应用光学(第六章).ppt

超精密光电仪器工程研究所 第六章 辐射度学和光度学基础 辐射度学 通过电磁光谱来处理辐射能的测量。 辐射度学主要研究频率为3×1011～ 3×1016Hz的光辐射，对应于0.01~1000μm微米的波长。 波段范围包括红外、可见光、紫外线。 光度学 与辐射度学类似，但它只处理人眼可感知的光，即可见光，波长范围为380～780nm(纳米)。 波长450nm对应于蓝色，540nm对应于绿色，659nm对应于红色。 立体角是平面角向三维空间的推广。在二维空间，2π角度覆盖整个单位圆。 在三维空间， 4π的球面度立体角覆盖整个单位球面。 第二节 辐射度学中的基本量 用辐射通量的光谱密集度Φeλ来表示辐射体的辐射通量按波长分布的特性 其他表示 ⒈面积元ds的辐射通量： 单位时间内面积元ds辐射出 来的所有波长的光能量。 ⒉分布函数（谱辐射通量密度）： 在单位时间内通过光源面积元的某一波长附近的单位波长间隔内的光能量。用e(λ)表示，∵是波长的函数。 其他表示 ⒊总辐射通量： ∵ 从光源面积元ds辐射出来的波长在λ ～ λ +d λ间的辐射通量为： ∴从光源面积元ds发出的各种波长光的总辐射通量为： 二、辐射强度 辐射体在不同方向上的辐射特性用在给定方向上取立体角dΩ，在dΩ范围内的辐射通量为dΦe。 单位立体角内发出的辐射通量 辐射强度的单位为瓦每球面度（W/sr）。 三、辐（射）出射度、辐（射）照度 辐射强度不能表示辐射体表面不同位置的辐射特性 表示辐射体表面上任意一点A处的辐射强弱： 假定dS微面辐射出的辐射通量为dΦe，则A点的辐（射）出射度为 Me称为“辐（射）出射度”， 单位为瓦每平方米（W/m2） 如果某一物体表面被其它辐射体照射 即为了表示A点被照射的强弱，假定物体所接受的辐射通量为dΦe，把dS接受的dΦe与dS之比称为“辐（射）照度”，符号为Ee，即 辐（射）照度与辐（射） 出射度的单位一样， 也为瓦每平方米（W/m2） 四、辐（射）亮度 用辐（射）亮度来表示辐射体表面不同位置和不同方向上的辐射特性 若在AO方向上的辐射强度为Ie，把Ie与dSn之比称为“辐 （射）亮度”，符号为Le 辐 （射）亮度代表了辐射体不同位置和不同方向上的辐射特性。 单位为瓦每球面度平方米（W/（sr.m2））。 第三节 人眼的视见函数 可见光 光的辐射能中能引起人眼的视觉效应的区域。 这个区域从400纳米到760纳米。 人眼观察辐射体时，其视觉强弱与辐射波长和辐射强度（某一方向）有关 在可见光中不同波长的光所引起的视觉效应的灵敏度是不相同的。 在光度学中，为了表示这种差别，定义V (λ)为“视见函数”（光谱光视效率）。 视见函数 把人眼对黄光的视觉灵敏度作为基准，其它色光的视觉灵敏度与黄光的视觉灵敏度相比，得出各种色光的相对视觉灵敏度，称为视见函数，用V(λ)表示。 把人眼最灵敏波长（λ=555nm）的视见函数规定为1，即V(555)=1 V(λ)≤1 不同人在不同观察条件下的视觉函数略有差别 第四节 光度学中的基本量 一、发光强度和光通量 发光强度是光度学中最基本量之一，与辐射度学中的辐射强度相对应。 辐射体的辐射波长为λ的单色光，在眼睛观察的方向上的辐射强度为Ie，眼瞳孔对辐射体所张的立体角为dΩ，则眼睛接受到的辐射通量为 眼睛的视觉强度与辐射通量dΦe和视见函数V(λ)成正比 这就表示该辐射所产生的视觉强度（ dΦ）。 dΦ是按人眼视觉强度来度量的辐射通量，称为“光通量”。 C为单位换算常数，由dΦ和dΦe所采用的单位决定。 光通量是描述客观辐射通量所引起的人眼视觉强弱的物理量 光通量的单位是流明（lm） 一只40W白炽灯的全部辐射的光通量为500lm，而40W的荧光灯的全部辐射约为2300lm 发光强度与辐射强度相对应。它表示在指定方向上光源发光的强弱，即单位立体角内发出的光通量 1cd（坎德拉）代表发光体发出的电磁波频率为540X1012Hz的单色辐射（波长为555nm），且在此方向上的辐射强度为（1/683）W/sr。 1坎德拉等于光源在1个立体弧度内产生1流明的光通量 坎德拉是光度学中最基本的单位，也是国际基本计量单位之一。 光通量 光通量dΦ的单位为流明（lm） 1lm表示在某一方向上的发光强度为1cd的发光体在单位立体角内的通光量，即 用符号K (?)来表示系数C·V(?)，即 K (?)称为?波长的“光谱光视效能”,其单位是（cd·sr）/W或lm/W 其最大值为Km，称为“最大光谱光视效能” 上面的公式中辐射通量dΦe以瓦（W）为单位，光通量dΦ以