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1、第2讲辐射度学与光度学的基础知识第1页，本讲稿共20页光的概念光的概念电磁波谱电磁波谱电磁波谱电磁波谱 高频区：宇宙射线、高频区：宇宙射线、高频区：宇宙射线、高频区：宇宙射线、射线、射线、射线、射线、x x 射线射线射线射线 长波区：长电振荡、无线电波、微波长波区：长电振荡、无线电波、微波长波区：长电振荡、无线电波、微波长波区：长电振荡、无线电波、微波 光谱区：紫外线、可见光、红外线光谱区：紫外线、可见光、红外线光谱区：紫外线、可见光、红外线光谱区：紫外线、可见光、红外线【广义广义广义广义】“光光光光”是指光辐射，波长是指光辐射，波长是指光辐射，波长是指光辐射，波长：0.010.011000
2、1000 mm【狭义狭义狭义狭义】“光光光光”仅指可见光，波长仅指可见光，波长仅指可见光，波长仅指可见光，波长：0.380.380.780.78 m m 波粒二象性波粒二象性波粒二象性波粒二象性 波动性：波动性：波动性：波动性：=c c （=）粒子性：粒子性：粒子性：粒子性：E=E=h h P=P=h/c=h/h/c=h/第2页，本讲稿共20页辐射度学与光度学的概念辐射度学与光度学的概念辐射度学辐射度学辐射度学辐射度学 研究研究研究研究电磁波辐射能量电磁波辐射能量电磁波辐射能量电磁波辐射能量的测试和计量的一门科学的测试和计量的一门科学的测试和计量的一门科学的测试和计量的一门科学辐射度量辐射度量
3、辐射度量辐射度量 用能量单位定量描述电磁波辐射的客观物理量用能量单位定量描述电磁波辐射的客观物理量用能量单位定量描述电磁波辐射的客观物理量用能量单位定量描述电磁波辐射的客观物理量光度学光度学光度学光度学 研究研究研究研究可见光能量可见光能量可见光能量可见光能量的测试和计量的一门科学的测试和计量的一门科学的测试和计量的一门科学的测试和计量的一门科学光度量光度量光度量光度量 人眼接收的光辐射所引起的视觉刺激大小的度量人眼接收的光辐射所引起的视觉刺激大小的度量人眼接收的光辐射所引起的视觉刺激大小的度量人眼接收的光辐射所引起的视觉刺激大小的度量第3页，本讲稿共20页辐射度学与光度学的异同点辐射度学与光
4、度学的异同点相同点相同点相同点相同点 辐射度量和光度量都是用来定量描述辐射能量大小的，两辐射度量和光度量都是用来定量描述辐射能量大小的，两辐射度量和光度量都是用来定量描述辐射能量大小的，两辐射度量和光度量都是用来定量描述辐射能量大小的，两者在研究方法和概念上基本相同，它们的基本物理量也是者在研究方法和概念上基本相同，它们的基本物理量也是者在研究方法和概念上基本相同，它们的基本物理量也是者在研究方法和概念上基本相同，它们的基本物理量也是一一对应的。一一对应的。一一对应的。一一对应的。不同点不同点不同点不同点 辐射度量：适用于所有电磁波辐射波段，客观量辐射度量：适用于所有电磁波辐射波段，客观量辐射
5、度量：适用于所有电磁波辐射波段，客观量辐射度量：适用于所有电磁波辐射波段，客观量 光度量：仅适用于可见光波段，客观量主观量光度量：仅适用于可见光波段，客观量主观量光度量：仅适用于可见光波段，客观量主观量光度量：仅适用于可见光波段，客观量主观量第4页，本讲稿共20页 辐射度学的基本辐射量（辐射度学的基本辐射量（1）辐射能辐射能辐射能辐射能 Q Qe e 以辐射的形式发射、传输或接收的能量，单位为以辐射的形式发射、传输或接收的能量，单位为以辐射的形式发射、传输或接收的能量，单位为以辐射的形式发射、传输或接收的能量，单位为 J J（焦耳）（焦耳）（焦耳）（焦耳）当辐射能被其它物质吸收时，可以转变为其
6、它当辐射能被其它物质吸收时，可以转变为其它当辐射能被其它物质吸收时，可以转变为其它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。形式的能量，如热能、电能等。形式的能量，如热能、电能等。形式的能量，如热能、电能等。辐射通量辐射通量辐射通量辐射通量e e（辐射功率辐射功率辐射功率辐射功率 P Pe e ）单位时间内发射、传输或接收的辐射能，单位为单位时间内发射、传输或接收的辐射能，单位为单位时间内发射、传输或接收的辐射能，单位为单位时间内发射、传输或接收的辐射能，单位为WW（瓦），（瓦），（瓦），（瓦），1 1W=1J/sW=1J/s（焦耳每秒焦耳每秒焦耳每秒焦耳每秒）e e
7、=dQ=dQe e/dt/dt第5页，本讲稿共20页辐射度学的基本辐射量（辐射度学的基本辐射量（2）辐射出射度（辐出度）辐射出射度（辐出度）辐射出射度（辐出度）辐射出射度（辐出度）MMe e 辐射源单位面积向半球空间（辐射源单位面积向半球空间（辐射源单位面积向半球空间（辐射源单位面积向半球空间（22立体角）发射立体角）发射立体角）发射立体角）发射的辐射通量，单位为的辐射通量，单位为的辐射通量，单位为的辐射通量，单位为W/mW/m2 2（瓦每平方米）（瓦每平方米）（瓦每平方米）（瓦每平方米）辐照度辐照度辐照度辐照度 E Ee e 接收面单位面积上接收的辐射通量，单位为接收面单位面积上接收的辐射通
8、量，单位为接收面单位面积上接收的辐射通量，单位为接收面单位面积上接收的辐射通量，单位为W/mW/m2 2第6页，本讲稿共20页辐射度学的基本辐射量（辐射度学的基本辐射量（3）辐射强度辐射强度 Ie 点源点源向空间某一方向、单位向空间某一方向、单位立体角立体角内发内发射的辐射通量，单位为射的辐射通量，单位为W/sr（瓦每球面度）（瓦每球面度）第7页，本讲稿共20页各向各向同同性点辐射源性点辐射源 在有限立体角在有限立体角内：内：在全球空间：在全球空间：各向各向异异性点辐射源性点辐射源 在全球空间：在全球空间：第8页，本讲稿共20页辐射度学的基本辐射量（辐射度学的基本辐射量（4）辐射亮度辐射亮度辐
9、射亮度辐射亮度 L Le e 辐射源单位辐射源单位辐射源单位辐射源单位表观面积表观面积表观面积表观面积向单位立体角内发射的向单位立体角内发射的向单位立体角内发射的向单位立体角内发射的辐射通量，单位为辐射通量，单位为辐射通量，单位为辐射通量，单位为W/srmW/srm2 2（瓦每球面度平方米）（瓦每球面度平方米）（瓦每球面度平方米）（瓦每球面度平方米）第9页，本讲稿共20页光谱辐射量光谱辐射量 辐射源发射的能量往往是由很多波长的辐射源发射的能量往往是由很多波长的辐射所组成的，我们更关心能量的光谱分辐射所组成的，我们更关心能量的光谱分布。布。光谱辐射量（辐射量的光谱密度）光谱辐射量（辐射量的光谱密
10、度）含义：单位波长间隔内的辐射量；含义：单位波长间隔内的辐射量；表征辐射量随波长的分布特性；表征辐射量随波长的分布特性；是辐射量随波长的变化率。是辐射量随波长的变化率。第10页，本讲稿共20页 光谱辐射量光谱辐射量光谱辐射能光谱辐射能光谱辐射通量（功率）光谱辐射通量（功率）光谱辐射强度光谱辐射强度光谱辐射亮度光谱辐射亮度光谱辐出度光谱辐出度光谱辐照度光谱辐照度第11页，本讲稿共20页举例说明举例说明 光谱辐射通量光谱辐射通量光谱辐射通量光谱辐射通量 含义：辐射源发出的在波长含义：辐射源发出的在波长含义：辐射源发出的在波长含义：辐射源发出的在波长 处的单位波长间隔处的单位波长间隔处的单位波长间隔
11、处的单位波长间隔 内的辐射通量内的辐射通量内的辐射通量内的辐射通量 单位为单位为单位为单位为W/mW/m 单色单色单色单色辐射通量辐射通量辐射通量辐射通量 WW 波段辐射通量波段辐射通量波段辐射通量波段辐射通量 WW 总辐射通量总辐射通量总辐射通量总辐射通量 WW第12页，本讲稿共20页辐射度量与光度量的对照表辐射度量与光度量的对照表辐辐辐辐射度量射度量射度量射度量符符符符 号号号号单单单单 位位位位光光光光 度度度度 量量量量符符符符 号号号号单单单单 位位位位辐辐辐辐射能射能射能射能QQe eJ J光光光光能能能能QQ lmlm s s辐辐辐辐射通量射通量射通量射通量 e eWW光通量光通
12、量光通量光通量 lmlm辐辐辐辐照度照度照度照度E Ee eWW mm-2-2光照度光照度光照度光照度E E lxlx（lmlm mm-2-2）辐辐辐辐出度出度出度出度MMe eWW mm-2-2光出射度光出射度光出射度光出射度MM lmlm mm-2-2辐辐辐辐射射射射强强强强度度度度I Ie eWW srsr-1-1发发发发光光光光强强强强度度度度I I cdcd（lmlm srsr-1-1）辐辐辐辐射亮度射亮度射亮度射亮度L Le eWW mm-2-2srsr-1-1光亮度光亮度光亮度光亮度L L ntnt（cdcd mm-2-2、lmlm mm-2-2 sr sr-1-1）第13页，本
13、讲稿共20页光度量中的几个单位光度量中的几个单位发光强度的单位发光强度的单位发光强度的单位发光强度的单位 坎德拉（坎德拉（坎德拉（坎德拉（cdcd），），），），它是国际单位制中七个基本单位它是国际单位制中七个基本单位它是国际单位制中七个基本单位它是国际单位制中七个基本单位之一之一之一之一光通量的单位光通量的单位光通量的单位光通量的单位 流明（流明（流明（流明（lmlm），它是发光强度为），它是发光强度为），它是发光强度为），它是发光强度为1cd1cd的均匀点光源的均匀点光源的均匀点光源的均匀点光源在单位立体角（在单位立体角（在单位立体角（在单位立体角（1sr1sr）内发射的光通量）内发射的光
14、通量）内发射的光通量）内发射的光通量光照度的单位光照度的单位光照度的单位光照度的单位 勒克斯（勒克斯（勒克斯（勒克斯（lxlx），它相当于），它相当于），它相当于），它相当于 l l lmlm的光通量均匀地照射的光通量均匀地照射的光通量均匀地照射的光通量均匀地照射在在在在 l ml m2 2面积上所产生的光照度面积上所产生的光照度面积上所产生的光照度面积上所产生的光照度第14页，本讲稿共20页表征物体材料性质的辐射量表征物体材料性质的辐射量 则则 +=1=1说明：说明：、的值均与材料的性质及表面状态有关；的值均与材料的性质及表面状态有关；、的值是入射波长的值是入射波长、物体温度物体温度 T T
15、 的函数的函数Pi（入射功率）（入射功率）P（吸收功率）（吸收功率）P（反射功率）（反射功率）P（透过功率）（透过功率）材料材料第15页，本讲稿共20页距离平方反比定律距离平方反比定律点源点源点源点源在接收面上产生的照度在接收面上产生的照度在接收面上产生的照度在接收面上产生的照度面源面源面源面源在接收面上产生的照度？在接收面上产生的照度？在接收面上产生的照度？在接收面上产生的照度？教材教材教材教材P P37 37 图图图图2-82-8AdAnxIld第16页，本讲稿共20页朗伯余弦定律（朗伯余弦定律（1）朗伯辐射体：辐射亮度与辐射方向无关朗伯辐射体：辐射亮度与辐射方向无关朗伯辐射体：辐射亮度与
16、辐射方向无关朗伯辐射体：辐射亮度与辐射方向无关 （漫反射体）（漫反射体）（漫反射体）（漫反射体）L L =L=L0 0=L=LLLLLLLdAI0IdA第17页，本讲稿共20页朗伯余弦定律（朗伯余弦定律（2）第18页，本讲稿共20页例题例题 如图所示，点源如图所示，点源如图所示，点源如图所示，点源 S S1 1、S S2 2、S S3 3 的辐射强度均为的辐射强度均为的辐射强度均为的辐射强度均为 I I，距，距，距，距 x x 点的距离均为点的距离均为点的距离均为点的距离均为 d d，求，求，求，求 x x 点的照度？点的照度？点的照度？点的照度？xS1S2S3第19页，本讲稿共20页作业题作
17、业题作业题作业题1.1.求光辐射的频率范围？求光辐射的频率范围？求光辐射的频率范围？求光辐射的频率范围？2.2.波长为波长为波长为波长为1 1mm的一个光子能量具有多少的一个光子能量具有多少的一个光子能量具有多少的一个光子能量具有多少 eVeV?3.3.一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.51.5mm的高处，用照度计测得正下方地面上的照度的高处，用照度计测得正下方地面上的照度的高处，用照度计测得正下方地面上的照度的高处，用照度计测得正下方地面上的照度为为为为3
18、030lxlx，求该灯的光通量？，求该灯的光通量？，求该灯的光通量？，求该灯的光通量？4.4.一支氦氖激光器发出的激光束光通量为一支氦氖激光器发出的激光束光通量为一支氦氖激光器发出的激光束光通量为一支氦氖激光器发出的激光束光通量为0.360.36lmlm，该，该，该，该激光束的平面发散角为激光束的平面发散角为激光束的平面发散角为激光束的平面发散角为1 1mradmrad，激光器的放电毛细管，激光器的放电毛细管，激光器的放电毛细管，激光器的放电毛细管直径为直径为直径为直径为1 1mmmm，求该激光束的发光强度、光亮度和光出，求该激光束的发光强度、光亮度和光出，求该激光束的发光强度、光亮度和光出，
19、求该激光束的发光强度、光亮度和光出射度？射度？射度？射度？5.5.某曝光计之受光片为一直径为某曝光计之受光片为一直径为某曝光计之受光片为一直径为某曝光计之受光片为一直径为4 4cmcm的黑色圆形金属的黑色圆形金属的黑色圆形金属的黑色圆形金属板，中心最大辐照度为板，中心最大辐照度为板，中心最大辐照度为板，中心最大辐照度为5 5W/cmW/cm2 2，边沿最小辐照度，边沿最小辐照度，边沿最小辐照度，边沿最小辐照度为为为为1 1W/cmW/cm2 2，从中心到边沿，辐照度按直线规律变化，从中心到边沿，辐照度按直线规律变化，从中心到边沿，辐照度按直线规律变化，从中心到边沿，辐照度按直线规律变化，求照射在受光片上的辐射通量和平均辐照度？求照射在受光片上的辐射通量和平均辐照度？求照射在受光片上的辐射通量和平均辐照度？求照射在受光片上的辐射通量和平均辐照度？第20页，本讲稿共20页