第六章光能及其計算(2)

1、第六章光能及其計算(2)?；仡櫼幌拢椛渫渴窃趩挝粫r間內(nèi)通過一個區(qū)域的輻射能量，它被稱為該區(qū)域的輻射通量。它是每單位時間的能量，是功率、瓦特和千瓦的單位。讓任何一種波長的光和黃綠色的光產(chǎn)生相同的明暗感覺所需的輻射通量相加，那么光源表面上能引起人眼視覺的那部分輻射通量就稱為光通量，其表示為。光通量等于輻射通量和視覺功能的乘積。光通量的單位是流明，寫為。555nm處1瓦特的單色輻射通量等于683流明，或者555nm處1流明的單色輻射通量等于1/683瓦特的輻射通量。單色光的其他波長是：發(fā)光效率：由輻射器或光源發(fā)出的總光通量與總輻射能之比稱為發(fā)光效率，用下式表示。它代表每瓦特輻射通量的光通量。由于

2、和很難用函數(shù)形式表示，可以用下面的公式計算：以立體角的頂點為球心，做一個半徑為R的球面，用球面上立體角的邊界所切的面積ds除以半徑的平方來標記立體角的大小。立體角的單位是球度，它被記錄為Sr，即整個空間的立體角球度。如果在立體角范圍內(nèi)傳輸?shù)墓馔繛?，則：稱為點光源在該方向的發(fā)光強度。發(fā)光強度的單位是坎德拉，它被記錄為鈣。照度e是投射在接收表面上的ds面板上的總光通量與面板的比值。照度在數(shù)值上等于物體每單位面積的總光通量。照度的單位是勒克斯，它被寫成。2.表面發(fā)光強度(光出射度)，有限尺寸的表面光源在光源的表面上具有單一的區(qū)域，其向所有方向輻射光通量。如果這個面元在所有方向輻射的總光通量為：m稱

3、為表面發(fā)光強度，也稱為光出射度，其單位為。第4節(jié)：光源的亮度。設(shè)該微區(qū)發(fā)射的光通量與表面法線的立體角為，則I方向上的發(fā)光強度為：定義為I方向上微區(qū)的發(fā)光強度與該微區(qū)在垂直于該方向的平面上的投影面積之比，即，該公式表明I方向上的發(fā)光強度為I方向上單位面積上投影的發(fā)光強度。I方向上的亮度可以通過替換為投射到單位面積中的光通量和I方向上的立體角來獲得。亮度的單位是坎德拉每平方米(cd/m2)，即1m2的均勻發(fā)光表面。當垂直方向上的發(fā)光強度(i=0)為1cd時，表面的亮度為1cd/m2。過去，亮度的單位名稱是Siti (sb)。定義為1sb=1cd/cm2，因此1sb=104cd/m2。西堤在現(xiàn)行國家

4、標準中已被廢除。一般來說，各種發(fā)光表面的亮度與I有關(guān)，并且是空間角度的函數(shù)，但是有一些特殊光源的亮度不隨方向而改變，即對于任何I角度它都是恒定的。其中是面板法線方向的亮度。上述公式表明，恒定亮度的光源的發(fā)光強度隨所有方向的方向角的余弦而變化。適用于向內(nèi)旋轉(zhuǎn)3600。滿足上述公式的發(fā)光強度定律的表面發(fā)光體稱為余弦輻射體或朗伯發(fā)光體。余弦輻射表面可以是它自身發(fā)光的指示，或者它可以是不發(fā)光的表面，并且在被外部光照射后被漫射透射或漫射反射。一般漫反射表面具有類似于余弦輻射的特性。鏡面反射具有余弦輻射的特征嗎？絕對黑體是理想的余弦輻射體。第五部分是通過介質(zhì)傳輸?shù)墓饽艿膿p失。首先，吸收損耗在介質(zhì)中傳輸，光

5、學材料不能完全透明。當光束通過時，一部分光能被材料吸收。此外，材料內(nèi)部的雜質(zhì)和氣泡會散射光束，因此當光能通過光學材料時，總會有吸收和散射損失。lo入射光通量，每厘米吸收光通量，透明度：通過1cm厚玻璃后的光通量與入射光通量之比。入射光通量，即每厘米透射的光通量，入射光通量是通過幾厘米的光學材料后發(fā)出的光通量，那么，在可見光波段對各種波長具有相等透明度且接近1的玻璃稱為無色光學玻璃。所有波長的透明度是相等的，但其值在0和1之間，這被稱為中性密度過濾器。無色光學玻璃對白光的平均吸收率約為0.015，透明度約為0.985。更詳細的數(shù)據(jù)可以在相關(guān)手冊中找到。一些光學材料對各種波長的吸收率不相等，這被稱

6、為選擇性吸收。(2)界面光能損失。當光從一種介質(zhì)通過界面進入第二種介質(zhì)時，肯定會有能量損失，這主要是由反射引起的。在界面中，當入射角較小時，反射率為：入射到界面上的光通量和反射到界面上的光通量。如果通過界面?zhèn)鬏數(shù)墓馔繛椋瑒t通過界面?zhèn)鬏數(shù)墓馔繛椋和ㄟ^k個界面后，反射損耗不僅削弱了通過系統(tǒng)的能量，還會導(dǎo)致雜散光產(chǎn)生背景光，嚴重影響圖像的對比度和觀察效果以及測量儀器。為了降低有害的反射損耗，可以涂一層減反射膜來降低反射損耗。3.金屬反射面損失。有時光學系統(tǒng)中有鏡子。通常，玻璃表面涂有金屬層，如銀或鋁。該反射表面由于金屬表面的吸收而損失光能。金屬表面反射的光通量為：全反射棱鏡無反射損耗，但在棱鏡的

7、入射面和出射面有反射損耗，在玻璃介質(zhì)中有吸收損耗，吸收損耗的厚度為棱鏡擴展成玻璃板的厚度。4.光學系統(tǒng)中光能損失的計算。光學系統(tǒng)中光能損失的原因有三個：1 .光學材料的內(nèi)部吸收損耗取決于光學材料的吸收系數(shù)；2.光學玻璃界面處的反射損耗取決于界面的透射率和透射界面的數(shù)量。3.金屬反射面的吸收損耗取決于金屬表面的反射率和金屬反射面的數(shù)量。進入光學系統(tǒng)的光通量為，通過光學系統(tǒng)后出射的光通量為：K:即整個系統(tǒng)的通過系數(shù)。特別注意：如果不同的界面不同，不同的金屬反射面應(yīng)分別計算，不同的光學玻璃也應(yīng)分別計算。第6節(jié)光能在光學系統(tǒng)中的傳輸，1。光通量在光導(dǎo)管中的傳輸。我們用光的幾何近似模型來研究光能流傳輸，該模型將光視為幾何光的光能流，并遵守幾何光的能量守恒。2。光通量從物平面到像平面的傳輸可分為三個部分：1 .計算從物平面元件傳輸?shù)饺肷涔馔?的光通量。計算從入瞳到出瞳3的光通量。計算從出瞳到像面3的光通量。像面亮度，近軸小視場，近軸小物體，像面亮度與物面亮度的關(guān)系。第四章。像面的照度，光屏或感光材料上的照度為：可得為：其中。如果光學系統(tǒng)較大，圖像平面的照明較小。用于攝影和望遠鏡物鏡，相對孔徑。底片的照度與物鏡相對孔徑的