Оптические характеристики вещества

Количество энергии Е частоты n, спонтанно излучаемой в единицу времени в единице объема вещества, в единичном интервале частот и в единичном интервале телесного угла, называется объемным спектральным коэффициентом излучения e_n:

e_n = , при DV, Dt, DW, Dn ® 0.

Обычно в заданной точке пространства среда излучает свет во всех направлениях одинаково (изотропно), так как излучающие частицы (атомы, молекулы и др.) ориентированы и движутся в пространстве хаотичным образом. Поэтому количество энергии, излучаемой в телесный угол dW в каком-либо направлении, равно просто e_n dW.

Если через вещество проходит пучок света, он ослабляется на своем пути. Ослабление происходит как вследствие поглощения квантов, так и вследствие их рассеяния, то есть отклонения от первоначального направления. Рассеяние излучения играет огромную роль в переносе излучения в больших пространствах: звездных и планетных атмосферах.

В лабораторных условиях роль рассеяния излучения мала по сравнению с поглощением, и поэтому рассеяние как правило не учитывается. Если особо не оговорено, то обычно не учитывается и вынужденное (индуцированное) излучение.

Поэтому при прохождении излучения через вещество учитывается только истиное поглощение, когда поглощенный фотон исчезает. Ослабление интенсивности параллельного пучка излучения частоты v на расстоянии dx в поглощающей среде пропорционально величине этого расстояния (рис. 3):

dI_n = - g_nI_ndx, (10)

где g_n - спектральный коэффициент поглощения.

Решая уравнение (10), получаем, что интенсивность пучка уменьшается после прохождения расстояния x от точки x = 0 (где I_n = I_n0) до точки x по экспоненциальному закону:

. (11)

Ослабление пучка света за счет поглощения характеризуется произведением g_n на длину пути. Безразмерная величина в (11):

(12)

называется оптической толщиной слоя x на частоте n. Пучок света ослабляется в е раз на оптической толщине, равной единице.