Коэффициент поглощения (оптика) — Википедия

Коэффициент поглощения (оптика)
${\displaystyle \alpha }$
Размерность	безразмерная
Примечания
скалярная величина

Коэффицие́нт поглоще́ния — безразмерная физическая величина, характеризующая способность тела поглощать падающее на него излучение. В качестве буквенного обозначения используется греческая ${\displaystyle \alpha }$^[1].

Численно коэффициент поглощения равен отношению потока излучения ${\displaystyle \Phi }$, поглощенного телом, к потоку излучения ${\displaystyle \Phi _{0}}$, упавшего на тело^[1][2]:

${\displaystyle \alpha ={\frac {\Phi }{\Phi _{0}}}.}$

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

В тех случаях, когда спектр падающего излучения настолько узок, что излучение можно считать монохроматическим, говорят о монохроматическом коэффициенте поглощения. Другое используемое в таких обстоятельствах наименование, имеющее то же значение, — поглощательная способность^[3] тела.

Если спектр падающего на тело излучения широк, то соответствующий коэффициент поглощения называют интегральным.

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

В бо́льшей степени характеризует способность поглощать излучение материалами, а не телами. Соответственно, в отличие от коэффициента поглощения в его определении используется не падающий на поверхность тела поток ${\displaystyle \Phi _{0}}$, а поток ${\displaystyle \Phi _{in}}$, прошедший через входную поверхность тела.

Таким образом, коэффициент внутреннего поглощения ${\displaystyle \alpha _{i}}$ определяется из соотношения^[1]:

${\displaystyle \alpha _{i}={\frac {\Phi }{\Phi _{in}}}.}$

Поток ${\displaystyle \Phi _{in}}$ при этом связан с ${\displaystyle \Phi _{0}}$ равенством:

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

где ${\displaystyle \rho }$ — коэффициент отражения.

В общем случае, при распространении параллельного пучка излучения в среде, где одновременно имеет место поглощение и рассеяние излучения, коэффициент внутреннего поглощения связан с натуральными показателями поглощения ${\displaystyle a'}$ и рассеяния ${\displaystyle r'}$ соотношением:

${\displaystyle \alpha _{i}={\frac {a'}{a'+r'}}\left[1-e^{-(a'+r')l}\right],}$

где ${\displaystyle l}$ — расстояние, пройденное излучением в среде.

Для определения параметров слоистой среды (слоистая среда в астрономии – это атмосфера Земли или атмосфера наблюдаемой звезды, в георазведке – недра, в биологии – живые ткани под микроскопом, в промышленности – различные многослойные пленки, в том числе и анизотропные) анализируется, в частности, зависимость коэффициента поглощения от частоты и поляризации падающего электромагнитного излучения.

Такая зависимость называется спектром поглощения.

Параметры среды при известном спектре в общем случае не получается вычислить однозначно (т.н. Обратная задача).

Поэтому, при анализе полученных спектров используют сравнение. Здесь имеет значение «прямая задача» – вычисление спектра при известных (заданных из предположений) параметрах слоистой среды и падающего излучения – которая решается сравнительно легко применением уравнений Максвелла. Методы решения важных частных случаев разработаны в матричной оптике.

Наиболее востребован, в силу простоты решения и высокой скорости получения ответа при допустимой погрешности, один из частных случаев: падение по нормали (плоской электромагнитной волны с заданной поляризацией на одномерную слоистую среду с заданными параметрами).

Вычисление спектра для этого случая реализовано как в коммерческих программных пакетах (CAE), так и в бесплатных веб-интерфейсах (например, «калькулятор Прашкевич»).

• Показатель поглощения
• Коэффициент отражения
• Коэффициент рассеяния
• Коэффициент ослабления
• Коэффициент пропускания