光的本性优秀课件.ppt

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1、光的本性第1页，本讲稿共61页干干涉涉条条纹纹形形成成的的原原因因：竖竖立立的的肥肥皂皂薄薄膜膜在在重重力力作作用用下下形形成成了了上上薄薄下下厚厚的的楔楔形形。当当酒酒精精灯灯的的火火焰焰照照射射到到薄薄膜膜上上时时，分分别别从从膜膜的的前前表表面面和和后后表表面面反反射射的的两两列列光光波波，它它们们频频率率相相同同，方向一致，能产生干涉。方向一致，能产生干涉。不同单色光的薄膜干涉条纹不同单色光的薄膜干涉条纹 可见，波长可见，波长越长，干涉条纹越宽越长，干涉条纹越宽第2页，本讲稿共61页白光的薄膜干涉条纹白光的薄膜干涉条纹彩色条纹彩色条纹肥皂泡和水面上的油膜所呈肥皂泡和水面上的油膜所呈现的

2、美丽色彩。现的美丽色彩。第3页，本讲稿共61页光的波动性光的波动性-光的衍射光的衍射两个主要特点，两个主要特点，光传播方向会变，经障碍物光传播方向会变，经障碍物后会绕到其几何阴影区域后会绕到其几何阴影区域中去；中去；在几何阴影区附近，波在几何阴影区附近，波的强度会有起伏。的强度会有起伏。第4页，本讲稿共61页生活中，极少发现光绕到障生活中，极少发现光绕到障碍物后面去的衍射现象碍物后面去的衍射现象 只有只有当障碍物的尺寸与波长相当障碍物的尺寸与波长相近时，衍射现象才较显著近时，衍射现象才较显著。在空气中，无线电在空气中，无线电(10-10(10-103 3)米，可闻声波米，可闻声波(10(102

3、 2-10)10)米，其衍射现象极为常见米，其衍射现象极为常见 而光波波长在可见光区是而光波波长在可见光区是(0.4-0.7)(0.4-0.7)微微米，故其衍射现象少见。米，故其衍射现象少见。第5页，本讲稿共61页 自然光或非自然光或非偏振光偏振光如如果电场振果电场振动方向漫动方向漫无规则，无规则，则该光为则该光为光波的偏振特性光波的偏振特性 偏振偏振光光电电场矢场矢量具量具有一有一定的定的规则规则 振动面振动面线偏振光的振动线偏振光的振动方向与传播方向构成方向与传播方向构成的平面。的平面。部分偏振光园偏振光椭园偏振光第6页，本讲稿共61页在拍摄表面光滑的物体，如玻璃器皿、水面、陈列橱柜、油漆

4、表面、塑料表面等，常常会出现耀斑或反光，这是由于光线的偏振而引起的。在拍摄时加用偏振镜，并适当地旋转偏振镜面，能够阻挡这些偏振光，借以消除或减弱这些光滑物体表面的反光或亮斑。第7页，本讲稿共61页1.3-4 1.3-4 光的相干性光的相干性 相干性问题，无线电波段中存在，由于无相干性问题，无线电波段中存在，由于无线电频率比较低，它们的相干性非常好。线电频率比较低，它们的相干性非常好。第8页，本讲稿共61页对对于于光光波波来来说说，是是电电磁磁波波，由由于于它它的的频频率率高高，它它们们的的相相干干性性较较差差，因因此此在在那那些些与与相相干干性性有有关关的的应应用中，必须讨论这个问题。用中，必

5、须讨论这个问题。第9页，本讲稿共61页一、一、光的相干性光的相干性 光的相干性就是指在不同空间点、不同时刻光的相干性就是指在不同空间点、不同时刻的光波场的某些特性的光波场的某些特性(例如光波场的相位例如光波场的相位)之间之间的相关性。的相关性。时间相干时间相干空间相干空间相干光的相干有两种类型光的相干有两种类型第10页，本讲稿共61页时间相干性时间相干性 时时间间相相干干性性是是指指同同一一空空间间点点上上，两两个个不同时刻光波场之间的相干性不同时刻光波场之间的相干性.或或者者说说是是指指沿沿着着光光传传播播方方向向，离离光光源源不不同同距距离离的的两两点点，在同一时刻光波场之间的相干性。在同

6、一时刻光波场之间的相干性。t1t1t1t2第11页，本讲稿共61页时间相干性的含义时间相干性的含义 从原理上，可以在光路上两点通过两个分从原理上，可以在光路上两点通过两个分束器取出部分光，考察信号间的相关效应。束器取出部分光，考察信号间的相关效应。两个信号相关，则可以由一点的光电场两个信号相关，则可以由一点的光电场(振幅、振幅、相位相位)确定另一点的光电场确定另一点的光电场(振幅、相位振幅、相位)。或由空间一点某时刻的光电场确定另一时刻的光电场。第12页，本讲稿共61页相干长度相干长度t tC C=L LC C/C/C，为相干时间，光波在该，为相干时间，光波在该相干时间内是时间相干的。相干时间

7、内是时间相干的。t tC C愈愈大，光的时间相干性愈好。大，光的时间相干性愈好。改改变变两两镜镜间间的的距距离离时时，干干涉涉条条纹纹将将产产生生变变化化。当当镜镜间间距距离离增增加加到到某某一一长长度度L LC C时时，干干涉涉效效应应消消失失，这这个个长长度度称称为为相相干干长长度度。光光传传播播速速度度c c为为常常数数，相相应应该该长长度度有有一一个个光的传播时间光的传播时间.第13页，本讲稿共61页空间相干性空间相干性 空空间间相相干干性性是是指指在在同同一一时时刻刻、垂垂直直于于光光传传播播方方向向上上的的两两个个不不同同空空间间点点上上的的光光波波场场之之间间的相干性。的相干性。

8、如果两个信号相关，即可由一个如果两个信号相关，即可由一个空间点的光电场确定另一空间点空间点的光电场确定另一空间点的光电场。的光电场。第14页，本讲稿共61页双孔屏上存在着一个以双孔屏上存在着一个以O O点为对称中心的面积点为对称中心的面积A AC C，只，只要要S S1 1和和S S2 2在在A AC C之外，就不产生干涉现象。之外，就不产生干涉现象。A AC C叫做相叫做相干面积。干面积。A AC C愈大，光的空间相干性愈好。愈大，光的空间相干性愈好。空间相干性空间相干性:光源理想点光源，屏光源理想点光源，屏上会看到清晰的干涉条纹。上会看到清晰的干涉条纹。若固定光源到双孔的距离若固定光源到双

9、孔的距离R R，改变两孔的间，改变两孔的间隔，则干涉效应变化，随孔间距离增大，隔，则干涉效应变化，随孔间距离增大，干涉条纹逐渐模糊。干涉条纹逐渐模糊。第15页，本讲稿共61页S S1 1和和S S2 2处处的的场场具具有有明明显显相相干干性性的的条件是条件是x x 表明，光源愈小，则表明，光源愈小，则具有空间相干性的张具有空间相干性的张角角愈大。愈大。式中式中是两缝间距是两缝间距对光源的张角。对光源的张角。第16页，本讲稿共61页二、光源的相干性二、光源的相干性 光源分两类：光源分两类：普通光源普通光源(热光源热光源)和激光光源和激光光源 光光是是由由处处于于高高激激发发态态的的原原子子(分分

10、子子或或离离子子)自自发发地地跃跃迁迁到到低低能能态态时时发射出来的。发射出来的。其其发发射射过过程程并并非非无无限限延延续续，间断地间断地 发射极短的光波列发射极短的光波列.这这些些波波列列一一般般相相隔隔很很远远(与与每每一一个个波波列列的的持持续续时时间间相相比比)，在时间上是随机的。在时间上是随机的。第17页，本讲稿共61页 某某原原子子发发出出的的一一些些波波列列之之间间没没有有恒恒定定的的相相位位关关系系，是是不不相相干干的的，不不能能产产生生干干涉涉现象。现象。一一个个长长度度有有限限的的波波列列按按傅傅里里叶叶展展开开时时，相相当当于于在在频频带带宽宽度度内内的的一一系系列列正

11、正弦弦波波的的叠叠加加，波波列列的的持持续续时时间间c c与与之间有如下的关系：之间有如下的关系：（c c）（）（）1 1 c c相干时间。相干时间。第18页，本讲稿共61页 光光源源发发出出的的波波列列频频带带愈愈窄窄，单单色色性性愈愈好好，相相干干时时间间愈愈长长，时时间相干性愈好。间相干性愈好。对对于于普普通通光光源源来来说说，它它们们产产生生波波列列的的频频带带很很宽宽，单单色色性性很差，时间相干性很差。很差，时间相干性很差。（c c）（）（）1 1 c c相干时间。相干时间。第19页，本讲稿共61页 对于普通光源对于普通光源 从一个原子不同时刻发出的光波列间从一个原子不同时刻发出的光

12、波列间没有固定的相位关系外，处在激发态没有固定的相位关系外，处在激发态的各个原子之间彼此无关，不同原子的各个原子之间彼此无关，不同原子所发出的光波之间，没有固定的相位所发出的光波之间，没有固定的相位关系。关系。在双孔干涉实验中，由于光源有一定在双孔干涉实验中，由于光源有一定的大小，所以不同地方受激原子发出的大小，所以不同地方受激原子发出的光是不相干的，导致干涉效应很差。的光是不相干的，导致干涉效应很差。第20页，本讲稿共61页三、光子的相干性三、光子的相干性利用光子的概念说明光的相干性。利用光子的概念说明光的相干性。x x 它可写成它可写成 (x x)2 2(/)2 2该式的意义是：该式的意义

13、是：如如果果要要求求传传播播方方向向限限于于立立体体角角()2 2之之内内的的光光波波是是相相干干的的。光光源源的的面面积积 (x x)2 2必必须须小小于于(/)2 2。因因此此，(/)2 2就就是是光光源源的的相干面积。相干面积。第21页，本讲稿共61页 可以证明可以证明:在在相相干干体体积积内内的的光光子子具具有有相相同同的的状状态态，即即处处于于同同一一光光子子态态；属属于于同一光子态的光子是相干的。同一光子态的光子是相干的。把把光光源源的的相相干干面面积积作作为为底底面面，以以相相干干长长度度为为高高。限限定定一一个个空空间间V V。它它 被被 定定 义义 为为 相相 干干 体体 积

14、积，即即V=ctV=ctc c (x x)2 2第22页，本讲稿共61页 利利用用针针孔孔限限制制光光源源的的有有效效尺尺寸寸或或用用滤滤光光器器限限制制其其波波长长范范围围，以以获获得得较较好好的的相相干干性性，光光强强非非常弱。常弱。综上所述综上所述普普通通光光源源处处于于激激发发态态的的原原子子发发射射光光的的振振幅幅、相相位位随随着着时时间间随随机机地地起起伏伏变变化化，其时间、空间相干性都很差。，其时间、空间相干性都很差。第23页，本讲稿共61页 激光器中受激原子的发光不是自激光器中受激原子的发光不是自发地、随机地进行，是受激发发地、随机地进行，是受激发射，激光器作光源即可得到很射，

15、激光器作光源即可得到很好的干涉图形。好的干涉图形。第24页，本讲稿共61页1.3-51.3-5 电磁波谱电磁波谱 进一步证实了进一步证实了X X射线、射线、射线等都是电磁波。射线等都是电磁波。它们的频率它们的频率(或波长或波长)范围差别很大。按范围差别很大。按其频率其频率(或波长或波长)次序排列成如图次序排列成如图l1l1所所示的谱称其为示的谱称其为电磁波谱电磁波谱。第25页，本讲稿共61页电磁波谱电磁波谱第26页，本讲稿共61页光学区域光学区域(或光学频谱或光学频谱)包括紫外包括紫外线、可见光和红外线。线、可见光和红外线。光的频率极高光的频率极高(10(101212HzHz一一1010161

16、6Hz)Hz)，数，数字很大，通常用波长表征，光谱区字很大，通常用波长表征，光谱区域的波长范围约从域的波长范围约从1010-7-7cmcm到到lmmlmm。可见光是人眼可以看到的各种颜色光可见光是人眼可以看到的各种颜色光波，波，第27页，本讲稿共61页红色，红色，0 07676m-0m-06363m m；橙色，橙色，0 06363m-0m-06m6m；黄色，黄色，0 06060m-0m-057m57m；绿色，绿色，0 05757m-0m-050m50m；青色，青色，0 05050m-0m-045m45m；蓝色，蓝色，0 04545m-0.43m-0.43m m；紫色，紫色，0 04343m-0

17、m-040m40m紫外线和红外线不能引起视觉。紫外线和红外线不能引起视觉。红外线波段的波长范围是红外线波段的波长范围是0 07676m mlmmlmm(相应的频率范围是相应的频率范围是4104101414Hz-310Hz-3101111HzHz)。第28页，本讲稿共61页 红外线在地球大气层中红外线在地球大气层中的传播特性不同，分为的传播特性不同，分为如下几个波段：如下几个波段：近红外波段近红外波段 0 07676m-3m-3m m；中红外波段中红外波段 3 3m-6m-6m m；远红外波段远红外波段 6 6m-15m-15m m；极远红外波段极远红外波段 15 15m-1000m-1000m

18、 m。第29页，本讲稿共61页近红外波段，近红外波段，0 07676m-2m-24 4m m (相应于原子能级间跃迁相应于原子能级间跃迁)；中红外波段，中红外波段，2 25 5m-25m-25m m (相应于分子振动一转动能级间的跃相应于分子振动一转动能级间的跃迁迁)；远红外波段，远红外波段，2525m m以上以上 (相应于分子转动能级间的跃迁相应于分子转动能级间的跃迁)。根据红外辐射产生的机理不根据红外辐射产生的机理不同，可将红外线划分为：同，可将红外线划分为：第30页，本讲稿共61页 所所有有电电磁磁波波，虽虽其其产产生生方方法法及及与与物物质质间间的相互作用各不相同，的相互作用各不相同，

19、但但其其本本质质相相同同，都都遵遵守守同同样样的的反反射射、折折射射、干干涉涉、衍衍射射、偏偏振振规规律律，在在真真空空中中的的传传播播速速度度都都为为c c2 29979109979108 8m ms s 将将电电磁磁波波在在真真空空中中的的传传播播速速度度与与介介质质中中的的传传播播速速度度相相比比，得到传播介质的绝对折射率为得到传播介质的绝对折射率为n=c/v=n=c/v=（r rr r）1/21/2 第31页，本讲稿共61页n=（r）1/2 n=c/v=（rr）1/2称为麦克斯韦关系。对于一称为麦克斯韦关系。对于一般物质来说，般物质来说，或或n n都都是频率的函数是频率的函数 式中式中

20、r r和和r r分别为介质的相对介分别为介质的相对介电常数和相对导磁率。除了铁磁物电常数和相对导磁率。除了铁磁物质外，大多数物质的磁性都很弱，质外，大多数物质的磁性都很弱，11，第32页，本讲稿共61页1.3-6 1.3-6 光的能量及量度单位光的能量及量度单位 一、光具有波、粒二重性一、光具有波、粒二重性 随着光波的传播，光的能量向空间传播。随着光波的传播，光的能量向空间传播。单单位位时时间间通通过过垂垂直直于于传传播播方方向向的的单单位位面面积积的的电电磁磁能能量量称称为为辐辐射射强强度度矢矢量量或或波波印印亭亭矢矢量量S S，并并且有且有 S S=E EH H描述了光的电磁能量的传播特性

21、。描述了光的电磁能量的传播特性。第33页，本讲稿共61页 由由于于光光的的频频率率高高,S,S值值变变化化极极快快，接接收收器器不不可可能能接接收收到到S S的瞬时值，只能接收的瞬时值，只能接收S S的平均值。的平均值。对于平面光波来说，在一个周期内的平均值为对于平面光波来说，在一个周期内的平均值为S=0TSdt/T=（/）-1/2E2/2辐射强度的平均值称为光强度，即辐射强度的平均值称为光强度，即单位时间单位时间通过垂直光的传播方向单位面积的能量，以通过垂直光的传播方向单位面积的能量，以I I表示。表示。式中式中为介电系为介电系数，数，为导磁率。为导磁率。第34页，本讲稿共61页 另外，另外

22、，光电效应光电效应 X X射线的散射射线的散射 光作用下进行的化学反应等现象光作用下进行的化学反应等现象 表明与光的波动理论相矛盾，表明与光的波动理论相矛盾，考虑光的微粒性考虑光的微粒性，即光由光子所组成即光由光子所组成。每个光子的能量每个光子的能量E Ehvhv，光的频率不同，光，光的频率不同，光子的能量也不同。子的能量也不同。根据光的量子理论，光波传输的能量由根据光的量子理论，光波传输的能量由许多单个光子组成的光子流的能量。许多单个光子组成的光子流的能量。第35页，本讲稿共61页 设设频频率率为为的的光光束束的的强强度度为为I I，光光束束的的光光子子密密度度为为n n(单位体积内的光子数

23、单位体积内的光子数)，则，则 I Inhcnhc 或或 n nI I/(/(hchc)二、光子的动量和光压二、光子的动量和光压 光子除具有能量光子除具有能量E Ehh外，还具有动量外，还具有动量P P 由相对论质能关系由相对论质能关系 第36页，本讲稿共61页 和动量的表示式和动量的表示式 式中式中是光的波长。是光的波长。因为光子的静止质量因为光子的静止质量m m0 0=0=0，所以由上式可得，所以由上式可得第37页，本讲稿共61页既既然然单单个个光光子子具具有有动动量量，光光子子流流也也具具有有动动量量，设设光光子子流流单单位位体体积积内内的的能能量量为为W W，则则与与单单位位体体积相对应

24、的光子流的动量积相对应的光子流的动量p p为为第38页，本讲稿共61页 当当在在真真空空中中沿沿某某一一方方向向传传输输的的光光子子流流入入射射到到物物体体表表面面时时，部部分分光光子子流流被被吸吸收收，光光子子流流的的动动量量发发生生改改变变，这这表表明明物物体体受受到到一一定定的的力力的的作作用用，垂垂直直于于物物体体单单位位面面积积的的作作用用力力就就是是作作用用在在该该物物体体上上的的光光压压P P光压光压。式式中中n n是是单单位位体体积积内内的的光光子子数数。动动量量p p的的方方向指向光的传播方向。向指向光的传播方向。第39页，本讲稿共61页 P P光压光压(1+(1+R R)W

25、 W 考虑到考虑到W WnhvnhvI I/c c，所以，所以 P P光压光压(1+(1+R R)(I I/c)c)因为因为c c很大很大,光压都很小光压都很小，晴天直射的日光，晴天直射的日光被完全吸收时，所产生的光压为每平方厘米被完全吸收时，所产生的光压为每平方厘米0 04 4毫克，觉察它十分困难。毫克，觉察它十分困难。如果物体表面的反射系数为如果物体表面的反射系数为R R1 1，可证明，可证明,第40页，本讲稿共61页 历史上的原因，先对电磁辐射中的可见历史上的原因，先对电磁辐射中的可见光的光通量、光强、亮度、照度等进行光的光通量、光强、亮度、照度等进行研究，描述人眼对光的敏感程度。研究，

26、描述人眼对光的敏感程度。三、光能量的量度单位三、光能量的量度单位光度学量受主观视觉的限制，不是光度学量受主观视觉的限制，不是客观的物理量客观的物理量第41页，本讲稿共61页 在在光光电电子子学学及及其其应应用用中中，应应采采用用不不受受人人们们主主观观视视觉觉限限制制、建建立立在在物物理理测测量量基基础础上上的的辐辐射射度度量量学学量量。光光度度学学量量可可视视为为辐辐射射度度量量学量的特例。学量的特例。第42页，本讲稿共61页（一）（一）辐射功率又叫辐射通量辐射功率又叫辐射通量 它它是是发发射射、传传输输或或接接收收辐辐射射能能量量的的时时间间变化率。变化率。其定义其定义 Q Q/t t 由

27、于辐射能量是波长、面积、立体由于辐射能量是波长、面积、立体角等因素的函数，用偏微商角等因素的函数，用偏微商单位是瓦式中单位是瓦式中Q Q是辐是辐射能量。射能量。基本辐射量基本辐射量第43页，本讲稿共61页2 2辐射通量密度辐射通量密度 (辐射通量密度辐射通量密度)是是描描写写面面源源辐辐射射特特性性的的量量，是是源源的的单单位位面积向半球空间发射的辐射功率面积向半球空间发射的辐射功率 P/P/A A源面积发射不一定均匀，面上源面积发射不一定均匀，面上各点附近单位面积发射的功率各点附近单位面积发射的功率也不一样，故也不一样，故M M 通常是源上位置通常是源上位置的函数。的函数。式中式中A A是辐

28、射源面积。单位是瓦是辐射源面积。单位是瓦米米2 2,P,P是辐射通量是辐射通量dSrdP.dA第44页，本讲稿共61页3 3辐射强度辐射强度I I 描描写写点点源源辐辐射射的的功功率率在在空空间间不同方向上的分布不同方向上的分布 点源点源不是辐射源真实的物理尺寸大小不是辐射源真实的物理尺寸大小距地球遥远的星星，相对地面上的观察距地球遥远的星星，相对地面上的观察者所张的角度，可以看成一个点者所张的角度，可以看成一个点观测距离比源本身的最大尺寸观测距离比源本身的最大尺寸大大1010倍以上，观测装置是不带光倍以上，观测装置是不带光学系统的简单探测器，可视为点学系统的简单探测器，可视为点源。源。第45

29、页，本讲稿共61页 如如采采用用光光学学系系统统，由由探探测测器器的的尺尺寸寸和和辐辐射射源源在在探探测测器器表表面面上上的的成成象象尺尺寸寸决决定定，若若象象比比探探测测器器小小，则则可可将将辐辐射射源源视视为为点点源。源。辐射强度辐射强度是点源在单位立体角内发射的是点源在单位立体角内发射的辐射功率，它是辐射功率在某个方向上辐射功率，它是辐射功率在某个方向上角密度的量度角密度的量度 P/P/单位是瓦球面单位是瓦球面度。式中度。式中是点是点源所张的立体角。源所张的立体角。SddAd 图2 辐射强度示意图第46页，本讲稿共61页 描描述述扩扩展展源源辐辐射射功功率率在在空空间间和和源源表表面面上

30、上的的分布情况而引入的量。分布情况而引入的量。4 4辐射亮度辐射亮度扩展源是指尺寸很大的扩展源是指尺寸很大的辐射源。辐射源。实际上同一个辐射源既实际上同一个辐射源既可以看作点源，又可以可以看作点源，又可以看作扩展源。看作扩展源。喷喷气气式式飞飞机机的的尾尾喷喷口口，在在1 1公公里里以以上上观观察察时时可可以以看看作作一一个个点点源源，而而在在三米内观察时为一扩展源。三米内观察时为一扩展源。dSrP.S第47页，本讲稿共61页当当采采用用光光学学系系统统观观测测时时，光光辐辐射射源源的的象象比比探探测测器器大大或或者者说说辐辐射射源源充充满满光光学学系系统统的的视视场则该辐射源叫做扩展源。场则

31、该辐射源叫做扩展源。扩展源在某个方向上的扩展源在某个方向上的辐射亮辐射亮度度是它在该方向上的单位表观面是它在该方向上的单位表观面积向单位立体角内发射的辐射功积向单位立体角内发射的辐射功率。率。第48页，本讲稿共61页 在在扩扩展展源源表表面面上上某某点点附附近近的的一一个个小小面面积积元元dAdA向向半半球球空空间间 (2(2球球面面度度)发发射射的的辐辐射射功功率率为为dPdP，该该面面积积元元向向与与面面积积元元法法线线夹夹角角为为的的方方向上发射辐射时，向上发射辐射时，在在方方向向上上看看到到面面积积元元dAdA的的表表观观面面积积为为dAcosdAcos，dAdA向向方方向向 dd立立

32、体体角角内内发发射射的的辐辐射射功功率率被被看看 作作 是是 由由 源源 的的 表表 观观 面面 积积 元元dAcosdAcos发发出出的的辐辐射射功功率率，表表示示为为 2 2P/P/A A coscos单位是瓦米单位是瓦米2 2球面度球面度第49页，本讲稿共61页5 5辐照度辐照度E E 以以上上都都是是描描述述辐辐射射源源发发射射特特性性的的量量。受受照照表表面面接接收收辐辐射射功功率率引入辐射照度引入辐射照度 假假设设辐辐射射源源投投射射到到被被照照表表面面某某点点附附近近小小面面积积dAdA上上的的辐辐射射功功率率为为dPdP，则则被被照照表表面该点的辐照度面该点的辐照度E E为为

33、P/P/A A 其意义表示投射被照面上单位面积上的辐射功率，其意义表示投射被照面上单位面积上的辐射功率，虽然它与辐出度的单位相同，但两者的虽然它与辐出度的单位相同，但两者的物理意义不同。物理意义不同。单位为瓦米单位为瓦米2 2第50页，本讲稿共61页辐出度和辐照度区别辐出度和辐照度区别 辐辐出出度度是是源源向向整整个个半半球球空空间间发发射射的辐射功率。的辐射功率。辐辐照照度度是是入入射射到到被被照照表表面面上上的的辐辐射射功功率率密密度度，(一一个个或或几个源的辐射功率。几个源的辐射功率。)辐照度辐照度E E 除与被照面上的位除与被照面上的位置有关外，还与辐射源的置有关外，还与辐射源的特性及

34、被照明面与源的相特性及被照明面与源的相对位置有关。对位置有关。d2Pd第51页，本讲稿共61页 上上面面辐辐射射量量只只考考虑虑了了辐辐射射功功率率的的空空间间分分布布特性。特性。任任何何一一个个辐辐射射源源发发出出的的辐辐射射或或投投射射到到一一个个表面上的辐射功率。表面上的辐射功率。都都有有定定的的频频率率分分布布特征特征(即光谱特征即光谱特征)，第52页，本讲稿共61页 由由光光谱谱辐辐射射功功率率的的意意义义。在在波波长长为为到到+d+d的的波长间隔内的辐射功率为波长间隔内的辐射功率为 dPdPP Pd d 若若dd足足够够小小，式式中中dPdP可可称称为为波波长长为为的的单单色色辐辐

35、射射功功率率，用用dPdP表表示示。在在有有限限波波长长范范围围其定义为其定义为 1 2P Pdd 如果如果1 1=0=0，2 2=称为全辐射功率。称为全辐射功率。第53页，本讲稿共61页(二二)基本光度学量基本光度学量 光光度度学学涉涉及及能能引引起起视视觉觉响响应应的的那部分辐射场。那部分辐射场。在研究方法上和概念上基本相同。在研究方法上和概念上基本相同。辐辐射射度度量量学学量量度度的的是是电电磁磁辐辐射射场场的的能能量量，而而光度学量是光场产生的视觉响应。光度学量是光场产生的视觉响应。第54页，本讲稿共61页 光通量光通量相应于辐射度量学中相应于辐射度量学中的辐射通量的辐射通量 单位是单

36、位是流明。流明。选择选择555nm555nm的波长，人眼白昼的波长，人眼白昼视觉在这个波长上最灵敏。视觉在这个波长上最灵敏。其定义如下：定义波长为其定义如下：定义波长为555nm555nm的的单色辐射功率为单色辐射功率为0 000150015瓦的光通瓦的光通量为一流明。量为一流明。第55页，本讲稿共61页 光通量用光通量用P P，由它出发，按与辐射度量学同由它出发，按与辐射度量学同样定义方法，可定义出光度学中的其它量，样定义方法，可定义出光度学中的其它量，如如光出射度光出射度M M光强度光强度I I光亮度光亮度L L光照度光照度E E 第56页，本讲稿共61页光出射度光出射度M M：P P/A

37、 A 流明米流明米2 2(勒克司勒克司)光强度光强度I I：P P/流明球面度流明球面度(坎德拉坎德拉)光亮度光亮度L L：2 2P P/A A coscos 流明流明/米米2 2球面度球面度(尼特尼特)光照度光照度E E：P P/A A 流明米流明米2 2(勒克司勒克司)在这里，我们选用的符号与在这里，我们选用的符号与辐射量相同，只是在右下方辐射量相同，只是在右下方加了一个脚标加了一个脚标。相应的定义式和单位分别为相应的定义式和单位分别为第57页，本讲稿共61页辐射源辐射源照度照度(流明米流明米2 2)He-NeHe-Ne激光器激光器10mW10mWd=1mmd=1mm1010米米 5105

38、105 5太阳太阳(处于天顶位置处于天顶位置)1 12102105 5晴朗天空晴朗天空1101104 4阴阴 天天 1101103 3全月全月(天顶位置天顶位置)0 02727无月的阴暗天空无月的阴暗天空110110-4-4距距6060瓦白炽灯瓦白炽灯1 1米处米处1101102 2几种辐射源产生的照度几种辐射源产生的照度第58页，本讲稿共61页几种辐射源的亮度几种辐射源的亮度辐射源辐射源亮亮度度(坎坎德德拉拉厘厘米米2 2)太阳表面太阳表面2102105 5碳弧灯碳弧灯1101104 46060瓦瓦除除去去光光泽泽的的白白炽炽灯灯9 9阴极射线管阴极射线管5 5 40 40瓦白炽灯瓦白炽灯0

39、.50.5白色发光漆白色发光漆310310-6-6H He e一一N Ne e激光器激光器(10mW(10mW，d dlmm)lmm)7107107 7第59页，本讲稿共61页基基本本辐辐射射量量与与光光度学量对照表度学量对照表第60页，本讲稿共61页作业作业1.1.红外光波、可见光波、紫外光、红外光波、可见光波、紫外光、X-X-射线、射线、射线射线的波长范围？相应的频率范围？的波长范围？相应的频率范围？2.2.辐射通量密度、辐射强度、辐射亮度、辐射照度辐射通量密度、辐射强度、辐射亮度、辐射照度？3.3.激光光源与普通光源的主要差别激光光源与普通光源的主要差别?4.4.光的空间、时间相干性光的空间、时间相干性?它们的物理意义它们的物理意义?5.5.光光的相干性能好、差程度分别用什么量衡量的相干性能好、差程度分别用什么量衡量?第61页，本讲稿共61页