第1章 光辐射与光源模板ppt课件.ppt

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1、第一章光辐射与光源牛顿惠更斯背景知识麦克斯韦（1831-1879）1860年麦克斯韦（C.Maxwell)提出光是电磁波的理论。光在传播时表现出波动性，如光的干涉、衍射、偏振、反射、折射。普朗克（1858-1947）1900年,普朗克（Max.Planck)提出了辐射的量子论，将谐振子所发射或吸收的电磁辐射能量加以量子化，他称呼这种离散能量为量子。按爱因斯坦理论，光子能量式中，为普朗克常数，真空光速光具有波粒二象性，既是电磁波，又是光子流。1905年，爱因斯坦（Albert.Einstein)将量子论

2、用于光电效应之中，提出光子理论。§1.电磁波谱光学谱区整个电磁波谱，波长从10-10~1014μm，包括宇宙射线（10-10~10-8μm）、γ射线（~10-4μm）、x射线（~10-2μm）、紫外线（2×10-2~0.40μm）、可见光（~0.76μm）、红外光（~103μm）、微波（~106μm）、无线电波（~1011μm）、长波电振荡（~1014μm）。我们只研究光辐射波段（极远紫外（0.165~0.26）、远紫外（~0.30）、近紫外（~0.40）、紫（~0.455）、蓝（~0.492）、青（

3、~0.535）、绿（~0.577）、黄（~0.597）、橙（~0.622）、红（~0.76）、近红外（~1.5）、中红外（~6）、远红外（~40）、极远红外（~103）。单位（μm）光学谱区辐射类型波长(m)波长近似尺度频率(Hz)针尖单细胞生物分子光辐射波段又分紫外、可见光、红外光区，把它们放在一起研究的原因是，它们有相同的辐射与吸收机理，许多辐射源的光谱分布和接收器的灵敏域都同时覆盖这三个波段。在实验技术上，为了接收这些辐射，并聚焦成象，都要使用光学透镜§2.光辐射的基本概念在光学中，用来定量的描

4、述光辐射强度的量有两类：辐射度学量，是用能量单位描述光辐射能的客观物理量；光度学量，是描述光辐射能为平均人眼接收所引起的视觉刺激大小的强度，即光度学量是具有标准人眼视觉特性的人眼所接收到的辐射量的度量，它与人的生理学、心理学特性直接相关。辐射度参量一般用下脚标e表示，光度学参量则用下脚标v表示。还有一种与人的生理特性相联系的描述辐射量的量度系统，叫做色度学，它将电磁辐射与人的眼睛的颜色视觉特性相联系。一、辐射度的基本物理量1辐射能Qe一种以电磁波的形式发射、传播或接受的能量。单位：焦耳[J]2辐射通量

5、Φe是辐射能的时间变化率，单位时间内通过一定面积发射、传播或接受的能量，又称辐射功率Pe。单位：瓦［Ｗ］3辐射强度Ie点辐射源在给定方向上通过单位立体角内的辐射通量。单位：［WSr-1］θdP立体角立体角是以圆锥体的顶点为球心半径为1的球面被锥面所截得的面积来度量的度量单位。单位为球面度（steradian或者Sr）单位立体角：以O为球心、R为半径作球，若立体角Ω截出的球面部分的面积为R2，则此球面部分所对应的立体角称为一个单位立体角，或一球面度。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

6、应的立体角为其中θ为dS与投影面积dA的夹角，R为O到dS中心的距离。[例]1、球面所对应的立体角：根据定义全球所对应的立体角(全球所对应的立体角是整个空间，又称为4π空间.)同理，半球所对应的立体角为2π空间。用球坐标表示立体角微小面积dS则dS对应的立体角为计算某一个立体角时，在一定范围内积分即可。dSdS由辐射强度的定义可知，如果一个置于各向同性、均匀介质中的点辐射体向所有方向发射的总辐射通量是P，则该点辐射体在各个方向的辐射强度I是常量，有4辐射照度Ee投射在单位面积上的辐射通量。单位：［Wm

7、-2］5辐射出射度Me扩展辐射源单位面积所辐射的通量（也称辐射本领）。单位：［Wm-2］6辐射亮度Le辐射表面给定方向上单位投影面积内发射的辐射强度。单位：［Wm-2Sr-1］7光谱辐射量也称辐射量的光谱辐射密度。由于辐射源发出的光辐射由许多不同波长的单色辐射所组成，为了研究不同波长的辐射，需对某一波长的单色光的辐射能量作出相应的定义。光谱辐射量是辐射量随波长的变化率，是波长的函数。即单位波长间隔内的辐射物理量辐射一般由各种波长组成，每种波长的辐通量各不相同。总的辐通量为各个组成波长的辐通量的总和。下

8、图为某辐通量的连续分布曲线。光谱辐射通量光谱辐照度光谱辐射出射度光谱辐射亮度一般的有表1—1基本辐射度量的名称、符号和定义方程名称符号定义方程单位符号辐射能Qe焦耳J辐射通量，辐射功率Φe瓦特W辐射强度Ｉe瓦特／球面度Wsr-1辐射亮度Ｌe瓦特／球面度平方米Wm-2sr-1辐射出射度Ｍe瓦特／平方米Wm-2辐射照度Ｅe瓦特／平方米Wm-2二光度学的基本物理量1、光谱光视效率V（l）视神经对各种不同波长的光的感光灵敏度是不一样的。人眼对绿光感光最灵敏，对红