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信息光电子技术一数理基础
(第一部分)
第一章辐射度和光度学基础
1. 0基本术语及概念
辐射度学(Radiometry)
测量电磁波能量及相关物理量的学科
适用范围
整个电磁波谱(技术手段)
光度学(Photometry)
研究方法
1. 1辐射度量与光度学量
一、辐射度学的基本概念
1辐射能的传播
频谱:P15
直线性:几何特性
衍射:波动性
k /D ( 1-1-1 )
2辐射能的相干性(注意 P15)
时间相干性
傅立叶谱的有效范围约等于单个波列的持续时间的倒数
1/ t
空间相干性(试推导相干长度)
讪 2 / (1-1-2)
3辐射能的量子性
电磁波的量子特性
e h (1-1-3)
其中:h-普朗克常数
二、辐射度的基本物理量
1辐射能
符号:Qe 单位:J (焦耳)
2辐射通量
定义: e dQe/dt
符号:e 单位: (W-瓦特)
3辐射强度
定义:Ie d e/d ( 1-1-4)
符号:le 单位:(W/sr)
4辐射照度
定义:Ee d e/dA
单位:W/m2
5辐射出射度Me
与辐射照度对应理解
6辐射亮度Le
定义:源表面一点处,给定方向上单位立体角、单位投影 面积内发出的辐射能通量。定向发射强度。
1-1-7)
1-1-7)
Le dI e /(dS cos ) d2 e /(d dS cos )
7 (光)谱辐射能通量 定义:特定波长的辐射通量
e( ) d e/d ( 1-1-9 )
单位: W/ m,W / nm
总通量: e 0 e( )d ( 1-1-10 ) 光谱辐射,光谱发射(出射度)类似 P18 对于线光谱或带光谱辐射源:
e( )
e( )
三、光度的基本物理量 光源:电磁波谱中可见波段的辐射源 1 光谱光视效率(视见函数) CIE , “标准光度观察者” 明视觉 V( ): 3cd /m2 ,锥体细胞 暗视觉 V( ): 3cd /m2 ,杆状细胞 光视效率表 P19 2 光度的基本物理量 e,M e,Ie,Le,Ee V,M V,IV ,LV,EV
780
V Km 380 e( ) V( )d ( 1-1-12 )
Km 680lm /W —光功当量 基本发光单位:坎德拉cd (Candela),流明(Im),勒克斯(lx) 作业: P57
第 2 、 3 、 5 题。
四、热辐射的基本物理量 热辐射的基本概念,热平衡辐射
1 辐射本领 辐射体表面单位波长间隔、单位面积内的辐射通量。
单位Wg m-m2
M ( ,T) d e /d /dA ( 1-1-14 ) 2 吸收率
定义:吸收体对特定单位波长间隔内吸收通量与入射通 量之比。
( ,T) d e( )/d e( ) ( 1-1-15 )
3 绝对黑体 温度辐射 M,b( ,T) M ( ,T)/ ( ,T) (1-1-16 )
4 发射率
( ,T) M ( ,T)/M,b( ,T) (1-1-17 )
比较上两式—强辐射必然强吸收
1. 2 辐射度学与光度学中的基本定律(第 3-4 讲)
热辐射源:黑体辐射源,线状、带状辐射源
一、 基尔霍夫( Kirchhoff )定律— P21
要点:辐射本领,热平衡,波长及温度的普适函数,同温度 黑体
( , , ,T) ( , , ,T) 非黑体的发射率和吸收率:
( 1-2-1 )
方向光谱发射率和方向光谱吸收率; 半球光谱发射率和半球光谱吸收率; 方向总发射率和方向总吸收率; 半球总发射率和半球总吸收率; 注意:其它发射率和吸收率相等满足的条件。 P24
二、朗伯( J. H. Lambert )余弦定律 漫射体(表面) P24
I I N cos
( 1-2-18 )
L LN
( 1-2-19 )
三、距离平方反比定律
点光源的空间发射特性
E /R2
试证明之(注意适用范围)
( 1-2-23 )
四、普朗克( Planck )定律 经典物理学的局限性,辐射与波长关系 P30 (1-2-37 ) ( 1-2-39 ) 光能量密度公式:
五、斯蒂芬 - 玻耳兹曼( Stefan-Boltzmann )定律 P32 黑体辐射的 辐射度 与波长无关,仅与热力学温度的 4 次方呈 正比。
m = t4 (1-2-46 )
式中:=5.673 10-12W/(cm2 K4)称为斯蒂芬-玻耳兹曼常数
六、维恩位移定律 P34 光谱辐射度的峰值波长与热力学温度成反比。
m T 2898 m K ( 1-2-47 )
作业: P57 第 7 、 8 题 1.3 辐射能的传输基础
重点:掌握相关术语(物理量) ,了解光能量(信息) 传输的基本特性。
一、辐射能传输的几何光学基础
1 、亮度传输过程中的不变性
基本亮度: L/n2
2、辐射能传输 p36 光学范围: G
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