大學(xué)物理下 第12章 輻射度學(xué)和光度學(xué)基礎(chǔ).ppt

1、大學(xué)物理,1,電子教案,大學(xué)物理,大學(xué)物理,2,第12章 輻射度學(xué)和光度學(xué)基礎(chǔ),大學(xué)物理,3,12-1 輻射度學(xué)的基本物理量 12-2 光度學(xué)的基本物理量 12-3 照度定律,大學(xué)物理,4,輻射度學(xué)與光度學(xué),輻射度學(xué)(Radiometry )是研究電磁輻射能測(cè)量的一門科學(xué).,輻射度量是用能量單位描述光輻射能的客觀物理量.,光度學(xué)(Photometry )是研究光度測(cè)量的一門科學(xué).,光度量是光輻射能為平均人眼接受所引起的視覺(jué)刺激大小的度量.,大學(xué)物理,5,光輻射 以電磁波形式或粒子（光子）形式傳播的能量，它們可以用光學(xué)元件反射、成像或色散，這種能量及其傳播過(guò)程稱為光輻射。一般認(rèn)為其波長(zhǎng)在10nm

2、 1mm，或頻率在31016Hz31011Hz范圍內(nèi)。一般按輻射波長(zhǎng)及人眼的生理視覺(jué)效應(yīng)將光輻射分成三部分：紫外輻射、可見(jiàn)光和紅外輻射。一般在可見(jiàn)到紫外波段波長(zhǎng)用nm、在紅外波段波長(zhǎng)用m表示。波數(shù)的單位習(xí)慣用cm-1。,大學(xué)物理,6,輻射度單位和光度單位兩套不同的體系。 輻射度單位體系中，輻通量（又稱為輻射功率）或者輻射能是基本量，是只與輻射客體有關(guān)的量。其基本單位是瓦特（W）或者焦耳（J）。輻射度學(xué)適用于整個(gè)電磁波段。 光度單位體系是一套反映視覺(jué)亮暗特性的光輻射計(jì)量單位，被選作基本量的不是光通量而是發(fā)光強(qiáng)度，其基本單位是坎德拉。光度學(xué)只適用于可見(jiàn)光波段。,物理量符號(hào)標(biāo)角標(biāo)“e”表示輻射度物理

3、量，角標(biāo)“v”表示光度物理量。,大學(xué)物理,7,大學(xué)物理,8,一 輻射能,輻射能是以輻射形式發(fā)射或傳輸?shù)碾姶挪ǎㄖ饕缸贤?、可?jiàn)光和紅外輻射）能量。 當(dāng)輻射能被其它物質(zhì)吸收時(shí)，可以轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?，如熱能、電能等?單位：焦耳J,大學(xué)物理,9,二 輻射通量,輻射通量e又稱為輻射功率，是指以輻射形式發(fā)射、傳播或接收的功率。 單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)的輻射能量。 單位：瓦特 W,大學(xué)物理,10,三 輻射出射度,輻射出射度Me是用來(lái)反映物體輻射能力的物理量。 輻射體單位面積向半球面空間發(fā)射的輻射通量。 單位：瓦特每平方米（W/m2）,面光源A向的半球面空間發(fā)射的總輻射通量,大學(xué)物理,11,四 輻射強(qiáng)度,點(diǎn)輻

4、射源在給定方向上發(fā)射的在單位立體角內(nèi)的輻射通量。 單位：瓦特球面度-1（Wsr-1）,點(diǎn)光源在有限立體角內(nèi)發(fā)射的輻通量,大學(xué)物理,12,五 輻射亮度,面輻射源在某一給定方向上的輻射通量。 單位：瓦特/球面度米2（W/srm2）。,大學(xué)物理,13,有些輻射體的輻射強(qiáng)度在空間方向上的分布滿足,可見(jiàn):余弦輻射體的輻射亮度是均勻的，與方向角無(wú)關(guān)。 余弦輻射體的輻射出射度,沿其法線方向的輻射強(qiáng)度,余弦輻射體或朗伯體,余弦輻射體的輻射亮度,大學(xué)物理,14,六 輻射照度,在輻射接收面上的輻照度定義為照射在面元dA上的輻射通量與該面元的面積之比。 單位：瓦特每平方米（W/m2）,不要把輻照度Ee與輻出度Me混

5、淆起來(lái)。雖然兩者單位相同，但定義不一樣。輻照度是從物體表面接收輻射通量的角度來(lái)定義的，輻出度是從面光源表面發(fā)射輻射的角度來(lái)定義的,大學(xué)物理,15,七 光譜輻射度量,單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)對(duì)應(yīng)的輻射度量，稱為光譜輻射度量，也叫輻射量的光譜密度，是輻射量波長(zhǎng)的變化率。,光譜輻射度量與輻射度量之間滿足,大學(xué)物理,16,大學(xué)物理,17,光度量 光度單位體系是一套反映視覺(jué)亮暗特性的光輻射計(jì)量單位，在光頻區(qū)域光度學(xué)的物理量可以用 與輻度學(xué)的基本物理量對(duì)應(yīng)的來(lái)表示，其定義完全一一對(duì)應(yīng)。 與輻射度量體系不同，在光度單位體系中，被選作基本單位的不是光量或光通量，而是發(fā)光強(qiáng)度，其單位是坎德拉?？驳吕粌H是光度體系的基本單

6、位，而且也是國(guó)際單位制（SI）的七個(gè)基本單位之一。,大學(xué)物理,18,光視效能：光視效能描述某一波長(zhǎng)的單色光輻射通量可以產(chǎn)生多少相應(yīng)的單色光通量。 同一波長(zhǎng)下測(cè)得的光通量與輻射通量的比之，即,一 光譜光視效能和光譜光視效率,單位：流明/瓦特（lm/W）,通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)光度觀察者的實(shí)驗(yàn)測(cè)定，在輻射頻率5401012Hz（波長(zhǎng)555nm）處，K有最大值，其數(shù)值為Km=683lm/W。 單色光視效率是K用Km歸一化的結(jié)果，定義為,大學(xué)物理,19,大學(xué)物理,20,二常用輻度量和光度量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,大學(xué)物理,21,大學(xué)物理,22,一余弦定律,.朗伯定律,在方向上：,在法線方向上：,如果發(fā)光面或漫射面的亮度不

7、隨方向而改變，則有:,2. 朗伯光源,只有絕對(duì)黑體才是朗伯光源,遵從朗伯定律的光源稱為朗伯光源,大學(xué)物理,23,余弦定律同理可用于光照度上,大學(xué)物理,24,二平方反比定律,面積元dS對(duì)點(diǎn)光源所張的立體角,內(nèi)的光通量,dS面上的光照度,它描述了點(diǎn)輻射源產(chǎn)生的照度的規(guī)律，是來(lái)自均勻點(diǎn)光源向空間發(fā)射球面波的特性。,大學(xué)物理,25,例12-1一氦氖激光器發(fā)出10mW的波長(zhǎng)為632.8nm的激光束，發(fā)散角為1mrad，發(fā)散角與立體角的關(guān)系為，若波長(zhǎng)632.8nm光波的光譜光效率 0.24,試求： (1)此激光束的光通量和發(fā)光強(qiáng)度； (2)若此激光輸出光束的截面的直徑為1mm,求其光亮度； (3)以這樣的激光束照射在10m處的白色屏幕上的光照度.,解：(1)光通量,相應(yīng)的立體角為,發(fā)光強(qiáng)度,大學(xué)物理,26,例12-1一氦氖激光器發(fā)出10mW的波長(zhǎng)為632.8nm的激光束，發(fā)散角為1mrad，發(fā)散角與立體角的關(guān)系為，若波長(zhǎng)632.8nm光波的光譜光效率 0.24,試求： (1)此激光束的光通量和發(fā)光強(qiáng)度； (2)若此激光輸出光束的截面的直徑為1mm,求其光亮度； (3)以這樣的激光束照射在10m處的白色屏幕上的光照度.,解：（2）由于激光束的方向與光束輸出截面dA的法線相一致.,大學(xué)物理,27,例12-1一氦氖激光器發(fā)出10mW的波長(zhǎng)為632.8nm的激光束，發(fā)散角為1mrad，發(fā)散角與立體角