第一章辐射度和光度学基础课件.pptx

光电信息技术;光的波粒二象性;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。;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：;;1、线偏振光;按照频率或波长的顺序把这些电磁波排列成图表;2、光速、频率和波长三者的关系;(2)光速;各种介质中传播时，保持其原有频率不变，速度不相同 ;3、单色平面波;(2)单色平面波：具有单一频率的平面波;其中，U为场矢量大小，代表 或 的大小 U0为场矢量的振幅。;(a)z一定时，则U代表场矢量在该点作时间上的周期振动;(3)平面波的复数表示法、光强;复振幅 :模量 代表振幅在空间的分布，辐角(-kz)代表相位在空间的分布，复振幅将两个空间分布合成起来，且与时间变量无关。 ;光强与光矢量大小的平方成正比，即 ;(4)球面波及其复数表示法;第1章 辐射度与光度学基础;§1-1辐射度与光度学基础;§1-1辐射度与光度学基础;§1-1辐射度与光度学基础;§1-1辐射度与光度学基础;辐射度学的基本概念; 辐射能在传播过程中，其空间分布不会偏离开一条由几何射线所确定的路线。描述这种传播特性的科学技术叫几何光学或光线光学。大部分辐射度学的概念建立在这种几何光学的基础上。 实际上，几何光学没有考虑作为波动现象的衍射效应,衍射角为:;辐射能是不相干的，因而不必考虑干涉效应。干涉也是一种波动现象，电磁辐射能束的时间相干长度，即沿辐射能束传播方向的相干距离，近似为：;即辐射能的每个光子或量子具有能量;辐射度的基本物理量;;;;;;;;;7. 光谱辐射通量;光谱辐射通量Φe(λ)：辐射源发出的光在波长λ处的单位 波长间隔内的辐射通量。辐射通量与波长的关系如图。 其式为;基本辐射度量的名称、符号和定义方程;§1-1辐射度与光度学基础;§1-1辐射度与光度学基础;§1-1辐射度与光度学基础;§1-1辐射度与光度学基础;光度的基本物理量;光度的基本物理量;光度的基本物理量;;;辐射度量与光度量的对比;;;;;热辐射基本上可分为两类，即黑体辐射和线状、带 状辐射源。一些不透明物体或炽??稠密气体接近黑 体，辐射为连续光谱，而一些被激励的气体发光则 为线状或带状光谱。我们可用若干个基本定律对热 辐射进行较为完善的描述。 ;;; 为黑体在辐射面法线方向的光谱辐射亮度。如果把 对半球空间取平均值，就用“半球”来表示此平均值。;如果把既对波长范围又对半球空间取均值，则可用 “半球总”发射率来表示;;;;;;朗伯(J. H. Lambert)余弦定律;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;斯蒂芬－玻尔兹曼(Stefan-Boltzmann)定律;求解可得：;维恩位移定律; ;§1-3辐射能的传输基础;1.3.1 辐亮度传输 ;在不同介质中辐射亮度的传输： ;当有光学系统时，光学系统将改变传输光束的发散或会聚状态，像面辐射亮度L’与物面辐射亮度L之间有如下关系;辐射能在传输中的损失 ;根据能量守恒定律有;辐射投射到物体表面上所产生的反射现象有镜面反射 和漫反射之分，它取决于表面的粗糙程度，这里所指 的粗糙程度是相对于辐射的波长而言的。当表面不平 整尺寸小于入射辐射的波长时，形成镜面反射，这时 反射角等于入射角，高度磨光的金属板就是镜面反射 的实例。当表面的不平整尺寸大于辐射波长时，则形 成漫反射。对于气体，可认为反射比＝0。吸收性大 的气体，其透射性就差。;反射 ;散射 ;辐射在大气中的传输（P41） ;大气的组分 ;另一种可变组分时臭氧，它的总含量很少，分布也不均匀。在海平面处很难观察到，在60km以上也很少，主要集中在25km高度处。臭氧的吸收峰在9.6um处。只有当辐射在竖直方向穿过很厚的大气层时才需考虑臭氧的吸收。;大气折射率及折射率起伏 ;地球周围大气特性 ;同温层;大气密度随高度的增加而减小，最后大气变得极为稀薄。大气压强变化为;⑴ 大气分子的吸收;极性分子的内部运动一般有分子内电子运动、组成分子的原子振动以及分子绕其质量中心的转动组成。相应的共振吸收频率分别与光波的紫外和可见光、近红外和中红外以及远红外区相对应。;大气中N2、O2分子虽然含量最多（约90%），但它们在可见光和红外区几乎不表现吸收，对远红外和微波段才呈现出很大的吸收。因此，在可见光和近红外区，一般不考虑其吸收作用。;H2O和CO2分子，特别是H2O分子在近红外区有宽广的振动-转动及纯振动结构，因此是可见光和近红外区最重要的吸收分子，是晴天大气光学衰减的主要因素，它们的一些主要吸收谱线的中心波长如表1所示。;表1： 可见光和近红外区主要吸收谱线;⑵ 大气分子散射;在可