《光辐射与发光源》PPT课件

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1、第一章光辐射与发光源光电子技术任何光电系统都离不开光辐射源，所以光辐射原理是光电子技术的基本研究内容之一。本章主要介绍光辐射的基本概念和原理典型的光辐射源光子的基本概念光是以电磁波方式辐射的物质,具有波粒二象性麦克斯韦电磁场理论：若在空间某区域有变化的电场（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。电磁波波谱范围很广，从无线电波到光波，从X射线到γ射线都属于电磁波的范畴只是波长不同而已。波段（nm）名称用途10-5~30γ射线金属探伤、研究核结构10-4~100X射线医用、探伤、分析晶体

2、结构100~380紫外线医用、照相制版380~780可见光780~106红外线雷达、光纤通信、导航106~109微波电视、雷达、无线电导航109~1010米波（分米波厘米波）调频广播、电视、导航等1010~5×1010短波无线电广播、电报通讯5×1010~2×1011中短波电报通讯2×1011~3×1012中波无线电广播3×1012~3×1013长波越洋长距离通讯和导航电磁波波段划分及用途光辐射仅占电磁波谱的一小部分度量长度用长度物理量——米、厘米等度量时间用时间物理量——秒、分、时怎样对光辐射进行度量呢？§1-1辐射的基本概念光辐射的探测和计量有两套体系辐射度学量光度学量基本量辐射通

3、量(又称辐射功率)或者辐射能与辐射客体有关的量——客观量。基本单位是瓦特(W)或者焦耳(J)。辐射度学适用于整个电磁波段。基本量发光强度不是光通量视觉亮暗特性的光辐射计量——主观量基本单位是坎德拉(cd)光度学只适用于可见光波段。虽然辐射度学体系和光度学体系的物理量在物理概念上不同，但所用的物理符号一一对应。辐射度物理量用角标“e”表示(emission)光度物理量用角标“ν”表示（vision）下面学习这两套光辐射单位体系物理量。一、辐射度的基本物理量辐射能Qe——焦耳(J)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)能量辐射通量Φe（辐射功率）瓦特(W)焦耳

4、/秒(J／s)单位时间内发射、传播或接收的辐射能量辐射强度Ie——单位：瓦特·球面度-1(W·sr-1)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。一个置于各向同性、均匀介质中的点辐射体向所有方向发射的总辐射通量是Φe，则该点辐射体在各个方向的辐射强度Ie是常量，有辐射照度Ee——单位：W／m2受体的辐射照度Ee定义为照射在面元上的辐射通量dΦe与该面元的面积dA之比，即辐射出射度Me——单位是W／m2反映物体辐射能力的物理量。定义为扩展辐射源单位面积向半球空间发射的辐射通量。辐射出射度Me和辐射照度Ee区别辐射出射度Me和辐射照度Ee区别：Me描述面辐射源向外发射的辐射特性E

5、e描述辐射接收面所接收的辐射特性辐射亮度Le单位：瓦特/球面度·米2(w／sr·m2)定义：扩展源(面辐射源)表面一点处的面元在某一给定方向上单位立体角、单位投影面积内发出的辐射通量，如图l-2所示。式中θ是给定方向和辐射源面元法线间的夹角。辐射出射度Me和辐射亮度Le区别辐射出射度Me和辐射亮度Le区别：Me描述面源的辐射通量的表面密度。（单位面积向半球间发射的辐射功率）Le描述面源辐射强度的表面密度。面源在该方向上的单位投影面积（dAcosθ）向单位立体角内发射的辐射功率。光谱辐射量度量名称符号定义式单位名称单位符号单色辐射通量Φe,λdΦe/dλ瓦特／微米W／μm单色辐射出射度M

6、e,λdMe/dλ瓦特／米2·微米W／(m2·μm)单色辐射强度Ie,λdIe/dλ瓦特／球面度·微米W／(sr·μm)单色辐射亮度Le,λdLe/dλ瓦特／球面度·米2·微米w／(sr·m2·μm)单色辐射照度Ee,λdEe/dλ瓦特／米2·微米W／(m2·μm)二、光度的基本物理量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。（人眼的视觉细胞对不同频率的辐射有不同响应，辐射度单位不能正确反映人的亮暗感觉。）辐射度学的基本物理量Qe、Φe、Ie、Me、Le、Ee光频区光度基本物理量Qv、Φv、Iv、Mv、Lv、Ev定义完全一一对应，其关系如表l—2所示。表1-2辐射度量和光度量

7、之间的对应关系辐射度物理量光度量物理量物理量名称符号定义或定义式单位物理量名称符号定义或定义式单位辐射能QehνJ光量QvQv=∫Φvdtlm·s辐射通量ΦeΦe=dQe/dtW光通量ΦvΦv=∫IvdΩlm辐射出射度MeMe＝dΦe／dSW／m2光出射度MvMv＝dΦv／dSlm／m2辐射强度IeIe＝dΦe／dΩW／sr发光强度Iv基本量cd辐射亮度LeLe＝dIe／(dScosθ)W／(m2·sr)(光)亮度LvLv＝dIv／(dScos