Глоссарий

В глоссарии собраны оптические термины, которые обычно используют специалисты по дизайну освещения и фотонной инженерии. Определение, сформулированное в Международный год света (2015), гласит: «Фотоника – это наука и технологии, связанные с производством, обнаружением и контролем фотонов, то есть частиц света». Конечно, в повседневной жизни вам вряд ли понадобится глубокое знание фотоники, но некоторые термины из этого удивительного нового мира могут разбудить ваше любопытство и оказаться для вас интересными и полезными – благодаря им вы начнете понимать язык дизайнеров освещения, получите более ясное представление о том, что означают технические надписи, и вас больше не собьют с толку громкие рекламные обещания. Кроме того, в глоссарии приведены научные термины, встречавшиеся на страницах этой книги.

Амплитуда. Показывает размах колебаний непрерывной световой волны. Измеряется через высоту пиков и глубину впадин. Квадрат амплитуды соответствует мощности, или интенсивности, луча. Это значение показывает количество (объем) доступного света.

Балласт. Электрический балласт – устройство, предназначенное для ограничения тока в электрической цепи, без чего он превысил бы критическую отметку. Электрический балласт имеется во многих современных лампах. Типичный пример – индуктивный балласт в люминесцентных трубках, ограничивающий пульсацию пропущенного через трубку напряжения.

Ватт. Единица мощности, названная в честь британского ученого Джеймса Ватта, обозначает количество произведенной или использованной электроэнергии.

Волна. Колебания в среде. Свет можно в каком-то смысле представить как электромагнитные возмущения в вакуумном поле. Световые волны совершают поперечные колебания (в отличие от продольных звуковых волн). Типичные примеры волны – скакалка и рябь на поверхности пруда.

Голограмма. Микроскопическое рифленое покрытие или фотографическая эмульсия на подложке из стекла, пластика или металла. Имеет волнистую микроповерхность, которая, подобно волнующейся поверхности воды, фокусирует свет во множестве точек. Может пропускать или отражать падающие лучи. Некоторые пропускающие голограммы способны фокусировать свет, создавая трехмерные изображения. Все они производятся с использованием лазерных источников, типичные примеры можно увидеть в современных паспортах или на банкнотах.

Дихроичный фильтр. Прозрачная пластина, покрытая слоями отражающего покрытия с чередующимся высоким и низким показателем преломления световых волн, благодаря чему фильтр пропускает одну и отражает другую часть падающего излучения. Чистота цвета, проходящего через дихроичный фильтр, намного выше, чем у обычных пластиковых светофильтров. Типичный пример дихроичного фильтра – блестящие металлизированные солнцезащитные очки.

Дневной свет. Условное обозначение яркого белого света, который мы видим около полудня. В действительности представляет собой соединение двух компонентов: прямого солнечного света со всеми его многочисленными бликами и вторичными рефлексами и фонового излучения, идущего от голубого неба.

Жидкие кристаллы. Полужидкий светофильтр с прозрачными продолговатыми молекулами, расположенными в виде упорядоченных, часто параллельных структур. Падающие лучи света предпочитают перемещаться вдоль продольной оси кристаллоподобных образований. Асимметричные молекулы чувствительны к электростимуляции – это позволяет управлять их передвижением. Типичный пример использования жидких кристаллов – экраны компьютеров и биологические мембранные ткани.

Зеркало. Тонкий слой серебра или алюминия, нанесенный на стеклянную поверхность. Нередко блестящую пленку размещают с целью дополнительной защиты с обратной стороны стекла. У высококачественных астрономических зеркал металлическая пленка располагается спереди, чтобы избежать двойного отражения. Зеркала бывают изогнутыми или плоскими. Плоское зеркало не искажает отраженный свет, а вогнутое или полое зеркало собирает падающие лучи в точку фокусировки и создает увеличенное изображение. Свет, отраженный от выпуклого зеркала, рассеивается во всех направлениях – эти зеркала не имеют фокуса; изображение на их отражающей поверхности выглядит меньше, чем в действительности.

Индекс цветопередачи. Показатель точности передачи цветов при искусственном освещении по сравнению с идеальным источником – дневным светом. Измеряется по шкале от 0 до 100. Сейчас на смену индексу цветопередачи постепенно приходит новая система TM-30–15, которой предстоит стать новым стандартом.

Интерференция. Взаимодействие волновых структур между соседними световыми пучками. В процессе так называемой нестандартной интерференции пики и впадины усиливают друг друга и создают красивые световые явления. В процессе деструктивной интерференции пики и впадины нивелируют друг друга, и в результате возникает темнота. Типичный пример – легкая цветная рябь на поверхности мыльного пузыря и радуга.

Инфракрасное излучение. Разновидность электромагнитного излучения с определенной длиной волны (от 700 нм до 1 мм), находящегося непосредственно за красным краем радуги. Чаще всего инфракрасное излучение встречается в телевизионных пультах дистанционного управления, системах видеонаблюдения и инфракрасных саунах.

Ионизация. Изолированный атом всегда электрически нейтрален и уравновешен равным количеством электронов и протонов. В ионизированных источниках света внешние электроны удалены, оставшийся атом приобретает положительный заряд и проводит электричество. Электроны могут быть удалены с помощью света, электричества или тепла.

Когерентность. Согласованность колебаний, характеризующаяся совпадением волновых фаз. Все пики и впадины волны точно синхронизированы с пиками и впадинами других волн, словно движения марширующих солдат. Когерентный свет генерирует лазер и различные оптические резонаторы. У обычного света колебания волн беспорядочны, даже если каждая из них монохроматична. Некогерентный свет хаотичен, и энергия колебаний по большей части нейтрализует сама себя.

Кельвин. Единица измерения температуры, которую используют наравне с градусами Фаренгейта и Цельсия, названа в честь изобретателя Уильяма Томпсона, лорда Кельвина из Белфаста. Абсолютный ноль на шкале Кельвина обозначает температуру, при которой молекулы перестают двигаться. В кельвинах (К) измеряется цветовая температура света.

Лазер. Акроним Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation – «усиление света посредством вынужденного излучения». Изобретенный в 1960 году искусственный источник света с исключительной точностью и плотностью света. Электрические разряды заставляют световые волны перемещаться взад и вперед внутри резонирующей усилительной среды. Испускаемые лучи имеют очень высокую мощность излучения – их можно использовать для резки стали. Лазерный свет является когерентным, поляризованным и монохроматическим. Типичные примеры использования – лазерные указки и кассовые аппараты в супермаркетах.

Линза. Лентикулярное тело из прозрачного материала, например стекла, кварца или пластика. Параллельные световые лучи, проходя через выпуклую или вогнутую линзу, сходятся в одной фокальной точке – так работает, например, увеличительное стекло. Там, куда падают сфокусированные линзой солнечные лучи, может возникнуть огонь. Вогнутая, или полая, линза рассеивает и отклоняет падающие лучи. Она уменьшает изображения и не может сфокусировать свет. Современные линзы часто делают из пластика, они пропускают ультрафиолетовое излучение. В человеческом глазу есть органическая линза – хрусталик, состоящий из прозрачных белковых кристаллов.

Линза Френеля. Плоская разновидность классической линзы, поверхность которой разделена узкими канавками на концентрические кольца. Благодаря этому линза Френеля намного тоньше и легче обычной полновесной линзы. Может быть сделана из стекла или пластика. Большие линзы Френеля, отлитые из прозрачного пластика, довольно дешевы. Их часто можно увидеть на задних стеклах автобусов.

Люкс и люмен. Мера измерения интенсивности света: один люкс приблизительно соответствует свету полной луны. Люмен – стандартная единица измерения общего объема света, излучаемого источником света, например лампой. Один люкс определяют как эквивалент одного люмена, распределенного по площади в один квадратный метр.

Люминесценция. Световое излучение, испускаемое телами при низких температурах. Две молекулы с высокой химической энергией объединяются и спонтанно испускают свет. Одна из них, как правило, представляет собой пигмент, а другая энзим (фермент). Люминесценция в основном встречается в биологических системах: животные используют ее для общения. Типичный пример люминесценции – зеленые огоньки светлячков.

Монохроматический. Греческое слово, означающее «одноцветный». Противоположность полихроматического, или многоцветного. Волновые пакеты монохроматических световых лучей имеют строго одинаковую частоту, и расстояния между всеми их пиками и впадинами одинаковы. Эти виды света отличаются повышенной интенсивностью и, при одиночной проекции, максимальной насыщенностью. Типичный пример – скарабеи и бабочки.

Накаливание. Свет, излучаемый телами при нагревании до высоких температур. Это может быть раскаленное железо в кузнице или даже скопление звезд. Излучение лампы накаливания представляет собой особый случай теплового излучения, которое называют излучением черного тела, или излучением Планка. К накаливательным источникам света относится металлическая нить, которую нагревают с помощью электричества до тех пор, пока она не начнет испускать непрерывный поток света. Типичные примеры – обычные старые лампочки и галогенные лампы.

Оптоволоконные технологии. Оптоволокно – прозрачная нить из стекла или пластика. Свет может перемещаться по этим тонким прозрачным нитям, словно вода по шлангу, и освещать удаленные или скрытые объекты. Свет отражается от блестящей внутренней поверхности стекла и пластика. Оптоволоконные технологии используют в компьютеризированной хирургии, а также в продвинутом дизайне освещения и телекоммуникациях. Некоторые виды натурального волокна, например шелк, также способны пропускать свет.

Органический светодиод (OLED). Тонкие пластины органических пластиковых полимеров, помещенные между двумя тонкими электропроводниками. При подаче тока электростатические пластинки начинают светиться и генерируют белый свет с достаточными спектральными качествами. Типичные примеры – мобильные телефоны и экраны компьютеров.

Плазма. Сильно нагретый ионизированный газ, в котором атомы лишены электронов. Горящая плазма спонтанно излучает свет. Плазма является электропроводником и подвержена влиянию внешних электрических и магнитных полей. Свет искусственных плазменных ламп можно направлять и фокусировать. Типичные примеры плазмы – угольные дуговые лампы и солнечная корона.

Полихроматический. Полихроматическими называют световые лучи, состоящие из волн различной частоты или цвета. Разные цвета вступают в конкуренцию и взаимно компенсируют друг друга. В случаях высокой рандомизации они полностью аннулируют друг друга, и в итоге цвет может казаться бледным или совершенно белым. Это самая обычная разновидность света. Типичные примеры – солнечный свет и белый искусственный свет.

Поляризация. Свет состоит из двух компонентов, колеблющихся под прямым углом друг к другу. Один из них магнитный, другой электрический, и обычно эта пара вращается во всех возможных направлениях. Когда этот вращающийся пучок отражается от поверхности или проходит через фильтр, он теряет свободу движения и становится поляризованным. После этого он продолжает колебаться только в одной плоскости. Типичные примеры поляризации – лунный свет и блестящие асфальтовые поверхности.

Призма. Прозрачное геометрическое тело из стекла, пластика, хрусталя или льда с разным количеством граней правильной формы. В треугольных призмах свет всегда отклоняется к основанию. Типичный пример – трехсторонняя призма, которую когда-то использовал в своем эксперименте Исаак Ньютон.

Пропускная способность. Количество света, способного свободно пройти через оптическую среду. Обозначает процент падающего белого света (входящего нефильтрованного света), проходящего через оптическую среду. Иногда этим термином обозначают степень прозрачности. Противоположность прозрачности – непрозрачность.

Разряд. Термин встречается в связи с газоразрядными лампами, то есть флуоресцентными световыми трубками и энергосберегающими лампами. Проводящие газы заключены в герметичную трубку и воспламеняются электродами, размещенными на ее концах. Короткие электрические импульсы заставляют газ светиться в ультрафиолетовом диапазоне. Изнутри стеклянная трубка покрыта фосфорным соединением, преобразующим испускаемое излучение в беловатый свет.

Светодиод (LED). Компактный диод, изготовленный из двух сложенных друг с другом полупроводниковых материалов. При подаче электрического тока электроны в полупроводниках вынуждены рекомбинировать со своими положительными противоположностями или пустотами, в результате чего они взаимно уничтожают друг друга в сверхэффективной вспышке света. Высокая мощность и небольшой размер, а также чрезвычайно долгий срок службы делают светодиоды особенно выгодными с энергосберегающей точки зрения. Типичные примеры использования светодиодов – светофоры и карманные фонарики.

Спектр. Видимый спектр, который также называют оптическим окном, содержит всю последовательность цветов радуги. Иногда в него включают также инфракрасное и ультрафиолетовое излучение. Тот свет, который мы способны видеть, является лишь крошечной частью гораздо более широкого электромагнитного спектра, охватывающего множество видов излучения, от космических лучей до звуковых волн. Типичным примером видимого спектра является радуга.

Фильтр. Прозрачная среда, которая поглощает часть световых волн определенной длины и пропускает другую часть. Фильтр всегда уменьшает количество поступающего света и нередко окрашивает пропущенный остаток. Исключение составляют бесцветные ультрафиолетовые фильтры или инфракрасные экраны. Типичные примеры – пластиковые светофильтры, тонированные солнцезащитные очки и цветные жидкости, такие как красители.

Фосфоресценция. Комбинированный процесс, подобный люминесценции, в ходе которого фотоактивное химическое вещество поглощает падающий свет, а затем повторно излучает его, но с большой задержкой. Типичные примеры – циферблаты часов и краски, которые светятся в темноте.

Фотон. Крошечная, не имеющая массы элементарная частица, движущаяся со скоростью света в вакууме. Фотон электрически нейтрален, чрезвычайно стабилен и не подвержен самопроизвольному разложению. Фотоны, обладающие достаточной энергией, способны выбивать внешние электроны на возбужденные орбитали, тем самым побуждая их участвовать в фотобиологических реакциях. Фотонная модель описывает физическую частицу, но не может считаться исчерпывающей иллюстрацией света как явления. Фотонная модель используется в светотерапии и фотобиологии.

Фотонный кристалл. Сложнейшая многомерная кристаллическая структура, избирательно преломляющая падающие лучи. Фотонный кристалл создается естественным путем из сложных белковых чешуек или искусственным путем из стекла или пластика. В определенных условиях он испускает свет, часто насыщенный монохроматический. Самые известные примеры – переливающиеся крылья бабочек и опалы.

Хронобиология. Термин происходит от греческого слова хронос, «время» + биология, «наука о жизни». Хронобиология изучает циклические процессы в жизни всех существ и их взаимодействие с солнечными и лунными ритмами.

Цветовая температура. Соотношение цвета излучаемого света с температурой его источника. Тело низкой температуры излучает низкую длинноволновую энергию и видится как красноватое. Тело высокой температуры излучает высокую коротковолновую энергию и воспринимается как голубоватое.

Циркадный. Термин относится к физическим и умственным процессам, происходящим в организме в течение суток – например таким, как сон и бодрствование (и то и другое зависит от света). Вам наверняка встречалось понятие «биологические часы» – так называют молекулярный часовой механизм, присутствующий внутри всех живых организмов, от людей до мышей и летучих мышей. Он синхронизирует наши циркадные ритмы, запуская определенные биологические процессы в определенное время суток.

Частота. Количество циклов колебаний волны в секунду. Математически выражается в герцах (Гц). Частота слышимого звука обычно составляет 1000 Гц, или 1 кГц. Частота видимого света намного выше и лежит в пределах 1015 Гц. Это огромное непрактичное число используют редко, гораздо чаще частоту света измеряют в нанометрах (нм) длины волны.

Энергия. Энергия светового луча прямо пропорциональна частоте его волн. Высокочастотные короткие волны всегда имеют высокую степень оптической энергии. Типичный пример такого излучения – рентгеновское и ультрафиолетовое излучение. Низкие частоты соответствуют низким энергиям, к этому типу относятся инфракрасное излучение и микроволны.