Elektromagnetické pole

Optoelektronické systémy využívají vlastností elektromagnetického pole. Poměr nejdelší a nejkratší vlnové délky elektromagnetického záření, které dnes známe překračuje 22 řádů. Následující tabulka ukazuje 12 řádů elektromagnetického spektra, které jsou využívány ve vojenských informačních technologiích. Pro zajímavost jsou uvedeny odkyzy na něteré konkrétní vojenské systémy, které danou oblast využívají.

λ[μm]	f[Hz]	příklady použití	označení oblasti
10-1	1015	denní přístroje: HS75, noktovizní přístro; Klára, monoKlára	světlo
100	1014	noktovizní přístroje: monoKlára, MEO50 laserové ozařovače:DHY 307 termovizní přístroje:AN/PAS-13 LTWS, AN/PAS-13 M/HTWS, MATIS HANHELD, JIM LR, NESTOR	infračervené záření
101	1013	termovizní přístroje: JIM MR	infračervené záření
102	1012	malá propustnost atmosférou
103	1011	malá propustnost atmosférou
104	1010	SHF družicová televize (12GHz), radary,
105	109	UHF, WiFi spojení (2.4GHz), bloetooth, GPS(1575.42MHz, 1227.6MHz),	Hertzovy vlny
106	108	VHF, Classic 2000 (148-155MHz)
107	107	HF, radiová stanice TRC 9100 (30MHz - 87.975MHz), RF1302(30MHz-87.975MHz)	krátké vlny
108	106	MF, střední vlny	střední vlny
109	105	LF, km	dlouhé vlny
1010	104	DV

Propustnost atmosféry

Možnosti využití elektromagnetického záření pro přenos informací volným prostorem jsou omezeny propustností zemské atmosféry. Propustnost atmosféry není stálá a kolísá podle množství vodních par, kondenzace vlhkosti, plyných příměsí, nečistot i směru šíření. Následující graf znázorňuje spektrální propustnost atmosféry v tloušťce 2 km ve vodorovném směru u hladiny moře v pásmu 0.2 až 15 μm.

Z grafu je patrné, že ve sledované oblasti existuje několik pásem, která jsou pro elektromagnetické záření zcela nepropustná. Výrazné je to zejména pro oblast 5.5 až 7.5μm. V případě kdy záření prochází kolmo k povrchu Země je propustnost ještě výrazněji změněna, zejména v krátkovlné oblasti, kde se uplatní vliv ozonové vrstvy ve výši 60 km nad mořem, která zcela odfiltruje záření Slunce kratší než0.32μm.

Od 14 μm se atmosféra stává pro elektromagnetické záření znovu nepropustná, a to až do vlnových délek 10⁴μm.

Spektrální citlivost lidského oka

Lidké oko vnímá jen nepatrnou část elektromagnetického záření. Při běžných intenzitách osvětlení je sítnice citlivá v oblasti 0.38 až 0.76 μm. Tato oblast se také kryje s jedním z pásem propustnosti zemské atmosféry.

Dalším důvodem proč je lidské oko nejvíc citlivé právě v oblasti 0.55 μm je, že tato oblast odpovídá maximu spektrálního vyzařování Slunce. Z grau spektrální citlivosti lidského oka vidíme, že lidské oko je citlivé i na červené světlo vlnové délky např. 0.76 μm. Aby však byl dosažen zrakový vjem stejné intenzity jako pro záření světla o vlnové délce 0.55 μm, musí být světelný tok ze stejné plošky 10 000 x větší.

Jestlže z určitého zdroje vychází elektromagnetické záření, pak množství energie prošlé nějakou pochou za jednotku času se nazývá zářivý tok a jeho jednotkou je watt. Výkon zářivé energie, zhodnocený podle velikosti světelného vjemu, který vyvolá se nazývá světelný tok a jeho jednotkou je lumen. Podíl světelného toku k zářivému toku nazýváme světelnou účinností záření. Normalizovaná funkce světelné účinnosti pro různé vlnové délky se nazývá relativní světelnou účinností záření a je to právě ta výše uvedená křivka světelné účinnosti lidského oka. Maximum světelné účinnosti je 680 lumen/watt. Jinak řečeno: monochromatické záření o vlnové délce 0.55 μm o výkonu 1 wattu je rovno světelnému toku 680 lumenů.

Spektrální záření Slunce

Teplota povrchu Slunce je 5700K a jeho spektrální vyzařování v podstatě odpovídá vyzařování černého tělesa této teploty, které určíme z Planckova zákona. Uvedené spektrální záření je modifikováno propustností zemské atmosféry. To ale nemění nic na skutečnosti, že poloha maxima vyzařování je shodná s maximální citlivostí lidského oka.

Pro člověka tedy existuje dokonalá souhra mezi spektrálním vyzařováním Slunce, spektrální propustností atmosféry a spektrální citlivostí sítnice. Oko je navíc vybaveno obrovskou přizpůsobivoastí k rozsahu osvětlení.

Adaptace oka

I za tmavé bezhvězné noci zajišťuje citlivost očí určitou orientaci.

zdroj osvětlení země	osvětlení [lux]
Slunce v zenitu	100 000
poledne ve stínu	10 000
zamračená obloha	100 až 1 000
Měsíc v úplňku	0.2
hvězdná bezměsíčná noc	0.001
tmavá noc	0.000 1

Osvětlení povrchu Země přitom dosahuje jen 10^-4lux. V poledním Slunci je osvětlení povrchu země o 9 řádů větší a schopnost našeho zraku rozpoznávat a identifikovat předměty je mnohem větší. Lidské oko z hlediska schopnosti své adaptace na den a noc je pozoruhodný orgán. Přiložená tabulka kvantifikuje osvětlení povrchu země, které poskytují přirozené zdroje. Uvedené zdroje osvětlení jsou charakterizovány svým jasem. Velikost osvětlení, které tyto zdroje způsobí pak závisí na jejich velikosti, vzdálenosti od osvětlovaného místa a propustnosti prosředí, kterým světlo musí projít.

Jas vybraných zdrojů je uveden v další tabulce.

zdroj jasu	jas [cd/m2]
Slunce v zenitu	1.6*109
modrá obloha	8*103
zamračená obloha	4*101
Měsíc	2.5*103
noční obloha	5*10-5
plamen svíčky	5*103
rubínový laser	1018
atomová bomba	1012
hvězda Sirius	1.5*1010

Velikost jasu se uvádí v jednotkách kandela/m². Plamen svíčky, Měsíc a modrá obloha jsou plošné světelné zdroje mají řádově stejný jas. Osvětlení, které způsobují je však řádově odlišné, což zapřičiňuje různá velikost ploch těchto zdrojů a jejich vzdáleností od osvětlovaného místa. Jednotka svítivosti - kandela je základní fyzikální jednotka SI: je to svítivost zdroje, který v daném směru vysílá monochromatické záření s kmitočtem 5.4 10¹⁴ hertzů ( a jehož zářivost v tomto směru je 1/683 wattů na steradián.