最新电磁波谱与光辐射-赣南师范大学教学讲义ppt课件.ppt

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1、电磁波谱与光辐射-赣南师范大学教学目的：掌握电磁波的特性和辐射度学基本物理量的意义和单位，了解光度学基本知识和热辐射基本规律。重点：电磁波的特性和辐射强度的意义。难点：光度学基本知识。学时：3学时电磁波谱与光辐射2一、电磁波谱与光辐射1.电磁波的性质与电磁波谱光是电磁波。根据麦克斯韦电磁场理论，若在空间某区域有变化电场（或变化磁场），在邻近区域将产生变化的磁场（或变化电场），这种变化的电场和变化的磁场不断地交替产生，由近及远以有限的速度在空间传播，形成电磁波。32.光辐射以电磁波形式或粒子（光子）形式传播的能量，它们可以用光学元件反射、成像或色散

2、，这种能量及其传播过程称为光辐射。一般认为其波长在10nm~1mm，或频率在31016Hz~31011Hz范围内。一般按辐射波长及人眼的生理视觉效应将光辐射分成三部分：紫外辐射、可见光和红外辐射。一般在可见到紫外波段波长用nm、在红外波段波长用m表示。波数的单位习惯用cm-1。可见光：通常人们提到的“光”指的是可见光。可见光是波长在390~770nm范围的光辐射，也是人视觉能感受到“光亮”的电磁波。当可见光进入人眼时，人眼的主观感觉依波长从长到短表现为红色、橙色、黄色、绿色、青色、蓝色和紫色。7紫外辐射：紫外辐射比紫光的波长更短，人眼看不见

3、，波长范围是1~390nm。细分为近紫外、远紫外和极远紫外。由于极远紫外在空气中几乎会被完全吸收，只能在真空中传播，所以又称为真空紫外辐射。在进行太阳紫外辐射的研究中，常将紫外辐射分为A波段、B波段和C波段。红外辐射：波长在0.77~1000m的是红外辐射。通常分为近红外、中红外和远红外三部分。8二、辐射度学与光度学基本知识为了对光辐射进行定量描述，需要引入计量光辐射的物理量。而对于光辐射的探测和计量，存在着辐射度单位和光度单位两套不同的体系。在辐射度单位体系中，辐通量（又称为辐射功率）或者辐射能是基本量，是只与辐射客体有关的量。其基本单位是瓦

4、特（W）或者焦耳（J）。辐射度学适用于整个电磁波段。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，被选作基本量的不是光通量而是发光强度，其基本单位是坎德拉。光度学只适用于可见光波段。9以上两类单位体系中的物理量在物理概念上是不同的，但所用的物理符号一一对应的。为了区别起见，在对应的物理量符号标角标“e”表示辐射度物理量，角标“v”表示光度物理量。下面重点介绍辐射度单位体系中的物理量。光度单位体系中的物理量可对比理解。1.辐射量⑴辐射能：辐射能是以辐射形式发射或传输的电磁波（主要指紫外、可见光和红外辐射）能量。辐射能一般用符号Qe表示，其单位

5、是焦耳（J）。⑵辐射通量：辐射通量e又称为辐射功率，定义为单位时间内流过的辐射能量，即(1.2-1)单位：瓦特（W）或焦耳秒（Js）。10⑶辐射出射度：辐射出射度Me是用来反映物体辐射能力的物理量。定义为辐射体单位面积向半空间发射的辐射通量，即(1.2-2)单位：W/m2。⑷辐射强度。辐射强度定义为：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Ie表示，即(1.2-3)单位：瓦特球面度-1（Wsr-1）。11⑸辐射亮度：辐射亮度定义为面辐射源在某一给定方向上的辐射通量。如图2所示。(1.2-5)式中是给定方向和辐射源面元法线

6、间的夹角。单位：瓦特/球面度米2（W/srm2）。SddSd图2辐射亮度示意图12一般辐射体的辐射强度与空间方向有关。但是有些辐射体的辐射强度在空间方向上的分布满足(1.2-6)式中Ie0是面元dS沿其法线方向的辐射强度。符合上式规律的辐射体称为余弦辐射体或朗伯体。(1.2-6)式代入(1.2-5)式得到余弦辐射体的辐射亮度为(1.2-7)可见余弦辐射体的辐射亮度是均匀的，与方向角无关。余弦辐射体的辐射出射度为(1.2-8)13⑹辐射照度：在辐射接收面上的辐照度定义为照射在面元dA上的辐射通量与该面元的面积之比。即(1.2-9)单位：

7、（W/m2）。⑺单色辐射度量：对于单色光辐射，同样可以采用上述物理量表示，只不过均定义为单位波长间隔内对应的辐射度量，并且对所有辐射量X来说单色辐射度量与辐射度量之间均满足(1.2-10)142.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，故用辐射度单位描述的光辐射不能正确反应人的亮暗感觉。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，在光频区域光度学的物理量可以用与辐度学的基本物理量对应的来表示，其定义完全一一对应，其关系如表1所示。与辐射度量体系不同，在光度单位体系中，被选作基本单位的不是光量或光通量，而是发光强度，其单位是坎德

8、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。15表1：常用辐度量和光度量之间的对应关系辐射度物理量