光辐射探测的理论基础

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1、第01章光辐射探测的理论基础辐射度量学基础半导体基础光电探测器概述掌握了解理解1.1辐射度学与光度学的基础知识1.1.1光的基本概念1.1.2辐射度量1.1.4两条基本定律1.1.3光度量1.1.1光的基本概念1.1.1光的基本概念光学波段1.1.1光的基本概念光学谱区0.01μm~1000μm可见光区0.38μm~0.78μm红外区0.78μm~1000μm紫外区0.01μm~0.38μm光电技术常用的光波波段远红外波段远近紫外波段可见光波段近红外波段中红外波段8光电技术常用的光波波段远红外波段远近紫外波段可见光波段近红外

2、波段中红外波段已开发利用波段待开发利用波段83．光子能量公式光既是电磁波（波动性）又是光子流（粒子性）可见光光子的能量范围为3.2～1.6eV太赫兹波30～3000μm能量范围为？～？eV1.1.1光的基本概念太赫兹波30～3000μm与X射线比较：1.1辐射度学与光度学的基础知识1.1.1光的基本概念1.1.2辐射度量1.1.4两条基本定律1.1.3光度量1.1.2辐射度量辐射度学是一门研究电磁辐射能测量的学科。本课程限于光学波段的研究讨论。辐射度学电磁波客观光度学可见光主观（生理、心理）电磁波（Emission）可见光（

3、Visiblelight）－－辐射度量，Xe－－光度量，Xv1.1.2辐射度量1．辐射能Qe2．辐射通量Φe又称辐射功率，简称功率单位：W计算光电探测器的光电转换能力常用辐射功率分析强光对光电探测器破坏机理常用辐射能量单位：J1.1.2辐射度量3．辐射强度在给定方向上的立体角元内，辐射源发出的辐射通量与立体角元之比单位：W/sr(瓦/球面度)辐射强度反映了辐射源能量分布的什么特点？3．辐射强度辐射源多为各向异性的，即Ie随方向而改变超高压球形氙灯辐射强度分布4．辐射出度Me与辐射亮度Le辐射出度Me面辐射源元的辐射能力4．辐

4、射出度Me与辐射亮度Le辐射出度Me辐射亮度Le面辐射源元的辐射能力面辐射源沿不同方向的辐射能力的差异5．辐射照度Ee辐射接收面上单位面积接受的辐射通量单位：W/m2（瓦/平方米）比较：辐射照度Ee辐射出度Me例：常见的几种显示器为了反映显示屏的特性，用上述哪个参数描述合适？为什么？为了描述显示器的每个局部面元在各个方向的辐射能力，最适合的辐射度量是（）A辐射照度B辐射强度C辐射出度D辐射亮度6．光谱辐射量辐射源－－多波长的辐射氘灯的光谱能量分布图6．光谱辐射量辐射源－－多波长的辐射荧光灯的光谱能量分布图6．光谱辐射量光谱辐

5、射量是该辐射量在波长λ处的单位波长间隔内的大小，又叫辐射量的光谱密度，是辐射量随波长的变化率。光谱辐射通量Φe(λ)：光谱辐射通量与波长的关系：1．辐射能Qe2．辐射通量Φe3．辐射强度4．辐射出射度Me与辐射亮度Le5．辐射照度Ee6．光谱辐射量光电技术中最常用：辐射照度辐射通量1.1.2辐射度量1.1.3光度量人眼只能感知波长在0.38～0.78μm之间的辐射人眼对不同波长的感光灵敏度不同1．光谱光视效率或视见函数最大值在555nm表1－11．光谱光视效率或视见函数2．光度量的基本物理量光度量的基本物理量与辐射度量一一对

6、应辐射度量符号单位名称光度量符号单位名称辐［射］能Qe焦耳(J)光能Qv流明秒(lm·s)辐［射］通量或辐［射］功率Φe瓦(W)光通量或光功率Φv流明(lm)辐［射］照度Ee瓦/平方米(W·m-2)[光]照度Ev勒克斯(lx=lm·m-2)辐［射］出度Me瓦/平方米(W·m-2)[光]出度Mv流明/平方米(lm·m-2)辐［射］强度Ie瓦/球面度(W·sr-1)发光强度Iv坎德拉(cd=lm·sr-1)辐［射］亮度Le瓦/平方米球面度(W·m-2sr-1)[光]亮度Lv坎德拉/平方米(cd·m-2)发光强度单位—坎德拉（Ca

7、ndela），记作cd。即λ=555nm时，有国际单位制中七个基本单位之一：3．辐射度量与光度量间的换算关系λ=555nm时λ=？nm时3．辐射度量与光度量间的换算关系λ=555nm时λ=？nm时任意波长：－－其光度量3．辐射度量与光度量间的换算关系日元美元光度量辐射度量光度量单位举例：例2：无月夜天光照度～3×10-4lx（微光夜视）白天办公室光照度2～100lx对CCD摄像机黑白图像照度≥0.02lx彩色图像照度≥2lx例3：海平面太阳光平均亮度1.6×109cd.m-210mW氦－氖激光器亮度6.66×1011cd.m

8、-2例1：教室投影仪器光通量2000lm～2500lm高档的光通量3500lm辐射度与光度量总结：ΦeMeIeLeSΩΦvMvIvLvSΩcosqcosq1.1辐射度学与光度学的基础知识1.1.1光的基本概念1.1.2辐射度量1.1.4两条基本定律1.1.3光度量1.1.4辐射度学与光度学