Коэффициент пропускания

Коэффициент пропускания
$T,\tau$
Размерность	безразмерная
Примечания
скалярная величина

Пример спектра пропускания рубинового монокристалла толщиной 1 см в видимой и ближней инфракрасной частях спектра. На рисунке видны полосы поглощения в синей и зелёной частях спектра и узкая линия поглощения на длине волны 694 нм — длине волны излучения рубинового лазера.

Коэффицие́нт пропуска́ния — безразмерная физическая величина, равная отношению потока излучения $\Phi$, прошедшего через среду, к потоку излучения $\Phi _{0}$, упавшему на её поверхность:

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

В общем случае значение коэффициента пропускания $T$ тела зависит как от свойств самого тела, так и от угла падения, спектрального состава и поляризации излучения.

Численно коэффициент пропускания выражают в долях или в процентах.

Коэффициент пропускания неактивных сред всегда меньше 1. В активных средах коэффициент пропускания больше или равен 1, при прохождении излучения через такие среды происходит его усиление. Активные среды используются в качестве рабочих сред лазеров.

Коэффициент пропускания связан с оптической плотностью $D$ соотношением:

$T=10^{-D}.$

Сумма коэффициента пропускания и коэффициентов отражения, поглощения и рассеяния равна единице. Это утверждение следует из закона сохранения энергии.

Производные, связанные и родственные понятия

Вместе с понятием «коэффициент пропускания» широко используются и другие созданные на его основе понятия. Часть из них представлена ниже.

Коэффициент направленного пропускания $T_{r}$

Коэффициент направленного пропускания равен отношению потока излучения, прошедшего сквозь среду, не испытав рассеяния, к потоку падающего излучения.

Коэффициент диффузного пропускания $T_{d}$

Коэффициент диффузного пропускания равен отношению потока излучения, прошедшего сквозь среду и рассеянного ею, к потоку падающего излучения.

В отсутствие поглощения и отражений выполняется соотношение:

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

Спектральный коэффициент пропускания $T_{\lambda }$

Коэффициент пропускания монохроматического излучения называют спектральным коэффициентом пропускания. Выражение для него имеет вид:

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

где $\Phi _{\lambda 0}$ и $\Phi _{\lambda }$ — потоки падающего на среду и прошедшего через неё монохроматического излучения соответственно.

Коэффициент внутреннего пропускания $T_{i}$

Коэффициент внутреннего пропускания отражает только те изменения интенсивности излучения, которые происходят внутри среды, то есть потери из-за отражений на входной и выходной поверхностях среды им не учитываются.

Таким образом, по определению:

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

где $\Phi _{in}$ — поток излучения, вошедшего в среду, а $\Phi _{out}$ — поток излучения, дошедшего до выходной поверхности.

С учетом отражения излучения на входной поверхности соотношение между потоком излучения $\Phi _{in}$, вошедшего в среду, и потоком излучения $\Phi _{0}$, падающим на входную поверхность, имеет вид:

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

где $R_{in}$ — коэффициент отражения от входной поверхности.

На выходной поверхности также происходит отражение, поэтому поток излучения $\Phi _{out}$, падающего на эту поверхность, и поток $\Phi$, выходящий из среды, связаны соотношением:

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

где $R_{out}$ — коэффициент отражения от выходной поверхности. Соответственно, выполняется:

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

В результате для связи $T_{i}$ и $T$ получается:

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

Коэффициент внутреннего пропускания обычно используется не при описании свойств тел, как таковых, а как характеристика материалов, преимущественно оптических.

Спектральный коэффициент внутреннего пропускания $T_{i,\lambda }$

Спектральный коэффициент внутреннего пропускания представляет собой коэффициент внутреннего пропускания для монохроматического света.

Интегральный коэффициент внутреннего пропускания $T_{A}$

Интегральный коэффициент внутреннего пропускания $T_{A}$ для белого света стандартного источника A (с коррелированной цветовой температурой излучения T=2856 K) рассчитывается по формуле:

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

или следующей из неё:

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

где $\Phi _{in,\lambda }(\lambda )$ — спектральная плотность потока излучения, вошедшего в среду, $\Phi _{out,\lambda }(\lambda )$ — спектральная плотность потока излучения, дошедшего до выходной поверхности, а $V(\lambda )$ — относительная спектральная световая эффективность монохроматического излучения для дневного зрения.

Аналогичным образом определяются интегральные коэффициенты пропускания и для других источников света.

Интегральный коэффициент внутреннего пропускания характеризует способность материала пропускать свет, воспринимаемый человеческим глазом, и является поэтому важной характеристикой оптических материалов.

Спектр пропускания

Спектр пропускания — это зависимость коэффициента пропускания от длины волны или частоты (волнового числа, энергии кванта и т. д.) излучения. Применительно к свету такие спектры называют также спектрами светопропускания.

Спектры пропускания являются первичным экспериментальным материалом, получаемым при исследованиях, выполняемых методами абсорбционной спектроскопии. Такие спектры представляют и самостоятельный интерес, например, как одна из основных характеристик оптических материалов.

См. также

• Коэффициент поглощения
• Коэффициент отражения
• Коэффициент рассеяния
• Коэффициент ослабления

Литература

• ГОСТ 8.654-2016 «Государственная система обеспечения единства измерений. Фотометрия. Термины и определения»
• ГОСТ 7601-78 «Физическая оптика. Термины, буквенные обозначения и определения основных величин»
• ГОСТ Р 8.829-2013 «Государственная система обеспечения единства измерений. Методика измерений оптической плотности (коэффициента пропускания) и мутности пластин и пленок из полимерных материалов»
• Физический энциклопедический словарь. — Советская энциклопедия, 1984. — С. 590.