第一章 光辐射与发光源ppt课件.ppt

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1、第一章光辐射与光源光电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度量方法与度量参数，辐射度参数与光度参数的关系热辐射的基本定律光源的基本特征与光源的选择，常用光源什么是光辐射呢？电磁波　谱频率范围102～1025Hz光辐射　波长区域　　　nm～μm，即10-9～10-3m可见光　波长范围0.38～0.78μm光电器件的光谱响应范围　Ｘ射线到毫米波红外紫外可见光10156182191210101010101010324f/Hz图1-1电磁辐射光谱的分布X射线Γ射线近红外远红外电磁波度量长度用长度物理量——

2、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光辐射的度量§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：客观的，适用于整个电磁辐射区光度学量：主观的，适用于可见光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)辐射能是以电磁波的形式发射，传输，或者接收的能量辐射通量Φe（辐射功率）瓦特(W)焦耳/秒(J／s)单位时

3、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。在所有方向辐射强度都相同的点辐射源，Ie是常量，则在空间所有方向上发射的辐射通量为４.　辐射出射度Me——单位是W／m2反映物体辐射能力的物理量。定义为扩展辐射源表面某点单位面积向半球空间发射的辐射通量。５.　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，是与光源有

4、关的辐射度参数Ee描述辐射接收面所接收的辐射特性，是与接受器有关的辐射度参数辐射亮度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。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Me,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

5、·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·

6、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／(dScosθ)cd／m2辐射照度EeEe＝dΦe／dAW／m2(光)照度EvEv＝dΦv／dAlx光学系统CCD2三辐射度参数与光度参数的关系辐射度参数与光度参数是从不同角度对光辐射进行度量的参数，这些参数在一定光谱范围内（可见光谱区）经常相互使用，它们之间存在着一定的转

7、换关系；有些光电传感器件采用光度参数标定其特性参数，而另一些器件采用辐射度参数标定其特性参数，因此讨论它们之间的转换是很重要的。本节将重点讨论它们的转换关系，掌握了这些转换关系，就可以对用不同度量参数标定的光电器件灵敏度等特性参数进行比较。人眼的视觉灵敏度用各种单色辐射分别刺激正常人（标准观察者）眼的锥状细胞，当刺激程度相同时，发现波长=0.555μm处的光谱辐射亮度Le,λm小于其它波长的光谱辐亮度Le,λ。把波长=0.555μm的光谱辐射亮度Le,λm被其它波长的光谱辐亮度Le,λ除得的商，定义为正常人眼的明视觉光谱光视效率V（λ），即（1-54）图1-5

8、为人眼的明视觉光谱光视效率V（λ）和暗