光辐射基础和光源

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1、第一章光辐射基础和光源光电信号检测0.0011200300380760nm1μm7μm1mm1cm1m1km可见光近红外中红外（毫米波）远红外微波近紫外远紫外真空紫外γ射线射线X无线电波长波序言光辐射狭义：可见光广义：可见光、红外辐射、X射线、紫外辐射……9/16/20212光源——发出光辐射的物体自然光源——被动光电探测系统人造光源——主动光电探测系统9/16/20213光的基本性质光具有波粒二象性波动性：解释干涉、衍射、偏振等——物理光学、应用光学粒子性：解释光电效应、光与介质的相互作用、吸收、散射等

2、——本课的基础9/16/20214两种定量描述方式辐射度学量：用能量单位描述光辐射能的客观物理量（物理的），用下脚标“e”表示。光度学量：描述光辐射能被平均人眼接受后所引起的视觉刺激的强度，（生理的），用下脚标“v”表示。光度学量是以人眼对光辐射刺激所产生的视觉为基础，受到了主观视觉的限制，不是客观的物理学描述方法。辐射度学量和光度学量是一一对应的，它们之间有着一定的关系。§1－1辐射的基本概念9/16/20215一、辐射度学的基本物理量1．辐射能Qe:辐射能是一种以电磁波的形式发射、传播或接收的能量，单

3、位为J(焦耳)。当辐射能被物质吸收时，可以转换成其它形式的能量，如热能、电能等。2．辐射通量Φe:又称辐射功率，是辐射能的时间变化率，是单位时间内发射、传播或接收的辐射能，Φe＝dQe／dt，单位为W(瓦)。9/16/202163．辐射强度Ie：点辐射源在给定方向单位立体角内的辐射通量，单位为W/sr（瓦每球面度），Ie＝dΦe／dΩ。4．辐射照度Ee：投射在单位面积上的辐射通量，即Ee＝dΦe／dA，单位为W／m2(瓦每平方米)。dA是投射辐射通量dΦe的面积元。9/16/202175．辐射出射度Me：

4、扩展辐射源单位面积所辐射的通量，即dΦe／dS，dΦe由是扩展源表面dS在各方向上所发出的辐射通量，单位为W／m2(瓦每平方米)。Ee和Me的单位相同，其区别在于：Ee是描述辐射接收面所接收的辐射特性，而Me则为描述扩展辐射源向外发射的辐射特性。9/16/202186．辐射亮度Le：扩展源表面一点处的面元在给定方向上单位立体角、单位投影面积内发出的辐射通量。单位为W／sr·m2（瓦每球面度平方米）Le：随方向变化而变化9/16/20219辐射源所辐射的能量往往由许多不同波长的单色辐射所组成。为了研究各种波

5、长的辐射通量，需要对某一波长的单色光的辐射能量作出相应的定义。7．光谱辐射通量Φe（λ）：辐射源发出的光在波长λ处的单位波长间隔内的辐射通量。也叫辐射通量的光谱密度。即光谱辐射通量是辐射通量随波长的变化率。单位为W／μm(瓦每微米)，或W／nm(瓦每纳米)。9/16/202110二、光度的基本物理量1．光谱光视效率：人的视神经对各种不同波长光的感光灵敏度是不一样的；对绿光最灵敏，对红、蓝光灵敏度较低；另外，受视觉生理和心理影响，不同的人对各种波长光的感光灵敏度也有差异。视见函数（“标准光度观察者”光谱光视

6、效率）：国际照明委员会（CIE）根据对许多人的大量观察结果，确定了人眼对各种波长光的平均相对灵敏度。9/16/202111明视觉光谱光视效率：亮度>3cd/m2，V(λ)，峰值在555nm，锥体细胞暗视觉光谱光视效率：亮度<0.001cd/m2，V′(λ)，峰值在507nm，杆状细胞0507555700620380V(λ)V'(λ)波长（nm）光谱光视效率0.20.40.60.81.09/16/2021122、光度的基本物理量光度学量是以人眼对光辐射刺激所产生的视觉为基础，受到了主观视觉的限制，不是客观的

7、物理学描述方法；只在可见光波段有意义；用下脚标“v”表示，辐射度学量和光度学量是一一对应的。9/16/202113辐射度量和光度量的对照表辐射度量符号单位光度量符号单位辐射能QeJ光能QVlm·s辐射通量ΦeW光通量ΦVlm辐射照度EeW·m-2光照度EVlx=lm·m-2辐射出度MeW·m-2光出射度MVlx辐射强度IeW·sr-1发光强度IVcd=lm·sr-1辐射亮度LeW·m-2sr-1光亮度LVcd·m-29/16/202114坎德拉（candela，cd）：发光强度（IV）的单位，国际单位制中

8、七个基本单位之一。定义是发出频率为540×1012Hz(对应在空气中555nm)的单色辐射，在给定方向上的辐射强度为1/683Wsr-1时，在该方向上的发光强度为1cd。流明（lm）：光通量（ΦV）的单位，定义是发光强度为1cd的均匀点光源在单位立体角（1sr）内发出的光通量。勒克斯（lx）：光照度（EV）的单位，它相当于1lm的光通量均匀地照在1m2面积上所产生的光照度。光度量的主要单位9/16/202115Φe与Φv的函数