第二章辐射度光度基础.ppt

亮度 ：某一物体(或发光体)的表面亮度是该物体单位面积向视线方向发出的发光强度。亮度用符号Lv表示，其单位为坎德拉/每平方米(cd/m2)。 由于物体在各个方向的亮度不一定相同，因此常在符号L的右下角注明角度，用以表示与物体表面法线成α角方向的亮度。 物体的亮度越高，人们就会感到它越亮。 常用辐射度量和光度量之间的对应关系 光谱辐射量----辐射量的光谱密度 (1) 光谱辐射通量Φe (W/μm ；W/nm ) 辐射源发出的光在波长?处的单位波长间隔内的辐射通量 　 Φe(λ)＝dΦe /dλ (2) 光谱辐射强度　 Ie (λ) =dIe /d?　　 (3) 光谱辐(射)照度　 Ee (λ) =dEe /d? (4) 光谱辐射出射度 Me (λ ) =dMe /d? (5) 光谱辐射亮度 Le (λ) =dLe /d? (6) 辐射源的总的辐射通量 线状或带状谱光源 连续谱光源 朗伯余弦定律 亮度守恒定律 距离平方反比定律 消光与大气窗口 三、辐射传输的基本定律 朗伯余弦定律 ——辐射的空间分布规律 黑体在任意方向上的辐射强度与观测方向相对于辐射表面法线夹角的余弦成正比； 朗伯余弦定律的另一种形式，叙述为“各个方向上辐射亮度相等的发射表面，其辐射强度按余弦规律变化”。或者说：任意表面上的照度随该表面法线与辐射能传播方向之间夹角的余弦变化。 辐射度学和光度学的研究对象主要是非相干光学辐射，并且认为辐射的传播服从几何光学定律。 　朗伯余弦辐射体 发光强度的空间分布满足 的发光表面叫做余弦辐射体。 I0为发光面在法线方向的发光强度， Iθ为和法线成任意角度θ方向的发光强度。发光强度向量Iθ端点的轨迹是一个与发光面相切的球面，球心在法线上，球的直径为I0。 上图为用向量表示的余弦辐射体在通过法线的任意截面内的光强度分布。 朗伯(J. H. Lambert)定律——余弦定律 按照cos? 规律发射光通量的规律，叫朗伯定律； 余弦辐射体可以是自发光面，也可以是透射或反射体；　 黑体，太阳和平面灯丝钨丝等可视为余弦辐射体； 一个均匀的球形余弦发射体，从远处的观察者看来，与同样半径同样亮度的圆盘无疑。 dS* dS 朗伯球体的亮度 余弦辐射体在和法线成任意角度?方向的光亮度L?,可以表示为 LN 可见，把半球上每个面元dS投影到圆盘上，得到面积为dS*=dScos?的面元，这两个面元在指向观察者的方向上的发光强度和投影面积都是一样的，因而亮度也是一样的。余弦辐射体在各个方向上的光亮度相同。 朗伯辐射体的辐射出射度与亮度的关系 朗伯辐射源在任意方向上的辐射亮度均等于法线方向上的辐射亮度，且等于M/π。 应　用 朗伯光源及朗伯理想表面的漫反射作为一种理想的模型在辐射度学和光度学的理论计算和实验测量中应用广泛； “光学遥感仪器的光谱辐亮度标定”是现代光学和仪器科学经常遇到的一个问题。光学遥感仪器的光谱辐亮度标定有多种方法，在紫外波段可采用漫反射板来标定光谱辐亮度, 如上图 所示。 朗伯定律是热辐射度学的基本定理之一，它是现代光辐射研究与应用的基础。 几种材料的方向发射率 对不光滑物体，朗伯定律可在?=0～60?的情况下使用。 对于金属材料, 从θ=0开始，在一定范围内的方向发射率是常数；然后随θ增加而增加，在θ=90的极小角度范围内εθ又有减小。 对非金属材料而言，在上述范围内，ε?变化不大；当θ60?后，εθ就明显的减小了。 定向发射体 实际中有相当一大类发射体，它们发出的光束集中在一定的立体角内，即亮度有一定的方向性，成像光学仪器发出的光束都有这样的特征。 在亮度具有方向性方面最突出的例子是激光器。 激光器发出的光束通常是截面很小，且高度平行。从而用不大的辐射功率就可获得很大的辐射亮度。 距离平方反比定律 cosθdA θ Ω O dA 当均匀点光源向空间发射球面波，则点光源在传输方向上某点的照度与该点到点光源距离的平方成反比。 亮度守恒定律 当光束在同一种介质中传输时，沿其传输路径任取二个面元dA1和dA2，并使通过面元dA1的光束也都通过面元dA2，它们之间的距离是r，面元法线与光传输方向夹角分别为?1和?2，则面元dA1的辐射亮度 亮度守恒关系 面元dA2的辐射亮度 而 将dΩ1和dΩ2分别代入，可得 L1=L2 θ2 dA2 dΩ1 θ1 dΩ2 r ， dA1 光在不同介质中传输的亮度守恒关系 若光从一种介质传输到另一种介质，即所取二个面元分别处于不同介质中，并认为光在介质表面无反射和吸收损失，于是有 θ2 Ω2 n1 Ω1 θ1 n2 dA L2