21辐射度学与光度学基础解析.pptxVIP

第二章 光电测量的光学基础第一节 光度学基本知识制作人：郭婧光学发展的概况 人类感官接收到外部世界的总信息量中至少有90％以上通过眼睛 光学是一门古老的学科，又是一门新兴的年轻学科 激光器诞生后，光学开始了迅猛发展，成为科研前沿极为活跃的学科 五 个 时 期（一）、萌芽时期 公元前500年-公元1500年经历大约2000年 面镜、眼镜和幻灯等光学元件已相继出现（二）、几何光学时期1500-1800，大约300年1、建立了光的反射定律和折射定律， 奠定了几何光学的基础2、研制出了望远镜和显微镜等光学仪器3、牛顿为代表的微粒说占据了统治地位4、对折射定律的解释是错误的（三）、波动光学时期1800~1900，近100年1、杨氏利用实验成功地解释了光的干涉象2、惠更斯－菲涅耳原理成功地解释了光的衍射现象3、菲涅耳公式成功地解释了光的偏振现象4、麦克斯韦的电磁理论证明光是电磁波5、傅科的实验证实光在水中传播的速度小于在空气中的传播速度6、波动光学的理论体系已经形成，光的波动说战胜了光的微粒说（四）、量子光学时期 1900~1950，近50年1、1900年普朗克提出了量子假说，成功地解释了黑体辐射问题2、爱因斯坦提出了光子假说，成功地解释了光电效应问题3、光的某些行为象经典的“波动”4、另一些行为却象经典的“粒子”5、光是一种几率波，又具有可分割性，光具有“波粒二象性”（五）、现代光学时期 从1950年至今 1、全息术、光学传递函数和激光的问世是经典光学向现代光学过渡的标志2、光学焕发了青春，以空前的规模和速度飞速发展 1）智能光学仪器 2）全息术 3）光纤通信 4）光计算机 5）激光光谱学的实验方法一、光的基本性质牛顿——微粒说根据光直线传播现象，对反射和折射做了解释不能解释较为复杂的光现象：干涉、衍射和偏振波动理论惠更斯、杨氏和费涅耳等解释光的干涉和衍射现象麦克斯韦电磁理论：光是一种电磁波光的基本性质光量子说1900年普朗克在研究黑体辐射时，提出辐射的量子论1905年，爱因斯坦在解释光电发射现象时提出光量子的概念光子的能量与光的频率成正比光具有波粒二象性光谱光波：波长为10—106nm的电磁波可见光：波长380—780nm紫外线：波长10—380nm， 波长300—380nm称为近紫外线 波长200—300nm称为远紫外线 波长10—200nm称为极远紫外线，红外线：波长780—106nm 波长3μm（即3000nm）以下的称近红外线 波长超过3μm 的红外线称为远红外线。 光谱分布如图所示。0.010.11100.050.55波长/μm极远紫外可见光近红外远红外远紫外近紫外1061051041035×1055×1045×103波数/cm-11016101510143×10185×10155×10145×1013频率/Hz1001015050.5光子能量/eV光的波长与频率的关系由光速确定，真空中的光速c=2.99793×1010cm/s，通常c≈3×1010cm/s。光的波长λ和频率ν的关系为 ν的单位为Hz，λ的单位为cm。 νλ=3×1010cm / s光谱学 辐射度学：物理现象 光度学：视觉问题视见函数南京工程学院自动化学院1.1立体角的意义及其在光度学 中的应用定义：一个任意形状的封闭锥面内所包含的 空间称为立体角。单位：球面度（Sr）南京工程学院自动化学院重要结论： 假定一个圆锥面的半顶角为α，则该圆锥面所包含的立体角的大小为 南京工程学院自动化学院推论：假定离A点 l处有一个微面ds，ds的法线ON与AO的夹角为α，那么微面对A点所张立体角为南京工程学院自动化学院1.2 辐射度学基本量（辐射量）1、辐射能 单位：J2、辐射通量 单位：W3、辐射强度 单位南京工程学院自动化学院4、辐射出射度 单位： 5、辐射照度 单位：6、辐射亮度 单位：南京工程学院自动化学院back辐射通量：定义：单位时间、单位面积元上辐射的所有波长的 能量，即：光源表面上单位面积的辐射功率。意义：描述光源发射辐射的能力。单位：W大部分辐射体的电磁波辐射，都有一定的波长范围，通常用下图所示的光谱密度曲线来表示辐射体的辐射通量按波长分布的特性 光谱密度曲线南京工程学院自动化学院back辐射强度： 单位立体角内辐射通量的大小。 表征辐射体在不同方向上的辐射特性南京工程学院自动化学院back辐射出射度： 单位面积辐射通量的大小 表征辐射体表面不同位置的辐射特性南京工程学院自动化学院back辐射照度： 单位面积接收辐射通量的大小 表征辐射体表面不同位置的接收辐射特性南京工程学院自动化学院back辐射亮度： 单位面积单位立体角内的辐射通量 表征了辐射体表面不同位置不同方向上 的辐射特性南京工程学