學(xué)科發(fā)展與專業(yè)建設(shè)的內(nèi)涵與未來五年規(guī)劃課件

基本物理量測量之

發(fā)光強(qiáng)度的測量物理實驗教學(xué)中心

基本物理量測量之

發(fā)光強(qiáng)度的測量物1一、實驗?zāi)康牧私饪驳吕臍v史演變過程加深對光強(qiáng)度——坎德拉的定義的理解熟悉常用測量光強(qiáng)度的幾種方法掌握利用××法測量光強(qiáng)度的方法物理實驗教學(xué)中心一、實驗?zāi)康牧私饪驳吕臍v史演變過程物理實驗教學(xué)中心2二、坎德拉的歷史

第一階段燭光的誕生與演變

用特制的蠟燭作為光度基準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)發(fā)光強(qiáng)度單位——燭光1881年國際電工技術(shù)委員會批準(zhǔn)燭光為國際標(biāo)準(zhǔn)，將燭光定義為1磅鯨腦油制成6支蠟燭，蠟燭以每小時120格令（1格令約等于0.0648克）的速度燃燒時，在火焰水平方向的發(fā)光強(qiáng)度為1燭光。二、坎德拉的歷史

第一階段燭光的誕生與演變用特319世紀(jì)初，出現(xiàn)用菜子油作為燃料的卡索爾燈，用來代替燭光復(fù)現(xiàn)光強(qiáng)單位，其發(fā)光強(qiáng)度約為10燭光。1884年亥夫納設(shè)計了用醋酸戊脂做燃料的亥夫納燈作為德國和一些歐洲國家的官方標(biāo)準(zhǔn)。1898年英國用戊烷燈作為國家標(biāo)準(zhǔn)?？ㄋ鳡枱?9世紀(jì)初，出現(xiàn)用菜子油作為燃料的卡索爾燈，用來代替燭光復(fù)現(xiàn)4第二階段鉑凝固點黑體基準(zhǔn)的建立1879年維奧列建議用處于凝固過程的1cm2純鉑表面的發(fā)光強(qiáng)度作為標(biāo)準(zhǔn)。這是白熾光度標(biāo)準(zhǔn)的先聲，較之火焰標(biāo)準(zhǔn)有了科學(xué)依據(jù)。1889年國際電工委員會采樣維奧列標(biāo)準(zhǔn)，用它的發(fā)光強(qiáng)度的1/20作為發(fā)光強(qiáng)度的單位，叫做“小數(shù)燭光”。1900年普朗克定律的發(fā)現(xiàn)，為新的光度標(biāo)準(zhǔn)提供了理論依據(jù)。1948年國際照明委員會用坎德拉代替小數(shù)燭光。第二階段鉑凝固點黑體基準(zhǔn)的建立1879年維奧列建議用處于凝51948年國際計量大會對坎德拉的定義做出決議，坎德拉為發(fā)光強(qiáng)度的單位，它的大小是這樣確定的，處在鉑凝固溫度的全輻射體的亮度是60坎德拉每平方厘米。鉑凝固點黑體光度基準(zhǔn)原理圖1967年第13屆國際計量大會決定將坎德拉定義改述為：坎德拉是在101325帕的壓力下，處于鉑凝固溫度黑體1/600000平方米表面在垂直方向上的發(fā)光強(qiáng)度。1948年國際計量大會對坎德拉的定義做出決議，坎德拉為發(fā)光強(qiáng)6第三階段依據(jù)Km值重新定義坎德拉1962年國際光度和輻射度委員會采用固定單色輻射光視效能的辦法來確定光度量的單位。為此，根據(jù)明視覺最大光譜光視效能值，即Km值重新定義坎德拉。1979年，國際計量大會對坎德拉的定義為：坎德拉是發(fā)出頻率為540×1012Hz的光源在給定方向的發(fā)光強(qiáng)度，該光源在此方向上的輻射強(qiáng)度為1/683W/sr。第三階段依據(jù)Km值重新定義坎德拉1962年國際光度和輻射度7二、光輻射度量基準(zhǔn)的實現(xiàn)方法光輻射度量基準(zhǔn)的實現(xiàn)方法標(biāo)準(zhǔn)輻射源法標(biāo)準(zhǔn)探測器法黑體輻射源法電替代絕對輻射法硅光電二極管自校準(zhǔn)法量子效率絕對測量法二、光輻射度量基準(zhǔn)的實現(xiàn)方法光輻射度量基準(zhǔn)的實現(xiàn)方法標(biāo)準(zhǔn)輻8三、光強(qiáng)測量方法微弱光強(qiáng)的測量方法鎖相放大法選頻放大器相敏檢波器PSD移相器低通濾波器輸出待測信號參考信號微弱光強(qiáng)光電轉(zhuǎn)換三、光強(qiáng)測量方法微弱光強(qiáng)的測量方法選頻放大器相敏檢波器PSD9中等光強(qiáng)的測量方法

基準(zhǔn)器作為光強(qiáng)單位的基準(zhǔn)器應(yīng)滿足的條件:１.具有一定的強(qiáng)度和光譜功率分布２.具有很好的重復(fù)性，長時間點燃其光強(qiáng)數(shù)值保持不變３.制備及使用方便中等光強(qiáng)的測量方法

基準(zhǔn)器作為光強(qiáng)單位的基準(zhǔn)器應(yīng)滿足的條件:10光度學(xué)測光強(qiáng)方法：目視法（主觀測量法）光電法（客觀測量法）目視光度計的制作原理：目視法主要利用人的眼睛對光敏感強(qiáng)，它能精確判斷相鄰二個表面的亮度是否相同。目視光度計就是基于之一特點而制成的光度學(xué)測光強(qiáng)方法：11目視法測量的要求：

要求兩燈的色溫相同或相近(相差在100K以下)目視光度計的工作原理：

1.結(jié)構(gòu)與原理:如圖L1

L2為二個光源,L1光強(qiáng)已知,L2待測光源,D為白色漫射屏(涂MgOBaSO4)M1M2為反射鏡或全反射棱鏡，P為光度頭,使L1L2經(jīng)D反射來的光線在目鏡E的視場內(nèi)造成兩個相鄰的像.

目視法測量的要求：

要求兩燈的色溫相同或相近(相差在112目視法測光強(qiáng)：按圖將L1、L2和Ｄ均放在光具座上，在定色溫的同時，改變L1和

L2與漫射屏D的距離,使漫射屏兩側(cè)的照度一樣(此時圖內(nèi)二個視線的界線消失),若L1L2近似為點光源,則由距離平方反比定律有:

目視法測光強(qiáng)：13注意:1.目視法作光度測量方便,但只能對同色溫?zé)舯容^時精度高,異色溫誤差較大.2.測量時的照度為20-30lx，過高、過低均影響測量精度。3.可同時定色溫和測光強(qiáng)。注意:14光電法測光強(qiáng)（本實驗采用的方法）光電池的工作原理與特性：工作原理:光生伏特效應(yīng)（內(nèi)光電效應(yīng):光電池受光照射就會產(chǎn)生電勢差)最大特點是:不需外加工作電壓光電法測光強(qiáng)（本實驗采用的方法）光電池的工作原理與特性：15光電法測光強(qiáng)的方法與步驟：1.示意圖如下：標(biāo)準(zhǔn)光源待測光源光電法測光強(qiáng)的方法與步驟：標(biāo)準(zhǔn)光源待測光源162.測量原理：Ls照射硒(Se)光電池時有電流表的讀數(shù)為,Lx照射硒(Se)光電池時有電流表的讀數(shù)為,若則有即→

2.測量原理：173.測量步驟:①按1中的示意圖裝好器材②讓Ls照射硒(Se)光電池,記下光電流讀數(shù)A,此時的照度為:③將光電池旋轉(zhuǎn),讓Lx照射硒(Se)光電池調(diào)節(jié),使光電流的大小值為A,此時的照度為:

④利用公式計算出待測燈光強(qiáng)

3.測量步驟:184.注意事項:①Ls、Lx、V(λ)修正濾光片、Se光電池的光心在同一直線上②rs≥10Lsrx≥10Lx③Ls、Lx燈在額定電壓下工作④測量時燈應(yīng)先通電5-15分鐘，光電池半小時漂移至穩(wěn)定后讀數(shù)4.注意事項:195.光電法測量的特點：①比目視法精度高，儀器適當(dāng)精度可達(dá)0.1%②測量同色溫光源也可測量異色溫光源的光強(qiáng)③測量時間短，使用方便④但不能確定色溫

5.光電法測量的特點：20數(shù)據(jù)處理測量結(jié)果的修正：因加V(λ)修正濾光片后Se光電池S(λ)與V(λ)接近但仍有偏離，對異色溫光源測量時，要進(jìn)行修正，經(jīng)修正后有：修正系數(shù)

數(shù)據(jù)處理測量結(jié)果的修正：21思考題簡述光強(qiáng)單位坎德拉的歷史。比較目視法與光電法測量光強(qiáng)的優(yōu)缺點。光電測量法中濾光片的作用是什么？思考題簡述光強(qiáng)單位坎德拉的歷史。22基本物理量測量之

發(fā)光強(qiáng)度的測量物理實驗教學(xué)中心

基本物理量測量之

發(fā)光強(qiáng)度的測量物23一、實驗?zāi)康牧私饪驳吕臍v史演變過程加深對光強(qiáng)度——坎德拉的定義的理解熟悉常用測量光強(qiáng)度的幾種方法掌握利用××法測量光強(qiáng)度的方法物理實驗教學(xué)中心一、實驗?zāi)康牧私饪驳吕臍v史演變過程物理實驗教學(xué)中心24二、坎德拉的歷史

第一階段燭光的誕生與演變

用特制的蠟燭作為光度基準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)發(fā)光強(qiáng)度單位——燭光1881年國際電工技術(shù)委員會批準(zhǔn)燭光為國際標(biāo)準(zhǔn)，將燭光定義為1磅鯨腦油制成6支蠟燭，蠟燭以每小時120格令（1格令約等于0.0648克）的速度燃燒時，在火焰水平方向的發(fā)光強(qiáng)度為1燭光。二、坎德拉的歷史

第一階段燭光的誕生與演變用特2519世紀(jì)初，出現(xiàn)用菜子油作為燃料的卡索爾燈，用來代替燭光復(fù)現(xiàn)光強(qiáng)單位，其發(fā)光強(qiáng)度約為10燭光。1884年亥夫納設(shè)計了用醋酸戊脂做燃料的亥夫納燈作為德國和一些歐洲國家的官方標(biāo)準(zhǔn)。1898年英國用戊烷燈作為國家標(biāo)準(zhǔn)?？ㄋ鳡枱?9世紀(jì)初，出現(xiàn)用菜子油作為燃料的卡索爾燈，用來代替燭光復(fù)現(xiàn)26第二階段鉑凝固點黑體基準(zhǔn)的建立1879年維奧列建議用處于凝固過程的1cm2純鉑表面的發(fā)光強(qiáng)度作為標(biāo)準(zhǔn)。這是白熾光度標(biāo)準(zhǔn)的先聲，較之火焰標(biāo)準(zhǔn)有了科學(xué)依據(jù)。1889年國際電工委員會采樣維奧列標(biāo)準(zhǔn)，用它的發(fā)光強(qiáng)度的1/20作為發(fā)光強(qiáng)度的單位，叫做“小數(shù)燭光”。1900年普朗克定律的發(fā)現(xiàn)，為新的光度標(biāo)準(zhǔn)提供了理論依據(jù)。1948年國際照明委員會用坎德拉代替小數(shù)燭光。第二階段鉑凝固點黑體基準(zhǔn)的建立1879年維奧列建議用處于凝271948年國際計量大會對坎德拉的定義做出決議，坎德拉為發(fā)光強(qiáng)度的單位，它的大小是這樣確定的，處在鉑凝固溫度的全輻射體的亮度是60坎德拉每平方厘米。鉑凝固點黑體光度基準(zhǔn)原理圖1967年第13屆國際計量大會決定將坎德拉定義改述為：坎德拉是在101325帕的壓力下，處于鉑凝固溫度黑體1/600000平方米表面在垂直方向上的發(fā)光強(qiáng)度。1948年國際計量大會對坎德拉的定義做出決議，坎德拉為發(fā)光強(qiáng)28第三階段依據(jù)Km值重新定義坎德拉1962年國際光度和輻射度委員會采用固定單色輻射光視效能的辦法來確定光度量的單位。為此，根據(jù)明視覺最大光譜光視效能值，即Km值重新定義坎德拉。1979年，國際計量大會對坎德拉的定義為：坎德拉是發(fā)出頻率為540×1012Hz的光源在給定方向的發(fā)光強(qiáng)度，該光源在此方向上的輻射強(qiáng)度為1/683W/sr。第三階段依據(jù)Km值重新定義坎德拉1962年國際光度和輻射度29二、光輻射度量基準(zhǔn)的實現(xiàn)方法光輻射度量基準(zhǔn)的實現(xiàn)方法標(biāo)準(zhǔn)輻射源法標(biāo)準(zhǔn)探測器法黑體輻射源法電替代絕對輻射法硅光電二極管自校準(zhǔn)法量子效率絕對測量法二、光輻射度量基準(zhǔn)的實現(xiàn)方法光輻射度量基準(zhǔn)的實現(xiàn)方法標(biāo)準(zhǔn)輻30三、光強(qiáng)測量方法微弱光強(qiáng)的測量方法鎖相放大法選頻放大器相敏檢波器PSD移相器低通濾波器輸出待測信號參考信號微弱光強(qiáng)光電轉(zhuǎn)換三、光強(qiáng)測量方法微弱光強(qiáng)的測量方法選頻放大器相敏檢波器PSD31中等光強(qiáng)的測量方法

基準(zhǔn)器作為光強(qiáng)單位的基準(zhǔn)器應(yīng)滿足的條件:１.具有一定的強(qiáng)度和光譜功率分布２.具有很好的重復(fù)性，長時間點燃其光強(qiáng)數(shù)值保持不變３.制備及使用方便中等光強(qiáng)的測量方法

基準(zhǔn)器作為光強(qiáng)單位的基準(zhǔn)器應(yīng)滿足的條件:32光度學(xué)測光強(qiáng)方法：目視法（主觀測量法）光電法（客觀測量法）目視光度計的制作原理：目視法主要利用人的眼睛對光敏感強(qiáng)，它能精確判斷相鄰二個表面的亮度是否相同。目視光度計就是基于之一特點而制成的光度學(xué)測光強(qiáng)方法：33目視法測量的要求：

要求兩燈的色溫相同或相近(相差在100K以下)目視光度計的工作原理：

1.結(jié)構(gòu)與原理:如圖L1

L2為二個光源,L1光強(qiáng)已知,L2待測光源,D為白色漫射屏(涂MgOBaSO4)M1M2為反射鏡或全反射棱鏡，P為光度頭,使L1L2經(jīng)D反射來的光線在目鏡E的視場內(nèi)造成兩個相鄰的像.

目視法測量的要求：

要求兩燈的色溫相同或相近(相差在134目視法測光強(qiáng)：按圖將L1、L2和Ｄ均放在光具座上，在定色溫的同時，改變L1和

L2與漫射屏D的距離,使漫射屏兩側(cè)的照度一樣(此時圖內(nèi)二個視線的界線消失),若L1L2近似為點光源,則由距離平方反比定律有:

目視法測光強(qiáng)：35注意:1.目視法作光度測量方便,但只能對同色溫?zé)舯容^時精度高,異色溫誤差較大.2.測量時的照度為20-30lx，過高、過低均影響測量精度。3.可同時定色溫和測光強(qiáng)。注意:36光電法測光強(qiáng)（本實驗采用的方法）光電池的工作原理與特性：工作原理:光生伏特效應(yīng)（內(nèi)光電效應(yīng):光電池受光照射就會產(chǎn)生電勢差)最大特點是:不需外加工作電壓光電法測光強(qiáng)（本實驗采用的方法）光電池的工作原理與特性：37光電法測光強(qiáng)的方法與步驟：1.示意圖如下：標(biāo)準(zhǔn)光源待測光源光電法測光強(qiáng)的方法與步驟：標(biāo)準(zhǔn)光源待測光源382.測量原理：Ls照射硒(Se)光電池時有電流表的讀數(shù)為,Lx照射硒(Se)光電池時有電流表的讀數(shù)為,若則有即