第一章辐射度和光度学基础汇编.pptx

光电信息技术 张永爱 物理与信息工程学院 光的波粒二象性 光的本质？ 粒子性 光子说 波动性 光波是一种电磁波，即变化的电场和磁场相互激发，形成变化的电磁场在空间的传播。 电磁波的传播 电矢量的振动方向与磁矢量的振动方向相互垂直，均垂直于光的传播方向 光波是电矢量的振动和传播，又是磁矢量的振动与传播 电矢量---光矢量 光波 光波是一种横波 平面光波是横电磁波，其矢量的振动方向与光波传播方向垂直。 根据空间任一点电场 E 的矢量末端在不同时刻的轨迹不同，其偏振态可分为： 线偏振光 椭圆偏振光 圆偏振光 光波 1、线偏振光 线偏振光--光矢量始终沿某一个振动方向。 光矢量在屏平面内 光矢量与屏平面垂直 光矢量与屏平面斜交 1、线偏振光 自然光---是无数多个振幅相等、振动方向任意、彼此没有固定相位关系的光振动之和。 任意时刻，可把每个光矢量分成相互垂直的两个光矢量分量，每个光矢量分量的光强等于自然光光强的一半。 按照频率或波长的顺序把这些电磁波排列成图表 电磁波谱的范围 从无线电波到光波，从X射线到? 射线，都属于电磁波的范畴，只是波长不同而已。目前已经发现并得到广泛利用的电磁波有波长达104m以上的（无线电波），也有波长短到10-5nm以下的（γ射线）。 2、光速、频率和波长三者的关系 电磁波谱的定义 2、光速、频率和波长三者的关系 (1)波长 振动状态在经历一个周期的时间内向前传播的距离。 电磁波谱的范围 (2)光速 (3)频率 (4)光的真空波长 ：振动状态经历一个周期在真空中向前传播的距离。 2、光速、频率和波长三者的关系 光矢量每秒钟振动的次数,光振动的周期T是完成一次振动所需的时间 各种介质中传播时，保持其原有频率不变，速度不相同 2、光速、频率和波长三者的关系 （同频率的光）不同介质的折射率不同 3、单色平面波 (1)平面波 波阵面或等相位面：光波相位相同空间各点所连成的面 平面波：光波波面是平面的波 平面波在均匀介质中传播的特点：波面为彼此平行的平面，且在无吸收介质中传播时，波的振幅保持不变 平面波 球面波 (2)单色平面波：具有单一频率的平面波 准单色波:实际上不存在完全单色的光波，包括激光在内，总有一定的频率宽度 （光波本身频率）称为准单色波。 理想单色平面波---简谐波 共同特点 设光波以速度c向z方向传播，波场中z轴上任一点P，当波源的振动 传播到该点时，P点的振动状态比原点O的振动状态落后 则P点的振动方程 简谐波方程---行波方程（时间和空间的二元函数） (a)z一定时，则U代表场矢量在该点作时间上的周期振动 (c)z、t同时变化时，则U代表一个行波方程，代表不同时刻空间各点的振动状态。 (b)t一定时，则U代表场矢量随位置的不同作空间的周期变化 分析： (3)平面波的复数表示法、光强 或 线偏振单色平面波的复数表示 欧拉公式 (3)平面波的复数表示法、光强 空间分布因子 光强 单位时间内通过垂直于光传播方向单位面积的光波能量 ？ 可简化为: (3)平面波的复数表示法、光强 (4)球面波及其复数表示法 球面波的复数表示法： 球面简谐波方程： 第1章 辐射度与光度学基础 §1-1辐射度与光度学基础 电磁波：又称电磁辐射，是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式传递能量和动量，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面。电磁辐射的载体为光子。 §1-1辐射度与光度学基础 §1-1辐射度与光度学基础 光既然是一种传播着的能量，如何度量和定量研究 ？ 光度学与辐射度学：对光能进行定量研究的科 学。 光 度 学——只限于可见光范围，包含人眼特性。 辐射度学——规律适用于从紫外到红外波段（光能的大小是客观的）.有些规律适用于整个电磁波谱。 §1-1辐射度与光度学基础 辐射度学或称辐射测量，是测量电磁波所传递的能量（电磁辐射能）或测量与这一能量特征有关的其它物理量的科学技术。表示辐射能的大小，基本量是辐射功率或辐射通量，单位是瓦。 辐射度学适用于整个电磁波谱，主要用于X光、紫外光、红外光以及其他非可见的电磁辐射。所涉及的论题包括辐射能的基本概念、辐射能的传输、变换以及仪器的辐射度学校准或标定。 光度学适用于波长在0.38μm~0.78μm范围内的电磁辐射－可见光波段，它使用的参量称为光度学量。描述光辐射能为人眼接受所引起的视觉刺激大小的强度，是生理量。光度学量的基本量是光通量，单位是流明（lm）。 辐射度学的基本概念 波动性（长波红外至微波---长波段） 量子性（可见光---干涉、衍射、偏振、反射和折射;光与物质相互作用---光的发射、吸收、色散和散射） 传播的直线性（紫外线至X射线---短波段） §1-1辐射度与光度学基础 辐射能在传播