光电子技术PPT 1.1.ppt

第一章 光电系统的常用光源 1.1 光学基础知识 1.2 辐射度学与光度学的基础知识 1.3 热辐射光源 1.4 气体放电光源 1.5 激光器 1.6 发光二极管(LED) 绪论光源的定义：一切能产生光辐射的辐射源都称为光源 天然光源：自然界中存在的发光体 人造光源：人为地将各种形式的能量（如电能、热能、化学能等）转化成光辐射的器件 按照发光机理， 光源的分类： 需要了解各类光源的发光机理、重要特性、适用场合，以便正确选用光源。 电磁波谱 频率与波长的关系: ----真空中的光速 § 1.2光能量的量度单位:辐射度学与光度学的基础知识 一、辐射度的基本物理量 介绍光辐射的一套计量单位 1.辐射能 单位为J（焦耳） 辐射能是以辐射形式发射、传播或接收的电磁波能量。 当辐射能被其它物质吸收时，可转变为其它形式的能量，如：热、电 h是普朗克常数，ν是光的频率，ν与光速c、波长λ之间都是可换算的. 辐射能即可以表示辐射源发出的电磁波的能量，也可以表示被辐射表面接收到的电磁波的能量。 辐射功率以及由它派生出来的几个辐射度学中的物理量，属于基本物理量。它们的量值都可以用专门的辐射计在离开辐射源一定的距离上进行测量。所以其他辐射量都是由辐射功率（或称为辐射通量）定义的。 2.辐射通量 又称辐射功率 定义为单位时间内向所有方向发射的能量，对于电磁波的传播，描述单位时间通过某考察面A的辐射能，即 辐射通量的单位是瓦特(W)或焦耳/秒(J/s) ，与A的大小、位置及t有关。 3.辐（射）出（射）度 Me 辐射出射度Me是用来反映物体（面光源表面）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 单位是W/m2。 Me是面元位置的函数，面辐射源上不同点可有不同的Me值。 4.辐射照度 在辐射接收面上的辐射照度Le定义为照射在单位面元上的辐射通量d?e，即 单位是W/m2。 与出射度一样， Le也是面元的位置函数，辐射接收面上不同点可有不同的Le值。 5.辐射强度 描述点辐射源的辐射功率在不同方向上的分布。辐射强度的单位是瓦特每球面度 (W·sr-1) 定义为：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，即 一般辐射源多为各向异性的，即 多随（θ， ）而改变。 补充：立体角的概念： 在光辐射测量中，常用的几何量就是立体角。立体角涉及到的是空间问题。任一光源发射的光能量都是辐射在它周围的一定空间内。因此，在进行有关光辐射的讨论和计算时，也将是一个立体空间问题。与平面角度相似，我们可把整个空间以某一点为中心划分成若干立体角。 定义:一个任意形状椎面所包含的空间称为立体角。符号：Ω 单位：Sr （球面度） 如图所示，△A是半径为R的球面的一部分，△A的边缘各点对球心O连线所包围的那部分空间叫立体角。 立体角的数值为部分球面面积△A与球半径平方之比，即 单位立体角：以O为球心、R为半径作球，若立体角Ω截出的球面部分的面积为R2，则此球面部分所对应的立体角称为一个单位立体角，或一球面度。 对于一个给定顶点O 和一个随意方向的微小面积dS ，它们对应的立体角为 其中θ为dS 与投影面积 dA的夹角，R为O 到dS中心的距离。 球面所对应的立体角：根据定义 全球所对应的立体角 全球所对应的立体角是整个空间，又称为4π空间。 同理，半球所对应的立体角为2π空间。 由辐射强度的定义可知，如果一个置于各向同性、均匀介质中的点辐射体向所有方向发射的总辐射通量是?e，则该点辐射体在各个方向的辐射强度Ie是常量，有 R 点辐射源： （相对概念）辐射源与观测点之间距离大于辐射源最大尺寸10倍时，可当做点源处理，否则称为扩展源（有一定面积）. 由辐射通量和辐射强度之间的关系式我们知道，一个辐射强度为1W·sr-1的点光源，总辐射通量等于4πW。 现在假如有一个以这个点光源为球心，半径为1m的球面包围这个点光源，则该球面上的辐射照度恰好等于lW/m2。用这样的假想球面不难求得辐射强度为Ie在距离R处的辐射照度为 R 这一结果表明，一个均匀点光源在空间一点的辐射照度与该光源的辐射强度成正比，与距离平方成反比。 6.辐射亮度Be: 描述面辐射源沿不同方向的辐射能力的差异。 辐射亮度Be定义为面辐射源在某一给定方向上的辐射通