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《第二章-光輻射與光源-基本概念.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。
1、第2章光輻射與光源王霞副教授北京理工大學(xué)光電學(xué)院光電成像與信息工程研究所dsrd?d?d?o2.1輻射度量立體角立體角Ω是描述輻射能向空間發(fā)射、傳輸或被某一表面接收時的發(fā)散或會聚的角度，定義為：以錐體的基點為球心作一球表面，錐體在球表面上所截取部分的表面積dS和球半徑r平方之比式中，?為天頂角；?為方位角；d?d?分別為其增量。立體角單位是球面度(sr)。2.1輻射度量(1)輻射能(Q):簡稱輻能，描述以輻射的形式發(fā)射、傳輸或接收的能量，單位焦耳(J)。(2)輻能密度(w,單位J/m-3)(3)輻射通量(?,P,單位W):以輻射形
2、式發(fā)射、傳輸或接收的功率，用以描述輻能的時間特性。實際應(yīng)用中，對于連續(xù)輻射體或接收體，以單位時間內(nèi)的輻射能，即輻射通量表示。2.1輻射度量(4)輻射強度(I，單位Wsr-1):在給定傳輸方向上的單位立體角內(nèi)光源發(fā)出的輻射通量，即輻射強度描述了光源輻射的方向特性。點光源~擴展源:即光源發(fā)光部分的尺寸比起其實際輻射傳輸距離小得多時，把其近似認為是一個點光源，在輻射傳輸計算，測量上不會引起明顯的誤差。點光源向空間輻射球面波。對點光源的輻射強度描述2.1輻射度量(5)輻亮度(L，單位Wm-2sr-1):光源在垂直其輻射傳輸方向上單位表面積
3、單位立體角內(nèi)發(fā)出的輻射通量，光源微面元輻強度特性輻亮度在光輻射的傳輸和測量中具有重要的作用。例如，描述螺旋燈絲白熾燈時，由于描述燈絲每一局部表面(燈絲、燈絲之間的空隙)的發(fā)射特性常常是沒有實用意義的，而把它作為一個整體，即一個點光源，描述在給定觀測方向上的輻射強度；而在描述天空輻射特性時，希望知道其各部分的輻射特性，則用輻亮度可描述天空各部分輻亮度分布的特性。2.1輻射度量(6)輻射出射度(M，單位Ｗm-2):離開光源表面單位面元的輻射通量面元所對應(yīng)的立體角是輻射的整個半球空間。平面與球面輻射出射度的表面積。(7)輻照度(E，單位
4、Ｗm-2):單位面元被照射的輻射通量輻照度和輻射出射度具有相同的定義方程和單位，但卻分別用來描述微面元發(fā)射和接收輻射通量的特性。2.1輻射度量(8)吸收比(率)、反射比、透射比由于輻射度量也是波長的函數(shù)，當描述光譜輻射量時，可在相應(yīng)名稱前加“光譜”，并在相應(yīng)的符號上加波長的符號“?”作為下標，例如光譜輻射通量記為??或?(?)，等等。?i?r?s?a2.2光度量人眼的視見函數(shù)光通量?V和輻射通量?e可通過人眼視覺特性進行轉(zhuǎn)換V(?)是CIE推薦的平均人眼光譜光視效率(或稱視見函數(shù))。對于明視覺，對應(yīng)為輻射通量?e(555)與某波長
5、?能對平均人眼產(chǎn)生相同光視刺激的輻射通量?e(?)的比值。Km是最大光譜光視效能(常數(shù)),對于明視覺，Km=683lm/W。對暗視覺，K?m=1725lm/W。2.2光度量人眼的光視效能K（lm/W）視見函數(shù)，光視效率常見光源的光視效能光源類型光視效能(lm/W)光源類型光視效能(lm/W)鎢絲燈(真空)8~9.2日光燈27~41鎢絲燈(充氣)9.2~21高壓水銀燈34~45石英鹵鎢燈30超高壓水銀燈40~47.5氣體放電管16~30鈉光燈602.2光度量(1)光能(QV，單位流明秒lm·s)(2)光能密度(wv,單位lm·s/m
6、-3)(3)光通量(?v,單位流明lm)(4)發(fā)光強度(Iv,單位坎德拉,cd,lm·sr-1)(5)亮度(Lv,單位cd·m-2):(6)光出射度(Mv,lm·m-2)(7)照度(Ev,lm·m-2)發(fā)光強度的單位是坎德拉（candela），簡稱為坎[cd]。1979年第十六屆國際計量大會通過決議，將坎德拉重新定義為：在給定方向上能發(fā)射540×1012Hz的單色輻射源，在此方向上的輻強度為（1/683）W/sr，其發(fā)光強度定義為一個坎德拉[cd]。對發(fā)光強度為1cd的點光源，向給定方向1球面度(sr)內(nèi)發(fā)射的光通量定義為1流明（
7、lm）。發(fā)光強度為1cd的點光源在整個球空間所發(fā)出的總光通量為=4πIＶ＝12.566lm。2.3朗伯輻射體及其輻射特性反射方向性漫反射和朗伯輻射體各方向的(輻)亮度不變某些自身發(fā)射輻射的輻射源，其輻亮度與方向無關(guān)，即輻射源各方向的輻亮度不變，這類輻射源稱為朗伯輻射體。絕對黑體和理想漫反射體是兩種典型的朗伯體。在實際問題的分析中，常采用朗伯體作為理想的模型。2.3.2朗伯體輻射出射度與輻亮度的關(guān)系設(shè)朗伯微面元dS亮度為L，則輻射到dA上的輻射通量為在半球內(nèi)發(fā)射的總通量P為按照出射度的定義得對于輻射場中反射率為?的朗伯漫反射體(?=
8、1為理想漫反射體),不論輻射從何方向入射,它除吸收(1-?)入射輻射通量外,其它全部按朗伯余弦定律反射出去。即M=?E，故2.4幾種典型光輻射量的計算公式2.4.1點源對微面元的照度設(shè)受照微面元dA距點源O的距離為l，其平面法線n與輻射方向夾角為?
