Физика для всех. Книга 4. Фотоны и ядра

За единицу светового потока принимается люмен, равный потоку, который посылает точечный источник с силой света в одну канделу в угол, равный одному стерадиану. Суммарный световой поток, излучаемый точкой во все стороны, будет равняться 4π лм.

Сила света характеризует источник света вне зависимости от его поверхности. В то же время совершенно ясно, что впечатление будет различным в зависимости от протяженности источника. Поэтому пользуются понятием яркости источника. Это — сила света, отнесенная к единице поверхности источника света. Яркость измеряется в стильбах: один стильб равен канделе, поделенной на квадратный сантиметр.

Один и тот же источник света принесет равную световую энергию к странице раскрытой книги в зависимости от того, где он находится. Для читателя важно, какова освещенность участка письменного стола, на котором лежит книга. Если размер источника невелик (точечный источник), то освещенность равна силе света, поделенной на квадрат расстояния от источника. Почему на квадрат? Ответ ясен: световой поток остается неизменным внутри заданного телесного угла, как бы далеко мы ни ушли от светящейся точки. Ну, а площадь сферы и площадь участка, вырезаемого заданным телесным углом, будут шести обратно пропорционально квадрату расстояния. Это простое правило называют законом обратных квадратов. Изменив расстояние читаемой книги от маленькой лампочки с 1 до 10 м, мы уменьшим освещенность страницы книги в сто раз.

Единица освещенности — люкс. Такую освещенность создает поток света, равный 1 лм, на площади в 1 м²

.

Освещенность в безлунную ночь равна 0,0003 лк. Так что когда мы говорим: «ни зги не видно», то определяем освещенность, этой самой «зги». В лунную ночь освещенность равна — 0,2 лк. Чтобы читать, не напрягая глаз, требуется освещенность 30 лк. При киносъемке включают мощные прожекторы и доводят освещенность предметов до 10 000 лк.

Но мы ничего еще не сказали о приборах, которые служат для измерения, световых потоков и освещенностей. В настоящее время такие измерения — не проблема. Фактически мы действуем именно так, как надо было бы поступить, дав новое определение канделы. Мы измеряем энергию, падающую на фотоэлемент, а шкалу фотоэлемента градуируем в люксах с учетом кривой видности.

Существовавшие в прошлом веке фотометры работали по принципу сравнения яркостей двух освещенных смежных площадок. На одну из них падал свет, силу которого мы хотели измерить. С помощью нехитрых приспособлений световой поток уменьшали в известное число раз так, чтобы в конце концов смежные площадки были освещены одинаково.

ГОЛОГРАФИЯ

Создание лазеров знаменует новую эпоху в развитии науки и техники. Трудно найти такую область знания, в которой стимулированное излучение не открыло бы новые возможности.

В 1947 г. Д. Габор предложил использовать когерентный свет для получения изображения объекта совершенно новым способом. Новая техника, получившая название голографии, коренным, образом отличается от фотографии. Голография становится возможной только лишь благодаря особенностям стимулированного излучения, отличающим его от обычного света.

Еще раз подчеркнем, что при лазерном излучении почти все фотоны совпадают по всем своим признакам — частоте, фазе, поляризации и направлению распространения. Лазерный луч размывается в ничтожной степени, т. е. можно получить чрезвычайно тонкий луч на больших расстояниях от источника, лазерному лучу свойственна очень большая когерентная длина (длина цуга волн). Благодаря последнему обстоятельству (оно-то и важно для голографии) возможна интерференция расщепленных лучей с большой разностью хода.

Верхняя часть рис. 2.9 поясняет технику получения голограммы.

Наблюдаемый объект освещается широким несильным (чтобы не повредить объект) лазерным лучом. Один и тот же луч рассеивается объектом и отражается зеркалом, которое создает так называемую опорную волну. Две волны накладываются. Происходит интерференция, картина которой фиксируется фотопластинкой.

Взгляните на рис. 2.10.

Сверху показан объект, а под ним — его «изображение». Мы не оговорились: эта сложная комбинация темных и светлых колец, называемая голограммой, действительно является изображением объекта, но только изображением скрытым. Голограмма содержит полную информацию об объекте, точнее — полные сведения об электромагнитной волне, рассеянной шахматными фигурками. Фотография не содержит таких всеобъемлющих сведений. Лучший фотоснимок точно передает все сведения об интенсивности рассеянных лучей. Но ведь волна, рассеянная любой точкой объекта, полностью характеризуется не только своей интенсивностью (амплитудой), но и фазой. Голограмма — это интерференционная картина, и каждая светлая или темная линия говорит нам не только об интенсивности, но и о фазе лучей, пришедших от объекта в соответствующие места фотопластинки.