2.1. Энергетические единицы и соотношения между ними

Электромагнитное поле в однородных изотропных средах переносит энергию в направлении, которое указывается оптическим лучевым вектором .

Энергия измеряется в джоулях: .

2.1.1. Поток излучения

Поток излучения (лучистый поток) – это величина энергии, переносимой полем в единицу времени через данную площадку: , .

Спектральная плотность потока излучения – это функция, показывающая распределение энергии по спектру излучения:

Общий суммарный поток для всех длин волн в диапазоне от до :

2.1.2. Поверхностная плотность потока энергии (освещенность, светимость)

Поверхностная плотность потока энергии – это величина потока, приходящегося на единицу площади:

,

Если площадка освещается потоком, то поверхностная плотность потока энергии будет иметь смысл энергетической освещенности или облученности . Если поток излучается площадкой, то поверхностная плотность потока энергии будет иметь смысл энергетической светимости .

Спектральная плотность поверхностной плотности потока показывает распределение светимости или освещенности по спектру излучения:

2.1.3. Сила излучения

Телесный угол данного конуса равен отношению площади поверхности, вырезанной на сфере конусом, к квадрату радиуса сферы, измеряется в стерадианах (в сфере ) ,      Сила излучения (энергетическая сила света) – это поток излучения, приходящийся на единицу телесного угла, в пределах которого он распространяется: ,

За единицу энергетической силы света приняты сила излучения такого точечного источника, у которого в пределах равномерно распределяется поток излучения в . За направление силы света принимают ось телесного угла, в пределах которого распространяется поток излучения.

Поток называется равномерным, если в одинаковые телесные углы, выделенные по какому-либо направлению, излучается одинаковый поток.

Для неравномерного потока существует понятие средней сферической силы света:
  

Спектральная плотность силы излучения показывает распределение силы излучения по спектру:
 

2.1.4. Энергетическая яркость

Энергетическая яркость – это величина потока, излучаемого единицей площади в единицу телесного угла в данном направлении: ,       где – угол между направлением излучения и нормалью к площадке.

За единицу энергетической яркости принимают яркость плоской поверхности в , которая в перпендикулярном направлении имеет энергетическую силу света в .

Спектральная плотность энергетической яркости показывает распределение энергетической яркости по спектру:

2.1.5. Инвариант яркости вдоль луча

Яркость постоянна (инвариантна) вдоль луча при отсутствии потерь энергии:

Если среда неоднородна (показатель преломления меняется), то используется приведенная яркость (инвариант яркости):

Следствие инврианта яркости:

оптическая система не может увеличивать яркость проходящего через нее излучения, она может лишь уменьшить яркость за счет поглощения или рассеяния света.

2.1.6. Поглощение света средой

Энергетический коэффициент пропускания – это отношение энергетического светового потока , пропущенного данным телом, к энергетическому потоку , упавшему на него :

Если среда поглощает, то инвариант яркости вдоль луча выглядит следующим образом:
  

Спектральная плотность пропускания показывает распределение коэффициента пропускания по спектру.

Оптическая плотность среды – логарифм величины, обратной пропусканию: