資源描述:
《第1章 光輻射與光源ppt課件.ppt》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、第一章光輻射與光源牛頓惠更斯背景知識(shí)麥克斯韋(1831-1879)1860年麥克斯韋(C.Maxwell)提出光是電磁波的理論。光在傳播時(shí)表現(xiàn)出波動(dòng)性,如光的干涉、衍射、偏振、反射、折射。普朗克(1858-1947)1900年,普朗克(Max.Planck)提出了輻射的量子論,將諧振子所發(fā)射或吸收的電磁輻射能量加以量子化,他稱呼這種離散能量為量子。按愛因斯坦理論,光子能量式中,為普朗克常數(shù),真空光速光具有波粒二象性,既是電磁波,又是光子流。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。§1.電磁波譜光學(xué)譜區(qū)整個(gè)電磁波譜,波長(zhǎng)
2、從10-10~1014μm,包括宇宙射線(10-10~10-8μm)、γ射線(~10-4μm)、x射線(~10-2μm)、紫外線(2×10-2~0.40μm)、可見光(~0.76μm)、紅外光(~103μm)、微波(~106μm)、無線電波(~1011μm)、長(zhǎng)波電振蕩(~1014μm)。我們只研究光輻射波段(極遠(yuǎn)紫外(0.165~0.26)、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
3、)、極遠(yuǎn)紅外(~103)。單位(μm)光學(xué)譜區(qū)輻射類型波長(zhǎng)(m)波長(zhǎng)近似尺度頻率(Hz)針尖單細(xì)胞生物分子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(shí)覆蓋這三個(gè)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§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:輻射度學(xué)量,是用能量單位描述光輻射能的客觀物理量;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)
4、、心理學(xué)特性直接相關(guān)。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。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。一、輻射度的基本物理量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是輻射能的時(shí)間變化率,單位時(shí)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。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立體角立體角是以圓錐體的頂點(diǎn)為球心半徑為1的球面被錐面所截得的面積來度量的度量單位。單位為球面度
5、(steradian或者Sr)單位立體角:以O(shè)為球心、R為半徑作球,若立體角Ω截出的球面部分的面積為R2,則此球面部分所對(duì)應(yīng)的立體角稱為一個(gè)單位立體角,或一球面度。對(duì)于一個(gè)給定頂點(diǎn)O和一個(gè)隨意方向的微小面積dS,它們對(duì)應(yīng)的立體角為其中θ為dS與投影面積dA的夾角,R為O到dS中心的距離。[例]1、球面所對(duì)應(yīng)的立體角:根據(jù)定義全球所對(duì)應(yīng)的立體角(全球所對(duì)應(yīng)的立體角是整個(gè)空間,又稱為4π空間.)同理,半球所對(duì)應(yīng)的立體角為2π空間。用球坐標(biāo)表示立體角微小面積dS則dS對(duì)應(yīng)的立體角為計(jì)算某一個(gè)立體角時(shí),在一定范圍內(nèi)積分即可。dSdS由輻射強(qiáng)度的定義可知,如果一個(gè)置于各向同性、均勻
6、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(gè)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通量(也稱輻射本領(lǐng))。單位:[Wm-2]6輻射亮度Le輻射表面給定方向上單位投影面積內(nèi)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(zhǎng)的單色輻射所組成,為了研究不同波長(zhǎng)的輻射,需對(duì)某一波長(zhǎng)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(zhǎng)的變化率,是波長(zhǎng)的函數(shù)。即單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)的輻射物理量輻射一般由各種波長(zhǎng)
7、組成,每種波長(zhǎng)的輻通量各不相同。總的輻通量為各個(gè)組成波長(zhǎng)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有表1—1基本輻射度量的名稱、符號(hào)和定義方程名稱符號(hào)定義方程單位符號(hào)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(l)視神經(jīng)對(duì)各種不同波長(zhǎng)的光的感光靈敏度是不一樣的。人眼對(duì)綠光感光最靈敏,對(duì)紅