222 nm 紫外線電球の放射線伝播の原理と光学計測
電磁波の性質と電磁スペクトル
光は電磁波です。マクスウェルの電磁理論によると、時間変化する電場-E(または磁場H) 空間領域に変化する磁場が誘発されます。H(または電場E) 隣接する領域にあります。これらの交互に変化する電場と磁場は継続的に相互に生成し、有限の速度で空間を伝播し、電磁波を形成します。電磁波は次の特性を示します。
(1) 両電界Eと磁場H電磁波のベクトルは伝播方向に対して垂直であり、3 つのベクトル (E、H、伝播方向) は相互に垂直です。したがって、電磁波は横波です。ベクトル E、H、および伝播方向は右ねじ系を形成します。-。
(2) ある方向に伝播する電磁波に対して、EそしてHそれぞれの平面内で振動します-これは偏光として知られる特性です。
(3) 空間のあらゆる点で、EそしてH周期的な変動があり、同位相であり、最大値と最小値に同時に到達します。
(4) いつでも、どの瞬間でも、次の大小関係は次のようになります。EそしてHεE=μH です。
(5) 真空中の電磁波の伝播速度は c=1/√(ε₀μ₀)、媒質中では v=1/√(εμ) です。
電磁波は、電波や光波から X- 線や - 線-まで、波長が異なるだけですべて同じカテゴリに属し、非常に広範囲に及びます。現在発見され広く利用されている電磁波は、波長が 104 m より長いものから 10-5 nm より短いものまで多岐にわたります。周波数または波長ごとに整理すると、電磁スペクトルが形成されます。光放射はこのスペクトルのごく一部のみを占めており、紫外線放射が私たちの研究の主な焦点です。
光放射
電磁波または粒子 (光子) の形で伝播し、光学素子によって反射、結像、または分散できるエネルギーとその伝播プロセスは、総称して光放射と呼ばれます。一般に、10 nm ～ 1 mm (周波数 ~3×10¹¹ ～ 3×10¹⁶ Hz) の波長をカバーすると考えられています。光放射は通常、波長と人間の視覚反応に基づいて、紫外線、可視光線、赤外線の 3 つの部分に分けられます。波長は通常、可視-から-の紫外範囲ではnm、赤外ではμmで表され、波数は慣例的にcm-1で与えられます。
紫外線の波長は紫光よりも短く、1 ～ 390 nm の範囲で人間の目には見えません。それは近-紫外線、遠-紫外線、極-紫外線に細分されます。極端な-紫外線は空気によってほぼ完全に吸収され、真空中でのみ伝播するため、真空紫外線（VUV）とも呼ばれます。太陽の UV 研究では、紫外線は UVA、UVB、UVC バンドに分類されることがよくあります。
特に、-222nm紫外線電球（KrCl* エキシマ ランプ）は、近年、公共エリアの空きスペースの消毒用途として大きな注目を集めています。{0}その高い光子エネルギー、空気中の酸素による強い吸収、および人間の皮膚への極めて浅い浸透深さ（角質層に限定）により、独自の安全性と有効性を実現しています。
光放射を定量的に説明するには、特定の物理量が必要です。光放射の検出と測定には、放射測定ユニットと測光ユニットという 2 つの異なるシステムが使用されます。
放射測定システムは、放射する物体のみに応じて、放射束 (または放射パワー) と放射エネルギーを基本量として使用します。基本単位はワット (W) とジュール (J) です。放射測定は電磁スペクトル全体に適用されます。
測光システムは視覚的な明るさの知覚を反映します。その基本量は光度であり、基本単位はカンデラ (cd) です。測光は可視範囲のみに適用されます。
2 つの系の物理量は概念的に異なりますが、それらの記号は 1 対 1 に対応しています。{0}{1}放射量は下付き文字「e」で示され、測光量は下付き文字「v」で示されます。
マクスウェル理論の主要な結論は、電磁波の存在であり、光は電磁波です。光は、波長範囲を除いて本質的に電波、マイクロ波、X-線、または-線と変わりません。この理論に基づいて、大気中の光強度の減衰を計算できます。本書では、紫外光の測定距離が比較的短い（わずか数十メートル）ため、伝播媒体は均一とみなされ、屈折率や大気の乱れの影響は無視されています。その後の測定では、媒体を真空として扱います。
光放射線測定の基本法則
放射線源は、その強度と空間エネルギー分布を説明するために、放射強度、放射放射率 (放射束密度)、および放射束によって特徴付けることができます。
放射強度は、単位立体角あたりの光源から放射される放射パワーであり、放射エネルギーの角度分布を反映しています。
放射放射率 (放射束密度) は、単位面積あたりに放射される総放射パワーであり、表面放射密度を反映します。
放射束は、ソース全体によって空間に放射される総パワー (放射エネルギーの時間率) です。
放射輝度は、単位立体角あたりの視線方向の単位投影面積あたりに放射される放射パワーとして定義されます。--放射強度、放射放射率、放射束、放射輝度の関係は次のように表されます。
光源領域全体の放射輝度を積分すると、放射強度が得られます: J=∫ₐ N cosθ dA (3-1)
立体角にわたる放射輝度を積分すると、放射発散度が得られます: M=∫ₒ N cosθ dΩ (3-2)
面積と立体角にわたる二重積分により、放射束が得られます: Φ=∫ₐ ∫ₒ N cosθ dA dΩ (3-3)
ここで: N - 光源の放射輝度。 dA - ソース領域要素。 θ - 放射方向と表面法線の間の角度。 dΩ - 立体角要素; cosθ dA - 放射方向の投影面積。
放射照度は放射放射率 (W/cm²) と同じ寸法ですが、検出器で単位面積あたりに受信される電力を指します。機器が放射線を受け取るとき、入射瞳における放射照度は次のようになります。 E=∫ₒ N cosθ dΩ (3-4)
式 (3-4) は形式的には (3-2) と同じですが、受信機での放射輝度を使用し、機器の受容立体角にわたって積分します。伝送損失が無視される場合、ソース放射輝度は受信放射輝度と等しくなります。損失がある場合でも、計算は簡単です。したがって、光源の放射輝度を決定することは、エンジニアリング用途において非常に重要です。
一般に、物体からの放射または反射は指向性があり、限られた立体角内でのみ発生します。つまり、放射は方向に依存します。理想的な拡散エミッター (ランバート放射体) は、一定の放射輝度で半球空間に均一に放射します。ランバート表面要素からの放射強度は、ランバートの余弦則に従います: dJ=N cosθ dA ∝ cosθ (3-5)
拡散発光物体 (太陽など) をさまざまな角度から観察する場合、各網膜細胞によって見られる投影面積は一定のままであり、瞳孔の範囲にある立体角も同様です。ランバート放射輝度は見る方向に依存しないため、受信エネルギーは一定であり、均一に明るいディスクが生成されます。
半球に放射する理想的なランバーシアン エミッタの場合、放射発散度と放射輝度の関係は次のとおりです。 dΩ=sinθ dθ dφ M=∫ N cosθ dΩ=N ∫₀²π dφ ∫₀π/₂ cosθ sinθ dθ=πN (3-6)
特に、放射発散度は 2π (完全な半球立体角) ではなく、放射輝度の π 倍に等しくなります。
完璧なランバーシアンラジエーターは理想的なモデルです。実際には、多くの情報源は限られた角度範囲内でのみランバート挙動を近似しています。ほとんどの電気絶縁体の場合、法線から 60 度以下の角度に対して放射輝度はほぼ一定であると考えられます。導体の場合、50 度以下。特定の情報源、たとえば、222nm紫外線電球エキシマ放電管は、小さな角度にわたってほぼランバート分布を示すため、紫外線放射校正の標準光源として便利です。{0}
