光电传感器应用技术 教学课件 作者 王庆有 第1章 第1节.pptVIP

光电传感器应用技术 天津大学精仪学院 王庆有 2008年10月 第1章 光电技术基础 光电技术最基本的理论是光的波粒二象性。即光是以电磁波方式传播的粒子。 光的本质是物质，它具有粒子性，又称为光量子或光子。光子具有动量与能量，并分别表示为p与e，式中h为普朗克常数（6.626×10-34J·s）；v为光的振动频率(s-1)；c为光在真空中的传播速度（3×108m·s-1）。 光的量子性成功地解释了光与物质作用时引起的光电效应，而光电效应又充分证明了光的量子性。 图1-1为电磁波按波长的分布及各波长区域的定义（称为电磁波谱）。电磁波谱的频率范围很宽，涵盖了由宇宙射线到无线电波（102～1025Hz）的宽阔频域。光辐射仅仅是电磁波谱中的一小部分，它包括的波长区域从几纳米到几毫米，即10-9～10-3m的范围。在这个范围内，只有0.38～0.78μm的光才能引起人眼的视觉感，故称这部分光为可见光。 1.1 光辐射的度量 1.1.1 与光源有关的辐射度参数与光度参数 1. 辐（射）能和光能 以辐射形式发射、传播或接收的能量称为辐（射）能，用符号Qe表示，其计量单位为焦耳（J）。 光能是光通量在可见光范围内对时间的积分，以Qv表示，其计量单位为流明秒（lm·s）。 2.辐（射）通量和光通量 辐（射）通量或辐（射）功率是以辐射形式发射、传播或接收的功率；或者说，在单位时间内，以辐射形式发射、传播或接收的辐（射）能称为辐（射）通量，以符号Φe表示， 其计量单位为瓦（W），即 对可见光，光源表面在无穷小时间段内发射、传播或接收的所有可见光谱，光能被无穷短时间间隔dt来除，其商定义为光通量Φv，即 （1-3） 若在t时间内发射、传播或接收的光能不随时间改变，则式（1-3）简化为 （1-4） Φv的计量单位为流(明)（lm）。 显然，辐（射）通量对时间的积分称为辐（射）能，而光通量对时间的积分称为光能。 3.辐(射)出(射)度和光出(射)度 对有限大小面积A的面光源，表面某点处的面元向半球面空间内发射的辐通量dΦe与该面元面积dA之比，定义为辐(射)出(射)度Me，即 （1-5） Me的计量单位是瓦（特）每平方米[W／m2]。 面光源A向半球面空间内发射的总辐通量为 （1-6） 对于可见光，面光源A表面某一点处的面元向半球面空间发射的光通量dΦv、与面元面积dA之比称为光出(射)度Mv，即 （1-7） 其计量单位为勒(克司)[lx]或[lm/m2]。 对均匀发射辐射的面光源有 （1-8） 由式（1-7），面光源向半球面空间发射的总光通量为 （1-9） 4.辐(射)强度和发光强度 对点光源在给定方向的立体角元dΩ内发射的辐通量dΦe，与该方向立体角元dΩ之比定义为点光源在该方向的辐(射)强度Ie，即 辐(射)强度的计量单位为瓦（特）每球面度 [W／s