Transmisja i gęstość optyczna opisują to samo zjawisko w dwóch skalach: ile promieniowania przepuszcza dany materiał. Transmisja podaje przepuszczoną część liniowo w procentach, natomiast gęstość optyczna podaje ją logarytmicznie – OD równe 1 oznacza transmisję 10 %, OD równe 3 oznacza 0,1 %. Ponieważ filtry ochronne, okulary do ochrony przed laserem oraz filtry szare są specyfikowane w OD, podczas gdy przyrządy podają wynik w procentach, przeliczanie w obu kierunkach należy do codziennej pracy.
Ten kalkulator obejmuje trzy zadania: obliczenie gęstości optycznej na podstawie zmierzonej transmisji, obliczenie transmisji na podstawie podanej gęstości optycznej oraz obliczenie łącznego tłumienia, gdy w torze wiązki znajduje się kilka elementów – szyba, filtr, wziernik. W przypadku kombinacji wartości transmisji mnoży się, a nie dodaje; w skali OD wartości natomiast się sumują, co właśnie czyni skalę logarytmiczną atrakcyjną.
Obliczenie dotyczy jednej długości fali i zakłada, że wartości transmisji odnoszą się do tej samej długości fali. Transmisję mierzy się za pomocą fotometru lub spektrometru – Opsytec produkuje oba te przyrządy i wzorcuje je we własnym laboratorium.
Wszystkie pozostałe przeliczenia radiometryczne zostały zebrane w kalkulatorze radiometrycznym.
Obliczenie dotyczy pojedynczej długości fali oraz idealnych, nierozpraszających próbek. Straty na odbicie na granicach ośrodków są już uwzględnione w zmierzonej transmitancji, ale nie w czystej wartości materiałowej. Oceny związane z bezpieczeństwem – na przykład filtrów ochronnych – muszą zostać zweryfikowane za pomocą odpowiednich, wzorcowanych pomiarów.
Podstawy
Gęstość optyczna to ujemny logarytm dziesiętny transmisji: OD = −log₁₀(T), gdzie T jest ułamkiem z przedziału od 0 do 1. Jeśli transmisja jest podana w procentach, jak to zwykle bywa, wówczas OD = −log₁₀(T[%] / 100). Zależność odwrotna to T = 10^(−OD) lub T[%] = 10^(−OD) · 100. Gęstość optyczna jest wielkością bezwymiarową. W chemii ta sama wielkość nazywana jest absorbancją lub ekstynkcją.
Jeśli po sobie następuje kilka elementów, transmisje mnożą się: T_całkowite = T₁ · T₂ · … · Tₙ. W skali OD odpowiada to dodawaniu: OD_całkowite = OD₁ + OD₂ + … + ODₙ.
Filtr przepuszcza 1 %: OD = −log₁₀(0,01) = 2. Trzy elementy o wartościach 90 %, 75 % i 60 % dają T_total = 0,90 · 0,75 · 0,60 = 0,405 = 40,5 %, co odpowiada OD_total = 0,392.
Gęstość optyczna silnie zależy od długości fali. Wartość „OD 4" podana bez zakresu długości fali jest bezwartościowa — ten sam materiał może mieć OD 5 przy 254 nm i OD 0,5 przy 365 nm. W przypadku próbek rozpraszających lub mętnych prosty układ pomiarowy zbiera zbyt mało światła i wskazuje zbyt wysoką gęstość optyczną; wymaga to zastosowania kuli całkującej. Ponadto mnożenie transmisji pomija wielokrotne odbicia między powierzchniami znajdującymi się blisko siebie.
Najczęściej zadawane pytania
OD = −log₁₀(T/100), gdy T jest podane w procentach. Transmitancja 10 % daje OD 1, 1 % daje OD 2, 0,1 % daje OD 3. Każdy kolejny stopień OD oznacza dziesięciokrotnie mniejsze przenoszone promieniowanie.
Przepuszczana jest jedna dziesięciotysięczna promieniowania padającego, czyli 0,01 %. Odpowiednio OD 6 osłabia je do jednej milionowej.
Arytmetycznie tak — wszystkie trzy to −log₁₀(T). Terminy pochodzą z różnych dziedzin: gęstość optyczna z technologii filtrów, absorbancja i ekstynkcja ze spektroskopii.
Należy pomnożyć transmisje lub dodać gęstości optyczne — oba sposoby dają ten sam wynik. Dwa filtry o OD 2 i OD 3 razem dają OD 5, czyli transmisję 0,001 %.
Ponieważ absorpcja materiału zmienia się silnie w zależności od widma. Szkło ochronne UV może silnie absorbować w zakresie UV-C, a jednocześnie być przezroczyste w świetle widzialnym. Bez podania długości fali wartość OD nie jest porównywalna — jest ona mierzona widmowo, zob. spektrometry.
Fotometr do pojedynczych długości fali lub spektrometr do całej krzywej. Dla próbek rozpraszających dodaje się kulę całkującą, aby uchwycić również światło rozproszone.
W przypadku przeliczenia tak, w przypadku oceny nie. Filtry ochrony laserowej są klasyfikowane według własnych norm z poziomami ochrony; zwykłe przeliczenie OD nie zastępuje tej oceny. W kwestii badania transmisji w procesach laserowych zob. procesy laserowe i badanie transmisji.
Autor: dr inż. Mark Paravia
Dr inż. Mark Paravia jest dyrektorem zarządzającym Opsytec Dr. Gröbel GmbH w Ettlingen i kieruje akredytowanym laboratorium wzorcującym. Po prowadzeniu badań nad pulsacyjnymi wyładowaniami eksymerowymi w ksenonie w Instytucie Techniki Świetlnej (Institute of Lighting Technology) na KIT, obecnie skupia się na technice pomiarowej promieniowania optycznego. Jest wiceprzewodniczącym Komitetu Normalizacyjnego DIN FNL 7 „Promieniowanie optyczne" oraz członkiem Grupy Projektowej DVGW ds. Dezynfekcji UV.
