第二讲电磁辐射与光辐射.pptVIP

第二部分、电磁波谱与光辐射;一、电磁波谱与光辐射 ;电磁波具有以下性质： ; 电磁波包括的范围很广，从无线电波到光波，从X射线到? 射线，都属于电磁波的范畴，只是波长不同而已。目前已经发现并得到广泛利用的电磁波有波长达104m以上的，也有波长短到10-5nm以下的。可以按照频率或波长的顺序把这些电磁波排列成图表，称为电磁波谱，如图1所示，光辐射仅占电波谱的一极小波段。 ;电磁波谱及其应用;电磁波段的详细划分及用途（I）;电磁波段的详细划分及用途（II）;２、光辐射（optical radiation）;可见光（visible light）： 波长在390~770nm范围的光辐射，也是人视觉能感受到“光亮”的电磁波。 由分子外层电子跃迁产生，是电磁波中眼睛所观察到的唯一波区，具有光化作用和光电效应，能通过透镜聚焦。 当可见光经过棱镜色散,人眼的主观感觉依波长从长到短表现为红色、橙色、黄色、绿色、青色、蓝色和紫色。 ;②紫外辐射（ultra-violet radiation）： 波长范围:100～390nm。 紫外线由原子或分子外层电子跃迁产生，粒子性明显；细分为近紫外、远紫外和极远紫外。 由于极远紫外在空气中几乎会被完全吸收，只能在真空中传播，所以又称为真空紫外辐射。 来自太阳的紫外线，小于0.3μｍ者完全被大气吸收，0.3－0.38μｍ的可以通过大气，用感光胶片和光电探测器进行探测。但该波段散射严重。;③红外辐射（infrared radiation）： 波长范围: 0.77～1000?m。 由分子振动与转动产生，通常分为近红外、中红外和远红外三部分。 近红外是地球反射来自太阳的红外辐射，其中0.76－1.4μｍ的辐射可以用摄影方式探测，所以也称摄影红外。中远红外等是物体发射的热辐射，所以也叫热红外，它只能用光学机械扫描方式获取信息。 红外辐射对人眼睛不起作用，能聚焦、色散、反射，具有光电效应，对一些物体有特殊反映：叶绿素、水、半导体、热等。 ;电磁波谱典型参数对应表;二、辐射度学与光度学基本知识radiometry?and?photometry; 以上两类单位体系中的物理量在物理概念上是不同的，但所用的物理符号一一对应的。为了区别起见，在对应的物理量符号标角标“e”表示辐射度物理量，角标“v”表示光度物理量。两组物理量可对比理解。 ;⑶ 辐射出射度：辐射出射度Me是用来反映物体辐射能力的物理量。定义为辐射体单位面积向半空间发射的辐射通量，即 (1-2) 单位：W/m2。;若：一个置于各向同性、均匀介质中的点辐射源体向所有方向发射的总辐射通量为Φe，则该点辐射体在各个方向的辐射强度Ie为常量，有：;⑸ 辐射亮度：辐射亮度定义为面辐射源在某一给定方向上的辐射强度。如图2所示。 (1-4) 式中?是给定方向和辐射源面元法线间的夹角。 单位：瓦特/球面度?米2（W/sr?m2）。 ;⑹辐射照度： 在辐射接收面上的辐照度定义为照射在 面元dA上的辐射通量与该面元的面积之比。 即 (1-5) 单位：（W/m2）。 ?;2.光度学基本概念 由于人眼的视觉细胞对不同频率的辐射有不同响应，故用辐射度单位描述的光辐射不能正确反应人的亮暗感觉。 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，在光频区域光度学物理量可以用与辐射度学的基本物理量 相对应的 来表示，其定义完全一一对应，其关系如表1所示。 ? 与辐射度量体系不同，在光度单位体系中，被选作基本单位的不是光量或光通量，而是发光强度，其单位是坎德拉。坎德拉不仅是光度体系的基本单位，而且也是国际单位制（SI）的七个基本单位之一。 ;辐射度物理量 ;一、光谱光视效能和光视效率;白天，明视觉：555nm 夜晚，暗视觉：507nm Km=683lm/W，V（λ=555nm）= 1;二、光通量 设波长为λ的辐射通量为Φe(λ)，对应的光通量为ΦV(λ)，它表示光源表面的客观辐射通量对人眼引起的视觉强度，以 表示，它等于辐射通量与视见函数的乘积。;三、发光强度 发光强度是表征光源在一定方向范围内发出的光通量空间分布的物理量，它可用点光源在单位立体角中发出的光通量的数值来量度，可表达为;四、光照度 照度是表征受照面被照明程度的物理量，它可用落在受照物体单位面积上的光通量数值来量度，如果照射在物体面元dA上的光通量为dΦ，则照度E可表达为;表2：一些实际情况下的光照度值(单位：lm／m2或lx)