光的本质-复旦大学课件.ppt

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1、1.光1.1光的本质1.2光的产生和传播1.3人眼的光谱灵敏度1.4光度学及其参数2.视觉2.1作为光学系统的人眼2.2视觉的特征与功能3.颜色3.1颜色性质3.2国际照明委员会色度学系统3.3色度学及其参数第一讲光视觉颜色1.1光的本质波粒二重性。光的波动性，是指光是一种电磁波。光是电磁波辐射的一部分，而可见光仅指380nm---780nm。如下图1-1第一讲光视觉颜色第一讲光视觉颜色光的微粒性就是指光束是微粒流，这些微粒就是光子。光子的运动速度就是光速。不同波长的光，具有不同的能量，即由不同能量

2、的光子组成。光子具有的能量E正比于光的频率:E=hv（1-1）第一讲光视觉颜色光子所具有的能量hv是频率为v的光所具有的能量的最小单位，不能再分割了，故光子又称光量子。在光和其他物质相互作用时，能量的交换是按的形式一份一份地进行的，即能量是不连续的。1.2光的产生和传播一、光的产生光按两种方式产生，即温度辐射和发光。温度辐射又称热辐射。在某一温度下，作为最大温度辐射的物体，称为黑体，这种辐射即是黑体辐射。黑体辐射的能量分布曲线E（）可由普朗克公式描述为：第一讲光视觉颜色式中，为波长（m）；h为普朗克

3、常数（J/s）；c是真空中光速（m/s）；k为波耳兹曼常数（J/k）；T是绝对温度（k）（1-2）第一讲光视觉颜色图1-2不同温度黑体辐射能量分布第一讲光视觉颜色图1-3黑体（点虚线）及钨丝发热体（短虚线）在3000k时的光谱发光——就是其他任何种类能量变换成光能的过程。按激发方式不同可分为如下几类：生物发光：萤火虫、发光细菌等的生物发光。化学反应：由化学反应直接引起的发光，如黄磷自然发光。光致发光：由光、紫外光等激发而引起的发光，如荧光灯。阴板射线发光：由电子束激发荧光物质发光，如CRT。燃烧发光

4、：碱金属和碱土金属及其盐类在火中发出特有的光，又称焰色反应，如钠离子的黄光。电致发光：气体或伴随气体放电而发光，如霓虹灯。加电场于硫化锌等粉末产生发光，如场致发光板。Ⅲ-Ⅴ族半导体P-N结注入载流子即LED。小分子或聚合物有机物半导体P-N结发光即OLED。激发是一个能量转移过程，发射光的波长决定于能量差第一讲光视觉颜色（1-3）二、光的传播光在真空中以3×108m/s的速度沿直线传播。第一讲光视觉颜色当通过某种媒质时，例如玻璃，其传播速度就会减少。光在真空中的速度和在媒质中的速度的比值就称为该媒质

5、的折射率。（1）光的反射1）镜面反射又称规则反射，在光滑的界面上产生的反射。入射光、反射光、法线都在同一平面上，入射角等于反射角。2）散反射当光线入射到经散射处理的铝板或毛面白漆涂层时，反射光向各个不同方向散开，但总的方向是一致的。如图1-43）漫反射光线从某一个方面入射到粗糙表面时，被分散到许多方向，附合朗伯余弦定律,如图1-54）混合反射当光线入射到瓷釉或高光泽漆层上，规则反射和漫反射兼有，称其为混合反射。第一讲光视觉颜色图1-4散反射图1-5漫反射（2）光的折射1)折射如果入射光线处在折射率为

6、n1的媒质中，且和法线的夹角是，折射光线处在折射率为n2的媒质中，且和法线的夹角是，则斯涅尔（snall）定律为第一讲光视觉颜色（1-4）2）全反射当光线从高折射率媒质进入到低折射率媒质，例如从玻璃到空气时，只有当入射角小于临界角时，才会有折射线（见图1-6），其临界角即相应于上式中。例如，对折射率为1.5的玻璃，其临界角为，如果光的入射角大于临界角，那就没有折射光线，入射光线全被反射了。第一讲光视觉颜色图1-6全反射（3）光的透射1）规则透射当光照到透明材料上时，透射光符合斯涅尔定律。对平行材料方

7、向相同，略有偏移，对非平行线材料如棱镜，则因折射改变方向。2）散透射光线穿过透射材料如磨砂玻璃时，在透射方向上的发光强度较大，而其他方向较小，亦称定向扩散透射。如图1-7。3）漫透射光线照到散射性好的透射材料上时，如乳白玻璃等，透射光服从朗伯定律，发光强度按余弦分布，如图1-8。4）混合透射光线照到透射材料上，其透射特性介于规则透射与漫透射（或散透射）之间的情况，称混合透射。第一讲光视觉颜色第一讲光视觉颜色图1-7散透射图1-8漫透射（4）光的吸收吸收是由于光能转换成能量的其他形态时引起的。如果媒质

8、是均匀的，则一定波长的平行光束穿过时，光强的损失按指数衰减：第一讲光视觉颜色（1-5）式中，I0为光束的初始光强；I为光束在媒质中通过x距离后的光强，a为和波长有关的材料吸收率。1.3人眼的光谱灵敏度人眼在可见光范围内的视觉灵敏度是不相同的，如图1-9，另外，它还随环境亮度的改变而变化。图中右面曲线是明视觉（B≥10cd/m2）条件下的灵敏度曲线，左面曲线是暗视觉（B≤10-3cd/m2）条件下的灵敏度曲线，相对视见度数值可查相应的表。第一讲光视觉颜色第一讲光视觉颜色