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计算透过率与光密度

透射率与光密度是在两种不同尺度上描述同一件事:材料能透过多少辐射。透射率以线性方式给出透射比例,用百分比表示;光密度则以对数方式给出——OD为1意味着透射率为10%,OD为3意味着透射率为0.1%。由于防护滤光片、激光防护眼镜和中性密度滤光片通常以OD值标注规格,而仪器读数则以百分比给出,因此在两个方向之间进行换算是日常工作。

本计算器涵盖三项任务:由测得的透射率计算光密度、由给定的光密度计算透射率,以及当光路中存在多个元件(如窗口、滤光片、观察窗)时的组合衰减计算。在组合计算中,透射率应相乘而非相加;而在OD尺度上,数值则是相加的,这也正是对数尺度的优势所在。

该计算适用于单一波长,并假设所有透射率数值均针对同一波长。透射率可使用光度计或光谱仪测量——Opsytec同时生产这两种仪器,并在自有实验室内对其进行校准。

所有其他辐射度学换算均汇总于辐射度计算器中。

该计算适用于单一波长以及理想、无散射的样品。测得的透过率中已包含界面处的反射损耗,但纯材料数据中不包含该部分。与安全相关的评估——例如对防护滤光片的评估——必须通过适当的已校准测量加以验证。

基础知识

光密度是透射率的负十进对数:OD = −log₁₀(T),其中T为0到1之间的分数。如果透射率通常以百分比给出,则OD = −log₁₀(T[%] / 100)。反算公式为T = 10^(−OD)或T[%] = 10^(−OD) · 100。光密度为无量纲量。在化学中,同一量被称为吸光度或消光值。

如果多个组件依次排列,则透射率相乘:T_total = T₁ · T₂ · … · Tₙ。在OD标度上,这变为加法:OD_total = OD₁ + OD₂ + … + ODₙ。

某滤光片透过率为1%:OD = −log₁₀(0.01) = 2。三个组件的透过率分别为90%、75%和60%,则T_total = 0.90 · 0.75 · 0.60 = 0.405 = 40.5%,对应OD_total = 0.392。

光密度在很大程度上取决于波长。若不注明波长范围,仅给出"OD 4"这样的数值是没有意义的——同一材料在254 nm处可能为OD 5,而在365 nm处可能仅为OD 0.5。对于散射或浑浊样品,简单的测量装置收集到的光过少,会导致测得的光密度偏高;这种情况需要使用积分球。此外,将透射率简单相乘会忽略间距很近的表面之间的多次反射。

常见问题

当T以百分比表示时,OD = −log₁₀(T/100)。透射率为10%时,OD为1;1%时,OD为2;0.1%时,OD为3。每增加一个OD等级,透射辐射就减少十倍。

入射辐射中只有万分之一被透射,即0.01%。相应地,OD 6 可衰减至百万分之一。

从数值上看是的——三者都等于 −log₁₀(T)。这些术语来自不同领域:光密度来自滤光片技术,吸光度和消光则来自光谱学。

将透过率相乘或将光密度相加,两种方法结果相同。OD 2和OD 3的两个滤光片组合后为OD 5,即0.001%的透过率。

因为材料的吸收特性在光谱上差异很大。一块紫外防护玻璃可能在UV-C波段具有很强的吸收性,而在可见光波段却是透明的。如果不标注波长,OD值就无法进行比较——它是通过光谱方式测量的,请参见光谱仪。

单波长使用光度计,整条曲线使用光谱仪。对于散射样品,还会加装积分球,以便同时采集散射光。

对于换算而言,答案是肯定的;但对于评估而言,答案是否定的。激光防护滤光片按照其自身的标准进行分级,并设有防护等级;单纯的OD换算并不能替代该评估。有关激光工艺中的透过率测试,请参见激光工艺与透过率测试。

作者:Dr. Mark Paravia

Dr.-Ing. Mark Paravia 是位于Ettlingen的Opsytec Dr. Gröbel GmbH的董事总经理,负责领导公司获认可的校准实验室。在KIT照明技术研究所从事脉冲氙准分子放电研究之后,他目前专注于光学辐射测量技术领域。他担任DIN标准委员会FNL 7"光学辐射"副主席,并且是DVGW紫外线消毒项目小组的成员。