光电技术总复习

《光电技术总复习》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、总复习第一章光辐射的基础知识1.1电磁波谱与光辐射1.电磁波谱按照频率或波长的顺序把这些电磁波排列成图表，称为电磁波谱，波长范围10-10-1014mm波段。2.光辐射光辐射分成：紫外辐射、可见光和红外辐射，其波长在10-2~103mm（10nm~1mm）范围内。可见光：是波长在390~770nm范围的光辐射。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。紫外辐射：波长范围是1~390nm。红外辐射：波长在0.77~1000mm。1.2辐射度学与光度学对于光辐射的探测和计

2、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。表1常用辐度量和光度量之间的对应关系辐射度物理量对应的光度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辐射通量辐射出射度辐射强度辐射亮度辐射照度Q

3、eFeMeIeLeEeFe＝dQe/dtMe=dFedSIe=dFe/dWLe=dIe/(dScosq)Ee=dFe/dAJWW/m2W/srW/m2·srW/m2光量光通量光出射度发光强度(光)亮度(光)照度QvFvMvIvLvEvQv=òFvdtFv=òIvdWMv=dFv/dS基本量Lv=dIv/(dScosq)Ev=dFv/dAlm·slmlm/m2cdcd/m2lx26⑺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，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

4、射度量与辐射度量之间均满足(1.2-10)光视效能：Km=683lm/W(1.2-11)光视效率：(1.2-12)1.3热辐射基本定律1.单色吸收比和单色反射比。(1.3-1)若物体在任何温度下，对任何波长的辐射能的吸收比都等于1，即，则称该物体为绝对黑体（简称黑体）。2.基尔霍夫辐射定律在同样的温度下，各种不同物体对相同波长的单色辐射出射度与单色吸收比之比值都相等，并等于该温度下黑体对同一波长的单色辐射出射度。即(1.3-2)式中为黑体的单色辐射出射度。3.普朗克公式黑体处于温度T时，在波长l处的单

5、色辐射出射度由普朗克公式给出(1.3-3)式中h为普朗克常数，c为真空中的光速，kB为波尔兹曼常数。264.瑞利-琼斯公式当很大时，，可得到适合于长波长区的瑞利-琼斯公式(1.3-5)在时，瑞利-琼斯公式与普朗克公式的误差小于1%。5.维恩公式当很小时，，可得到适合于短波长区的维恩公式(1.3-6)在区域内，维恩公式与普朗克公式的误差小于1%。6.维恩位移定律单色辐射出射度最大值对应的波长(1.3-7)7.斯忒藩-玻尔兹曼定律(1.3-9)其中为斯忒藩-玻尔兹曼常数。斯忒藩-玻尔兹曼定律表明黑体的辐射

6、出射度只与黑体的温度有关，而与黑体的其他性质无关。第二章光辐射的传播2.1光辐射的电磁理论1.光辐射的波动方程(2.1-1)2.光辐射场的亥姆霍兹方程对于各向同性的无吸收介质，，利用矢量恒等式，亥姆霍兹方程可改写为263.均匀介质中的平面波和球面波平面波解的一般形式为(2.1-6)球面波解的一般形式为(2.1-7)式中为波矢量，j0为初相。2.2光波在大气中的传播1.大气衰减大气衰减的朗伯定律(2.2-2)b为大气衰减系数（1/km）。⑴大气分子的吸收分子的吸收特性强烈的依赖于光波的频率。“大气窗口”

7、：对某些特定的波长，大气呈现出极为强烈的吸收。光波几乎无法通过。根据大气的这种选择吸收特性，一般把近红外区分成八个区段，将透过率较高的波段称为“大气窗口”。⑵大气分子散射在可见光和近红外波段，辐射波长总是远大于分子的线度，这一条件下的散射为瑞利散射。瑞利散射光的强度与波长的四次方成反比。瑞利散射系数的经验公式为(2.2-5)式中，sm为瑞利散射系数为瑞利散射系数（cm-l）；N为单位体积中的分子数（cm-1）；A为分子的散射截面（cm2）；l为光波长（cm）。262.3光波在电光晶体中的传播对于一些晶

8、体材料，当上施加电场之后，将引起束缚电荷的重新分布，并可能导致离子晶格的微小形变，其结果将引起介电系数的变化，最终导致晶体折射率的变化，所以折射率成为外加电场E的函数，即(2.3-1)式中第一项称为线性电光效应或泡克耳（Pockels）效应；第二项，称为二次电光效应或克尔（Kerr）效应。1．电致折射率变化电光效应的分析可用几何图形——折射率椭球体的方法。(2.3-2)当晶体施加电场后，其折射率椭球就发生“变形”，椭球方程变为(2.3-3)由于外电场，折