Фотоны и ядра - [20]

Упомянем об одной неожиданной области применения лазера: для реставрации мраморных скульптур. Атмосфера XX века, увы, — далеко не чистый воздух. Различные вредные газы, и прежде всего окись серы, образуют на мраморе черную корку. Корка эта пориста и поэтому как губка впитывает влагу и дополнительные дозы вредных веществ. Удаление корки механическими, и химическими средствами может привести к порче скульптуры. Действуя же лазером в импульсном режиме, удаляют корку не затронув мрамора.

При помощи лазера на углекислом газе осуществляется рост кристаллов без тиглей. Процесс этот не нов. Токи высокой частоты применялись уже давно для такого выращивания кристаллов, но не для диэлектриков, обладающих слишком малой теплопроводностью. При помощи лазеров сейчас растят без тиглей кристаллы ниобатов и других очень нужных веществ. Важность безтигельного роста кристаллов для нужд микроэлектроники невозможно переоценить, ибо миллионные доли примесей могут сыграть отрицательную роль; а избавиться от того, чтобы какие-либо «вредные» атомы не перешли из материала тигля в кристалл, практически невозможно.

Я не буду останавливаться на описании конструкции соответствующего аппарата. О росте кристаллов шла речь во 2-й книге. Как и в случае токов высокой частоты, луч лазера создает небольшую расплавленную зону, которая медленно подводит вещество к растущему кристаллу. Мне кажется вероятным, что использование лазера потеснит другие методы выращивания кристаллов.

ФОТОМЕТРИЯ

Каждый источник света можно охарактеризовать энергией, которую он излучает. Однако во многих случаях нас интересует только та часть потока энергии, которая приводит к зрительному ощущению. Такой особенностью обладают, как мы говорили, электромагнитные волны, длины которых лежат в пределах примерно от 380 до 780 нм.

Воспринимаемый мозгом свет характеризуется яркостью и цветом. Если сопоставить зрительные ощущения, которые создаются светом равной интенсивности, но разной длины волны, то окажется, что наиболее ярким глазу представляется источник света, дающий волну длиной 555 нм, что соответствует зеленому цвету.

Восприятие света можно характеризовать кривой видимости (рис. 2.8), которая показывает (в относительных единицах) чувствительность нормального глаза к волнам различной длины. Однако техники оставляют эту кривую вне внимания и предоставляют глазу выносить суждение об интегральной силе света.

Идя по этому пути, надо выбрать какой-то эталонный источник света, а затем сравнивать с ним другие источники. За единицей силы света долго сохранялось название свечи, ибо первые попытки выбора эталона как раз и заключались в том, чтобы подобрать некое стандартное пламя свечи. Не приходится и говорить, как это трудно сделать.

Международный эталон, принятый на сегодня, представляет собой раскаленное черное тело. Материалом служит платина. Черное тело испускает свет, излучаемый платиной, нагретой до температуры плавления, т. е. до 2046 К, через небольшое отверстие.

Единица силы света получила название канделы («свеча» по-латыни). Международное определение старается избежать прямого указания на температуру свечения (чтобы не внести ошибки, связанные с измерением температуры). Поэтому кандела определяется так: если в качестве источника взять платину, находящуюся в состоянии затвердевания при нормальном атмосферном давление, то площадь ¹/₆10^-5 м² дает в направлении, перпендикулярном поверхности, силу света, равную одной канделе.

На достаточно больших расстояниях, источник света представляется точкой. Именно в этих случаях и удобно измерять силу света. Построим около точечного источника сферу, выделим на этой поверхности участок площадью S. Поделив S на квадрат расстояния от центра, мы получим так называемый телесный угол. Единицей телесного угла является стерадиан. Если на сфере радиусом один метр вырезается площадка S = 1 м², то телесный угол равен одному стерадиану.

Световым потоком называют силу света точечного источника, умноженную на величину телесного угла.

Пусть вас не смущает то обстоятельство, что световой поток обращается в нуль, когда речь идет о параллельных лучах. В подобных случаях понятием светового потока не пользуются.

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.