大学物理下 第12章 辐射度学和光度学基础.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,大学物理,*,*,大学物理,*,电子教案,大学物理,1,大学物理,第12章 辐射度学和光度学基础,2,大学物理,12-1,辐射度学的基本物理量,12-2,光度学的基本物理量,12-3,照度定律,3,大学物理,辐射度学与光度学,辐射度学,(,Radiometry,),是研究电磁辐射能测量的一门科学,.,辐射度量,是用能量单位描述光辐射能的客观物理量,.,光度学,(,Photometry,),是研究光度测量的一门科学,.,光度量,是光辐射能为平均人眼接受所引起的视觉刺激大小的度量,.,4,大学物理,光辐射,以电磁波形式或粒子（光子）形式传播的能量，它们可以用光学元件反射、成像或色散，这种能量及其传播过程称为光辐射。一般认为其波长在,10nm 1mm,，,或频率在,3,10,16,Hz3,10,11,Hz,范围内。一般按辐射波长及人眼的生理视觉效应将光辐射分成三部分：紫外辐射、可见光和红外辐射。一般在可见到紫外波段波长用,nm,、,在红外波段波长用,m,表示。波数的单位习惯用,cm,-1,。,5,大学物理,辐射度单位,和,光度单位,两套不同的体系。,辐射度单位体系中,，辐通量（又称为辐射功率）或者辐射能是基本量，是只与辐射客体有关的量。其基本单位是瓦特（,W,）,或者焦耳（,J,）。,辐射度学适用于整个电磁波段。,光度单位体系,是一套反映视觉亮暗特性的光辐射计量单位，被选作基本量的不是光通量而是发光强度，其基本单位是坎德拉。光度学只适用于可见光波段。,物理量符号标角标“,e”,表示辐射度物理量，角标“,v”,表示光度物理量。,6,大学物理,12-1,辐射度学的基本物理量,7,大学物理,一 辐射能,辐射能是以辐射形式发射或传输的电磁波（主要指紫外、可见光和红外辐射）,能量,。,当辐射能被其它物质吸收时，可以转变为其它形式的能量，如热能、电能等。,单位：焦耳,J,8,大学物理,二 辐射通量,辐射通量,e,又称为辐射功率，是指以辐射形式发射、传播或接收的功率。,单位时间内流过的辐射能量,。,单位：瓦特,W,9,大学物理,三 辐射出射度,辐射出射度,Me,是用来反映物体辐射能力的物理量。,辐射体单位面积向半球面空间发射的辐射通量。,单位：瓦特每平方米（,W/m2,）,面光源,A,向的半球面空间发射的,总辐射通量,10,大学物理,四,辐射强度,点辐射源在给定方向上发射的在单位立体角内的辐射通量。,单位：瓦特,球面度,-1,（,Wsr,-1,）,点光源在有限立体角,内发射的辐通量,S,d,d,e,11,大学物理,五 辐射亮度,面辐射源在某一给定方向上的辐射通量。,单位：瓦特,/,球面度,米,2,（,W/srm,2,）。,S,d,dS,d,12,大学物理,有些辐射体的辐射强度在空间方向上的分布满足,可见,:,余弦辐射体的辐射亮度是均匀的，与方向角,无关。,余弦辐射体的辐射出射度,沿其法线方向的辐射强度,余弦辐射体或朗伯体,余弦辐射体的辐射亮度,13,大学物理,六 辐射照度,在辐射,接收面,上的辐照度定义为照射在面元,d,A,上的辐射通量与该面元的面积之比。,单位：瓦特每平方米（,W/m,2,）,不要把辐照度,E,e,与辐出度,M,e,混淆起来。虽然两者单位相同，但定义不一样。辐照度是从物体表面接收辐射通量的角度来定义的，辐出度是从面光源表面发射辐射的角度来定义的,14,大学物理,七 光谱辐射度量,单位波长间隔内对应的辐射度量，称为光谱辐射度量，也叫辐射量的光谱密度，是辐射量波长的变化率。,光谱辐射度量与辐射度量之间满足,15,大学物理,12-2,光度学的基本物理量,16,大学物理,光度量,光度单位体系是一套反映视觉亮暗特性的光辐射计量单位，在光频区域光度学的物理量可以用 与辐度学的基本物理量对应的来表示，其定义完全一一对应。,与辐射度量体系不同，在光度单位体系中，被选作基本单位的不是光量或光通量，而是,发光强度,，其单位是,坎德拉,。坎德拉不仅是光度体系的基本单位，而且也是,国际单位制（,SI,）,的七个基本单位之一,。,17,大学物理,光视效能：,光视效能描述某一波长的单色光辐射通量可以产生多少相应的单色光通量。,同一波长下测得的光通量与辐射通量的比之，即,一 光谱光视效能和光谱光视效率,单位：流明,/,瓦特（,lm/W,）,通过对标准光度观察者的实验测定，在辐射频率,540,1012Hz,（,波长,555nm,）,处，,K,有最大值，其数值为,Km=683lm/W,。,单色光视效率是,K,用,Km,归一化的结果，定义为,18,大学物理,19,大学物理,二常用辐度量和光度量之间的对应关系,辐射度物理量,对应的光度量,物理量名称,符号,定义或定义式,单位,物理量名称,符号,定义或定义式,单位,辐射能,辐射通量,辐射出射度,辐射强度,辐射亮度,辐射照度,Q,e,e,M,e,I,e,L,e,E,e,e,dQ,e,/dt,M,e,=,d,e,dS,I,e,=,d,e,/d,L,e,=,dI,e,/,(,dS,cos,),E,e,=,d,e,/dA,J,W,W/m,2,W/,sr,W/m,2,sr,W/m,2,光量,光通量,光出射度,发光强度,(,光,),亮度,(,光,),照度,Q,v,v,M,v,I,v,L,v,E,v,Q,v,=,v,dt,v,=,I,v,d,M,v,=,d,v,/,dS,I,v,=,d,v,/d,L,v,=,dI,v,/,(,dS,cos,),E,v,=,d,v,/dA,lms,lm,lm/m,2,cd,cd/m,2,lx,20,大学物理,12-3,照度定律,21,大学物理,S,d,d,e,d,S,d,S,n,一余弦定律,.,朗伯定律,在,方向上：,在法线方向上：,如果发光面或漫射面的亮度不随方向而改变，则有,:,2.,朗伯光源,只有绝对黑体才是朗伯光源,遵从朗伯定律的光源称为朗伯光源,22,大学物理,余弦定律同理可用于,光照度,上,d,S,n,d,S,23,大学物理,二平方反比定律,S,d,d,e,d,S,d,S,n,面积元,dS,对点光源所张的立体角,内的光通量,dS,面上的光照度,它描述了点辐射源产生的照度的规律，是来自均匀点光源向空间发射球面波的特性。,24,大学物理,例,12-1,一氦氖激光器发出,10mW,的波长为,632.8nm,的激光束，发散角为,1mrad,，发散角与立体角的关系为,，若波长,632.8nm,光波的光谱光效率 ,0.24,试求：,(1),此激光束的光通量和发光强度；,(2),若此激光输出光束的截面的直径为,1mm,求其光亮度；,(3),以这样的激光束照射在,10m,处的白色屏幕上的光照度,.,解：,(1),光通量,相应的立体角为,发光强度,25,大学物理,例,12-1,一氦氖激光器发出,10mW,的波长为,632.8nm,的激光束，发散角为,1mrad,，发散角与立体角的关系为,，若波长,632.8nm,光波的光谱光效率 ,0.24,试求：,(1),此激光束的光通量和发光强度；,(2),若此激光输出光束的截面的直径为,1mm,求其光亮度；,(3),以这样的激光束照射在,10m,处的白色屏幕上的光照度,.,解：,（,2,）由于激光束的方向与光束输出截面,dA,的法线相一致,.,26,大学物理,例,12-1,一氦氖激光器发出,10mW,的波长为,632.8nm,的激光束，发散角为,1mrad,，发散角与立体角的关系为,，若波长,632.8nm,光波的光谱光效率 ,0.24,试求：,(1),此激光束的光通量和发光强度；,(2),若此激光输出光束的截面的直径为,1mm,求其光亮度；,(3),以这样的激光束照射在,10m,处的白色屏幕上的光照度,.,解：（,3,）激光在屏幕上照射的面积,27,大学物理,