Принцип и оптична метрология на разпространение на радиация на 222 nm uv електрическа крушка
Свойства и електромагнитен спектър на електромагнитните вълни
Светлината е електромагнитна вълна. Според електромагнитната теория на Максуел, променящо се във времето-електрическо полеE(или магнитно полеH) в област от пространството ще предизвика променливо магнитно полеH(или електрическо полеE) в съседни региони. Тези редуващи се различни електрически и магнитни полета непрекъснато се генерират взаимно и се разпространяват в пространството с крайна скорост, образувайки електромагнитни вълни. Електромагнитните вълни проявяват следните свойства:
(1) Както електрическото полеEи магнитно полеHна електромагнитна вълна са перпендикулярни на посоката на разпространение, а трите вектора (E, H и посоката на разпространение) са взаимно перпендикулярни. Следователно електромагнитните вълни са напречни вълни. Векторите E, H и посоката на разпространение образуват дясна{2}}винтова система.
(2) За електромагнитна вълна, разпространяваща се в дадена посока,EиHтрептят в съответните им равнини-характеристика, известна като поляризация.
(3) Във всяка точка на пространството,EиHпретърпяват периодични изменения и са във фаза, достигайки максимуми и минимуми едновременно.
(4) Във всяка точка и всеки момент връзката на големината междуEиHе εE=μH.
(5) Скоростта на разпространение на електромагнитните вълни във вакуум е c=1/√(ε₀μ₀), а в среда е v=1/√(εμ).
Електромагнитните вълни обхващат изключително широк диапазон, от радиовълни и оптични вълни до рентгенови-лъчи и -лъчи-всички принадлежащи към една и съща категория, различаващи се само по дължина на вълната. Понастоящем откритите и широко използвани електромагнитни вълни варират от дължини на вълните, по-дълги от 10⁴ m до по-къси от 10⁻5 nm. Когато са подредени по честота или дължина на вълната, те образуват електромагнитния спектър. Оптичното лъчение заема само малък сегмент от този спектър, като ултравиолетовото лъчение е основният фокус на нашето изследване.
Оптично излъчване
Енергията, която се разпространява под формата на електромагнитни вълни или частици (фотони), способни да бъдат отразени, изобразени или разпръснати от оптични елементи, заедно с процеса на нейното разпространение, се наричат общо оптично лъчение. Обикновено се счита, че покрива дължини на вълните от 10 nm до 1 mm (честоти ~3×10¹¹ до 3×10¹⁶ Hz). Оптичното лъчение обикновено се разделя на три части въз основа на дължината на вълната и човешкия зрителен отговор: ултравиолетово лъчение, видима светлина и инфрачервено лъчение. Дължините на вълните обикновено се изразяват в nm за видимия-до-ултравиолетов диапазон, в μm за инфрачервения диапазон, а вълновите числа обикновено се дават в cm⁻¹.
Ултравиолетовото лъчение има по-къси дължини на вълните от виолетовата светлина и е невидимо за човешкото око, обхващайки 1–390 nm. Подразделя се на близка-UV, далечна-UV и екстремна-UV. Екстремните-UV се абсорбират почти напълно от въздуха и могат да се разпространяват само във вакуум, поради което се наричат още вакуумни ултравиолетови (VUV). В слънчевите ултравиолетови изследвания ултравиолетовото лъчение често се класифицира в UVA, UVB и UVC ленти.
По-специално, далечната-ултравиолетова светлина, произведена от a222 nm uv електрическа крушка(ексимерна лампа KrCl*) привлече значително внимание през последните години за приложения за дезинфекция на незаети-пространства в обществени зони. Неговата висока фотонна енергия, силна абсорбция от кислород във въздуха и изключително плитка дълбочина на проникване в човешката кожа (ограничена до роговия слой) го правят уникално безопасен и ефективен.
За да се опише количествено оптичното излъчване, са необходими специфични физични величини. Откриването и измерването на оптични лъчения използват две различни системи: радиометрични единици и фотометрични единици.
Радиометричната система използва лъчист поток (или лъчиста мощност) и лъчиста енергия като основни величини, зависещи единствено от излъчващия обект. Основните единици са ват (W) и джаул (J). Радиометрията се прилага в целия електромагнитен спектър.
Фотометричната система отразява зрителното възприятие за яркост. Основната му величина е светлинен интензитет с основна единица кандела (cd). Фотометрията е приложима само във видимия диапазон.
Въпреки че физическите величини в двете системи се различават концептуално, техните символи съответстват едно-към-едно. Радиометричните величини се означават с индекс "e", фотометричните величини с индекс "v".
Основен извод от теорията на Максуел е съществуването на електромагнитни вълни, а светлината е електромагнитна вълна. Светлината по същество не се различава от радиовълните, микровълните, рентгеновите -лъчи или -лъчите, освен в обхвата на дължината на вълната. Въз основа на тази теория може да се изчисли отслабването на интензитета на светлината в атмосферата. В тази книга разстоянията за измерване на ултравиолетовите лъчи са сравнително къси (само десетки метри), така че средата на разпространение може да се разглежда като еднаква и ефектите от индекса на пречупване и атмосферната турбуленция се пренебрегват. Последващите измервания третират средата като вакуум.
Основни закони на оптичното измерване на радиацията
Източникът на радиация може да се характеризира с интензитет на излъчване, излъчване на излъчване (плътност на потока на излъчване) и поток на излъчване, за да се опише неговата сила и пространствено енергийно разпределение.
Интензитетът на излъчване е мощността на излъчване, излъчвана от източник на единица плътен ъгъл, отразяваща ъгловото разпределение на енергията на излъчване.
Излъчване (плътност на лъчист поток) е общата мощност на лъчение, излъчена на единица площ, отразяваща плътността на повърхностните емисии.
Лъчистият поток е общата мощност, излъчена от целия източник в пространството (времева скорост на лъчиста енергия).
Сиянието се определя като излъчваната мощност на единица проектирана площ в-на-посоката на видимост за единица телесен ъгъл. Връзките между интензитета на излъчване, излъчването на излъчване, потока на излъчване и излъчването се изразяват като:
Интегрирането на блясъка върху зоната на източника дава интензитет на лъчение: J=∫ₐ N cosθ dA (3-1)
Интегрирането на излъчване върху плътен ъгъл дава излъчване на излъчване: M=∫ₒ N cosθ dΩ (3-2)
Двойното интегриране по площ и плътен ъгъл дава лъчист поток: Φ=∫ₐ ∫ₒ N cosθ dA dΩ (3-3)
Където: N - излъчване на източника; dA - елемент на изходната област; θ - ъгъл между посоката на излъчване и нормалата на повърхността; dΩ - телесен ъгъл елемент; cosθ dA - проектирана площ в посоката на излъчване.
Облъчването има същите размери като излъчването на излъчване (W/cm²), но се отнася до мощността, получена на единица площ от детектора. Когато инструмент получава радиация, облъчването на входната зеница е: E=∫ₒ N cosθ dΩ (3-4)
Уравнение (3-4) е формално идентично с (3-2), но използва излъчването на приемника и се интегрира върху плътния ъгъл на приемане на инструмента. Ако се пренебрегнат загубите при предаване, излъчването на източника е равно на полученото излъчване; със загуби изчислението остава лесно. По този начин определянето на излъчването на източника е от решаващо значение в инженерните приложения.
Като цяло излъчването или отражението от обекти е насочено, възниква само в рамките на ограничени плътни ъгли, което означава, че излъчването зависи от посоката. Идеалният дифузен излъчвател (Ламбертов радиатор) излъчва равномерно в полусферичното пространство с постоянно излъчване. Интензитетът на излъчване от ламбертов повърхностен елемент следва косинусния закон на Ламберт: dJ=N cosθ dA ∝ cosθ (3-5)
При наблюдение на обект с дифузна светлина (напр. Слънце) от различни ъгли, прожектираната област, виждана от всяка клетка на ретината, остава постоянна, както и плътният ъгъл, спрян в зеницата. Тъй като ламбертовото сияние не зависи от посоката на гледане, получената енергия е постоянна, създавайки равномерно ярък диск.
За идеален ламбертов излъчвател, излъчващ в полукълбо, връзката между излъчване и излъчване е: dΩ=sinθ dθ dφ M=∫ N cosθ dΩ=N ∫₀²π dφ ∫₀π/₂ cosθ sinθ dθ=πN (3-6)
Трябва да се отбележи, че излъчването на излъчване е равно на π пъти излъчване, а не на 2π (пълният полусферичен плътен ъгъл).
Перфектният ламбертов радиатор е идеален модел. На практика много източници приближават поведението на Lambertian само в ограничени ъглови диапазони. За повечето електрически изолатори излъчването може да се счита за приблизително постоянно за ъгли, по-малки или равни на 60 градуса от нормалното; за проводници, По-малко или равно на 50 градуса. Определени източници, като някои222 nm uv електрическа крушкаексимерни газоразрядни тръби, също показват близко до -ламбертовото разпределение при малки ъгли, което ги прави удобни като стандартни източници за ултравиолетово радиометрично калибриране.
