Характеристики излучения

Излучение любой природы, в частности электромагнитное излучение, описывают величиной, называемой интенсивностью излучения или просто интенсивностью. Она обозначается буквой I и определяется как лучистая энергия, которая пронизывает единицу площади за единицу времени внутри единичного телесного угла перпендикулярно выбранной площадке (рис. 1).

Если лучистую энергию обозначить через Е, время - через t, площадь и телесный угол - через A и Ω соответственно, то определение интенсивно­сти принимает вид

при (1)

Определенная таким образом интенсивность включает излучение на всех частотах, и ее следует называть «полной интенсивностью». Она представляет меньший интерес в спектроскопии, где важно спектральное распределение лучистой энергии и где, следовательно, имеют дело с интенсивностями, приходящимися на единичные интервалы частот или длин волн. Эти «спектральные интенсивности» (часто их называют светимостями) определяются аналогично (1):

, при (2)

, при (3)

Поскольку и , то

и . (4)

Зависимость интенсивности излучения от длины волны (или частоты) образует, так называемый, спектр излучения (см. рис. 5). Как правило, такая зависимость носит не монотонный характер, а представляет собой кривую со множеством достаточно узких пиков, называемых спектральными линиями. Спектральную линию образует излучение (множество «одинаковых» по частоте фотонов), получающееся в результате переходов совокупности излучающих атомов (молекул) данного вещества из определенного энергетического состояния в другое (см. ниже).

Если в излучении присутствуют спектральные линии, то вводят понятие «интенсивность спектральной линии» . В окрестности линии интенсивность или можно разделить на две части: непрерывную I_ν,C или дискретную (рис. 2). Интеграл от дискретной части и определяет интенсивность линии:

(5)

Интенсивность, вообще говоря, зависит от положения и от направления в пространстве: . Если хотят просто выразить зависимость от направления, то пишут . Если ограничиваются одним направлением и хотят указать только зависимость от положения, то пишут .

Если интенсивность не зависит от направления, то поле излучения называется изотропным. Изотропность может иметь место для всех частот (например, излучение «черного» тела) или для узкого интервала частот (например, «ядро» запертой линии). Поле излучения лабораторных источников света в общем сильно неизотропно.

С интенсивностью излучения тесно связана плотность энергии поля излучения или , которая ответственна за взаимодействие излучения с атомами.

Плотность энергии излучения можно рассчитать, если известна интенсивность для всех направлений:

, . (6)

Между и , существует такая же связь, как и между соответствующими интенсивностями:

. (7)

Для полной плотности излучения имеем:

. (8)

Для изотропного поля излучения имеем:

, , (9)

Для описания взаимодействия излучения с веществом вводятся оптические характеристики вещества.