Спектральна густина випромінювання — потужність випромінювання на одиницю площі на одиницю довжини хвилі, яку використовують у радіометрії й фотометрії. У більш загальному випадку спектральна густина випромінювання може стосуватися розподілу за довжинами хвиль, будь-якої радіометричної або фотометричної величини (наприклад, енергії випромінювання, потоку випромінювання, сили випромінювання, енергетичної яскравості, енергетичної світності, опроміненості, сили світла, освітленості).

Знання спектральної густини випромінювання є критично важливим для застосувань оптичних сенсорних систем. Оптичні властивості — такі як пропускання, коефіцієнти відбиття й поглинання — а також відгук сенсора зазвичай залежать від довжини хвилі падаючого випромінювання.

Фізика

Математично для спектрального розподілу потужності опроміненості можна записати:

де M(λ) — спектральна опроміненість (або вихідна випромінюваність) світла (одиниця системи SI: Вт/м2 = кг·м−1·с−3); Φ — променистий потік джерела (одиниця SI: ват, Вт); A — площа, за якою інтегрують променистий потік (одиниця SI: квадратний метр, м2); λ — довжина хвилі (одиниця SI: метр, м). (Зауважимо, що довжину хвилі світла зручніше виражати в нанометрах; тоді спектральну вихідну випромінюваність виражають в одиницях Вт·м−2·нм−1.) Наближення є справедливим для малих площ і вузьких інтервалів довжин хвиль.

Відносна спектральна густина випромінювання

Відношення спектральної густини випромінювання на певній довжині хвилі до спектральної густини випромінювання на опорній довжині хвилі визначає відносну спектральну густину випромінювання. Це можна записати так:

Наприклад, яскравість освітлювальних приладів та інших джерел світла розглядають окремо, тому спектральний розподіл потужності можна певним чином нормувати, часто до одиниці на 555 або 560 нанометрах, що відповідає максимуму функції світлової ефективності ока.

Чутливість Спектральну густину випромінювання можна використовувати для визначення відгуку сенсора на заданій довжині хвилі. Для цього порівнюють вихідну потужність сенсора з вхідною потужністю як функцію довжини хвилі. Це можна узагальнити такою формулою: , де R — спектральна чутливість, S — сигнал сенсора, а M — спектральна опроміненість. Знання чутливості є корисним для визначення освітленості, характеристик матеріалів та оптичних компонентів з метою оптимізації конструкції системи.

Спектральна густина випромінювання джерела та речовина

Спектральна густина випромінювання джерела у видимому спектрі може мати різні концентрації відносної спектральної густини випромінювання. Взаємодія світла з речовиною впливає на поглинальні та відбивні властивості матеріалів, унаслідок чого виникає колір, який змінюється залежно від освітлення джерелом.

Наприклад, відносний спектральний розподіл потужності Сонця створює білий колір при безпосередньому спостереженні, але коли сонячне світло проходить крізь атмосферу Землі, небо за нормальних умов денного освітлення здається блакитним. Це пов'язано з оптичним явищем, відомим як релеївське розсіювання, яке підсилює короткохвильову частину спектра й, відповідно, синій колір.

Спектральна густина випромінювання джерела та сприйняття кольору

Зорове сприйняття людини ґрунтується на для обробки кольорової інформації. Хоча людський зір інтегрує сигнали за всіма довжинами хвиль, відносний спектральний розподіл потужності надає інформацію для , оскільки основний внесок у сприйнятий колір роблять певні спектральні діапазони.

Це має важливе значення у фотометрії та колориметрії, оскільки сприйнятий колір змінюється залежно від освітлення джерелом і його спектрального розподілу, що пов'язано з явищем метамерії, коли вигляд кольору об'єкта змінюється.

Спектральний склад джерела також пов'язаний із колірною температурою, що зумовлює відмінності у сприйнятті кольору через температуру джерела світла.

Примітки

Посилання

Spectral Power Distribution Curves, GE Lighting.