第二章-辐射度学与光度学基础ppt课件.ppt

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1、第二章辐射度学与光度学基础§2.1引言光是电磁波，是一种传播着的能量。在研究光（辐射）的产生、传输和探测等光辐射与物质相互作用时，需要对辐射量进行度量和定量研究。辐射度学就是一门研究电磁辐射能测量的科学与技术，对整个电磁波谱范围都适用。在电磁波谱范围内，不同的波段各有其特殊性质，有不同的测量方法与手段，我们现在限于讨论光学波段（涵盖红外和紫外）的辐射能测量。人类最先认识的是可见光，创立了光能测量的技术——光度学。光度学与辐射度学：对光能进行定量研究的科学.光度学：只限于可见光范围，包含人眼特性。辐射度学：规律适用于

2、从紫外到红外波段（光能的大小是客观的）.甚至适用于整个电磁波谱。属于心理物理学方法纯粹的物理学方法，辐射量是纯粹的物理量辐射度学是建立在几何光学的基础上的：1，辐射按直线传播，辐射的波动性不会使辐射能的空间分布偏离几何光线所规定的光路；2，辐射能是不相干的，不考虑干涉效应。红外物理学就是从光是一种能量出发，定量地讨论光的计算和测量问题（当然可以扩展到整个光学谱区）.§2.2常用辐射量任一光源发射的光能量都是辐射在它周围的一定空间内。因此，在进行有关光辐射的讨论和计算时，也将是一个立体空间问题。在光辐射测量中，常用的

3、几何量就是立体角。定义:一个任意形状椎面所包含的空间称为立体角。符号：Ω单位：Sr（球面度）立体角的数值为部分球面面积△A与球半径平方之比：△A是半径为R的球面的一部分，△A的边缘各点对球心O连线所包围的那部分空间叫立体角立体角对于一个给定顶点O和一个随意方向的微小面积dS，它们对应的立体角为：图2-1一，辐射能以电磁波形式发射、传输或接收的能量称为辐射能，用Q表示，单位为焦耳。一个光量子的辐射能为辐射能密度：辐射场内单位体积中的辐射能。二，辐射功率辐射通量：单位时间内通过某一面积的辐射能。因此，对同一表面：辐射

4、功率以及由它派生出来的几个辐射度学中的物理量，属于基本物理量。它们的量值都可以用专门的红外辐射计在离开辐射源一定的距离上进行测量。所以其他辐射量都是由辐射功率（或称为辐射通量）定义的。单位时间内发射，传输或接收到的辐射能。单位：W（瓦）三，辐射强度辐射强度是描述点辐射源特性的辐射量。这是一个相对概念，辐射源与观测点之间距离大于辐射源最大尺寸10倍时，可当做点源处理，否则称为扩展源（有一定面积）.1，点辐射源与扩展源如果观测中使用了光学系统，当源的像小于探测器，就可以看成是点源。物理描述：点辐射源在某一方向上的辐射强

5、度，是指辐射源在包含该方向的单位立体角内所发出的辐射通量。数学描述：点辐射源在小立体角△Ω内的辐射功率为△P，则△P与△Ω之比的极限值定义为辐射强度.单位：W/Sr（瓦/球面度）2，辐射强度图2-2点源是向全空间辐射能量的，点源的辐射功率：对于各向同性的辐射源，辐射强度为常数：四，辐射出射度（辐出度）辐射出射度是描述扩展源辐射特性的辐射量。物理描述：扩展源单位面积向半球空间发射的功率（或辐射通量）。数学描述：若辐射源的x处微小面积元△A向半球空间的辐射功率为△P，则△P与△A之比的极限值定义为x处的辐射出射度.单位

6、：w/㎡（瓦/米2）图2-3如果扩展源表面的发射不是均匀的：扩展源的辐射功率：如果扩展源表面的发射是均匀的：辐射出射度描述了扩展源辐射功率在源表面的分布特性。五，辐射亮度（辐亮度）辐射亮度L：描述扩展源表面不同位置沿空间不同方向的辐射功率分布特性物理描述：辐射源在给定方向上的辐射亮度，是源在该方向单位投影面积上、单位立体角内发出的辐射功率。数学描述：面积元△A向小立体角△Ω内发射的辐射功率是二阶小量△(△P)＝△2P；图2-4在θ方向看到的源面积是△A的投影面积△Aθ＝△Acosθ在θ方向上观测到的源表面上该位置的

7、辐亮度就定义为△2P与△Aθ及△Ω之比的极限值单位：w/(㎡·Sr)瓦/（平方米·球面度）辐出度M和辐亮度L的关系小面源（面积ΔA）可以近似看作点源，也可以用辐射强度描述：由于ΔA很小，一般不考虑辐射亮度L在ΔA中不同位置上的变化，小面源的辐射强度等于该面源的辐射亮度乘以小面源在该方向上的投影面积：上述结论对扩展源上的小面积元同样适用。扩展源挡光板小面积元图2-5六，辐射照度单位：w/㎡（瓦/米2）受照物体表面的单位面积上接收到的辐射功率称辐射照度.和辐射出射度的表达式相同，但物理意义完全不同。辐射照度E，可以是多

8、个辐射源辐照的结果，也可以是特定方向的一个立体角中投射的辐射功率。图2-6§2.3光谱辐射量与光子辐射量第一节介绍的六个基本辐射量反映了辐射功率的几何分布特性：表面密度分布和空间角分布。任何辐射均有一定的波长分布范围：辐射的光谱特性。那么，基本辐射量都应该有相应的光谱辐射量。一，光谱辐射量任一基本辐射量X，它包含了波长范围0～∞的全部辐射量，因此也叫全辐射量