光電技術(shù)總復(fù)習(xí)

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1、總復(fù)習(xí)第一章光輻射的基礎(chǔ)知識(shí)1.1電磁波譜與光輻射1.電磁波譜按照頻率或波長(zhǎng)的順序把這些電磁波排列成圖表，稱為電磁波譜，波長(zhǎng)范圍10-10-1014mm波段。2.光輻射光輻射分成：紫外輻射、可見光和紅外輻射，其波長(zhǎng)在10-2~103mm（10nm~1mm）范圍內(nèi)?？梢姽猓菏遣ㄩL(zhǎng)在390~770nm范圍的光輻射。人眼的主觀感覺依波長(zhǎng)從長(zhǎng)到短表現(xiàn)為紅色、橙色、黃色、綠色、青色、藍(lán)色和紫色。紫外輻射：波長(zhǎng)范圍是1~390nm。紅外輻射：波長(zhǎng)在0.77~1000mm。1.2輻射度學(xué)與光度學(xué)對(duì)于光輻射的探測(cè)和計(jì)

2、量，存在著輻射度單位和光度單位兩套不同的體系。在輻射度單位體系中，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)只適用于可見光波段。表1常用輻度量和光度量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系輻射度物理量對(duì)應(yīng)的光度量物理量名稱符號(hào)定義或定義式單位物理量名稱符號(hào)定義或定義式單位輻射能輻射通量輻射出射度輻射強(qiáng)度輻射亮度輻射照度Q

3、eFeMeIeLeEeFe＝dQe/dtMe=dFedSIe=dFe/dWLe=dIe/(dScosq)Ee=dFe/dAJWW/m2W/srW/m2·srW/m2光量光通量光出射度發(fā)光強(qiáng)度(光)亮度(光)照度QvFvMvIvLvEvQv=òFvdtFv=òIvdWMv=dFv/dS基本量Lv=dIv/(dScosq)Ev=dFv/dAlm·slmlm/m2cdcd/m2lx26⑺單色輻射度量對(duì)于單色光輻射，同樣可以采用上述物理量表示，均定義為單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)對(duì)應(yīng)的輻射度量，并且對(duì)所有輻射量X來說單色輻

4、射度量與輻射度量之間均滿足(1.2-10)光視效能：Km=683lm/W(1.2-11)光視效率：(1.2-12)1.3熱輻射基本定律1.單色吸收比和單色反射比。(1.3-1)若物體在任何溫度下，對(duì)任何波長(zhǎng)的輻射能的吸收比都等于1，即，則稱該物體為絕對(duì)黑體（簡(jiǎn)稱黑體）。2.基爾霍夫輻射定律在同樣的溫度下，各種不同物體對(duì)相同波長(zhǎng)的單色輻射出射度與單色吸收比之比值都相等，并等于該溫度下黑體對(duì)同一波長(zhǎng)的單色輻射出射度。即(1.3-2)式中為黑體的單色輻射出射度。3.普朗克公式黑體處于溫度T時(shí)，在波長(zhǎng)l處的單

5、色輻射出射度由普朗克公式給出(1.3-3)式中h為普朗克常數(shù)，c為真空中的光速，kB為波爾茲曼常數(shù)。264.瑞利-瓊斯公式當(dāng)很大時(shí)，，可得到適合于長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)的瑞利-瓊斯公式(1.3-5)在時(shí)，瑞利-瓊斯公式與普朗克公式的誤差小于1%。5.維恩公式當(dāng)很小時(shí)，，可得到適合于短波長(zhǎng)區(qū)的維恩公式(1.3-6)在區(qū)域內(nèi)，維恩公式與普朗克公式的誤差小于1%。6.維恩位移定律單色輻射出射度最大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)(1.3-7)7.斯忒藩-玻爾茲曼定律(1.3-9)其中為斯忒藩-玻爾茲曼常數(shù)。斯忒藩-玻爾茲曼定律表明黑體的輻射

6、出射度只與黑體的溫度有關(guān)，而與黑體的其他性質(zhì)無關(guān)。第二章光輻射的傳播2.1光輻射的電磁理論1.光輻射的波動(dòng)方程(2.1-1)2.光輻射場(chǎng)的亥姆霍茲方程對(duì)于各向同性的無吸收介質(zhì)，，利用矢量恒等式，亥姆霍茲方程可改寫為263.均勻介質(zhì)中的平面波和球面波平面波解的一般形式為(2.1-6)球面波解的一般形式為(2.1-7)式中為波矢量，j0為初相。2.2光波在大氣中的傳播1.大氣衰減大氣衰減的朗伯定律(2.2-2)b為大氣衰減系數(shù)（1/km）。⑴大氣分子的吸收分子的吸收特性強(qiáng)烈的依賴于光波的頻率?！按髿獯翱凇?/p>

7、：對(duì)某些特定的波長(zhǎng)，大氣呈現(xiàn)出極為強(qiáng)烈的吸收。光波幾乎無法通過。根據(jù)大氣的這種選擇吸收特性，一般把近紅外區(qū)分成八個(gè)區(qū)段，將透過率較高的波段稱為“大氣窗口”。⑵大氣分子散射在可見光和近紅外波段，輻射波長(zhǎng)總是遠(yuǎn)大于分子的線度，這一條件下的散射為瑞利散射。瑞利散射光的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的四次方成反比。瑞利散射系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式為(2.2-5)式中，sm為瑞利散射系數(shù)為瑞利散射系數(shù)（cm-l）；N為單位體積中的分子數(shù)（cm-1）；A為分子的散射截面（cm2）；l為光波長(zhǎng)（cm）。262.3光波在電光晶體中的傳播對(duì)于一些晶

8、體材料，當(dāng)上施加電場(chǎng)之后，將引起束縛電荷的重新分布，并可能導(dǎo)致離子晶格的微小形變，其結(jié)果將引起介電系數(shù)的變化，最終導(dǎo)致晶體折射率的變化，所以折射率成為外加電場(chǎng)E的函數(shù)，即(2.3-1)式中第一項(xiàng)稱為線性電光效應(yīng)或泡克耳（Pockels）效應(yīng)；第二項(xiàng)，稱為二次電光效應(yīng)或克爾（Kerr）效應(yīng)。1．電致折射率變化電光效應(yīng)的分析可用幾何圖形——折射率橢球體的方法。(2.3-2)當(dāng)晶體施加電場(chǎng)后，其折射率橢球就發(fā)生“變形”，橢球方程變?yōu)?2.3-3)由于外電場(chǎng)，折