第一章辐射度与光度学基础09ppt 第一章 辐射度与光度学基础ppt课件.ppt

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1、第一章辐射度和光度学基础§1－1辐射度量与光度学量§1－2辐射度学与光度学中的基本定律§1－3辐射能的传输基础§1－1辐射度量与光度学量－引言辐射度学（radiometry）或称辐射测量，是测量电磁波所传递的能量（电磁辐射能）或测量与这一能量特征有关的其它物理量的科学技术。人类生活在电磁辐射的环境中，被天然的或人工的电磁辐射所包围，因此，在测量和控制这种辐射能方面会有很多要求。在整个电磁频谱范围内，不同的频谱段，应采用不同的辐射能测量方法。辐射度学量表示辐射能的大小，基本量是辐射功率或辐射通量，单位是瓦特（W）。辐射度学适用于整个电磁波谱，主要用于X光、紫外光、红外光以及其他非可见的电磁辐

2、射。所涉及的论题非常广泛，包括辐射能的基本概念、辐射能的传输、变换以及仪器的辐射度学校准或标定。光度学适用于波长在0.38μm~0.78μm范围内的电磁辐射－可见光波段，它使用的参量称为光度学（photometry）量。以人的视觉习惯为基础建立。辐射度学量是用能量单位描述光辐射能的客观物理量。光度学量描述光辐射能为人眼接受所引起的视觉刺激大小的强度，是生理量。光度学量的基本量是光通量，单位是流明（lm）。§1－1辐射度量与光度学量辐射度学的基本概念辐射能传播的直线性:即辐射能在传播过程中，其空间分布不会偏离开一条由几何射线所确定的路线。描述这种传播特性的科学技术叫几何光学或光线光学。大部分

3、辐射度学的概念建立在这种几何光学的基础上。实际上，几何光学没有考虑作为波动现象的衍射效应,衍射角为:辐射的非相干性:即辐射能是不相干的，因而不必考虑干涉效应。干涉也是一种波动现象，电磁辐射能束的时间相干长度，即沿辐射能束传播方向的相干距离，近似为：辐射能的量子性:即辐射能的每个光子或量子具有能量辐射度的基本物理量1.辐射能Qe辐射能定义为一种以电磁波的形式发射、传播或接收的能量，单位是焦耳[J]。2.辐射通量Фe辐射通量又称辐射功率Pe，是辐射能的时间变化率，单位为瓦[W]，即单位时间内通过某一定面积的发射、传播或接收的辐射能，Фe=dQe/dt[J/s，焦耳每秒]。3.辐射强度Ie点辐射

4、源在给定方向上单位立体角内的辐射通量，单位为[W／sr，瓦每球面度]，Ie=dФe/dΩ。在所有方向上辐射强度都相同的点辐射源在有限立体角内发射的辐射通量为在空间所有方向()上发射的辐射能通量为实际上,一般辐射源多为各向异性的辐射源Ie=Ie(φ,θ)，这样，点辐射源在整个空间发射的辐射通量为辐射度的基本物理量4.辐射照度Ee为了评定辐射体对装置的作用，要引入辐射照度的概念，它表示为投射在单位面积上的辐射通量，即Ee=dΦe/dA，单位为[w/m2，瓦每平方米]，dA为被投射的表面的面积元。5.辐射出射度Me辐射出射度为扩展辐射源单位面积所辐射的通量，也称为辐射发射度（辐射本领），即Me=

5、dΦ/dS。是扩展源表面在各方向上（通常为半空间立体角）所发出的总的辐射通量，单位为[W/m2，瓦每平方米]。注意Ee和Me的差别6.辐射亮度Le辐射亮度定义为扩展源表面一点处的面元在给定方向上单位立体角、单位投影面积内发出的辐射通量，即辐射表面定向发射的辐射强度，它决定于单位面积的辐射表面所发射的通量的空间分布。在与辐射表面dS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dIe与辐射表面在该方向垂直面上的投影面积之比Le的数值与扩展辐射源表面的性质有关，并且随方向而变。因此，辐射源辐射亮度的一般表达式为7.光谱辐射通量光谱辐射通量又称为辐射通量的光谱密度。为了表征辐射，不仅要知道

6、辐射的总通量和强度，还应知道其光谱组份。辐射源所辐射的能量往往由许多不同波长的单色辐射所组成，为了研究各种不同波长的辐射通量，需要对某一波长的单色光的辐射能量做出相应的定义。光谱辐射通量是单位波长间隔内的辐射度量。光谱辐射通量Φe(λ)：辐射源发出的光在波长处的单位波长间隔内的辐射通量。辐射通量与波长的关系如图。其式为若按光谱积分该函数，则可求得总的辐射通量值：辐射度的基本物理量前面介绍的几个重要的辐射量，都有与光谱辐射通量有相对应的关系，如光谱辐照度Ee(λ)=dEe/dλ、光谱辐射出射度Me(λ)=dMe/dλ等，其总辐射度量的积分形式也类似，我们将其列于表1－1中。对于波长不连续的辐

7、射源，具有线光谱或带光谱特征，其总辐射通量为辐射度的基本物理量光度的基本物理量由于照明的效果最终是以人眼来评定的，因此照明光源的特性只用辐射能参数来描述是不够的，必须用基于人眼视觉的光学参数－光度学量来描述光谱光视效率：国际照明委员会（CIE）根据对许多人的大量观察结果，确定了人眼对各种波长光的平均相对灵敏度，称之为“标准光度观察者”光谱光视效率，或称之为视见函数。如图所示：图中实线是亮度大于3cd/m2时的明视觉光谱光