光电技术 知识课件第1章第1节光辐射的度量.pptVIP

光 电 技 术 天津大学精仪学院 王庆有 2012年2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。 15 6 18 21 9 12 3 24 f 图1-1 电磁辐射光谱的分布 红外 紫外 可见光 10 10 10 10 10 10 10 10 /Hz X射线 Γ射线 近红外 远红外 电磁波 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 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 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。 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／sr]。 点光源在有限立体角Ω内发射的辐通量为 各向同性的点光源向所有方向发射的总辐通量为 （1-10） （1-11） （1-12） 对可见光，与式（1-9）类似，定义发光强度为 对各向同性的点光源向所有方向发射的总光通量为 一般点光源是各向异性的，其发光强度分布随方向而异。 （1-13） （1-14） 发光强度的单位是坎德拉（candela），简称为坎[cd]。1979年第十六届国际计量大会通过决议，将坎德拉重新定义为： 在给定方向上能发射540×1012Hz的单色辐射源，在此方向上的辐强度为（1/683）W/sr，其发光强度定义为一个坎德拉[cd]。 由式（1-13），对发光强度为1cd的点光源，向给定方向1球面度(sr)内发射的光通量定义为1流明（lm）。 发光强度为1cd的点光源在整个球空间所发出的总光通量为=4πIＶ＝12.566 lm。 5.辐(射)亮度和亮度 光源表面某一点处的面元在给定方向上的辐强度除以该面元在垂直于给定方向平面上的正投影面积，称为辐射亮度Le，即 式中，为所给方向与面元法线之间的夹角。辐亮度Le的计量单位为瓦（特）每球面度平方米[W／（sr·m2 ）]。 （1-15）