光电材料与器件第3章ppt课件.ppt

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1、第三章辐射源与典型景物辐射一、辐射度量及光度量光辐射度量在历史上形成了辐射度学和光度学两套度量系统辐射度学建立在物理测量基础上的辐射能客观度量，不受人眼主观视觉的限制适用于整个光辐射范围(红外辐射、紫外辐射等必须采用辐射度学)光度学建立在人眼对光辐射的主观感觉基础上，是一种心理物理法的测量只适用于电磁波谱中很窄的可见光区域1.辐射度量电磁波形式传播的能量称为辐射能辐射功率以及派生的几个辐射度学中的物理量属于基本辐射量1）基本辐射量辐射度学最基本的物理量是辐射功率，其余辐射量可由其加上适当限制派生出来(1)辐射功率P（辐射通量Φ）辐射功率P是单位时间

2、发射(传输或接收)的辐射能(单位为W)(2)辐射出射度M辐射源单位表面积向半球空间（2π球面度）发射的辐射功率(单位：瓦/米2，W/m2)辐射出射度对源发射表面的积分给出源发射的总辐射功率P(3)辐射强度I描述点源辐射功率在空间不同方向上的分布特性（瓦/球面度，W/sr）(4)辐亮度L扩展源（瓦/米2·球面度-1，W/m2·sr-1）(5)辐照度E表示物体表面接收辐射功率的物理量（瓦/米2，W/m2）表3-1基本辐射量的名称、符号、意义和单位名称符号意义定义式单位(SI)辐射能Q以电磁波的形式发射、传递或接收的能量J辐射能密度W辐射场单位体积中的辐

3、射能J·m-3辐射功率P单位时间内发射、传输或接收的辐射能W(J·s-1)辐射出射度M源单位表面积向半球空间发射的辐射功率W·m-2辐射强度I点源向某方向单位立体角发射的辐射功率W·sr-1辐亮度L扩展源在某方向上单位投影面积和单位立体角内发射的辐射功率W·m-2·sr-1辐照度E入射到单位接收表面积上的辐射功率W·m-22）光谱辐射量和光子辐射量名称符号意义定义式单位(SI)光谱辐射功率在指定波长l处单位波长间隔的辐射功率W·mm-1光谱辐射出射度在指定波长l处单位波长间隔的辐射出射度W·m-2·mm-1光谱辐射强度在指定波长l处单位波长间隔的辐

4、射强度W·sr-1·mm-1光谱辐射亮度在指定波长l处单位波长间隔的辐射亮度W·m-2·sr-1·mm-1光谱辐射照度在指定波长l处单位波长间隔的辐射照度W·m-2·mm-1光子辐射出射度源单位表面积每秒向半球空间发射的光子数s-1·m-2光谱光子辐射出射度在指定波长l处单位波长间隔的光子辐射出射度m-2·s-1·mm-12光度量名称符号意义定义式单位(SI)光能可被人眼接收的辐射能lm·s光能密度单位体积中的光能lm·s·m-3光通量单位时间内传播或接收的光能lm光出射度光源单位面积向半球空间发射的光通量lm·m-2照度照射到表面一点处单位面积上

5、的光通量lx发光强度在给定方向上，单位立体角内的光通量cd[光]亮度表面一点处的面元，在给定方向上发光强度除以该面元在垂直于给定方向上的投影面积cd·m-2（nit）发光强度单位(坎德拉，cd)是光度学中的基本单位国际单位制中7个基本单位之一坎德拉定义为光源在给定方向上的发光强度，该光源发出频率为(555nm)的单色辐射，且在此方向上的辐射强度为1/683W/sr点光源在某一方向的发光强度为1cd时，在该方向单位立体角内传出的光通量就是光通量的单位，称为1流明(lm)。1lm的光通量均匀分布在1m2的面积所产生的照度称为1勒克司(1x)。辐射度量与

6、光度量之间的转换关系通过光谱光视效率（视见函数）完成二、朗伯辐射体及其辐射特性朗伯辐射体：辐亮度与方向无关，即辐射源各方向的辐亮度不变朗伯体单位表面积向空间规定方向单位立体角内发射(或反射)的辐射通量和该方向与表面法线方向的夹角的余弦成正比——朗伯余弦定律朗伯体辐射出射度与辐亮度的关系辐射到dA上的辐射通量在半球内发射的总通量为故，出射度为处在辐射场中的朗伯漫反射体反射表面单位面积发射的辐射通量入射到表面单位面积辐射通量反射率小结基本辐射量的定义及物理意义光谱辐射量、光子辐射量光度量Cd、lm、lx的定义辐射度量与光度量之间的关系朗伯辐射的特点、余

7、弦定理朗伯体辐出度与辐亮度的关系朗伯反射体朗伯发光体3典型条件下的辐射分析1）点源对微面元的照度点源在该方向的辐射强度为I，向立体角发射的通量为微面元的照度为点源对微面元的照度与点源的发光强度成正比，与距离平方成反比，并与面元对辐射方向的倾角有关α=0时2）点源向圆盘发射的辐射通量圆盘上dA面积接收的辐射通量对ρ和θ积分，得到圆盘接收的全部辐射通量当圆盘距点源足够远时圆盘可认为是微面元，圆盘上各点辐照度相等3）面辐射在微面元上的辐照度面辐射源对微面元dA，利用距离平方反比关系得到O点的辐照度dE为面辐射源A对O点的照度为若A为朗伯辐射源所有立体角在

8、平面的投影之和立体角投影定理4）朗伯辐射体产生的辐照度朗伯辐射体辐射体取圆环状面元（见3）节）取根据几何关系，有则圆盘扩展