第一章 光輻射與光源ppt課件.ppt

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1、第一章光輻射與光源§1光的兩重性物理學(xué)認(rèn)為光有兩種屬性，既是電磁波又是光子流。在光電技術(shù)中也同時用到這兩種概念。在研究光的傳播時，把它看作是電磁波，在研究光的輻射與吸收問題時，則常把它看作光子流。光譜與光子能量整個電磁波譜，波長從10-10~1014μm，包括宇宙射線（10-10~10-8）、γ射線（~10-4）、x射線（~10-2）、紫外線（2×10-2~0.40）、可見光（~0.76）、紅外光（~103）、微波（~106）、無線電波（~1011）、長波電振蕩（~1014）。我們只研究光輻射波段（極遠(yuǎn)紫外（0.1

2、65~0.26）、遠(yuǎn)紫外（~0.30）、近紫外（~0.40）、紫（~0.455）、藍(lán)（~0.492）、青（~0.535）、綠（~0.577）、黃（~0.597）、橙（~0.622）、紅（~0.76）、近紅外（~1.5）、中紅外（~6）、遠(yuǎn)紅外（~40）、極遠(yuǎn)紅外（~103）。光輻射波段又分紫外、可見光、紅外光區(qū)，把它們放在一起研究的原因是，它們有相同的輻射與吸收機(jī)理，許多輻射源的光譜分布和接收器的靈敏域都同時覆蓋這三個波段。在實(shí)驗(yàn)技術(shù)上，為了接收這些輻射，并聚焦成象，都要使用光學(xué)透鏡另兩個波段為射線波段和無線電波段

3、。光具有波粒二象性，既是電磁波，又是光子流。1860年麥克斯韋（C.Maxwell)提出光是電磁波的理論。光在傳播時表現(xiàn)出波動性，如光的干涉、衍射、偏振、反射、折射。1900年,普朗克（Max.Planck)提出了輻射的量子論，1905年，愛因斯坦（Albert.Einstein)將量子論用于光電效應(yīng)之中，提出光子理論。光與物質(zhì)作用時表現(xiàn)出粒子性，如光的發(fā)射、吸收、色散、散射。麥克斯韋（1831-1879）普朗克（1858-1947）按愛因斯坦理論，光子能量式中，為普朗克常數(shù)，真空光速。在可見光區(qū)，光子能量范圍是3

4、.2—1.6eV牛頓1.2光輻射的基本概念在光學(xué)中，用來定量的描述光輻射強(qiáng)度的量有兩類，一類是物理的，叫輻射度學(xué)量，是用能量單位描述光輻射能的客觀物理量；另一類是生理的，叫光度學(xué)量，是描述光輻射能為平均人眼接收所引起的視覺刺激大小的強(qiáng)度，即光度學(xué)量是具有標(biāo)準(zhǔn)人眼視覺特性的人眼所接收到的輻射量的度量，它與人的生理學(xué)、心理學(xué)特性直接相關(guān)。還有一種與人的生理特性相聯(lián)系的描述輻射量的量度系統(tǒng)，叫做色度學(xué)，它將電磁輻射與人的眼睛的顏色視覺特性相聯(lián)系。輻射度參量一般用下腳標(biāo)e表示，光度學(xué)參量則用下腳標(biāo)v表示。一、輻射度的基本物

5、理量1輻射能Qe，一種以電磁波的形式發(fā)射、傳播或接受的能量。單位：焦耳[J]2輻射通量Φe單位時間內(nèi)通過一定面積發(fā)射、傳播或接受的能量，又稱輻射功率Pe，是輻射能的時間變化率。單位：瓦［Ｗ］3輻射強(qiáng)度Ie點(diǎn)輻射源在給定方向上通過單位立體角內(nèi)的輻射通量。單位：［WSr-1］θdP由輻射強(qiáng)度的定義可知，如果一個置于各向同性、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P，則該點(diǎn)輻射體在各個方向的輻射強(qiáng)度I是常量，有4輻射照度Ee投射在單位面積上的輻射通量。單位：［Wm-2］5輻射出射度Me擴(kuò)展輻射源單位面積所輻射的

6、通量（也稱輻射本領(lǐng)）。單位：［Wm-2］6輻射亮度Le輻射表面定向發(fā)射的輻射強(qiáng)度。單位：［Wm-2Sr-1］7光譜輻射量也稱輻射量的光譜輻射密度。由于輻射源發(fā)出的光輻射由許多不同波長的單色輻射所組成，為了研究不同波長的輻射，需對某一波長的單色光的輻射能量作出相應(yīng)的定義。光譜輻射量是輻射量隨波長的變化率，是波長的函數(shù)。即單位波長間隔內(nèi)的輻射物理量輻射一般由各種波長組成，每種波長的輻通量各不相同?？偟妮椡繛楦鱾€組成波長的輻通量的總和。下圖為某輻通量的連續(xù)分布曲線。光譜輻射通量光譜輻照度光譜輻射出射度光譜輻射亮度一般的

7、有表1—1基本輻射度量的名稱、符號和定義方程名稱符號定義方程單位符號輻射能Qe焦耳J輻射通量，輻射功率Φe瓦特W輻射強(qiáng)度Ｉe瓦特／球面度Wsr-1輻射亮度Ｌe瓦特／球面度平方米Wm-2sr-1輻射出射度Ｍe瓦特／平方米Wm-2輻射照度Ｅe瓦特／平方米Wm-2二光度學(xué)的基本物理量1、光譜光視效率V（λ）桿狀細(xì)胞和錐狀細(xì)胞視神經(jīng)對各種不同波長的光的感光靈敏度是不一樣的。人眼對綠光感光最靈敏，對紅光、藍(lán)光靈敏度較低人眼對各種波長光的平均相對靈敏度，稱之為“標(biāo)準(zhǔn)光度觀察者”的光譜光視效率，或稱視見函數(shù)。明視覺光譜光視效率亮

8、度大于3cdm-2時的視覺主要由人眼視網(wǎng)膜上分布的錐體細(xì)胞的刺激所引起。V（λ）的最大值在555nm處。亮度小于0.001cdm-2時的暗視覺光譜光視效率，用表示，此時視覺主要由桿體細(xì)胞的刺激所引起，的最大值在507nm處。暗視覺光譜光視效率2、光度學(xué)的物理量光度量和輻射度量的定義、方程是一一對應(yīng)的。所不同的只是光度量只適用于可見光區(qū)段（0.40~0.78μ