辐射度量与光度量.ppt

第一节 辐射度量与光度量 一、光的本质 二、光辐射度量 三、光谱辐射度量 四、光度量 一、光的本质 光具有波粒二象性，既是电磁波，又是光子流。 历史上的重要人物 惠更斯（1629-1695）、牛顿（1643-1727） 托马斯· 杨（1773-1829）、费涅耳（1778-1827） 麦克斯韦（1831-1879） 普朗克（1858-1947） 爱因斯坦（1879-1955）、波尔（1885-1962） 一张凝结了20世纪全人类三分之一智慧的照片 二、光辐射度量 光辐射度量的对象 光电检测技术的任务是将光辐射转换成为电能，从而获得光辐射特征信息，为此需要了解辐射特征的定义。 辐射能量特征的研究即为辐射度量学Radiometry。 辐射度学物理量 1.辐射能 以辐射形式发射或传输的电磁波能量。辐射能一般用符号Q表示，其单位是焦耳( J )。 2.辐射通量 辐射通量P又称为辐射功率，定义为单位时间内流过某一定面积的辐射能，即 辐射通量的单位是瓦特(W)或焦耳/秒(J/s) 3.辐射出射度 辐射出射度M是用来反映面辐射源物体辐射能力的物理量。定义为辐射体在单位面积内所辐射的通量，即 单位是W/m2。 4.辐射强度 辐射强度I定义为：点辐射源在给定方向上发射的在单位立体角内的辐射通量，用I表示，即 如果一个置于各向同性、均匀介质中的点辐射体向所有方向发射的总辐射通量是P，则该点辐射体在各个方向的辐射强度I是常量，有 5.辐射亮度 辐射亮度L定义为面辐射源在某一 给定方向上的辐射强度，如图所示。 式中θ是给定方向和辐射源面元法线间的夹角。辐射亮度的单位是瓦特/球面度·米2(W/sr·m2)。 余弦辐射体（朗伯体\均匀漫反射体）：辐射体的辐射强度在空间方向上的分布满足： I0是辐射体面元dS沿其法线方向的辐射强度。 余弦辐射体的辐射亮度为 可见余弦辐射体的辐射亮度是均匀的，与方向角θ无关。 余弦辐射体的辐射出射度为 6.辐射照度 为了评定辐射体对装置的作用，在辐射接收面上的辐射照度E定义为照射在面元上的辐射通量dP与该面元的面积dA之比。 即 单位是W/m2。 照度与距离平方反比定理 设点源的辐射强度为I，它与被照面上x点处面积元dA的距离为R，dA的法线与I的夹角为?，则投射到dA上的辐射功率为: 所以，点光源在被照面上点处的辐射照度为： 光谱辐射度量 给定波长λo处极小波长间隔dλ内的辐射通量dΦe(λ)称为单色辐射通量。 Φλ(λ)=dΦe(λ)/dλ，Φλ(λ)称为光谱辐射通量。 总辐射通量： 可以用频率表示光谱分布。 可以类推其余的光谱辐射度量。 光谱光辐射的名称、符号及单位 四、光度量 由于人眼的视觉细胞对不同频率的辐射有不同响应，对绿光最灵敏，对红光灵敏度最低，故用辐射度单位描述的光辐射不能正确反映人的亮暗感觉。 光度单位体系是一套反映视觉亮暗特性的光辐射计量单位。 在光频区域光度学物理量Q，P，I，M，L，E相对应的Qv，Pv，Iv，Mv，Lv，Ev来表示，其定义完全一一对应，其关系如表2所示。 表2 常用辐度量和光度量之间的对应关系 光度量的单位是国际计量委员会(CIPM)规定的。在光度单位体系中，被选作基本单位的不是相应的光量或光通量而是发光强度，其单位是坎德拉。 坎德拉不仅是光度体系的基本单位，而且也是国际单位制(SI)的七个基本单位之一。 它的定义是“一个光源发出频率为540×1012 Hz的单色辐射，若在一给定方向上的辐射强度为1/683 (W/sr)，则该光源在该方向上的发光强度为1cd”。 光度量的最基本单位 光通量Φv：光通量对人眼所引起的视觉强度值。 光谱光视效能Kλ定义为同一波长下测得的光通量与辐射通量的比值，即 通过对标准光度观察者的实验测定，在辐射频率540×1012Hz(波长555nm)处， 其数值为Km＝683 lm/W。 它表示与1W的辐射通量相当的光通量为683lm；换句话说，此时的1lm相当于1/683W 发光强度I：发出波长为555nm的单色辐射，在给定方向上的发光强度规定为1cd。单位：坎德拉（Candela）［cd］，它是国际单位制中七个基本单位之一。 光照度E：单位面积所接受的入射光通量 ，单位：勒克斯［lx］，相当于 1平方米面积上接受到1个流明的光通量。 光出射度M:光源表面给定点处单位面积向半空间发出的光通量。 作业 1、推导余弦辐射体辐射出射度和辐射亮度的关