光辐射与发光源

光辐射与发光源

任何一种光电系统或光电子器件的使用和评价都离不开特定的光辐射源与光辐射探测器，所以光辐射和光电转换的原理是光电子技术的基本研究内容之一。本章主要介绍光辐射的基本概念和原理，以及在光电子技术中应用比较普遍的典型光辐射源。

1.1电磁波谱与光辐射

1.电磁波的性质与电磁波谱

光使电磁波。根据麦克斯韦电磁场理论，若在空间某区域有变化电场E

（或

变化磁场H ），在邻近区域将产生变化的磁场H （或变化电场E

），这种变化的电

场和变化的磁场不断地交替产生，由近及远以有限的速度在空间传播，形成电磁波。电磁波具有以下性质：

⑴ 电磁波的电场E 和磁场H

都垂直于波的传播方向，三者相互垂直，所以电

磁波是横波。H E

、和传播方向构成右手螺旋系。

⑵ 沿给定方向传播的电磁波，E 和H

分别在各自平面内振动，这种特性称为

偏振。

⑶ 空间各点E 和H

都作周期性变化，而且相位相同，即同时达到最大，同时

减到最小。

⑷ 任一时刻，在空间任一点，E 和H

在量值上的关系为H E με=。

⑸ 电磁波在真空中传播的速度为0

01

με=

c ，介质中的传播速度为εμ

1

=

v 。

电磁波包括的范围很广，从无线电波到光波，从X 射线到γ 射线，都属于电磁波的范畴，只是波长不同而已。目前已经发现并得到广泛利用的电磁波有波长达104m 以上的，也有波长短到10-5nm 以下的。我们可以按照频率或波长的顺序把这些电磁波排列成图表，称为电磁波谱，如图1所示，光辐射仅占电波谱的一极小波段。图中还给出了各种波长范围（波段）。

2. 光辐射

以电磁波形式或粒子（光子）形式传播的能量，它们可以用光学元件反射、成像或色散，这种能量及其传播过程称为光辐射。一般认为其波长在10nm~1mm ，或频率在3?1016Hz~3?1011Hz 范围内。一般按辐射波长及人眼的生理视觉效应将光辐射分成三部分：紫外辐射、可见光和红外辐射。一般在可见到紫外波段波长用nm 、在红外波段波长用μm 表示。波数的单位习惯用cm -1。

可见光。通常人们提到的“光”指的是可见光。可见光是波长在390~770nm 范围的光辐射，也是人视觉能感受到“光亮”的电磁波。当可见光进入人眼时，人眼的主观感觉依波长从长到短表现为红色、橙色、黄色、绿色、青色、蓝色和紫色。

紫外辐射。紫外辐射比紫光的波长更短，人眼看不见，波长范围是1~390nm 。细分为近紫外、远紫外和极远紫外。由于极远紫外在空气中几乎会被完全吸收，

1014

1012 1010

108 106

104 102

1

10-2 10-4 10-6 10-8

10-10

λ/μm

声频电磁振荡

无线电波

毫米波

红外光

紫外光 X 射线 γ射线

宇宙射线

λ/nm 1?106 4?104

6?103 1.5?106

770 622 597 577 492 455 390 300

200

10

极远 远 中 近 红 橙 黄 绿 蓝 紫 近

远

极远

可 见 光

图1 电磁辐射波谱

只能在真空中传播，所以又称为真空紫外辐射。在进行太阳紫外辐射的研究中，常将紫外辐射分为A 波段、B 波段和C 波段。

红外辐射。波长在0.77~1000μm 的是红外辐射。通常分为近红外、中红外和远红外三部分。

1.2辐射度学与光度学基本知识

为了对光辐射进行定量描述，需要引入计量光辐射的物理量。而对于光辐射的探测和计量，存在着辐射度单位和光度单位两套不同的体系。

在辐射度单位体系中，辐通量（又称为辐射功率）或者辐射能是基本量，是只与辐射客体有关的量。其基本单位是瓦特（W ）或者焦耳（J ）。辐射度学适用于整个电磁波段。

光度单位体系是一套反映视觉亮暗特性的光辐射计量单位，被选作基本量的不是光通量而是发光强度，其基本单位是坎德拉。光度学只适用于可见光波段。

以上两类单位体系中的物理量在物理概念上是不同的，但所用的物理符号一一对应的。为了区别起见，在对应的物理量符号标角标“e ”表示辐射度物理量，角标“v ”表示光度物理量。下面重点介绍辐射度单位体系中的物理量。光度单位体系中的物理量可对比理解。

1. 辐射量

⑴ 辐射能。辐射能是以辐射形式发射或传输的电磁波（主要指紫外、可见光和红外辐射）能量。辐射能一般用符号Q e 表示，其单位是焦耳（J ）。

⑵ 辐射通量。辐射通量Φe 又称为辐射功率，定义为单位时间内流过的辐射能量，即

dt

dQ e

e =

Φ (1.2-1) 单位：瓦特（W ）或焦耳?秒（J ?s ）。

⑶ 辐射出射度。辐射出射度M e 是用来反映物体辐射能力的物理量。定义为辐射体单位面积向半空间发射的辐射通量，即

dS

d M e

e Φ=

(1.2-2) 单位：W/m 2。

⑷辐射强度。辐射强度e I 定义为：点辐射源在给定方向上发射的在单位立体角内的辐射通量，用I e 表示，即

Ω

Φd d I e

e = (1.2-3)

单位：瓦特?球面度-1（W ?sr -1）。

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Φe ，则该点辐射体在各个方向的辐射强度I e 是常量，有

π4e e I Φ

= (1.2-4)

⑸ 辐射亮度。辐射亮度e L 定义为面辐射源在某一给定方向上的辐射通量。如图2所示。

θ

ΩΦθcos cos 2dS d d dS dI L e

e e == (1.2-5)

式中θ是给定方向和辐射源面元法线间的夹角。 单位：瓦特/球面度?米2（W/sr ?m 2）。

显然，一般辐射体的辐射强度与空间方向有关。 但是有些辐射体的辐射强度在空间方向上的分布满足

θcos 0e e dI dI = (1.2-6)

式中I e 0是面元dS 沿其法线方向的辐射强度。符合上式规律的辐射体称为余弦辐射体或朗伯体。(1.2-6)式代入(1.2-5)式得到余弦辐射体的辐射亮度为

00e e e L dS

dI

L = (1.2-7)

可见余弦辐射体的辐射亮度是均匀的，与方向角θ无关。余弦辐射体的辐射出射度为

πΦ0e e

e L dS

d M ==

(1.2-8)

d Φ 图2 辐射亮度示意图

⑹辐射照度。在辐射接收面上的辐照度e E 定义为照射在面元d A 上的辐射通量e d Φ与该面元的面积dA 之比。即

dA

d E e

e Φ=

(1.2-9) 单位：（W/m 2）。

⑺单色辐射度量

对于单色光辐射，同样可以采用上述物理量表示，只不过均定义为单位波长间隔内对应的辐射度量，并且对所有辐射量X 来说单色辐射度量与辐射度量之间均满足

?∞

=

,λλ

d X

X e e (1.2-10)

2. 光度量

由于人眼的视觉细胞对不同频率的辐射有不同响应，故用辐射度单位描述的光辐射不能正确反应人的亮暗感觉。光度单位体系是一套反映视觉亮暗特性的光辐射计量单位，在光频区域光度学的物理量可以用与辐度学的基本物理量

e e e e e e E L M I Q 、、、、、Φ对应的v v v v v v E L M I Q 、、、、、Φ来表示，

其定义完全一一对应，其关系如表1所示。

与辐射度量体系不同，在光度单位体系中，被选作基本单位的不是光量或光通量，而是发光强度，其单位是坎德拉。坎德拉不仅是光度体系的基本单位，而且也是国际单位制（SI ）的七个基本单位之一。

表1常用辐度量和光度量之间的对应关系

光视效能。光视效能描述某一波长的单色光辐射通量可以产生多少相应的单色光通量。即光视效能K λ定义为同一波长下测得的光通量与辐射通量的比之，即

λ

λ

λΦΦe v K =

(1.2-11) 单位：流明/瓦特（lm/W ）。

通过对标准光度观察者的实验测定，在辐射频率540?1012Hz （波长555nm ）处，K λ有最大值，其数值为K m =683lm/W 。单色光视效率是K λ用K m 归一化的结果，其定义为

λ

λ

λλΦΦe v m m K K K V 1=

=

(1.2-12)

1.3热辐射基本定律

任何0K 以上温度的物体都会发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象称为热辐射。热辐射具有连续的辐射谱，

波长自远红外区到紫外区，并且辐射能按波长的分布主要决定于物体的温度。本节介绍热辐射的一些基本定律。

1. 单色吸收比和单色反射比。

任何物体向周围发射电磁波的同时，也吸收周围物体发射的辐射能。当辐射从外界入射到不透明的物体表面上时，一部分能量被吸收，另一部分能量从表面反射（如果物体是透明的，则还有一部分能量透射）。

400500600700800

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

V λ

V '

λ

波 长(nm)

光视效率

图3 光谱光视效率曲线

吸收比。被物体吸收的能量与入射的能量之比称为该物体的吸收比。在波长λ到λ+d λ范围内的吸收比称为单色吸收比，用)(T λα表示。

反射比。反射的能量与入射的能量之比称为该物体的反射比。在波长λ到λ+d λ范围内相应的反射比称为单色反射比，用)(T λρ表示。对于不透明的物体，单色吸收比和单色反射比之和等于1，即

1)()(=+T T λλρα (1.3-1)

若物体在任何温度下，对任何波长的辐射能的吸收比都等于1，即1)(≡T λα，则称该物体为绝对黑体（简称黑体）。

2. 基尔霍夫辐射定律

在同样的温度下，各种不同物体对相同波长的单色辐射出射度与单色吸收比之比值都相等，并等于该温度下黑体对同一波长的单色辐射出射度。即

)()

()

()()(2211T M T T M T T M b v v v v v λλλλλαα=== (1.3-2)

式中b v M λ为黑体的单色辐射出射度。

3. 普朗克公式

黑体处于温度T 时，在波长λ 处的单色辐射出射度由普朗克公式给出

)

1(2)(/52

-λπ=λλT

k hc b v B e hc T M (1.3-3) 式中h 为普朗克常数，c 为真空中的光速，k B 为波尔兹曼常数。

令212hc C π=，B k hc C /2=，则(1.3-4)式可改写为

)m W/cm (1

1

)(/512μ?-λ=

λλT C b v e C T M (1.3-4)

2121cm W 10)000020.0741832.3(??±=-C 第一辐射常数， K μm 10)000045.0438786.1(42??±=C 第二辐射常数。

图4为不同温度条件下黑体的单色辐射出射度（辐射亮度）随波长的变化曲线。可见：

⑴对应任一温度，单色辐射出射度随波长连续变化，且只有一个峰值，对应不同温度的曲线不相交。因而温度能唯一确定单色辐射出射度的光谱分布和辐射出射度（即曲线下的面积）。

⑵单色辐射出射度和辐射出射度均随温度的升高而增大。 ⑶单色辐射出射度的峰值随温度的升高向短波方向移动。

4.瑞利-琼斯公式

当T λ很大时，T

C e T C λ+

≈λ2

/12，可得到适合于长波长区的瑞利-琼斯公式 4

2

1)(-λλ=

T C C T M b v (1.3-5) 在K μm 107.75??>T λ时，瑞利-琼斯公式与普朗克公式的误差小于1%。

5.维恩公式

当T λ很小时，T C T C e e λλ≈-//221，可得到适合于短波长区的维恩公式

T C b v e C T M λ--λλ=/512)( (1.3-6)

在K μm 2698

?

0123456

010

2030

401000K

1200K 1400K 1600K 1800K 2000K λ (μm)单色辐射出射度 M

v λb (W /c m 2μm )图1-4 黑体辐射单色辐射出射度的波长分布

6.维恩位移定律

单色辐射出射度最大值对应的波长m λ

)K μm (9.2897?=T m λ (1.3-7)

7.斯忒藩-玻尔兹曼定律

4)(T T M vb σ= (1.3-9)

其中)K s J/m (10670.5428???=-σ为斯忒藩-玻尔兹曼常数。斯忒藩-玻尔兹曼定律表明黑体的辐射出射度只与黑体的温度有关，而与黑体的其他性质无关。

8.色温

为了表示一个热辐射光源所发出光的光色性质，常用到色温度这个量，单位为K 。色温度是指在规定两波长处具有与热辐射光源的辐射比率相同的黑体的温度。色温度并非热辐射光源本身的温度。由于色温度是按规定的两波长处的辐射比率来比较的，所以色温度相同的热辐射光源的连续谱也可能不相似，若规定的波长不同，色温度往往也不相同。至于非热辐射光源，色温度只能给出这个光源光色的大概情况，一般来说，色温高代表蓝、绿光成分多些，色温低则表示橙、红光的成分多些。

光学辐射探测

光学辐射探测的应用 ——基于红外成像的生命探测仪1光学辐射探测简介 光学辐射是波长10nm～1mm之间的电磁辐射，包括紫外光、红外光以及可见光，可见光波长380～780nm，由于光波是电磁波的一种，因而它具有电磁波的基本特性。以电磁波形式或粒子（光子）形式传播的能量，可以用平面镜、透镜或棱镜之类的光学元件反射、成像或色散，这种能量传播的过程称为辐射。辐射度学：是一门测量电磁辐射的科学和技术。在整个电磁辐射波谱范围内，不同波段的辐射能可以用不同的测量方法进行测量[1]。 光辐射探测器是一种用来探测光辐射的器件（军用光学中最常用的是可见光和红外辐射），它通过把光辐射转换成易于测量的电量来实现对光辐射的探测，是光探测系统的重要组成部分。为了深入研究光辐射的探测过程以及对光探测系统的性能进行正确的分析计算，首先要了解光辐射探测器赖以工作的物理效应、光电转换的基本规律和光辐射探测器的特性参数。 从不同的角度出发可以将光辐射探测器分为不同的类型。按其是否成像可以分为成像型和非成像型辐射探测器，按工作方式可以分为相干探测和非相干探测，按其反应机理可以分为光子探测器和热探测器，按其结构可分为单元和多元探测器，下面就部分类型进行介绍： 热探测器是基于光辐射与物质相互作用的热效应制成的器件。这是一类研究最早并且较早得到实际应用的探测器。由于其中的相当多探测器不需制冷，以及在全部波长上具有平坦响应两大特点，一直有广泛的应用。而另外由于其在红外热辐射领域具有较好的大气传输特性，因此，红外热辐射的探测近年已经成为军事及民用发展的重要方向。 2红外热成像技术 红外热成像技术最早在军事领域得到广泛应用，并且已经成为军事应用中具有重要战略地位的高新技术手段。除此之外，红外成像技术还应用于各个方面，比如：应用于卫星的侦查、遥感和预警，对国家安全和经济利益有重大的影响；应用于战场系统中，避免电磁干扰，获取战场信息优势，成为获得胜利的主要技术；服务于飞机、舰艇、车辆的夜间导航与侦查，现代装备大部分装有红外仪器；应用于导弹的精确制导方面，成为重要反坦克导弹和肩射地空导弹发射的热瞄具；广泛应用于海上巡逻与救援、编队航行等方面。 红外热成像技术还应用于国民经济领域。航天系统中，利用气象卫星等设备进行天气预报，对国民经济有重大影响。热成像技术不仅能够在灾难发生后进行生命的探测，而且还可以预报地震的发生，利用卫星的红外云图可以发现，地震之前，震区的上空空气的温度会急剧升高，可以判断出这片区域的异常以进行预测。在工业领域，已应用于输电线、变压器等装置的带电检测和检查炉体的温度分布。在飞机、轮船、汽车方面的安装，避免了雾天的相撞事故的发生，保证了夜间的行车安全。随着热成像技术水平的不断提高和科学技术不断发展，必将能应用于更多新领域[2]。 灾后现场环境极为复杂，传统的光学探生仪和声波/振动探生仪极易受到现

常压下低温等离子体光辐射特性测量

第26卷,第11期 光谱学与光谱分析Vol 26,No 11,pp2116 2119 2006年11月 Spectro sco py and Spectr al Analysis No vember ,2006 常压下低温等离子体光辐射特性测量 任庆磊,林 麒* 厦门大学物理与机电工程学院,福建厦门 361005 摘 要 采用常压空气辉光放电(AP GD)技术在自行设计的电极板表面产生出一薄层低温等离子体,并利用光谱诊断光学系统对所产生的等离子体进行光辐射特性实验测量;实验获取了几种电极板在几个不同加 载功率下的辐射光谱,并对光谱的辐射强度进行平均化处理分析。分析结果表明此沿面A P GD 的光辐射强度与加载功率之间存在线性增加的关系,且随电极板静态电容的增加而增强。该方法可以为控制AP GD 等离子体的产生量提供一种简便可行的途径。 主题词 低温等离子体;常压空气辉光放电;光辐射特性;光谱测量 中图分类号:O 536 文献标识码:A 文章编号:1000 0593(2006)11 2116 04 收稿日期:2005 08 28,修订日期:2005 12 16 基金项目:福建省自然科学基金(A0410001)资助项目 作者简介:任庆磊,1981年生,厦门大学物理与机电工程学院硕士研究生 *通讯联系人 引 言 常压空气辉光放电(AP GD)等离子体在材料表面改性、环境保护、臭氧合成、医学和航空等诸多领域有着重要的应用价值[1],对其进行深入研究是非常有意义的。 为了有效地加以应用,有必要研究了解A PG D 等离子体的特性。目前对其电子温度和电子密度等特性参数的测量诊断还未见有相关文献,一直缺少一种有效的诊断方法。这在很大程度上影响了这种等离子体的有效定量应用。 注意到等离子体具有光辐射特性,这就使人们有希望从其光辐射特性中获得定量描述AP GD 低温等离子体的方法。由光谱测量分析得到的光谱强度和谱线的分布与等离子体的电子温度等参数之间肯定存在某种必然的关联性质[2,3],虽然人们一时还无法给出它们之间的这种关系,但光辐射特性仍然从一个侧面定量地反映了等离子体的强度。因此,本文采用光谱测量的方法对A PGD 等离子体进行光辐射特性研究,分析它的定量变化规律,试图对该类等离子体的测量诊断方法进行探讨。 1 APGD 装置及原理 A PGD 等离子体发生装置如图1所示,主要由放电电极板和高压电源组成。电极板的基板介质材料分别有两种:环氧树脂玻璃纤维和聚四氟乙烯玻璃布,其结构为约0.1mm 厚的铜膜覆于1mm 厚的介质板两侧作为电极,电极的形式一侧为细条状,一侧为片状(示意图见图1)。电极条在介质 板上均匀相间平行分布。 Fig 1 The illustration of APGD plasma device 当对两侧电极加载高压交流电时,电极条两侧便发生放电现象,产生低温等离子体,同时发出可见的紫色光芒。 图2为所摄沿其中一块电极板平面的AP GD 实验照片。 从本质上说,这种A PGD 等离子体产生的原理是沿面介质阻挡放电。它是一种非平衡态的、非稳定的和不均匀的放电。由于两放电电极之间有一绝缘介质板,当对两电极加上高电压时,绝缘介质板表面即感应出与附于板上同侧的电极极性相反的电荷,在绝缘板表面与电极条之间建立起足够强度的电场,从而使它们之间敞开在大气压下的空气发生电离放电。由于这种空气电离放电是在高频脉冲电压作用下发生的,所以沿面AP GD 实际上是由一系列的脉冲微放电组成的。对这种放电产生的等离子体,测量它的瞬态参数对于工程应用没有什么意义。因此,在光谱测量实验中和数据处理

光辐射的传播

第二章 光辐射的传播 2.1 光辐射的电磁理论 光辐射是电磁波，它服从电磁场基本规律。由于引起生理视觉效应、光化学 效应以及探测器对光频段电磁波的响应主要是电磁场量中的E 矢量，因此，光辐 射的电磁理论主要是应用麦克斯韦方程求解光辐射场量E 的变化规律。 1. 光辐射的波动方程 在无源（ρ=0）非磁性介质中，运用麦克斯韦方程并经一系列数学运算可以 得到场量E 所满足的微分方程 t J t P t E E ??-??-=??+???? μμμε22220 (2.1-1) 这就是光辐射普遍形式的波动方程。 方程右边两项反映物质对光辐射场量的影响，起“源”的作用，分别由极化电荷与传导电流引起。 对导体，t J ??- μ项起主要作用。 对绝缘体（J =0），22t P ??- μ项起主要作用 对于半导体，两项都起重要作用。 2. 光辐射场的亥姆霍兹方程 对于简谐波场，场量可表示为 t i e r E t r E ω=)(),( ， 则(2.1-1)式中场量E 的时 间因子可以消去，得到 0)()()(0002 =--????r E i r E r r r σμωμεμεμω (2.1-2) 引入复相对介电系数 r r r r i i εεωεσ εε'-=-=0 ~ (2.1-3) (2.1-2) 式可改写为 0)(~)(02=-????r E r E r εμεω (2.1-4) 这就是光辐射满足的亥姆霍兹方程。

3. 均匀介质中的平面波和球面波 对于各向同性的无吸收介质， 0=??E ，利用矢量恒等式E E E 2 ?-???=????，亥姆霍兹方程可改写为 0)(~)(022 =+?r E r E r εμεω (2.1-5) 上式平面波解的一般形式为 ) (00),(?ω+?-=r k t i e E t r E (2.1-6) 球面波解的一般形式为 ) (00),(?ω+?-=r k t i e r E t r E (2.1-7) 式中k 为波矢量，?0为初相。 5. 电磁场的边界条件 在光电子技术的许多实际应用中，经常涉及在两种或多种物理性质不同的介质交界面（在该处ε、μ发生突变）处光辐射场量之间的关系。这时，求解麦克斯韦方程需要考虑边界条件。 如图1所示，光辐射场的边界条件可以直接由麦克斯韦方程推得： ? ?? =-=-02121t t s n n E E D D σ (2.1-8) 式中σs 为界面面电荷密度。 在光学波段经常遇到的情况是σs 等于零，这时，界面两侧E 的切向分量以及D 的法向分量均连续。 σ2 图1 界面上电场的法向和切向分量

光源辐射能(含思考题答案)

课程： 专业班号：姓名：学号： 同组者： 一、实验目的 1.了解辐射度学的一些基本概念； 2.了解光源的光谱特性及标准光源、二级标准光源的概念； 3.了解单色仪、光电倍增管的结构、工作原理和方法； 4.学习测定光源的光谱特性—辐射能谱曲线的原理和方法； 5.对计算机在物理实验中的应用有较好的了解。 二、实验原理 1.基本概念 (1) 光源辐射通量、辐射度及辐射能谱 辐射通量（功率）：光源在单位时间辐射出的辐射 能量，其单位为瓦特。 辐射度：光源上单位面积在单位时间辐射出的辐 射能量，其单位为瓦特每平方米。 辐射能谱：给定光源只能辐射出一定波长范围内 的光，且所辐射出的不同波长的光的辐射通量亦不同， 光源辐射通量随波长的分布称为光源的辐射能谱 （亦称光谱能量分布），记为E(λ)。图1 黑体及钨带灯的相对辐射能谱 (2) 标准光源及其辐射能谱 标准光源：已知辐射能谱分布的光源称为标准光源，理相的标准光源是绝对黑体。其相对辐射能谱如图1所示。 (3) 光源的发射率、二级标准光源及其辐射能谱 发射率：其它光源和物体都是非黑体，它们的辐射本领都小于黑体。通常把非黑体光源 ε。 在一定温度下的辐射度与黑体的辐射度之比称为该光源的发射率，记为） （λ二级标准光源及其辐射能谱：作为标准光源的黑体其制作和使用都比较复杂。钨丝是非黑体，它在某一温度下的辐射能谱与同一温度下黑体的辐射能谱形式相同，只是辐射度比黑体小，其相对辐射能谱如图1所示。因此，在要求不高的情况下，通常用温度等于2800K

的钨带灯作为二级标准光源。 二级标准光源—钨带灯的辐射能谱：）（钨λE 之值可由黑体的辐射能谱） （黑体λE 及钨带灯的光谱发射率） （钨λε求得，即 ） （）（）（钨黑体钨λελλ?=E E （1） 或给标定过的钨带灯通以额定电流，由钨带灯出厂时附带的数表直接查得。 2. 测定给定光源的辐射能谱 (1) 测量装置 实验装置框图如图2所示。光栅单 色仪作为分光仪；光电倍增管作为光探 测器；电控系统在计算机软件的控制下， 为单色仪的扫描系统及光电倍增管提供 驱动电压及负高压，并将光电倍增管所 探测的光电压信号进行处理后送 图2 实验装置框图 入A/D 转换系统；计算机的软件系统与A/D 转换系统一起完成数据采集、处理及控制整个系统的工作。 光栅单色仪 光栅单色仪是能将复色光分解成一系列独立单色光的分光仪器。其原理光路图如图3所示。入射到光栅单色仪的复色光经入射狭缝S 1后投射到球面反射镜M 1上，S 1处于M 1的焦平面上，因此，经球镜M 1反射后的光束为平 行光束，这平行光束经平面光栅G 分光后，分 成不同波长的平行光束以不同的衍射角投向球 面反射镜M 2，球镜M 2起照相物镜的作用，将 这些平行光束经平面镜M 3反射后成像于它的焦 平面上，从而得到一系列的光谱。出射狭缝位于 球镜M 2的焦平面上，根据它开启的宽度大小， 允许波长间隔非常狭窄的一部分光束射 图 3 光栅单色仪原理光路图 出狭缝 S 2，当光栅按顺时针方向旋转时（在本实验中光栅的旋转是由计算机来控制的），可以在狭缝S 2处得到光谱纯度高的不同波长的单色光。这样单色仪就起到了将入射的复色光分解成一系列独立单色光的作用。 光电倍增管 光电倍增管是利用外光电效应制 成的能将光信号转变为电信号的光电 器件。其结构及工作电路如图4所示。

太阳辐射的特性

太阳辐射的特性 昼夜是由于地球自转而产生的，而季节是由于地球的自转轴与地球围绕太阳公转的轨道的转轴呈23°27′的夹角而产生的。地球每天绕着通过它本身南极和北极的“地轴” 自西向东自转一周。每转一周为一昼夜，所以地球每小时自转15°。地球除自转外还循偏心率很小的椭圆轨道每年绕太阳运行一周。地球自转轴与公转轨道面的法线始终成23．5°。地球公转时自转轴的方向不变，总是指向地球的北极。因此地球处于运行轨道的不同位置时，太阳光投射到地球上的方向也就不同，于是形成了地球上的四季变化（见下图）。每天中午时分，太阳的高度总是最高。在热带低纬度地区（即在赤道南北纬度23°27′之间的地区），一年中太阳有两次垂直入射，在较高纬度地区，太阳总是靠近赤道方向。在北极和南极地区（在南北半球大于90°~23°27′），冬季太阳低于地平线的时间长，而夏季则高于地平线的时间 长。 由于地球以椭圆形轨道绕太阳运行，因此太阳与地球之间的距离不是一个常数，而且一年里每天的日地距离也不一样。众所周知，某一点的辐射强度与距辐射源的距离的平方成反比，这意味着地球大气上方的太阳辐射强度会随日地间距离不同而异。然而，由于日地间距离太大（平均距离为1.5 x 108km），所以地球大气层外的太阳辐射强度几乎是一个常数。因此人们就采用所谓“太阳常数”来描述地球大气层上方的太阳辐射强度。它是指平均日地距离时，在地球大气层上界垂直于太阳辐射的单位表面积上所接受的太阳辐射能。近年来通过各种先进手段测得的太阳常数的标准值为1353w／m2。一年中由于日地距离的变化所引起太阳辐射强度的变化不超过上3.4％。 2.2 到达地面的太阳辐射 太阳照射到地平面上的辐射或称“日射”由两部分组成——直达日射和漫射日射。太阳辐射穿过大气层而到达地面时，由于大气中空气分子、水蒸气和尘埃等对太阳辐射的吸收、反射和散射，不仅使辐射强度减弱，还会改变辐射的方向和辐射的光谱分布。因此实际到达地面的太阳辐射通常是由直射和漫射两部分组成。直射是指直接来自太阳其辐射方向不发生改变的辐射；漫射则是被大气反射和散射后方向发生了改变的太阳辐射，它由三部分组成：太阳周围的散射（太阳表面周围的天空亮光），地平圈散射（地平圈周围的天空亮光或暗光），及其他的天空散射辐射。另外，非水平面也接收来自地面的反射辐射。直达日射、漫射日射和反射日射的总和即为总日射或环球日射。可以依靠透镜或反射器来聚焦直达日射。如果聚光率很高，就可获得高能量密度，但却损耗了漫射日射。如果聚光率较低，也可以对部分太阳周围的漫射日射进行聚光。漫射日射的变化范围很大，当天空晴朗无云时，漫射日射为总日射的10％。但当天空乌云密布见不到太阳时，总日射则等于漫射日射。因此聚式收集器采集的能量通常要比非聚式收集器采集的能量少得多。反射日射一般都很弱，但当地面有冰雪覆盖时，垂直面上的反射日射可达总日射的40％。 到达地面的太阳辐射主要受大气层厚度的影响。大气层越厚，对太阳辐射的吸收、反射和散射就越严重，到达地面的太阳辐射就越少。此外大气的状况和大气的质量对到达地面的太阳辐射也有影响。显然太阳辐射穿过大气层的路径长短与太阳辐射的方向有关。参看下图，A为地球海平面上的一点，当太阳在天顶位置S时，太阳辐射穿过大气层到达A点的路径为OA。城阳位于S点时，其穿过大气层到达A 点的路径则为0A。 O，A与 OA之比就称之为“大气质量”。它表示太阳辐射穿过地球大气的路径与太阳在天顶方向垂直入射时的路径之比，通常以符号m表示，并设定标准大气压和O℃时海平面上太阳垂

光学常用的度量

光学常用的度量 1.辐射能Q e (单位J) 光源辐射出来的光的能量称为光源的辐射能. 2.辐射能通量φe (单位W) 光源在单位时间内辐射出去的总能量称为光源的辐射能通量.也可称为辐射功率. 3.辐射出射度M e (单位W/m2) 如果光源表面上的一个发光面积A在各个方向(在半个空间内的辐射能通量为φe,则该发光面的辐射出射度为M e=φe/A 4.光谱光视效率V(λ) 人眼在可见光谱范围内的视觉灵敏度是不均匀的,它随波长而变化.人眼对波长为555nm的黄绿光的感受效率最高,而对其他波长光的感受效率却较低,故称555nm为峰值波长,,以λm表示. 5.光谱光视效能K(λ) 光谱光视效能是用来度量由辐射能所引起的视觉能力.光谱光视效能的量纲描叙为流明每瓦(lm/W) 6.光通亮φ(单位流明lm) 人眼对各种不同波长的光的视觉灵敏度是不一样的.波长为555nm的V(λ)最大,等于1,其他波长的V(λ)都小于1.如果在很小的波长间隔内,光源的辐射能通量是dφ,那么在人眼中引起的光通量为dφ= K(λ) dφ e 流明是国际单位制和我国法定单位制的基本单位之一.在照明工程中,光通量是说明光源发光能力的基本量.例如,一只220V /40W的白炽灯发射的光通量为350lm,而一只220V/36W(T8管)荧光灯发射的光通量为2500ml ,为白炽灯的7倍之多. 7.发光强度(单位坎德拉cd) 若光源辐射的光通量φω是均匀的,则在立体角内的 平均光强I=φω/ω 8.照度(单位为勒克斯lx) 照度是用来表示被照面上的光的强度,它是以被照场所光通量的面积密度来表示的.即表面上的一点照度E定义为入射光通量dφ与该单元面积dA之比,其表达式为E=dφ/dA.例如,晴朗的满月夜地面照度约为0.21lx,白天采光良好的室内照度为100~500 lx,晴天室外太阳散射光(非直射)下的地面照度约为1000 lx,中午太阳光照射下的地面照度可达105 lx. 9.光出射度M (单位为勒克斯lx) 对于任意大小的发光表面A,若发射的光通量为φ,则表面A上的平均光出射度M=φ/A.光出射度M与照度E之间的关系:光出射度表示发光体发出的光通量表面密度,而照度表示被照物体所接受的光通量表面密度. 10.亮度L (单位为坎德拉每平方米cd/m2或者尼特nt). 在一个广光源上取一个单元面积dA,从与表面法线成θ角的方向上去观察,在这个方向上的光强与人眼”见到”的光源面积之比,定义为光源在这个方向的亮度.

最新光源原理 考题答案

光源原理考题答案

考试信息 ?时间：1月19日上午8:30~10:30 ?地点：HGX210 ?题型：判断, 选择, 填空, 名词解释, 简答, 计算 ?答疑：1月18日下午1:30~4:30, 电光源楼207 2009-01-08 源原理与设计, 复习要点 第一章光源的特性参量 1. 光波长的划分区域（P1） 2. 辐射度量和光度量, 以及它们之间的关系（辐射度量P1~4，光度量P8~12） (一)辐射度量 1.辐射能量Q e 定义：光源辐射出来的光(包括红外线、可见光和紫外线)的能量称为光源的辐射能量。 单位：J焦耳。

2.辐射通量(辐射功率)P e 定义：在单位时间内通过某一面积的辐射能量称为经过该面积的辐射通量，而光源在单位时 间内辐射出去的总能量就叫做光源的辐射通量。辐射通量也可称为辐射功率。单位：W瓦。 3.辐射强度I e 定义：光源在某一方向上的辐射强度I e是指光源在包含该方向的立体角Ω内发射的辐射通 量P e与该立体角Ω之比：I e=P e/Ω 单位：W/sr 当光源在空间各个方向发出的辐射通量均匀分布时，I e=P e/4π 4.辐射出(射)度M e 和辐照度E e M e 定义：一个有一定面积的光源，如果它表面上的一个发光面积S在各个方向(在半个空间内)的总辐射通量为P e，则该发光S超的辐射出(射)度为M e=P e/S 单位：W/m2 E e 定义：表示物体被辐射程度的量称为辐照度E e 。它是每单位面积上所接收到 的辐射通量数，即E e=dP e/dS’(s’表示接收器的面积元) 5.辐射量度L e 定义：光源在给定方向上的辐射亮度L e(φ，θ)是光源在该方向上的单位投影面积、在单位立体角中的辐射通量即L e(φ，θ)= P e（φ，θ）/（S*cosθ*Ω）S代表发光面的面积，θ是在给定方向和发光面法线之间的夹角，Ω是给定方向的立体角，P e（φ，θ）是在该立体角内的辐射通量。

光电检测常用光源

光电检测常用光源调研报告 光信092 黄坚保0911030005 前言 由于生产技术的发展和对产品质量的保证，对产品进行检测就成了一个必须的环节。检测技术发展到今天，已经是种类繁多技术全面了。这里主要是以光电检测为对象进行调研的。 重点词汇光电检测光源LED LD 正文 在光电检测领域，比较关键的就是光源的选取。光的产生可以分为电致发光、光致发光、化学发光、热发光、生物发光和阴极射线发光。常用光源有热辐射光源（如太阳光、白炽灯、卤素灯等）、气体放电光源、金属卤化物灯、电致发光光源（如EL型和TFEL型、半导体发光器件）以及激光光源。 对光源选择的基本要求包括：对光源发光光谱特性的要求，对光源发光强度的要求，对光源稳定性的要求和其他方面的要求。 光源的基本参数有发光效率（单位lm/W），寿命（单位h），光谱功率谱分布，空间光强分布特性，光源光辐射的稳定性以及光源的色温和显色性。 以下是个常用光源的产生原理、特性以及应用 一、热辐射光源 1、太阳光太阳光是热核聚变辐射产生的光，是复色光，其照度值在不同光谱区不同，紫外光约占6.46%，可见光占46.25%和红外光区占47.29%。太阳光因为是很好的照明光源，所以它是被动光电测量的主要光源，又是很好的平行光源。 2、白炽灯它靠电能将灯丝加热至白炽而发光，主要的灯丝材料为钨。钨的蒸发率随温度不同而改变，而使用时间随工作温度升高而变短。 3、卤素灯溴、碘、氯、氟各种卤素都能产生钨的再生循环，就可以使灯的光效和寿命大大增加。国内生产的主要是碘钨灯和溴钨灯，一般用作一般照明、投影仪照明、放映照明、汽车前灯照明、舞台灯光影视照明等。 二、气体放电光源 这类光源是利用气体放电原理来发光的。将氢、氘、氪等气体或汞、钠、硫等金属蒸汽充入灯内，在电场等能源的激励下，从灯的阴极发射出电子，电子将奔向阳极，由于阴阳极之间充满的气体或金属蒸汽因为激发辐射而发光。 气体放电光源的特点有： 1、发光效率高，比白瓷灯高2-10倍； 2、结构尺寸较大； 3、寿命长，大约为白炽灯的2-啊10倍； 4、光色范围宽； 5光源的功率稳定性较差 由于以上特点，气体放电灯主要用于工程照明，在光电测量中主要用于对光源稳定性要求不太高的强光主动测量场合。

太赫兹辐射的主要特征与应用

1.2太赫兹辐射的主要特征与应用 THz位于亚毫米波与远红外线之间，显然低端THz波具有微波辐射特性，高端THz波具有光波辐射特性，加上它是非离子化辐射和占有极宽波谱，它的应用前景是非常可观的。 首先THz具有很多独特的性质： (1)黑体温度很低，室温下(3000K左右)。一般物体有热辐射，这一辐射大约对 应6THz。从宇宙大爆炸中产生的宇宙背景辐射有1/2都在光谱中的THz部分。 10倍)，不会THz光子有较低的量子能量(4mev@1THz，比x射线的光了弱6 在生物组织中引起光损伤及光化电离[6]。THz做信息载体比用可见光和近中红外光能量效率高得多[7]。 (2)从GHz到THz频段，许多有机分子表现出较强的吸收和色散特性，这是由 于分子旋转和震动的跃迁造成的。这种跃迁是一种特殊的标志，物质的THz 光谱(包括发射、反射和透射)包含有丰富的物理和化学信息，并使得THz波有类似指纹一样唯一性的特点[8-11]。THz波光谱通过介电函数的实部和虚部来描述分子的转动和振动光谱(100GHz--10THz)。 (3)THz辐射能以很小的衰减穿透如陶瓷、脂肪、碳板、布料、塑料等物质，因 此可用其探测低浓度极化气体，适用于控制污染。THz辐射可无损穿透墙壁、布料，使得其能在某些特殊领域发挥作用[12-13]。利用这一特点，结合断层扫描原理可以实现计算机层析成像，从而获得样品的三维信息，一个重要的应用就是THz三维断层扫描成像技术[14]。 (4)THz的时域频谱信噪比很高，在10G H—4THz频率范围内，THz时域光谱 (THz-TDS)的信噪比可以达到4 10了，非常适用于成像应用，而传统的傅立叶变换红外光谱(FTIR)的信噪比只有300左右。但当带宽增加到40THz时，THz-TDS的信噪比将显著下降[15-17]。 (5)带宽很宽(0.1-10THZ)，对人类而言是非常丰富的频率资源库。 (6)可形成很窄的脉冲(皮秒甚至飞秒级)，可以方便的对各种材料 (7)(包括液体、半导体、超导体、生物样品等)进行时间分辨的研究。

光与光源的认识

光与光源的认识 光与光源的认识 一、光的产生 1、光的辐射 光是从实物中发射出来的，是以电磁波传播的物质。因为实物是由大量的带电粒子组成的，粒子在不断地运动，当它们的运动受到骚扰时就可能发射出电磁波。 我们用比较简单的孤立原子来说明这个问题。原子内有若干电子围绕原子核不断运动，其运动有多种可能状态，都是稳定的且有一定的能量。不同运动状态的电子具有不同能量，常用“能级”一词来代表电子绕原子核的运动状态。在原子内，这些能级的能量是不连续的，或者说是一系列分立的能级，能量大的称为高能级，小的则为低能级，最低能级称为“基态”。如果有外来的激励，把适合的能量传给电子，电子就可能从低能级进入较高的能级。这个过程是瞬时完成的，称它为“跃迁”。电子受激励“跃迁”到较高能级（激发态）只能维持很短的一段时间，很快就要回到低能级。这个从激发态向下回到低能级的过程中，必然释放出多余的能量。在极大多数情况下，释放的能量是以光子的形式发射出来的。 下图代表电子的两个运动状态 E0为基态，电子受激获得一定能量而跃迁到激发态E1，当电子从激发态回到基态时，能量E1从变到E0，此时发射光子的频率为： 式中h为普朗克常数，h= 6.62 X 10-27尔格·秒=4.13 X 10-15电子伏·秒。因为原子中有很多可能的能级，因此原子受激后可发射出多种频率的光。这些频率是分立的，分立的线光普称为“原子光谱”，其中每一条谱线代表一个频率的光。 为“原子光谱”，其中每一条谱线代表一个频率的光。 气体或汽态物质可看成是由许多孤立原子组成，每个原子受激后都可能发射出光子。各个原子发射光子过程基本上是互相独立的，即使是完全相同的两个能级之间的跃迁，光子发射的时间也有先后，发射的方向也不尽相同，电场振动的方向也有各种可能，即光子发射的时间、方向、电场相位和偏振方向都是随机的，这样的光就是非连续的“自然光”。 在固体中，情况就不同了，固体包含着大量互相紧密连系的原子，原子之间相互作用使能级发生迁移。从整体上看，固体中电子的能级是一片能量连续的能带。电子在两个能量连续的能带之间的跃迁，其跃迁能量也必然是连续的。所以固体受激后发射出来的光具有连续的光谱，而不是分离的谱线。同样，固体发射出来的光也是风非相干的自然光。

光电子技术总复习

第一章 光辐射与发光源 1. 辐射量、光度量及其单位 1）了解辐射量、光度量的定义及其单位（辐射通量、光通量、发光 强度、亮度） 2）掌握视见函数的定义和规律 辐射度量:只与辐射客体有关,适用于电磁波全波段。 基本量: 辐射通量(即辐射功率） 基本单位:瓦特(W) 光度量: 反映人眼对不同波长电磁波的视觉灵敏度，只适用于可见光 波段。 基本量: 发光强度 基本单位: 坎德拉(cd) 用下标“e ”表示辐射度量，下标“v ”表示光度量。 辐射通量（辐射功率）: 单位：瓦特（W ） 含义：为单位时间内流过某面积的辐射能量 光通量: d =Id 单位：lm=cd sr 发光强度：I(基本量) 单位：cd (光)亮度：L=dI/(dScos ) 单位：nt=cd/m2 dt dQ e e =Φ683 λλλK K K V m ==

光视效率(视见函数)V ：是归一化的光视效能: ＝555nm 的单色光视效率V =1, 为最大值. 光通量(lm )与辐射通量(辐射功率,W)的换算： )()/(683)(,,W W lm V lm e λλλνΦ??=Φ 例题： 点光源均匀发光( =500nm), 发光强度I ν=100cd,则总光通量ν = ,总辐射功率为e, = 解：总光通量ν = I νd =4I ν =400(lm ), 总辐射功率e,=ν,/683V =400/(683 =(W) 2. 光源的分类 了解光源器件的分类，相干光源与非相干光源的区别（激发机制 与特点）。 光源器件的分类：3大类 热辐射光源（卤钨灯）；气体放电光源（低压和高压,自吸收）；电致 发光源（LED ） 3. 热辐射描述与热辐射光源 （1）掌握黑体辐射特点，色温与相关色温的概念

光辐射与发光源

光辐射与发光源 任何一种光电系统或光电子器件的使用和评价都离不开特定的光辐射源与光辐射探测器，所以光辐射和光电转换的原理是光电子技术的基本研究内容之一。本章主要介绍光辐射的基本概念和原理，以及在光电子技术中应用比较普遍的典型光辐射源。 1.1电磁波谱与光辐射 1.电磁波的性质与电磁波谱 光使电磁波。根据麦克斯韦电磁场理论，若在空间某区域有变化电场E （或 变化磁场H ），在邻近区域将产生变化的磁场H （或变化电场E ），这种变化的电 场和变化的磁场不断地交替产生，由近及远以有限的速度在空间传播，形成电磁波。电磁波具有以下性质： ⑴ 电磁波的电场E 和磁场H 都垂直于波的传播方向，三者相互垂直，所以电 磁波是横波。H E 、和传播方向构成右手螺旋系。 ⑵ 沿给定方向传播的电磁波，E 和H 分别在各自平面内振动，这种特性称为 偏振。 ⑶ 空间各点E 和H 都作周期性变化，而且相位相同，即同时达到最大，同时 减到最小。 ⑷ 任一时刻，在空间任一点，E 和H 在量值上的关系为H E με=。 ⑸ 电磁波在真空中传播的速度为0 01 με= c ，介质中的传播速度为εμ 1 = v 。 电磁波包括的范围很广，从无线电波到光波，从X 射线到γ 射线，都属于电磁波的范畴，只是波长不同而已。目前已经发现并得到广泛利用的电磁波有波长达104m 以上的，也有波长短到10-5nm 以下的。我们可以按照频率或波长的顺序把这些电磁波排列成图表，称为电磁波谱，如图1所示，光辐射仅占电波谱的一极小波段。图中还给出了各种波长范围（波段）。

2. 光辐射 以电磁波形式或粒子（光子）形式传播的能量，它们可以用光学元件反射、成像或色散，这种能量及其传播过程称为光辐射。一般认为其波长在10nm~1mm ，或频率在3?1016Hz~3?1011Hz 范围内。一般按辐射波长及人眼的生理视觉效应将光辐射分成三部分：紫外辐射、可见光和红外辐射。一般在可见到紫外波段波长用nm 、在红外波段波长用μm 表示。波数的单位习惯用cm -1。 可见光。通常人们提到的“光”指的是可见光。可见光是波长在390~770nm 范围的光辐射，也是人视觉能感受到“光亮”的电磁波。当可见光进入人眼时，人眼的主观感觉依波长从长到短表现为红色、橙色、黄色、绿色、青色、蓝色和紫色。 紫外辐射。紫外辐射比紫光的波长更短，人眼看不见，波长范围是1~390nm 。细分为近紫外、远紫外和极远紫外。由于极远紫外在空气中几乎会被完全吸收， 1014 1012 1010 108 106 104 102 1 10-2 10-4 10-6 10-8 10-10 λ/μm 声频电磁振荡 无线电波 毫米波 红外光 紫外光 X 射线 γ射线 宇宙射线 λ/nm 1?106 4?104 6?103 1.5?106 770 622 597 577 492 455 390 300 200 10 极远 远 中 近 红 橙 黄 绿 蓝 紫 近 远 极远 可 见 光 图1 电磁辐射波谱

第二章光辐射的传播

第二章 光辐射的传播 2.1 光辐射的电磁理论 光辐射是电磁波，它服从电磁场基本规律。由于引起生理视觉效应、光化学效应以及探测器对光频段电磁波的响应主要是电磁场量中的E 矢量，因此，光辐射的电磁理论主要是应用麦克斯韦方程求解光辐射场量E 的变化规律。 1. 光辐射的波动方程 在无源（ρ=0）非磁性介质中，运用麦克斯韦方程并经一系列数学运算可以得到场量E 所满足 的微分方程 t J t P t E E ??-??-=??+???? μμμε22220 (2.1-1) 这就是光辐射普遍形式的波动方程。 方程右边两项反映物质对光辐射场量的影响，起“源”的作用，分别由极化电荷与传导电流引起。 对导体，t J ??- μ项起主要作用。 对绝缘体（J =0），22t P ??- μ项起主要作用 对于半导体，两项都起重要作用。 2. 光辐射场的亥姆霍兹方程 对于简谐波场，场量可表示为 t i e r E t r E ω=)(),( ， 则(2.1-1)式中场量E 的时间因子可以消去，得到 0)()()(0002=--????r E i r E r r r σμωμεμεμω (2.1-2) 引入复相对介电系数 r r r r i i εεωεσεε'-=-=0 ~ (2.1-3) (2.1-2) 式可改写为 0)(~)(02=-????r E r E r εμεω (2.1-4)

这就是光辐射满足的亥姆霍兹方程。 3. 均匀介质中的平面波和球面波 对于各向同性的无吸收介质， 0=??E ，利用矢量恒等式E E E 2?-???=????，亥姆霍 兹方程可改写为 0)(~)(022 =+?r E r E r εμεω (2.1-5) 上式平面波解的一般形式为 )(00),(?ω+?-=r k t i e E t r E (2.1-6) 球面波解的一般形式为 )(00),(?ω+?-=r k t i e r E t r E (2.1-7) 式中k 为波矢量，?0为初相。 4. 电磁场的边界条件 在光电子技术的许多实际应用中，经常涉及在两种或多种物理性质不同的介质交界面（在该处ε、μ发生突变）处光辐射场量之间的关系。这时，求解麦克斯韦方程需要考虑边界条件。 如图1所示，光辐射场的边界条件可以直接由麦克斯韦方程推得： ? ??=-=-02121t t s n n E E D D σ (2.1-8) 式中σs 为界面面电荷密度。 在光学波段经常遇到的情况是σs 等于零，这时，界面两侧E 的切向分量以及D 的法向分量均连 续。 2.2 光波在大气中的传播 大气激光通信、探测等技术应用通常以大气为信道。 E t E n ε1，μ1，σ1 ε2，μ2，σ2 图1 界面上电场的法向和切向分量

(整理)光辐辐射量作业最后一次.

1.光谱辐射谱域的划分及各区域的应用（请举例说明） 2.可见光区特征光谱线对应波长各为多少？ 3.光辐射度学研究的范畴包含哪些内容？ 4.各向同性辐射源辐射强度为Ie，试计算半个球面的辐射通量为多 少？ 5.请列表对比辐射度学与光度学的异同点？

1.名词解释： 色温显示指数光谱光视效率 2.请写出光度学中的三大定律或定则及其满足的特性和条件？ 3.在图中，灯离地面3m高，要在P处产生12lx的照度，问光源的 光强应为多大？（P离点光源5m）(500cd) 4.已知光照度为20lx的普泡，照射到距离灯2m的桌面，此桌面是 半径为1m的圆形，试求桌子边沿各点的照度？ 5.有一点光源放在半径是2m的球心上，已知这个球每4m2的面积所 得到的光通量是8lm，试求光源的发光强度，光源的总光通量和球面上的照度？

1.物理测量法所用的探测器有，热电探测器有，化学效应探测器有。 2.外光电效应探测器探测到的波长极限λ0 ，决定了光电管和光电倍增管只能对、和进行探测。 3.光电管分和两种，其积分响应度比较（高、低）响应时间（长、短），一般在左右，可测量光。 4.光电管产生的暗电流由和两部分组成，其中热电流是由产生的，漏电流是由产生的，光电管的暗电流主要由决定。 5.光电倍增管的响应度包括和两部分，光谱响应度由决定，积分响应度分和两部分，响应度光电倍增管主要由决定，而光电管由决定。 6.光电倍增管各级由高压电源用电压供电，一般设计成和两种。 7.光电倍增管暗电流由决定，以为主，减小暗电流应降低倍增管的。 二、名词解释 长波极限波长二次电子发射疲劳现象 三、请写出常用探测器工作原理及各种探测器均属于何种效应探测器？

自发辐射与受激辐射的区别并总结激光的原理、特点、分类

1、自发辐射与受激辐射的区别 自发辐射：处于激发态的原子中，电子在激发态能级上只能停留一段很短的时间，就自发地跃迁到较低能级中去，同时辐射出一个光子，这种辐射叫做自发辐射。 受激辐射：当原子处于激发态E2时，如果恰好有能量（这里E2 ）E1）的光子射来，在入射光子的影响下，原子会发出一个同样的光子而跃迂到低能级E1上去，这种辐射叫做受激辐射。 区别： 与自发辐射不同，辐射一定要在外来光作用下发生并发射一个与外来光子完全相同的光子。受激辐射光是相干光。受激辐射光加上原来的外来光，使光在传播方向上光强得到放大。 自发辐射是不受外界辐射场影响的自发过程，各个原子在自发跃迁过程中是彼此无关的，不同原子产生的自发辐射光在频率、相位、偏振方向及传播方向都有一定的任意性。 2、试总结激光的原理、特点、分类 1）原理 激光是光受激辐射的放大，它通过辐射的受激放射而实现光放大。光放大即是一个光子射入一个原子体系之后，在离开此原子体系时，成了两个或更多个特征完全相同的光子。但光子射入原子体系后与原子体系的相互作用时，总总包含吸收、自发辐射与受激辐射三种过程。要得到激光必须使受激辐射胜过吸收和自发辐射在三个过程中居主导地位。 2）特点 主要特点：定向发光、亮度极高、颜色极纯、能量密度极高 其他特点： 激光是单色或单频的； 激光是相干光，其所有的光波都同步，整束光就好像一个“波列”； 激光是高度集中的，即它要走很长的一段距离才会出现分散或者收敛的现象。 3）分类 按工作介质的不同来分类：固体激光器、气体激光器、液体激光器和半导体激光器。 按激光输出方式的不同分类：连续激光器和脉冲激光器。（其中脉冲激光的峰值功率可以非常大） 按发光的频率和发光功率大小分类等。

第2章 辐射

第二章辐射 一、名词解释题： 1. 辐射：物体以发射电磁波或粒子的形成向外放射能量的方式。由辐射所传输的能量称为辐射能，有时把辐射能也简称为辐射。 2. 太阳高度角：太阳光线与地平面的交角。是决定地面太阳辐射通量密度的重要因素。在一天中，太阳高度角在日出日落时为0，正午时达最大值。 3. 太阳方位角：太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的交角。以正南为0，从正南顺时钟向变化为正，逆时针向变化为负，如正东方为－90°，正西方为90°。 4. 可照时间：从日出到日落之间的时间。 5. 光照时间：可照时间与因大气散射作用而产生的曙暮光照射的时间之和。 6. 太阳常数：当地球距太阳为日地平均距离时，大气上界垂直于太阳光线平面上的太阳辐射能通量密度。其值为1367瓦?米-2 。 7. 大气质量数：太阳辐射在大气中通过的路径长度与大气铅直厚度的比值。 8. 直接辐射：以平行光线的形式直接投射到地面上的太阳辐射。 9. 总辐射：太阳直接辐射和散射辐射之和。 10. 光合有效辐射：绿色植物进行光合作用时，能被叶绿素吸收并参与光化学反应的太阳辐射光谱成分。 11. 大气逆辐射：大气每时每刻都在向各个方向放射长波辐射，投向地面的大气辐射，称为大气逆辐射。 12 . 地面有效辐射：地面辐射与地面吸收的大气逆辐射之差，即地面净损失的长波辐射。 13. 地面辐射差额：某时段内，地面吸收的总辐射与放出的有效辐射之差。 二、填空题： 1. 常用的辐射通量密度的单位是 (1) 。 2. 不透明物体的吸收率与反射率之和为 (2) 。 3. 对任何波长的辐射，吸收率都是1的物体称为 (3) 。 4. 当绝对温度升高一倍时，绝对黑体的总辐射能力将增大 (4) 倍。 5. 如果把太阳和地面都视为黑体，太阳表面绝对温度为6000K，地面温度为300K，则太阳表面的辐射通量密度是地表面的 (5) 倍。 6. 绝对黑体温度升高一倍时，其辐射能力最大值所对应的波长就变为原来的 (6) 。 7. 太阳赤纬在春秋分时为 (7) ，冬至时为 (8) 。 8. 上午8时的时角为 (9) ，下午15时的时角为 (10) 。 9. 武汉(30°N)在夏至、冬至和春秋分正午时的太阳高度角分别为 (11) ， (12) 和 (13) 。 10. 冬半年，在北半球随纬度的升高，正午的太阳高度角 (14) 。 11. 湖北省在立夏日太阳升起的方位是 (15) 。 12. 在六月份，北京的可照时间比武汉的 (16) 。 13. 在太阳直射北纬10°时，北半球纬度高于 (17) 的北极地区就出现极昼。 14. 由冬至到夏至，北半球可照时间逐渐 (18) 。 15. 光照时间延长，短日照植物的发育速度就会 (19) 。 16. 在干洁大气中，波长较短的辐射传播的距离比波长较长的辐射传播距离(20) 。 17. 随着太阳高度的降低，太阳直接辐射中长波光的比 (21) 。