第五章 光能及其计算.ppt

三、轴外像点的光照度 当物面亮度均匀时 E为轴上点的光照度，可见，轴外点的光照度随视场角的增大而显著下降。 § 5-4 光学系统光能损失的计算 光学零件与空气接触面——损失（1－τ） 胶合面——n与 n差不多，可略 漫反射、散射、多次反射——杂散光，应改善材料及加工质量 在空气中的吸收——可略 在光学零件中的吸收——损失a(吸收率) 反射损失 吸收损失 反射面不完全反射的损失——镀膜反射面，损失（1－ρτ ） 能量损失 透射面的反射损失 当光线从一介质透射进入另一介质时，在抛光界面处必然伴随有反射损失．反射光通量与入射光通量之比称为反射系数，以符号ρ1表示．由光的电磁理论可以导出: 当光线垂直入射或以很小入射角入射时，式中的正弦和正切函数可用角度的弧度值代替，再考虑折射定律，则式可简化为 条件！ 光学材料的吸收损失 当光束通过光学材料时，材料本身会吸收光能，引起光能损失． 材料的光吸收系数α用白光通过1厘米厚玻璃时的透过率的自然对数的负值表示．即 光学玻璃的光吸收系数分六类，最小为0.001，最大0.03，相当于通过l厘米厚度玻璃时的透过率为最大0.999，最小0.97，其平均值为0.985 金属镀层反射面的吸收损失 镀金属层的反射面不能把入射光通量全部反射，而要吸收其中一小部分．设每一反射面的反射率为?3，光学系统中共有N3个金属镀层反射面，若不考虑其它原因的光能损失，则通过系统出射的光通量的透过率为 在图示光学系统中，空气和玻璃的透射界面有14面（其中，玻璃折射率为1.5约界面有8面，玻璃折射率为1．65的界面有6面）；玻璃与玻璃的胶合面为2面，镀铝反射镜面1个，棱镜中全内反射面为3面；光学玻璃中心总厚度8厘米． 空气和折射率为1.5玻璃的透射界面-----反射损失系数?1=0.04，面数N1=8； 空气和折射率为1.65玻璃的透射界面-------反射损失系数?1=0.06 ，面数N1=6； 镀铝反射镜面-------反射率0.85，面数1； 玻璃内部吸收-------吸收系数0.01，总厚度8． 胶合面和内反射面的损失忽略不计，于是整个系统的透过率为 * 朗伯首先由实验发现对许多发光体（不是所有发光体）来说，在立体角 中发射出的光通量 正比于 和发光体表观面积 的大小（朗伯定律），比例系数和发光面的性质有关，不随 角的不同而变。这个系数用 表示，称为光源的亮度，它是表征发光面发光强弱并与发光表面特性有关的物理量，可以用单位面积的光源表面在法线方向的单位立体角内传送出的光通量数值来量度。 通常扩展光源上每一面元的亮度 随方向而变，如果扩展光源的发光强度 ，从而亮度B不随sita角而变，这类光源称为遵从朗伯定律的光源，也叫余弦发射体或朗伯光源。太阳辐射的规律相当接近于朗伯定律。 发光强度和亮度的概念不仅适用于自身发光的物体，还可推广到反射体。光束投射到光滑的表面上时，会定向地反射出去而投射到粗糙的表面上时，它将朝所有方向漫射。一个理想的漫射面，应是遵循朗伯定律的；也就是无论入射光从何方来，沿各方向漫射光的发光强度总是与 成正比，因而亮度相同。涂了氧化镁的表面被照亮以后，或者从内部被照明的优质玻璃灯罩，积雪、白墙、以及二分粗糙的白纸，都很接近这类理想的漫射体。这类物体称为朗伯反射体。 * 第五章 光能及其计算 § 5-1 光通量 一、辐通量（辐功率） 1、辐射能：以电磁辐射形式发射、传输或接收的能量称辐射能， 单位：焦耳（J）。 2、辐射能通量：单位时间内通过某一面积的全部辐射能 单位：瓦（W） 。 由于辐射能总包含一定的光谱范围，若已知能量的光谱分布曲线 ，设Pλ是辐通量随波长变化的函数，则有： 总的辐通量为： 二、光谱光视效率 任何辐射能接收器都只能接收某一光谱范围内的能量，即对不同光谱范围有不同的灵敏度。如人眼，λ=400～760nm为可见光。在这个范围内，人眼能比较光谱波长及能量大小。但各种波长的光引起人眼感觉、灵敏度不同。 λ(nm) 420 510 555 610 700 V (λ） 0.004 0.5 1.0 0.5 0.004 人眼对λ=555nm的黄光最灵敏 V(λ)表征人眼的光谱灵敏度，人眼的相对灵敏度称光谱光视效率或视见函数。 三、光通量与发光效率 光通量——是辐射能通量的光量度，即若干辐射能相当于多少光。光通量的单位为“流明”(lm)。 发光效率——辐射体（光源）发出的总光通量与总的辐射能通量之比。单位为lm/W。 在极窄的波段范围内，光通量为： 在全部波段范围内，总光通量为： § 5-2 发光强度，光照度，光出射度和光亮度 一、发光强度 单位立体角内发出的光通量，描述点光源的发光特性 发光强度的单位——坎德拉? （是光度学的基本单位） 立体角