, стенки которой покрыты специальным веществом — люминофором, имеющим нужный спектр излучения (обычно — сплошной). Люминесцентные лампы используются как в видимом свете, так и в УФ-лучах. Преимущество люминесцентных источников света — их высокий КПД, достигающий или 30% (видимая часть спектра). Для сравнения укажем, что КПД ламп накаливания составляет всего около или 7,5%, из-за относительно низкой температуры нити — около 2500 К. Максимум излучения лежит при этом в инфракрасной области , так что лампы накаливания являются в основном источниками теплового излучения. Недостаток люминесцентных ламп при питании их переменным током — эффект мерцания (с частотой 100 Гц). Этот эффект можно заметить даже визуально при быстром движении глаза. Он оказывает вредное влияние на сетчатку глаза.