光工程作业汇.doc

发光强度的基本单位——坎德拉发光强度的基本单位坎德拉是国际单位制的基本单位之一．本文较详细叙述了它的定义及其历史演变，简单介绍了该定义的复现原理、方法和实验装置．我国于1982年用电校准辐射计复现发光强度单位坎德拉，其总的不确定度为±0．28％．最后，对坎德拉的发展方向作了简要的说明．坎德拉是发光强度单位，是国际单位制（SI）七个基本单位之一，用符号“cd”表示．众所周知，光是人类、生物以至自然界赖以生存和发展的一种重要物质．科学家研究发现，人的眼睛等感觉器官，从外界接收的全部信息中，有百分之七十以上来自光．人类对光的认识，也经历了由现象到本质的发展过程，光学计量也正是伴随着这一认识过程而产生和发展的．本文仅将发光强度的定义、演变及其复现作一扼要的介绍．一．发光强度的原始定义——烛光发光强度的原始计量是通过人眼的感觉进行的．大约二百年前，已经使用“烛光”作为发光强度的单位．它是一支蜡烛在水平方向上的发光强度．如 1860年，英国都市气灯法规所采用的“鲸蜡”．后来相继使用的标准光源还有菜油灯、戊烷灯和纯乙酸戊酯灯等．与此同时，科学家从理论上探讨了发光强度．1727年，P．鲍吉尔发表他的著作《关于光分度的光学实验》，这无疑可认为是目视光度测量的第一个重要尝试．1760年，朗白在他的一部专著中，详细阐述和定义了光通量、发光强度、照度、亮度等重要的光度学参数，还阐明了它们之间的数学联系．这些研究工作对光度计量的发展具有重要意义．1881年，国际电工技术委员会根据科学技术的发展和要求，把“烛光”规定为国际性单位，并定义如下：将一磅鲸鱼油脂制成六支蜡烛，以每小时120格令的速度燃烧时，在水平方向的发光强度为1烛光．上述定义中的格令为质量单位．从这个定义可以看出，发光强度不仅与燃料有关，而且还与灯芯、火焰高度等因素有关，因此它的复现性和稳定性都不理想．1879年，维奥列为了避免火焰标准的不方便，建议采用凝固过程的纯白金槽一平方厘米表面发出的光强度作为发光强度标准．由于各种原因（例如铂的纯度不高等），使得其重复性较差，未能采用．但这种想法对后来的光度的发展有一定的影响．1879年，爱迪生发明白炽灯，人工照明变成现实，同时也促进了光度计量的发展．1909年英国、法国和美国的有关研究机构，为了统一和提高国际范围的发光强度，协议采用炭丝白炽灯定义发光强度，即：由戊烷灯导出并用一组45个炭丝白炽灯所组成的平均发光强度．并称之为“国际烛光”．炭丝白炽灯的稳定性较好，但复现性较差，几乎无法制出两个发光强度一样的白炽灯，因此这个基准不完全令人满意，只能是暂时性的．二、发光强度的新定义——坎德拉1908年，Waiolner和Burgess提出用浸没在盛有凝固铂的槽中的黑体作为发光强度标准．1933年，黑体的性质提供一个从理论上解决发光强度的方法，采用这个原理，新的光度单位将建立在铂凝固点温度时的黑体的光辐射上．于是，1937年，国际照明委员会（CIE）和国际计量委员会决定从1940年起使用“新烛光”为发光强度单位，并定义如下：全辐射体在铂凝固温度下的亮度为60新烛光每平方厘米．也就是说在铂凝固点（2042．15K）上，绝对黑体的1cm2面积的1／60部分的发光强度为1烛光．由于第二次世界大战的耽搁，这一标准没有执行．1946年，国际计量委员会根据1933年第8届国际计量大会授予的权力，决定颁布：1旧烛光=1．005新烛光．1948年，第9届国际计量大会通过用拉丁文——candela（坎德拉）取代新烛光，坎德拉意为“用兽油制作的蜡烛”．1967年，第13届国际计量大会考虑到这个定义的措辞还欠严密，决定将坎德拉定义为：坎德拉是在101325牛顿每平方米压力下，处于铂凝固温度的黑体的1／600000m2表面在垂直方向上的光强度．1971年，第 14届国际计量大会，通过了压力的单位牛顿每平方米的专门名称“帕斯卡”，符号为Pa．这样，坎德拉的定义改为：坎德拉是在101325Pa压力下，处于铂凝固温度的黑体的1／600000m2表面在垂直方向上的光强度．这个定义有两个名词需要解释一下：1．铂的凝固点：我们在常识上可以理解的固体熔化就为液体，而后又形成蒸气，在这个过程中，虽然它们共存时的温度是固定的，但它们却不能固定在任何一个状态上，在给定固体加热的过程中，其温度逐渐上升，在刚一熔化时温度是固定的，固体完全熔化后又开始升温，在它们的交接处就是凝固点．2．黑体：黑体是一种假想的能量辐射源，在评价其他辐射源时，用它作为比较光源和参考光源，它是一种其辐射仅依赖于温度的辐射体．这样的一种物体，它能够在任何温度下将辐射到它表面上的任何波长的能量全部吸收．换言之，在辐射体的任何温度下，绝对黑体光谱吸收率都等于1．例如，如果给完