《光电检测》PPT课件(I)

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1、1.3物体热辐射物体通常以两种不同形式发射辐射能量。第一种称为热辐射。第二种称为发光。1.3.1黑体辐射定律1.黑体能够完全吸收从任何角度入射的任何波长的辐射，并且在每一个方向都能最大可能地发射任意波长辐射能的物体称为黑体。显然，黑体的吸收系数为1，发射系数也为1。2.普朗克辐射定律黑体为理想的余弦辐射体，其光谱辐射出射度Me,s,λ（角标“s”表示黑体）由普朗克公式表示为式中，k为波尔兹曼常数；h为普朗克常数；T为绝对温度；c为真空中的光速。（1-40）黑体光谱辐亮度Le,s,λ和光谱辐强度Ie,s,λ分别为（1-41）图1-2绘出了黑体辐射的相对光谱

2、辐亮度Le,s,λr与波长的等温关系曲线。图中每一条曲线都有一个最大值，最大值的位置随温度升高向短波方向移动。将式（1-40）对波长λ求积分，得到黑体发射的总辐射出射度（1-42）式中，σ是斯特藩-波尔兹曼常数，它由下式决定由式（1-42），Me,s与T的四次方成正比3.斯忒藩-波尔兹曼定律将普朗克公式（1-40）对波长λ求微分后令其等于0，则可以得到峰值光谱辐射出射度所对应的波长λm与绝对温度T的关系为(μm)（1-43）可见，峰值光谱辐出度对应的波长与绝对温度的乘积是常数。当温度升高时，峰值光谱辐射出射度对应的波长向短波方向位移，这就是维恩位移定律。

3、4.维恩位移定律将式（1-43）代入式（1-40），得到黑体的峰值光谱辐出度W·cm-2·μm-1·K-5以上三个定律统称为黑体辐射定律。例1-1若可以将人体作为黑体，正常人体温的为36.5℃，（1）试计算正常人体所发出的辐射出射度为多少W/m2？（2）正常人体的峰值辐射波长为多少μm？峰值光谱辐射出射度Me,s,λm为多少？（3）人体发烧到38℃时峰值辐射波长为多少？发烧时的峰值光谱辐射出射度Me,s,λm又为多少？解（1）人体正常体的绝对温度为T=36.5+273=309.5K，根据斯特藩-波尔兹曼辐射定律，正常人体所发出的辐射出射度为（2）由维恩位

4、移定律，正常人体的峰值辐射波长为(μm)=9.36μm峰值光谱辐射出射度为Wcm-2μm-1=3.72Wcm-2μm-1（3）人体发烧到38℃时峰值辐射波长为发烧时的峰值光谱辐射出射度为=3.81Wcm-2μm-1例1-2将标准钨丝灯为黑体时，试计算它的峰值辐射波长，峰值光谱辐射出射度和它的总辐射出射度。解标准钨丝灯的温度为TW=2856K，因此它的峰值辐射波长为(μm)峰值光谱辐射出射度为=1.309×28565×10-15=248.7Wcm-2μm-1总辐射出射度为光学系统CCD2辐射度参数与光度参数是从不同角度对光辐射进行度量的参数，这些参数在一定

5、光谱范围内（可见光谱区）经常相互使用，它们之间存在着一定的转换关系；有些光电传感器件采用光度参数标定其特性参数，而另一些器件采用辐射度参数标定其特性参数，因此讨论它们之间的转换是很重要的。本节将重点讨论它们的转换关系，掌握了这些转换关系，就可以对用不同度量参数标定的光电器件灵敏度等特性参数进行比较。1.4辐射度参数与光度参数的关系用各种单色辐射分别刺激正常人（标准观察者）眼的锥状细胞，当刺激程度相同时，发现波长=0.555μm处的光谱辐射亮度Le,λm小于其它波长的光谱辐亮度Le,λ。把波长=0.555μm的光谱辐射亮度Le,λm被其它波长的光谱辐亮度L

6、e,λ除得的商，定义为正常人眼的明视觉光谱光视效率V（λ），即（1-54）1.4.1人眼的视觉灵敏度如图1-5所示为人眼的明视觉光谱光视效率V（λ），它为与波长有关的相对值。对正常人眼的圆柱细胞，以微弱的各种单色辐射刺激时，发现在相同刺激程度下，波长为处的光谱辐射亮度Le，507nm小于其他波长λ的光谱辐射亮度Le,λ。把Le，507nm与Le,λ的比值定义为正常人眼的暗视觉光谱光视效率，即V`(λ）也是一个无量纲的相对值，它与波长的关系如图1-5中的虚线所示。(1-55)对于正常人眼的圆柱细胞，以微弱的各种单色辐射刺激时，发现在相同刺激程度下，波长为处

7、的光谱辐射亮度Le，507nm小于其他波长λ的光谱辐射亮度Le,λ。把Le，507nm与Le,λ的比值定义为正常人眼的暗视觉光谱光视效率，即1.4.2人眼的光谱光视效能无论是锥状细胞还是柱状细胞，单色辐射对其刺激的程度与Le,λ成正比。对于明视觉，刺激程度平衡的条件为（1-56）式中，Km为人眼的明视觉最灵敏波长的光度参量对辐射度参量的转换常数，其值为683lm/W。对于暗视觉，为式中，K'm为人眼的明视觉最灵敏波长的光度参量对辐射度参量的转换常数，其值为1725lm/W。引进，K（λ），并令（1-58）（1-57）（1-59）式中，K（λ），K`（λ）

8、分别称为人眼的明视觉和暗视觉光谱光视效能。由式（1-58）、（1-59），在人眼