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光电技术与试验 第1章 光辐射与光源_光源

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第一章-光辐射与发光源

第一章-光辐射与发光源

W／(m2·μm)
二、光度的基本物理量
• 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。
（人眼的视觉细胞对不同频率的辐射有不同响应，辐射
度单位不能正确反映人的亮暗感觉。）
• 辐射度学的基本物理量Qe、Φe、Ie、Me、Le、Ee • 光频区光度基本物理量Qv、Φv、Iv、Mv、Lv、Ev
• 定义完全一一对应，其关系如表l—2所示。
光视 效 率
0.4
0.2
0.0 400
500
600
700
800
波 长 (nm)
• 光通量与辐射通量之间的关系
v Kme V
• 光度量与辐射度量的关系式的一般函数式
X v
Km
780 380
X
e
V
d
• 在光度学体系中，基本单位是发光强度Iv，其单位 是坎德拉cd。
• 坎德拉cd定义： • 当单色辐射光源频率为540×1012Hz，
表1-2 辐射度量和光度量之间的对应关系
辐射度物理量
光度量物理量
物理量名称
符号 定义或定义式
单位
物理量名称 符号 定义或定义式
单位
辐射能
Qe
hν
J
辐射通量
Φe
Φe=d Qe/dt
W
光量
Qv
Qv=∫Φvdt
lm·s
光通量
Φv
Φv=∫ IvdΩ
lm
辐射出射度
Me Me＝dΦe／dS W／m2
光出射度
Mv Mv＝dΦv／dS lm／m2
3. 绝对黑体(简称黑体)：
• 在任何温度下，对任何波长的辐射能的吸收 率等于l，即αλ（T）≡l

光电检测技术(第一章)

光电检测技术(第一章)

Iv = dφv / dΩ
光电检测技术基础
③辐射亮度和亮度
Le :W / m ⋅ sr Lv : cd / m 由辐射表面定向发射的辐射强度为辐射亮度，等于该方 向上的辐射强度 e 与辐射表面在该方向垂直面上的 dI 投影面积之比，表达式： dIe dφe Le = = dA⋅ cosθ dA⋅ cosθ ⋅ dΩ 对于可见光来说：
φe : J / s
φV : lm
光电检测技术基础
光通量 φV，单位为lm ，光辐射通量对人眼所引起的视觉 强度值： dQv φv = = km∫ φe,λν (λ)dλ λ dt 与辐射通量的关系， e,λ dλ（λ, λ + dλ内光源的辐射 φ 通量）、λ) 为人眼的光谱光视效率（即视见函数）。 ν( ν (λ) ，波长为555nm， 可见光之外， (λ) 。 ν ③辐射出射度和光出射度 Me :W / m2 Mv : lm / m2 辐射体单位发射面积辐射的通量或功率称为辐射出射度
Me = dQe / dA
光电检测技术基础
光源表面给定点处单位面积向半球面空间发射的光通量
Mv = dQv / dA ④辐射强度和发光强度 Ie :W / sr Iv : cd(lm / sr) 对点光源发出的，单位时间内，单位立体角辐射出的能 量为辐射强度：
Ie = dφe / dΩ 对可见光来说，发光强度：
光电检测技术基础
本征激发使半导体内不断产生电子和空穴，同时它 们又不断地进行着复合。产生和复合这对矛盾的对立统 一，使半导体在一定温度下达到载流子数目的动态平衡。 从而维持了一定数量的自由电子和空穴这种状态称为热 平衡。 必须指出，常温下本征半导体中的电子、空穴是很 少的，因而本征半导体的导电能力是很差的，所以它不 能直接用来制造晶体管。

光电子技术(第5版)第一章 光辐射与发光光源

光电子技术(第5版)第一章 光辐射与发光光源
➢ 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；
➢ 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；
➢ 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
光电子技术（第5版）
第一章
本章内容
1.1 电磁波谱与光辐射
1.2 辐度学与光度学基本知识
1.3 热辐射基本定律
1.4 激光基本原理
1.5 典型激光器
1.6 光频电磁波的基本理论和定律
1.1.1 电磁波的性质与电磁波谱
EH k
横波特性
电场、磁场、传播方向构成右手螺旋系
偏振特性
电场、磁场分别在各自平面内振动
T 2698μm K
➢
时，
维恩公式与普朗克公式的误差小于1%。
M v (T )
0 得到
➢ 单色辐射出射度最大值对应的波长λm,由

mT 2897.9(μm K)
1.3.7 斯忒藩-玻尔兹曼定律
➢ 黑体的辐射出射度


0
0
M eb (T ) M eb (T )d
黑体：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αλ (T)
恒等于1。
1.3.2 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。
M e1 (T ) M e 2 (T )


e1 (T ) e 2 (T )

第1章 光源

第1章 光源

汞灯光谱能量分布图
(3) 氙灯
氙灯是由充有惰性气体---氙的石英泡壳内两
个钨电极之间的高温电弧放电而发出强光的 光源。 高压氙灯的辐射光谱是连续的，与日光的光 谱能量分布相接近(色温为6000K左右，显色 指数90以上，因此有“小太阳”之称。分为 长弧氙灯,短弧氙灯,脉冲氙灯. 由于脉冲氙灯的高亮度和瞬时功率大,常用作 摄影光源,激光器的泵浦源,等.
பைடு நூலகம்
A1和A2的物理意义如 图所示： 它们分别表示WλSλ 和Wλ两曲线与横轴所 围城的面积，即匹配 参数 是光源与探测 器配合工作时产生的 光电信号与光源总通 量的比值。 实际选择时，应兼 顾二者的特性，使匹 配系数尽可能大些。
Wλ Sλ
Sλ A2
Wλ
WλSλ A1 λ
光谱匹配关系图
2)对光源发光强度，稳定性 及其它的要求
(1)对光源发光强度的要求 光源强度过低，系统获得的信号过小，以 致无法正常检测。光源强度过高，又会导致系 统工作的非线性。有时可能损坏系统，待测物 或光电探测器等，同时也导致不必要的能源消 耗。因此系统设计时，必须对探测器所需获得 的最大，最小光通量进行正常估计，按估计选 择光源。
(2)对光源稳定性的要求 包括对光源波长稳定性及功率稳定性的要 求，可采用的方法有：温控或功率控制电路。 (3)对光源其它方面的要求 如：灯丝的结构和形状，发光面积的大小 和构成，灯泡玻壳的形状和均匀性，光源发光 率及空间分布等
(2)典型的光谱功率分布情况：
3）光强空间分布
对于各向异性光源，其
发光强度在空间各方向 上是不同的。 若在空间某一截面上自 原点向各径向取矢量， 矢量的长度与该方向的 发光强度成正比。 连接各矢量的端点，即 得光源在该截面上的发 光强度曲线，即配光曲 线。

1.2光辐射的度量

1.2光辐射的度量
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
, Km X e,V ( ) Xv
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
K ( ) X v , X e,
发光强度
dΦv Iv dΩ
一个锥体的顶端在球心，底在球面上，底面积等于球半 径的平方．这锥体所包的立体角就叫做单位立体角
发光强度的单位是坎德拉（candela），简称 为坎[cd]。1979年第十六届国际计量大会通过决 议，将坎德拉重新定义为：在给定方向上能发射 540×1012Hz的单色辐射源，在此方向上的辐强度 为（1/683）W/sr，其发光强度定义为一个坎德拉 [cd]。 对发光强度为1cd的点光源，向给定方向1球 面度(sr)内发射的光通量定义为1流明（lm）。 发光强度为1cd的点光源在整个球空间所发出的 总光通量为=4πIＶ＝12.566 lm。
dΦν Mv dA
其计量单位为勒(克司)[lx]或[lm/m2]
4.辐(射)强度(Radiant Intensity)和发光强度
对点光源在给定方向的立体角元dΩ内发射的辐通量dΦe， 与该方向立体角元dΩ之比定义为点光源在该方向的辐(射) 强度Ie，即 dΦe Ie dΩ 辐(射)强度的计量单位为瓦（特）每球面度 [W／sr]
K`（λ
m
）= K m` 。
因此，Km，Km`分别称为正常人眼的明视觉最
大光谱光视效能和暗视觉最大光谱光视效能。 可以将任何光谱辐射量转换成光谱光度量。

例
已知某 He-Ne 激光器的输出功率为 3mW ，试计算

光电技术第1章 (第2讲)

光电技术第1章 (第2讲)

(1-33)
式中， 光谱光出射度M 式中，Xv,λ代表光谱光通量Φv,λ、光谱光出射度 v,λ、 光谱发光强度I 和光谱光照度E 光谱发光强度 v,λ和光谱光照度 v,λ等。
5
2. 量子流速率
光源在给定波长λ处 光源在给定波长 处，由λ~ λ+dλ范围内发射的辐射通 范围内发射的辐射通 除以该波长λ的光子能量 的光子能量hv 量dΦe除以该波长 的光子能量 ，得到光源在该波长 λ处每秒钟发射的光子数，称为光谱量子流速率 e,λ， 处每秒钟发射的光子数， 处每秒钟发射的光子数 称为光谱量子流速率dN 即
19
2. 辐射体的温度表示
对具有一定亮度和颜色的热辐射体， 对具有一定亮度和颜色的热辐射体，根据黑体辐 射定律, 可用以下三种温度进行标测。 射定律 可用以下三种温度进行标测。 (1) 辐射温度Te 辐射温度T 当热辐射体发射的总辐通量与黑体的总辐通量相 等时, 以黑体的温度标度该热辐射体的温度, 等时 以黑体的温度标度该热辐射体的温度 这种温 度称为辐射温度T 度称为辐射温度 e。
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， 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。黑体的吸收系数为 ，发射系数也为1。 的物体称为黑体。黑体的吸收系数为1，发射系数也为 。
8
2. 普朗克辐射定律 黑体为理想的余弦辐射体， 黑体为理想的余弦辐射体，其光谱辐出度 Me,s,λ(角标“s”表示黑体 由普朗克公式表示为 角标“ 表示黑体 普朗克公式表示为 表示黑体)由 角标
式中,σ是斯特藩 波尔兹曼常数 式中 是斯特藩-波尔兹曼常数，它由下式决定 是斯特藩 波尔兹曼常数，

光电信号检测 光辐射基础和光源[可修改版ppt]

光电信号检测 光辐射基础和光源[可修改版ppt]

➢ 5．辐射出射度Me： 扩展辐射源单位面积所辐射 的通量，即dΦe／dS，
➢ dΦe由是扩展源表面dS在各方向上所发出的辐射 通量，单位为 W／m2(瓦每平方米)。
➢ Ee和Me的单位相同，其区别在于： Ee是描述辐 射接收面所接收的辐射特性，而Me则为描述扩展 辐射源向外发射的辐射特性。
➢ 6．辐射亮度Le：扩展源表面一点处的面元在给 定方向上单位立体角、单位投影面积内发出的辐
射通量。单位为W／sr·m2（瓦每球面度平方米）
Le
d2e(,) ddScos
Le：随方向变化而变化
➢ 辐射源所辐射的能量往往由许多不同波长的单色辐 射所组成。为了研究各种波长的辐射通量，需要对 某一波长的单色光的辐射能量作出相应的定义。
➢
➢ 7．光谱辐射通量 Φe（λ）：辐射源发出的光在波 长λ处的单位波长间隔内的辐射通量。也叫辐射通 量的光谱密度。
555nm，锥体细胞
暗视觉光谱光视效率：亮度 < 0.001cd/m2，V ′(λ)，峰值在
507nm，杆状细胞
2、光度的基本物理量
➢ 光度学量是以人眼对光辐射刺激所产生的视觉为 基础，受到了主观视觉的限制，不是客观的物理 学描述方法；
➢ 只在可见光波段有意义； ➢ 用下脚标“v”表示，辐射度学量和光度学量是一
Φe ＝dQe／dt，单位为W(瓦)。
3．辐射强度Ie ：点辐射源在 给定方向单位立体角内的辐 射通量，单位为W/sr（瓦每 球面度）， Ie＝dΦe／dΩ。
4．辐射照度Ee：投射在单位面积上的辐射通量， 即Ee ＝ dΦe／dA，单位为W／m2(瓦每平方米)。 dA是投射辐射通量dΦe的面积元。
➢ 即光谱辐射通量是辐射通量随波长的变化率。

辐射度与光度量讲解

辐射度与光度量讲解

向上的辐射强度为1／683Wsr-1时，在该方向上的发光
强度为lcd。 光通量的单位是流明(lm)，它是发光强度为lcd的 均匀点光源在单位立体角内发出的光通量。 光照度的单位是勒克斯(lx)，它相当于lm的光通
量均匀地照在1m2面积上所产生的光照度。
人眼对各种波长的光的感光灵敏度是不一样的，
一般情况下，对绿光最灵敏，对红光灵敏度较差。
的光学特性必须用基于人眼视觉的光学参数量即
光度量来描述。
★光度量是人眼对相应辐射度量的视觉强度
值。能量相同而波长不同的光，对人眼引起的视 觉强度是不相同的。
光度量只在光谱的可见波段(380nm-780nm)才有意义。
辐射度量 辐射能 辐射通量 辐射强度 辐射照度 辐射出射度 辐射亮度
符号 Qe
单位 J W W/sr W/m2 W/m2 W/sr.m
在光学中，用来定量地描述辐射能强度的量有两类:
★一类是物理的，叫作辐射度学量，是用能量单
位描述光辐射能的客观物理量；
★另一类是生理的，叫作光度学量，是描述光
辐射能为平均人眼接受所引起的视觉刺激大小的强
度，即光度量是具有标准人眼视觉特性的人眼所接 受到辐射量的度量。
1、辐射能Qe：辐射能是一种以电磁波的形式发射、传
在波长λ 处的光谱辐射通量为
d e d
在整个光谱内，总的辐射通量为
e d
0
2、光谱辐射出射度Mλ：光源发出的光在每单位波长间
隔内的辐射出射度。
dM e M ( ) d


0
M ( )d M e
3、光谱辐射强度Iλ ：光源发出的光在每单位波长间隔 内的辐射强度。

光电检测 技术 第一章 光电检测应用中的基础知识

光电检测 技术 第一章 光电检测应用中的基础知识

光电检测系 统组成： 被测对象的
信息加载
例：
激光 外径 扫描 仪原 理图
光源
信息 载体
被测 对像
光电探 测器
信息处理
光学 系统
光电
转换
t nT
d t
放大 边缘检测
电动机 驱动
门控
主
振
处理
§1.1 辐射度学和光度学基本概念
X光辐射（10~100nm)
电磁辐射
紫外辐射 (100~380nm)
红、橙、黄、 可见光辐射 (380~780nm) 绿、青、蓝、
) )
0
1. 基尔霍夫定律
M e1( ,T ) M e2 ( ,T ) M e3( ,T ) ... M eB( ,T ) 常数
1( ,T ) 2( ,T ) 3( ,T )
B ( ,T )
aB( ,T ) 1
M e1( ,T ) 1( ,T )
M e2 ( ,T ) 2( ,T )
带填充空位
价带
•间接复合---通过“缺陷、错位、
导带
杂质”等形成的复合中心复合
价带
1.2.4 载流子的扩散和漂移
1.扩散
------在某种作用下（如光照），使材料中的局部位置的光生载 流子浓度高于其它地方的载流子浓度，这时载流子就从浓度高 的地方向浓度低的地方运动，这种现象称为扩散
扩散形成电流的大小：J nD
0.38 0.55μm
0.52 μm
0.7 λ
定义:
视见函数
V
K Km
V
1
C
明视
k kmV CV
0.38 0.55μm0.7 λ
v
2 1
ke d

第1章 光源(带作业)

第1章 光源(带作业)

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
M e ,s , 309.5 520.3W / m
4
2

（2）由维恩位移定律，正常人体的峰值辐射波长为
2898 m (μm)=9.36μm T
峰值光谱辐射出射度为
M e ,s , m 1.309T 5 10 15 Wcm-2μm-1
单位：lm /m2 单位： cd/m2
实用单位：sb(熙提) 1sb = 104cd/m2
⑸ 光照度 Lv 普适关系式：
单位：lx（勒克斯） 1 lx =1 lm/m2
三、光源的辐射效率与发光效率
辐射效率 发光效率
单位： lm/W

例1-3
已知某He-Ne激光器的输出功率为
3mW，试计算其发出的光通量为多少lm？
1cd
srห้องสมุดไป่ตู้

683
W
sr
即：1W = 683 lm
此时，V(λ）=1 1W ＜683 lm
555nm 时， V(λ）＜1
可见，辐射通量与光通量之间的换算关系：
1W = 683 V(λ）lm 有关系式：
，定义：Km
= 683 lm /W
⑷ 光出射度 M v 与光亮度 Bv
dv Mv dS
d v ( ) I v ( ) d
d
r 2
R2
2
683 0.25 2 103 I v ( ) 3.14 (10 3 ) 2
(cd )
①
dI v ( ) Bv ( ) ds cos
cos 1 ds r0

光电检测技术_Ch01

光电检测技术_Ch01

Chapter 1: 光辐射与光源
光度学基本定律——余弦定律
O A
A’

朗伯余弦定律
任意表面上的照度随该 表面法线与辐射能传播 方向之间的夹角余弦变 化。
E
V A
E'
V A'
E' E cos
Chapter 1: 光辐射与光源
朗伯辐射表面
当被光照的表面是理 想漫反射表面时（朗伯 余弦表面），则由该表 面辐射的光强也服从余 弦定律，即朗伯辐射表 面在某方向辐射光强随 该方向和法线之间夹角 余弦变化
T M b T T T 4 M T
红 外 测 温 系 统 简 化 图
Chapter 1: 光辐射与光源
假定物体发出波长（λ1～λ2）全被探测器探测到。物体 单位面元向外定向发射的红外功率为P(V) 利用全辐射定律，黑体在该温度下总辐射出射度为σT4； 则该物体单位面元单位立体角内发射的功率
Chapter 1: 光辐射与光源
激光器的分类
激活媒质的物质状态 ：气体激光器、液体激 光器、固体激光器、半导体激光器 激活媒质的粒子结构 ：原子、离子、分子和 自由电子激光器
Chapter 1: 光辐射与光源
激光特点
光束特点 气体激光器和固体激光器大 都采用两块具有共轴线的球面 镜作为反射镜构成谐振腔，成 为共轴球面腔；如果两个球面 镜焦点重合，成为共焦腔。 共焦腔的光振幅分布是高斯 分布。
辐射度单位体系，幅通量或辐射能是基本量，只与 辐射客体有关的量；基本单位是瓦特（W）或者焦 耳（J）；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；基本量是发光强度，其基本单位是坎德拉； 只适用于可见光波段

《光电检测技术》第一章PPT课件

《光电检测技术》第一章PPT课件

（2）工作原理：
（d）由主振向二跳变脉冲间填充测量脉冲便可测出光扫描工 件上下边缘的时间 Δt，若光扫描工件的线速度 v不变，则可 测出被测工件尺寸 D =vΔt。
3、光电检测系统的基本组成：
1）光源：产生信息传递的媒介——光。 2）光学系统：对光线传播方向等作处理以适应要求。 3）光学变换：光载波与被测对象相互作用而将被测量 载荷到光载波上，称为光学变换。 光学变换是用各种调制的方法来实现的。使用各种光 学元件和光学系统来实现的，如平面镜、光狭缝、光 楔、透镜等，实现将被测量转换为光参量（振幅、频 率、相位、偏振态、传播方向变化等）。
– 运动量：速度、加速度、振动 – 表面形状：光洁度、庇病、伤痕 – 工作过程：湿度、流量、压力、物位、PH值、浓度等 – 机械量：重量、压力、应变、压强 – 电学量：电流、电压、电场、磁场 – 光学量：吸收、反射、透射、光度、色度、波长、光谱
光电检测技术
教材
《光电测试技术》浦昭邦 编著, 机械工业出版社
参考书目
《光电检测技术》曾光宇等编著, 清华大学出版社 《光电检测技术》雷玉堂等编著, 中国计量出版社
第一章 光电检测技术概论
一、光电测试技术
1、信息技术：
（1）信息具有的特点： a. 信息具有可处理、可共享、可控制； b. 理论研究——信息科学； 工程应用——信息技术：获取、传递、加工、
再生信息的技术。
（2）信息技术主要包括： a.电子信息技术：以电子方法来实现信息获取、加工、 处理、传输、存储核显示的技术——微电子技术，特 点：微小尺寸。
b.光学信息技术：用纯光学方法实现信息获取、加工、 处理、存储和显示的技术。如光材料技术 、光器件技 术 和光学系统技术等。 特点：快速和大容量。

光电技术课后习题和答案

光电技术课后习题和答案

光电技术第一章参考答案1辐射度量与光度量的根本区别是什么？为什么量子流速率的计算公式中不能出现光度量？答：为了定量分析光与物质相互作用所产生的光电效应，分析光电敏感器件的光电特性，以及用光电敏感器件进行光谱、光度的定量计算，常需要对光辐射给出相应的计量参数和量纲。

辐射度量与光度量是光辐射的两种不同的度量方法。

根本区别在于：前者是物理（或客观）的计量方法，称为辐射度量学计量方法或辐射度参数，它适用于整个电磁辐射谱区，对辐射量进行物理的计量；后者是生理（或主观）的计量方法，是以人眼所能看见的光对大脑的刺激程度来对光进行计算，称为光度参数。

因为光度参数只适用于0.38~0.78um 的可见光谱区域，是对光强度的主观评价，超过这个谱区，光度参数没有任何意义。

而量子流是在整个电磁辐射，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量。

光源在给定波长λ处，将λ～λ+d λ范围内发射的辐射通量d Φe ，除以该波长λ的光子能量h ν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。

2 试写出 e φ、e M 、e I 、e L 等辐射度量参数之间的关系式，说明它们与辐射源的关系。

答：辐（射）能：以辐射形式发射、传播或接收的能量称为辐（射）能，用符号表示，其计量单位为焦耳（J ）。

e Q e Q 辐（射）通量e φ：在单位时间内，以辐射形式发射、传播或接收的辐（射）能称为辐（射）通量，以符号e φ表示，其计量单位是瓦（W ），即 e φ =dt dQ e 。

辐（射）出（射）度：对面积为A 的有限面光源，表面某点处的面元向半球面空间内发射的辐通量d e M e φ与之，该面元面积d 比，定义为辐（射）出（射）度e M 即M A e =dA d e φ。

其计量单位是瓦每平方米[W/m 2]。

辐（射）强度：对点光源在给定方向的立体角元e I Ωd 内发射的辐射通量e d φ，与该方向立体角元Ωd 之比，定义为点光源在该方向的辐（射）强度，即e I e I =Ωd de φ，辐射强度的计量单位是瓦特每球面度（W/sr ）。

光电技术与实验参考答案

光电技术与实验参考答案

光电技术与实验参考答案光电技术与实验参考答案光电技术是一门研究光与电的相互转换关系的学科，它在现代科技领域中扮演着重要的角色。

光电技术的应用范围非常广泛，涉及到通信、能源、医疗、环保等多个领域。

在学习光电技术时，实验是不可或缺的一部分，通过实验可以更好地理解光电技术的原理和应用。

在光电技术实验中，常见的实验项目包括光电效应实验、光电倍增管实验、光电二极管实验等。

下面将分别介绍这些实验的参考答案。

光电效应实验是研究光电效应的基础实验之一。

在实验中，可以使用单色光照射金属表面，通过测量光电流和光电压的变化来研究光电效应。

实验中需要注意的是，光源的选择要符合实验要求，以及测量仪器的准确性和灵敏度。

通过实验可以得出结论：光电流和光电压与光照强度呈线性关系，且与金属材料的工作函数有关。

光电倍增管实验是研究光电倍增管的性能和特性的实验。

在实验中，可以使用光电倍增管接收光信号，并通过放大来增强信号的强度。

实验中需要注意的是，光电倍增管的选择要符合实验要求，且光源的选择要适当。

通过实验可以得出结论：光电倍增管具有较高的增益和极好的线性特性，适用于低光强信号的检测和放大。

光电二极管实验是研究光电二极管的工作原理和特性的实验。

在实验中，可以使用光电二极管接收光信号，并通过测量光电流的变化来研究光电二极管的特性。

实验中需要注意的是，光源的选择要适当，且测量仪器的准确性和灵敏度要保证。

通过实验可以得出结论：光电二极管对光信号具有较高的响应速度和较低的噪声，适用于高速光信号的检测和测量。

除了上述实验外，光电技术还涉及到其他实验项目，如光电导实验、光电子能谱实验等。

这些实验都是通过测量光电效应的相关参数来研究光电技术的原理和应用。

在进行实验时，需要注意实验的设计和操作，保证实验结果的准确性和可靠性。

总结起来，光电技术是一门重要的学科，实验是学习光电技术的重要手段。

通过实验可以更好地理解光电技术的原理和应用。

在进行实验时，需要注意实验的设计和操作，保证实验结果的准确性和可靠性。

光电检测技术与应用-第1章--绪论

光电检测技术与应用-第1章--绪论
武器制导，光电跟踪，电视遥测等。
▪ 非接触检测。光照可认为是没有测量力的，也无磨擦，可实现动态测
量，效率最高。
▪ 寿命长。光波可永久使用。 ▪ 具有很强的信息处理和运算能力。可将复杂信息并行处理。。同
时光电方法还便于信息控制和存储，易于实现自动化和智能化。
▪ 光电检测技术的学习要求：
1. 了解并掌握典型的光电器件的原理和特点， 会正确选用光电器件。
▪ 1、光电系统的分类：广义的光电系统包括两个分 支，即光电能量系统、光电信息系统
（1）光电能量系统：太阳能发电、激光加工、激光医疗、 激光核聚变等。主要是解决有关大功率光辐射能量的产生、 控制、利用及向其他能量形式的转换。
（2）光电信息系统：以光辐射和电子流为信息载体，通过 光电或电光相互转换，综合利用光学或电子学的方法进行 信息的传输、采集、处理、存储或显示、以实现确定目标 的混合系统，简称光电系统。
光子信息技术：以光集成技术为核心的有关光学元器件制造的应 用技术，利用传统工艺将有源和无源光学器件集成在一起，构 成能完成光学信息采集处理和存储等功能的系统
光电信息技术：光与电子转换及其应用技术，光频段微电子技术。
光电信息技术
以光电子学为基础,以光电子器件为主体,研究和发展光电 信息的形成、传输、接收、变换、处理和应用。它涉及到：
O
tO
t
Φ1>Φ2时，工件尺寸变小 Φ
U
U=S*(Φ1-Φ2)=S*ΔΦ
Φ1
Φ1
Φ2
Φ2
O
tO
t
Φ1<Φ2时，工件尺寸变大 Φ
U
U=S*(Φ1-Φ2)=-S*ΔΦ
Φ2
Φ2
Φ1
Φ1
O
O
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（2）色温和相关色温



所谓“和黑体有相近色”并不严格，相近可表示很接近， 也可以是相差甚远但却能找到一个与某温度黑体的色最近 似的相关色温值，因此上图中直线族的长度是有限度的， 约与±15麦克亚当(MacAdam)阈值单位(表示人眼恰能分辨 色差异阈值的单位)相当； “色差异多大就不能用相关色温表示”也是不完全准确， 等相关色温线提供了衡量待测色和黑体色之间近似差异程 度的可能，任意发射体的色坐标离普朗克轨迹越远，用黑 体色来描述发射体色的可能性就越小。 当光源的光谱分布和黑体相近时, 光源的色温就与其分布温 度一致。在可见光谱范围内 , 大多数金属 /非金属的发射率 随波长增加而下降/增长，其色温比真实温度稍高/低。
4. 光源的颜色
光源的颜色包含两方面的含义，即色表和显色性。 用眼睛直接观察光源时所看到的颜色称为光源的色表。例 如高压钠灯的色表呈黄色，荧光灯的色表呈白色。 当光源照射物体时，物体呈现的颜色（也就是物体反射光 在人眼内产生的颜色感觉）与该物体在完全辐射体照射下 所呈现的颜色的一致性，称为该光源的显色性。白炽灯、 卤钨灯等几种光源的显色性较好，使用于辨色要求较高的 场合，如彩色电影、彩色电视的拍摄和放映、燃料、彩色 印刷等行业。
线状光谱 带状光谱
连续光谱 混合光谱
实验测得的He-Ne 激光谱线
－－带状光谱
实验中测得的溴钨灯谱线
－－连续光谱
实验中测得的荧光灯谱线
－－混合光谱
3. 空间光强分布
常用发光强度矢量和发光强度曲 线来描述光源的这种特性。在空 间某一截面上自原点向各径向取 矢量，矢量的长度与该方向的发 光强度成正比，称其为发光强度 矢量。将各矢量的端点连起来， 就得到光源在该截面上的发光强 度分布曲线，也称配光曲线。右 图是气体发光光源光强分布。
L( , T ) (1 ) L(, Ta ) L(, Tb )
当环境温度 Ta=T 时， Ta=T=Tb ，即测得辐亮度温度就是 辐射体的真实温度，与其发射率无关；反之，当TaT时，环 境温度对T的测量产生影响。越小，环境的影响就越大。
（4）辐射温度
辐射温度是在整个光辐射的谱段范围内的辐亮度与某 温度黑体辐亮度相等时黑体的温度，即 (T ) T 4 Tb4 ，解 之得
（1） 分布温度
光源分布温度是在一定谱段范围内光源光谱辐亮度曲 线和黑体的光谱辐亮度曲线成比例或近似地成比例时的黑 体温度，因而分布温度可描述光源的光谱能量分布特性。 与黑体光谱能量分布近 似的发射体可用分布温度的 概念，例如白炽灯在可见谱 段内的光谱辐射特性和黑体 的十分近似。

2
1
{1
M ( ) 2 } d min aM 0 ( , Tb ) a , Tb
（1） 分布温度
并非所有的光源都可求其分布温度，例如线状或带状 的不连续光谱光源，其光谱辐射特性与黑体相差很大，求 出的分布温度已没有实际意义。故一般仅限于光源光谱能 量分布和黑体的相差不大于5％的情况。 灰体的分布温度就是其真实 温度, 但是对于发射率是波长函 数的发射体, 分布温度和其真实 温度有所差别。例如白炽灯, 由 于钨的发射率在短波部分比在 长波部分高, 由维恩位移定律， L(, T) 的光谱辐亮度曲线将和 峰值波长为m、温度为T1(>T)的 黑体光谱辐射出射度成比例。
的辐射。通常把发出可见光为主的物体叫作光源，而把 发以非可见光为主的物体叫做辐射源。
36
1.3.3 光源的分类
按照光波在时间、空间上的相位特征，一般将光源分成相 干光源、非相干光源还有低相干光源如图所示： 按照发光机理，光源又可以分成热辐射光源、气体发光光源、 固体发光光源和激光器四种。 1）热辐射光源：电流流经导电物体，使之在高温下辐射光能的 光源。包括白炽灯和卤钨灯两种。 2）气体发光光源：电流流经气体或金属蒸气，使之产生气体放 电而发光的光源。气体放电有弧光放电和辉光放电两种。 3）固体发光光源：电场作用下，使固体物质发光的光源，电能 直接转变为光能。包括场致发光光源和发光二极管（LED）两种。 4）激光器：按工作物质分类，可分为气体激光器、固体激光器、 燃料激光器和半导体激光器。
如果热辐射光源发光的颜色与黑体在某一温度下辐 射光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源 的色温。
色温的意义
在一定温度下，黑体 的光谱辐射分布曲线 是唯一的。 －－比较基准
色温的实例
太阳：
太阳的色温 -- 5900K
色温图
色 温 升 高
色温与生活
色温高
沉稳、恬静的人适合 选择6500～9000K的 色温 热情奔放的人适于选 用4000～5600K的色温
第1章 光辐射与光源 ——光源
王 霞 副教授
北京理工大学光电学院 光电成像与信息工程研究所
第1章 光辐射与光源
1.1 辐射的基本概念 1.1.1 辐射度量 1.1.2 光度量 1.1.3 朗伯辐射体及其辐射特性 1.1.4 典型光辐射量计算 1.2 热辐射基本定律 1.2.1 基本定律 1.2.2辐亮度和基本辐亮度守恒 1.3 光源基本特性参数和光源的 选择 1.3.1 光源基本特性参数 1.3.2 光源的选择 1.3.3 光源的分类 1.4 常用光源 1.5 标准照明体和标准光源
色温低
问题：
1. 发出连续光谱的白炽灯 2. 发出带状光谱的光源
同色异谱
同色异谱
白光
即同一色温可由不同的光谱能量 分 布构成
荧光灯谱线
红绿蓝
（3）辐亮度温度

实际发射体在某一波长(窄谱段范围内)的光谱辐亮度和黑 体在某一温度同一波长下的光谱辐亮度相等时，黑体温 度称为发射体的辐亮度温度。如果波长在可见光谱范围 内用人眼(或具有人眼光谱光视效率响应的探测器)来判断 其间亮度相等时，则称为亮度温度(简称亮温)。
T Tb / 4 (T )
式中， (T)是材料的平均发射率。 同样，因为 (T)总小于1，故T >Tb。 (T)越接近1，T 和Tb在数值上越接近。
1.3.2 光源选择的基本要求
1）对光源发光光谱特性的要求 一般的光电检测系统都要求光源特性满足检测需要。 为增大光电检测系统的信号和信噪比，这里引入光源和光 电探测器之间光谱匹配系数的概念，以此描述两光谱特性间 的重合程度或一致性。光谱匹配系数α定义为：
（2）色温和相关色温
色温是颜色温度的简称。当发射体和某温度的黑体有 相同的颜色时, 黑体温度称为发射体的色温。即色温是人眼 主观色度感觉上把光源作为一定温度的黑体来描述。色温 的概念不仅限于人眼色觉上的一致, 可扩展到任意波长。 根据色度学, 色具有同色异谱的性质, 即相同的颜色可 由具有不同的光谱能量分布特性的光构成。因此, 色温不能 象分布温度那样近似说明光源的光谱能量分布特性, 但对于 具有不连续光谱的发射体或具有连续光谱但其光谱能量分 布特性与黑体相差甚大的发射体, 可用色温来描述。 任意光源的色只能说与某一温度黑体的色相近，不可 能完全相同。相关色温就是发射体和某温度的黑体有最相 近的色时黑体的温度。
漆黑环境中的人和铁丝网的温差
温度低
温度高 －－自然光源，如太阳、导弹尾焰、人体等，可组成
被动探测系统，其信息源直接来自目标自身的辐射或外 来光辐射，它没有人为的光发射系统，如天文光电探测、 红外跟踪制导、微光夜视仪······
半 导 体 激 光 器
－－人工光源，如黑体辐射器、白炽灯、激光器等，
可组成主动探测系统，其信息源来自人造光源对目标的 反射、透射和散射等光辐射，它一般需要人为精心设计 光发射系统，如激光制导、光电精密微小尺寸测量、光 电磁场测量······
光辐射源分类:
自然光源 人工光源
介绍：
--被动探测系统
--主动探测系统
热辐射光源 气体放电光源 激光器 发光二极管
1.3.1 光源的基本特性参数
1 辐(射)效率与发光效率 光源所发射的总辐射通量Φe与外界提供给光源的功率P之比 称为光源的辐(射)效率ηe；光源发射的总光通量Φv与提供的功 率P之比称为发光效率ηv。它们分别为
5 辐射体的温度
பைடு நூலகம்
一般地，各种发射辐射能的物体表面在不同 的温度下可能具有不同的光谱辐射特性，其发射 的辐射能比黑体发射的辐射能小，且发射率是波 长、温度的函数。在辐射度学和光度学及其应用 中，常常需要类似于黑体那样，用温度描述光源、 辐射体等的某些辐射特性。常用的有分布温度、 色温(相关色温)、亮温和辐射温度。
（3）辐亮度温度
(a) 测温灵敏度
d L0 ( , T ) L0 ( , T ) d T c2 exp(c2 / T ) T T exp(c2 / T ) 1
d L0 ( , T ) c2 d T L0 ( , T ) T T
物理意义：c2/T表示辐射体单位相对温度变化引起相对辐
A1
W S d / W d
0 0
A2
34
2）对光源发光强度的要求
为确保光电检测系统的正常工作，通常对系统所采用的
光源或辐射源的强度有一定的要求 3）对光源稳定性的要求 不同的光电位测系统对光源的稳定性有着不同的要求。 稳定光源发光的方法很多，一般要求时，可采用稳压电源供
讨论：研究光辐射源的意义
光电探测系统的基本组成：
光源、光学系统、调制器、传输介质、光电探 测器和电子系统等基本环节。
讨论：研究光辐射源的意义
光辐射源
辐射强度 辐射光谱 ··· ···
光电探测器
灵 敏 度 响应光谱 ··· ···
光辐射源分类:
自然光源 人工光源
讨论： 举例说明
--被动探测系统 --主动探测系统
亮度变化的比例，表征了辐射测温的灵敏度。 (b) 真实温度与辐亮度温度 由于辐射体的发射率总小于1，故T >Tb，即辐射体的实 际温度高于辐亮度温度。对具有确定工作波长的测温仪， 可通过预先标定的温度修正表，对测得的辐亮度温度和辐 射体的发射率进行查表，得到实际温度的修正值。