《光輻射與發(fā)光源》PPT課件

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1、第一章光輻射與發(fā)光源光電子技術(shù)任何光電系統(tǒng)都離不開光輻射源，所以光輻射原理是光電子技術(shù)的基本研究內(nèi)容之一。本章主要介紹光輻射的基本概念和原理典型的光輻射源光子的基本概念光是以電磁波方式輻射的物質(zhì),具有波粒二象性麥克斯韋電磁場理論：若在空間某區(qū)域有變化的電場（或變化磁場），在鄰近區(qū)域?qū)a(chǎn)生變化的磁場(或變化電場)。這種變化的電場和變化的磁場不斷地交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)以有限的速度在空間傳播，形成電磁波。電磁波波譜范圍很廣，從無線電波到光波，從X射線到γ射線都屬于電磁波的范疇只是波長不同而已。波段（nm）名稱用途10-5~30γ射線金屬探傷、研究核結(jié)構(gòu)10-4~100X射線醫(yī)用、探傷、分析晶體

2、結(jié)構(gòu)100~380紫外線醫(yī)用、照相制版380~780可見光780~106紅外線雷達(dá)、光纖通信、導(dǎo)航106~109微波電視、雷達(dá)、無線電導(dǎo)航109~1010米波（分米波厘米波）調(diào)頻廣播、電視、導(dǎo)航等1010~5×1010短波無線電廣播、電報通訊5×1010~2×1011中短波電報通訊2×1011~3×1012中波無線電廣播3×1012~3×1013長波越洋長距離通訊和導(dǎo)航電磁波波段劃分及用途光輻射僅占電磁波譜的一小部分度量長度用長度物理量——米、厘米等度量時間用時間物理量——秒、分、時怎樣對光輻射進(jìn)行度量呢？§1-1輻射的基本概念光輻射的探測和計量有兩套體系輻射度學(xué)量光度學(xué)量基本量輻射通

3、量(又稱輻射功率)或者輻射能與輻射客體有關(guān)的量——客觀量。基本單位是瓦特(W)或者焦耳(J)。輻射度學(xué)適用于整個電磁波段?；玖堪l(fā)光強(qiáng)度不是光通量視覺亮暗特性的光輻射計量——主觀量基本單位是坎德拉(cd)光度學(xué)只適用于可見光波段。雖然輻射度學(xué)體系和光度學(xué)體系的物理量在物理概念上不同，但所用的物理符號一一對應(yīng)。輻射度物理量用角標(biāo)“e”表示(emission)光度物理量用角標(biāo)“ν”表示（vision）下面學(xué)習(xí)這兩套光輻射單位體系物理量。一、輻射度的基本物理量輻射能Qe——焦耳(J)輻射能是以輻射形式發(fā)射或傳輸?shù)碾姶挪?主要指紫外、可見光和紅外輻射)能量輻射通量Φe（輻射功率）瓦特(W)焦耳

4、/秒(J／s)單位時間內(nèi)發(fā)射、傳播或接收的輻射能量輻射強(qiáng)度Ie——單位：瓦特·球面度-1(W·sr-1)點(diǎn)輻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。一個置于各向同性、均勻介質(zhì)中的點(diǎn)輻射體向所有方向發(fā)射的總輻射通量是Φe，則該點(diǎn)輻射體在各個方向的輻射強(qiáng)度Ie是常量，有輻射照度Ee——單位：W／m2受體的輻射照度Ee定義為照射在面元上的輻射通量dΦe與該面元的面積dA之比，即輻射出射度Me——單位是W／m2反映物體輻射能力的物理量。定義為擴(kuò)展輻射源單位面積向半球空間發(fā)射的輻射通量。輻射出射度Me和輻射照度Ee區(qū)別輻射出射度Me和輻射照度Ee區(qū)別：Me描述面輻射源向外發(fā)射的輻射特性E

5、e描述輻射接收面所接收的輻射特性輻射亮度Le單位：瓦特/球面度·米2(w／sr·m2)定義：擴(kuò)展源(面輻射源)表面一點(diǎn)處的面元在某一給定方向上單位立體角、單位投影面積內(nèi)發(fā)出的輻射通量，如圖l-2所示。式中θ是給定方向和輻射源面元法線間的夾角。輻射出射度Me和輻射亮度Le區(qū)別輻射出射度Me和輻射亮度Le區(qū)別：Me描述面源的輻射通量的表面密度。（單位面積向半球間發(fā)射的輻射功率）Le描述面源輻射強(qiáng)度的表面密度。面源在該方向上的單位投影面積（dAcosθ）向單位立體角內(nèi)發(fā)射的輻射功率。光譜輻射量度量名稱符號定義式單位名稱單位符號單色輻射通量Φe,λdΦe/dλ瓦特／微米W／μm單色輻射出射度M

6、e,λdMe/dλ瓦特／米2·微米W／(m2·μm)單色輻射強(qiáng)度Ie,λdIe/dλ瓦特／球面度·微米W／(sr·μm)單色輻射亮度Le,λdLe/dλ瓦特／球面度·米2·微米w／(sr·m2·μm)單色輻射照度Ee,λdEe/dλ瓦特／米2·微米W／(m2·μm)二、光度的基本物理量光度單位體系是一套反映視覺亮暗特性的光輻射計量單位。（人眼的視覺細(xì)胞對不同頻率的輻射有不同響應(yīng)，輻射度單位不能正確反映人的亮暗感覺。）輻射度學(xué)的基本物理量Qe、Φe、Ie、Me、Le、Ee光頻區(qū)光度基本物理量Qv、Φv、Iv、Mv、Lv、Ev定義完全一一對應(yīng)，其關(guān)系如表l—2所示。表1-2輻射度量和光度量

7、之間的對應(yīng)關(guān)系輻射度物理量光度量物理量物理量名稱符號定義或定義式單位物理量名稱符號定義或定義式單位輻射能QehνJ光量QvQv=∫Φvdtlm·s輻射通量ΦeΦe=dQe/dtW光通量ΦvΦv=∫IvdΩlm輻射出射度MeMe＝dΦe／dSW／m2光出射度MvMv＝dΦv／dSlm／m2輻射強(qiáng)度IeIe＝dΦe／dΩW／sr發(fā)光強(qiáng)度Iv基本量cd輻射亮度LeLe＝dIe／(dScosθ)W／(m2·sr)(光)亮度LvLv＝dIv／(dScos