华中科技大学《光电探测》1.辐射度学与光度学.pptVIP

4.光亮度的单位：lm/(m2.sr) cd/m2 常用：熙提(sb)．Sb=lm/(cm2.sr) 常见光源亮度： 晴天 ：10000 cd/m2 晴天日落后 ：1 cd/m2 蜡烛火焰：约0.5sb 钨丝灯泡：约500sb 典型照度： 办公室工作： 20－100 lx 满月的地面： 0.2 lx 晴朗夏日采光良好的室内： 100 －500 lx 左边是光通量，其单位是流明(lm)： 右边的?(?)d?是光谱辐射通量，单位是瓦(w/nm），V(?)是光视效率，所以等号右边引进一个系数Km，从而使两边的单位一致。 显然Km的单位为流明／瓦(lm/W)称为最大光谱光视效能 Km＝683 lm／W 表示在人眼光谱光视效率最大(555nm)处，1W的辐射能通量相当的光通量为683lm； 换句话说，此时1lm相当于1／683W。 解：取空间任意一点P，OP=x， P点所在球面的面积为：s=4πx2 通过s的光通量： Φ =IΩ= 4π (lm) 因为是点光源，均匀辐射， 则P点的光照度： EV= Φ/s= 4π / 4πx2=1/x2 当x=1m， EV=1 （lx) 当x=2m， EV=0.25 （lx) 思考题：在O点处，有一点光源，发光强度为1cd， 求：空间任意一点P的光照度EV=? 思考：若光源为1W的灯泡， 结论如何？ 三、辐射度与光度中的基本定律 余弦定律 s S’ ? ? 0 S和S’对O点所张的立体角是相同的，对于两个面来讲其辐射通量是相同的，两个面的辐照度分别为： 由于 所以 任一表面上的辐照度随该表面法线和辐射能传输方向之间夹角的余弦而变化。 距离平方反比定律 点光源在传输方向上某点的辐照度和该点到点光源的距离平方成反比。 例题中已经证明。 请看下一节 光电探测与信号处理 第1章 光辐射探测的理论基础 §1.1 辐射度与光度学的基础知识 §1.2 半导体的基础知识 §1.3 光电探测器概述 主要介绍光电探测中的一些基本概念，为本课程的后续学习打下基础。 -------- 光学波段 -------- 紫外 可见光 10 15 6 18 21 9 12 10 10 10 10 10 10 10 3 24 X射线 Γ射线 红外 电磁波谱 1.1 辐射度学与光度学 可见光波段 红外 紫外 照明 显示 与人的眼睛有关！ 光电探测：本质上说，定量地测量光辐射信号的强度。 无线电波 微波 辐射度学与光度学 在光探测中，定量地描述辐射能强度的量有两类： 一类是物理的——辐射度学量， 电磁辐射量能量度来描述光辐射，客观物理量； 另一类是生理的——光度学量， 是描述光辐射能为平均人眼接受所引起的视觉刺激大小的强度． 即光度量是具有标准人眼视觉特性的人眼所接收到辐射量的度量。 因此，辐射度量和光度量两者在研究方法和概念上非常类似，它们的基本物理量也是一一对应的。 立体角的概念 在光辐射测量中，经常用到一个 涉及到空间的几何量——立体角。 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，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 或ω 单位：Sr （球面度） △A是半径为R的球面的一部分， R ΔA O 先以球面为例： △A 其边缘各点对球心O连线所包围的那部分空间，立体角。 单位立体角： 在以O为球心、R为半径的球上，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单位立体角，或一球面度。 dS 立体角的数值： 部分球面面积△A与球半径R平方之比，即 : 一般情况： 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 θ为dS 与投影面积 dA的夹角，R为O 到dS中心的距离。 R dS dA o θ 特例： 整个球面所对应的立体角： 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。 一、辐射度学的基本物理量 1．辐射能Q ——能量的概念 辐射能是一种以电磁波的形式发射、传播或接收的能量，单位