辐射度学与光度学.pdf

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1、第一章光电检测基础1.1辐射度学与光度学本专题学习要求：1.了解辐射度学和光度学的基本参量2.掌握各辐射度参量，以及各光度学参量之间的关系辐射度学辐射度学（Radiometry），它的产生是为了对光辐射场和通过光学系统的能量流进行定量描述，它是用能量单位描述光辐射能的客观物理量，适用于整个电磁波段。辐射度的相关物理量量的名称符号定义式单位单位符号辐射能Q焦耳Je辐射能密度33dQe/dV焦耳/米J/me辐射通量,PdQe/dt瓦We22辐射出射度Md/dA瓦/mW/mee辐射强度Id/d瓦/球面度W/sree22辐射亮度LdI/dAcos瓦/米*球

2、面度W/m*sree22辐照度Ed/dA瓦/米W/mee辐射度学的特点1.辐射度学应用辐射度单位体系中，辐通量（又称辐射功率）或者辐射能是基本量，是只与辐射体有关的量，其基本单位是瓦特（W）或者焦耳（J）。2.辐射度学适用于整个电磁波段。Q辐射能e辐射场含有的总能量或者说以辐射形式发射、传播到接收器的总能量称为辐(射)能(Radiantenergy)，用符号Qe表示，其计单位为焦耳(J)辐射能密度we单位体积内的辐射能称为辐射能密度。它表征辐射能量的空间特性，可以用它的体密度来表示，其定义式为：wdQ/dVee式中dQe为单位体元dV的辐射场的辐射能，辐射

3、能密度单位是焦耳/米3（J/m3）。辐射通量e辐射通量(Radiantflux)，又称辐射功率是指在单位时间内，以辐射形式发射、传播或接收的辐射能，即辐射能的时间变化率，其表示式为：dQ/dtee式中，dQ是在dt时间内转移的能量。辐射通量的e单位为瓦（1W=1J/s）。辐射强度Ie从一个点光源发出的，在单位时间内，单位立体角（锥面所围成的空间区域称为立体角。它的数学定义为以球心为顶点的锥面在球的表面切割出的面积与球半径的平方比值。由此可得，一个锥体的顶端在球心，底在球面上，底面积等于球半径的平方，这锥体所包的立体角就称为单位立体角）所辐射出的能量称为辐

4、射强度（Radiantintensity），其表达式为：Id/dee式中dΦ为辐射源在dω立体角（Solidangle）所辐射e出来的辐射功率。辐射强度的单位是瓦(特)每球面度（W/sr）。立体角：数学定义平面角度大小的定义（弧长除以半径）推广到三维空间中，定义“立体角”为：球面面积与半径平方的比值整个圆周对应的圆心角?闭合球面的立体角?立体角：数学定义投影Aprojectionisthetransformationofpointsandlinesinoneplaneontoanotherplanebyconnectingcorrespondingpoi

5、ntsonthetwoplaneswithparallellines.投影投影：平面投影到球面投影ThesolidangleWsubtendedbyasurfaceSisdefinedasthesurfaceareaWofaunitspherecoveredbythesurface'sprojectionontothesphere.P立体角SolidAngleSolidangleisdefinedbytheprojectedareaofasurfacepatchontoaunitsphereofapoint.2dArdrsindrsinddd

6、A222TotalArearsindd4r00dAdwsindd2r20辐射亮度辐射出射度Me辐射体在单位面积内所辐射的通量或功率称为辐射出射度（Radiantexitance）或称为辐射发射度，计量单位是瓦/米2（W/m2），其表达式为：Md/dAee式中dΦ为辐射源在各方向上（通常为半空间立体e角）所发出的总的辐射通量。引入辐射出射度概念，是为了描述面辐射源表面上各微面源所发出的辐射通量差异。辐照度Ee将照射到物体表面某一点处面元的辐通量dΦe,除以该面元的面积dA的商，称为辐照度(Radiantirradianc

7、e)，其表达式为：Ed/dAee辐照度的单位为瓦/米2（W/m2）。请注意，辐射出射度与辐照度的表达式和单位完全相同，其区别在于辐射出射度描述的是面辐射源的向外发射的辐射特性，而后者描述的是辐射接收面所接收的辐射特性。辐射亮度Le辐射亮度(Radiance)L是单位投影面积、单位e立体角上的辐出度。即在与辐射表面dA的法线成θ角的方向上，辐射亮度等于该方向上的辐射强度dI与辐射表面在该方向垂直表面上的投影面积之e比，其表达式为：2dIdeeLedAcosddAcos式中dA为光源的表面元；θ为光源表面的法线与给定方向的夹角。光谱辐射分布任何辐射

8、源发射的辐射能或辐通量均有一定的光谱分