प्रकाश फ्लक्स: एक समग्र मार्गदर्शिका
प्रकाशीय फ्लक्स एक शब्द है जो किसी वस्तु द्वारा प्रति समय इकाई में उत्सर्जित, परावर्तित, प्रवर्तित या प्राप्त किए गए प्रकाशीय ऊर्जा की मात्रा का वर्णन करता है। प्रकाशीय ऊर्जा विद्युत चुंबकीय तरंगों, जैसे प्रकाश, रेडियो तरंगें, माइक्रोवेव, इन्फ्रारेड, अल्ट्रावायलेट और एक्स-रे द्वारा लाया जाने वाला ऊर्जा है। प्रकाशीय फ्लक्स को प्रकाशीय शक्ति या ऑप्टिकल पावर (प्रकाश के मामले में) भी कहा जाता है।
प्रकाशीय फ्लक्स रेडिओमेट्री में एक महत्वपूर्ण अवधारणा है, जो विद्युत चुंबकीय विकिरण को मापने और विश्लेषण करने का विज्ञान है। प्रकाशीय फ्लक्स का उपयोग प्रकाश स्रोतों, डिटेक्टरों, ऑप्टिकल घटकों और प्रणालियों के प्रदर्शन के वर्णन के लिए किया जा सकता है। इसका उपयोग अन्य रेडिओमेट्रिक मात्राओं, जैसे प्रकाशीय तीव्रता, प्रकाशीयता, प्रकाशीय आपतन, प्रकाशीय निर्गमन और प्रकाशीयता की गणना करने के लिए भी किया जा सकता है।
इस लेख में, हम प्रकाशीय फ्लक्स क्या है, इसे कैसे मापा और गणना की जाती है, यह अन्य रेडिओमेट्रिक और फोटोमेट्रिक मात्राओं से कैसे संबंधित है, और इसके कुछ अनुप्रयोग और उदाहरण क्या हैं, इसकी व्याख्या करेंगे।
प्रकाशीय फ्लक्स क्या है?
प्रकाशीय फ्लक्स को समय के संबंध में प्रकाशीय ऊर्जा की दर के रूप में परिभाषित किया गया है। गणितीय रूप से, इसे निम्नलिखित रूप में व्यक्त किया जा सकता है:
जहाँ:
Φe प्रकाशीय फ्लक्स है (वाट में)
Qe प्रकाशीय ऊर्जा है (जूल में)
t समय है (सेकंड में)
प्रकाशीय ऊर्जा वह कुल ऊर्जा है जो विद्युत चुंबकीय तरंगों द्वारा एक सतह या एक आयतन में स्थानांतरित की जाती है। यह एक स्रोत (जैसे एक प्रकाश बल्ब) द्वारा उत्सर्जित, एक सतह (जैसे एक दर्पण) द्वारा परावर्तित, एक माध्यम (जैसे हवा या कांच) द्वारा प्रवर्तित या एक वस्तु (जैसे एक सौर पैनल) द्वारा अवशोषित की जा सकती है।
प्रकाशीय फ्लक्स ऊर्जा के स्थानांतरण की दिशा पर निर्भर करके धनात्मक या ऋणात्मक हो सकता है। उदाहरण के लिए, यदि एक प्रकाश स्रोत 10 वाट का प्रकाशीय फ्लक्स उत्सर्जित करता है, तो इसका अर्थ है कि यह प्रति सेकंड 10 जूल ऊर्जा की हानि करता है। दूसरी ओर, यदि एक डिटेक्टर 10 वाट का प्रकाशीय फ्लक्स प्राप्त करता है, तो इसका अर्थ है कि यह प्रति सेकंड 10 जूल ऊर्जा की लाभ प्राप्त करता है।
प्रकाशीय फ्लक्स विद्युत चुंबकीय विकिरण की तरंगदैर्ध्य या आवृत्ति पर निर्भर करता है। विभिन्न तरंगदैर्ध्यों में विभिन्न ऊर्जा होती है और वे पदार्थ के साथ अलग-अलग तरीके से बातचीत करती हैं। उदाहरण के लिए, दृश्य प्रकाश इन्फ्रारेड विकिरण से अधिक ऊर्जा रखता है और मानव आँखों द्वारा देखा जा सकता है। अल्ट्रावायलेट विकिरण दृश्य प्रकाश से भी अधिक ऊर्जा रखता है और यह सूर्यताप और त्वचा कैंसर का कारण बन सकता है।
तरंगदैर्ध्य या आवृत्ति प्रति इकाई पर प्रकाशीय फ्लक्स को स्पेक्ट्रल फ्लक्स या स्पेक्ट्रल पावर कहा जाता है। इसे Φe(λ) तरंगदैर्ध्य के लिए या Φe(ν) आवृत्ति के लिए दर्शाया जा सकता है। तरंगदैर्ध्य या आवृत्ति की एक श्रेणी पर कुल प्रकाशीय फ्लक्स को स्पेक्ट्रल फ्लक्स के अभिकलन द्वारा प्राप्त किया जा सकता है:
जहाँ:
λ तरंगदैर्ध्य है (मीटर में)
ν आवृत्ति है (हर्ट्ज में)
λ1 और λ2 तरंगदैर्ध्य श्रेणी की निम्न और उच्च सीमा हैं
ν1 और ν2 आवृत्ति श्रेणी की निम्न और उच्च सीमा हैं
प्रकाशीय फ्लक्स कैसे मापा जाता है?
प्रकाशीय फ्लक्स को विभिन्न प्रकार के उपकरणों, जिन्हें रेडिओमीटर कहा जाता है, का उपयोग करके मापा जा सकता है। एक रेडिओमीटर एक डिटेक्टर और एक रिडआउट डिवाइस से बना होता है, जो विद्युत चुंबकीय विकिरण को विद्युत संकेत में परिवर्तित करता है और उस संकेत को दिखाता या रिकॉर्ड करता है।
डिटेक्टर विभिन्न सिद्धांतों, जैसे तापीय प्रभाव (जैसे थर्मोपाइल), फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव (जैसे फोटोडायोड), या क्वांटम प्रभाव (जैसे फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब) पर आधारित हो सकता है। डिटेक्टर के विभिन्न विशेषताएं, जैसे संवेदनशीलता, प्रतिक्रिया, रेखीयता, गतिशील श्रेणी, शोर स्तर, स्पेक्ट्रल प्रतिक्रिया, कोणीय प्रतिक्रिया और कलिब्रेशन हो सकती हैं।
रिडआउट डिवाइस एनालॉग या डिजिटल हो सकता है और विभिन्न मापन इकाइयों, जैसे वाट, वोल्ट, ऐम्पियर, या काउंट्स दिखा सकता है। रिडआउट डिवाइस के विभिन्न विशेषताएं, जैसे डिस्प्ले रिझोल्यूशन, सटीकता, परिशुद्धता, स्थिरता, नमूना दर, और डेटा स्टोरेज हो सकती हैं।
कुछ रेडिओमीटरों के उदाहरण हैं:
पायरनोमीटर: एक क्षैतिज सतह पर ग्लोबल सौर आपतन (सूर्य और आकाश से प्रति क्षेत्रफल प्रकाशीय फ्लक्स) को मापता है
पायरहेलियोमीटर: सूर्य से निर्देशित सतह पर निर्देशित सौर आपतन (सूर्य से प्रति क्षेत्रफल प्रकाशीय फ्लक्स) को मापता है
पायरजीओमीटर: एक क्षैतिज सतह पर लंब विकिरण (इन्फ्रारेड विकिरण से प्रति क्षेत्रफल प्रकाशीय फ्लक्स) को मापता है
रेडिओमीटर: किसी भी स्रोत या दिशा से प्रकाशीय फ्लक्स को मापता है
स्पेक्ट्रोरेडिओमीटर: किसी भी स्रोत या दिशा से तरंगदैर्ध्य या आवृत्ति प्रति इकाई पर प्रकाशीय फ्लक्स (स्पेक्ट्रल फ्लक्स) को मापता है
फोटोमीटर: किसी भी स्रोत या दिशा से प्रकाशीय फ्लक्स (मानव आँख की संवेदनशीलता द्वारा वजनित) को मापता है।
प्रकाशीय फ्लक्स कैसे गणना की जाती है?
प्रकाशीय फ्लक्स को स्रोत, माध्यम, और प्राप्तकर्ता के प्रकार और ज्यामिति पर निर्भर करके विभिन्न सूत्रों और मॉडलों का उपयोग करके गणना की जा सकती है। कुछ सामान्य सूत्र और मॉडल हैं:
प्लांक का नियम: एक दिए गए तापमान पर एक ब्लैक बॉडी (एक आदर्शीकृत वस्तु जो सभी तरंगदैर्ध्य की विकिरण को अवशोषित और उत्सर्जित करती है) के स्पेक्ट्रल फ्लक्स की गणना करता है
स्टेफन-बोल्ट्जमन का नियम: एक दिए गए तापमान पर एक ब्लैक बॉडी के कुल प्रकाशीय फ्लक्स की गणना करता है
लैंबर्ट का कोसाइन नियम: एक लैंबर्टियन स्रोत (एक आदर्शीकृत वस्तु जो सभी दिशाओं में समान रूप से विकिरण उत्सर्जित या परावर्तित करती है) के लिए एक दिए गए कोण पर प्रकाशीय तीव्रता (ठोस कोण प्रति इकाई पर प्रकाशीय फ्लक्स) की गणना करता है
व्युत्क्रम-वर्ग नियम: एक बिंदु स्रोत (एक
