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光度学量与辐射度学量

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南京理工大学-光电检测技术总结

南京理工大学-光电检测技术总结

南京理⼯⼤学-光电检测技术总结习题01⼀、填空题1、通常把对应于真空中波长在（0.38m µ）到（0.78m µ ）范围内的电磁辐射称为光辐射。

2、在光学中，⽤来定量地描述辐射能强度的量有两类，⼀类是（辐射度学量），另⼀类是(光度学量)。

3、光具有波粒⼆象性，既是（电磁波），⼜是（光⼦流）。

光的传播过程中主要表现为（波动性），但当光与物质之间发⽣能量交换时就突出地显⽰出光的（粒⼦性）。

4、光量Q ：?dt φ，s lm ?。

5、光通量φ：光辐射通量对⼈眼所引起的视觉强度值，单位：流明lm 。

6、发光强度I ：光源在给定⽅向上单位⽴体⾓内所发出的光通量，称为光源在该⽅向上的发光强度，ωφd d /，单位：坎德拉)/(sr lm cd 。

7、光出射度M ：光源表⾯单位⾯积向半球⾯空间内发出的光通量，称为光源在该点的光出射度，dA d /φ,单位：2/m lm 。

8、光照度E ：被照明物体单位⾯积上的⼊射光通量，dA d /φ，单位：勒克斯lx 。

9、光亮度L ：光源表⾯⼀点的⾯元dA 在给定⽅向上的发光强度dI 与该⾯元在垂直于给定⽅向的平⾯上的正投影⾯积之⽐，称为光源在该⽅向上的亮度，)cos /(θ?dA dI ，单位：2/m cd。

10、对于理想的散射⾯，有Ee= Me 。

⼆、概念题1、视见函数：国际照明委员会（CIE ）根据对许多⼈的⼤量观察结果，⽤平均值的⽅法，确定了⼈眼对各种波长的光的平均相对灵敏度，称为“标准光度观察者”的光谱光视效率V (λ),或称视见函数。

2、辐射通量e φ：是辐射能的时间变化率，单位为⽡ (1W=1J/s)，是单位时间内发射、传播或接收的辐射能。

3、辐射强度e I ：从⼀个点光源发出的，在单位时间内、给定⽅向上单位⽴体⾓内所辐射出的能量，单位为W ／sr(⽡每球⾯度)。

4、辐射出射度e M ：辐射体在单位⾯积内所辐射的通量，单位为2/m W。

光度学和辐射度学

光度学和辐射度学

光度学和辐射度学光度学和辐射度学是研究光和辐射的两个重要学科。

光度学主要研究光的性质和行为，而辐射度学则关注辐射的特性和相互作用。

光度学是研究光的传播、吸收、散射、折射、干涉和衍射等现象的学科。

光是一种电磁波，具有波粒二象性。

光度学通过研究光的波动性和粒子性，揭示了光的本质和行为规律。

光的传播速度是一个重要的研究对象，根据光的传播速度不同，可以将光分为真空中的光和介质中的光。

光的传播速度在真空中是恒定的，而在介质中会发生折射现象，导致光的传播速度减小。

光度学还研究了光的吸收和散射现象。

当光通过物质时，会与物质相互作用，一部分光被物质吸收，一部分光被物质散射。

光的吸收和散射现象在很多领域都有重要应用，例如光谱学、光电子学和光通信等。

辐射度学是研究辐射的特性和相互作用的学科。

辐射是指物体发射出的电磁波或粒子流。

辐射度学研究了辐射的发射、传播和吸收等过程。

辐射的特性包括辐射强度、辐射频率和辐射方向等。

辐射度学通过研究辐射的特性，可以了解物体的热辐射和电磁辐射等信息。

辐射度学还研究了辐射与物质的相互作用。

当辐射与物质相互作用时，会发生吸收、散射和透射等现象。

吸收是指辐射能量被物质吸收并转化为其他形式的能量。

散射是指辐射在物质中的传播方向发生改变。

透射是指辐射穿过物质而不被吸收或散射。

辐射与物质的相互作用在医学影像学、辐射治疗和材料科学等领域具有广泛应用。

光度学和辐射度学在现代科学和技术中起着重要作用。

光度学的研究成果被广泛应用于光学仪器、光纤通信和激光技术等领域。

辐射度学的研究成果则被应用于核能、天文学和环境监测等领域。

光度学和辐射度学的发展不仅推动了科学的进步，也为人类社会的发展带来了巨大的贡献。

光度学和辐射度学是研究光和辐射的两个重要学科。

光度学研究光的性质和行为，辐射度学关注辐射的特性和相互作用。

这两个学科的研究成果在科学和技术领域有着广泛的应用，对推动人类社会的发展起着重要作用。

第三讲(1) 辐射度学与光度学中的基本定律

第三讲(1) 辐射度学与光度学中的基本定律

因为漫辐射源各方向亮度相等，即L=Lθ，（上二 式相等），则Iθ=I0cosθ 朗伯辐射表面在某方向上的辐射强度随与该方向 和表面法线之间夹角的余弦而变化。（物理意义）
8
1、朗伯辐射源的辐射亮度
2 L A cos
=B （常数）
2、朗伯辐射源的辐射强度 注意：虽各方向亮度相同，但辐射强度不同。 Iθ=I0cosθ θ=90°时，Iθ=0
2013-11-3 5
一、朗伯余弦定律
描述这种辐射的空间分布的特性公式为
Bcos A
2
式中 B——常数 θ——辐射法线与观察方向夹角 △A——辐射源面积 △Ω——辐射立体角
即：“理想漫反射源单位表面积向空间指定方向单位 立体角 内发射（或反射）的辐射功率和该指定方 向与表面法线夹角的余弦成正比。” 这就是朗伯余弦定律。具有这种特性的发射体（或 反射体） 称为余弦发射体（或余弦反射体）。
4m
4m
6m

R 6, R' 12 2 6 2 4 2



E
代入上式得
60 4 48 12 1.385lx 3 3 6 164


练习：测量得白炽灯在1米处产生的照度为10lm/m2， 求其在0.5米处产生的照度是多少？（见图2-13）
2013-11-3
21
解：把白炽灯看成点光 源，据距离平方反比 定律，有
方向上的辐射强度为：
I LA cos I 0 cos
(2-81)
式中I0=LA，为圆盘在其法线方向上的辐射强度
圆盘向半球空间发射的辐射功率为Ф，按辐射亮度的定
义有
d LA cosd
因为球坐标系

1.2辐射度量与光度量

1.2辐射度量与光度量

辐射颜色 绿 绿 黄 黄 黄 黄 黄 橙 橙 橙
λ /nm 530 540 555 560 570 580 590 600 620 640
V 0.8620 0.9540 1.0000 0.9950 0.9520 0.8700 0.7570 0.6310 0.3810 0.1750
辐射颜色 橙 红 红 红 红 红 红 红 红
由辐射表面定向发射的辐射强度与该面元在垂直于该方向的平面 上的正投影面积的比值
Le

dI e
dA cos

d 2Φe
ddA cos
单位：瓦特/球面度·米2（W/sr·m2） S

dS
d d
35
⑤辐射亮度
余弦辐射体或朗伯体
辐射体的辐射强度在空间方向上的分布满足 dI e dI e0 cos
39
②辐射通量
用e表示，又称为辐射功率，是辐射能的时间变化率
是单位时间内发射、传播或接收的辐射能
e

dQe dt
单位：瓦特 （W）或焦耳每秒（J/s）
38
③辐射出射度
就是辐射体在单位面积内所辐射的通量，是反映物体辐射能力的物
理量——辐射出射度（Me）
Me

dΦe dA
单位：瓦特每平方米（W/m2）
辐射照度 Ee
Ee=de/dA
W/m2 (光)照度 Ev
Ev=dv/dA
lx
14
①朗伯定律 在θ方向上：
§3 两者关系
Ee

de dS
S
d
de
n
dS dS
在法线方向上：
Ee

d e dS
dS dS cos

红外物理(第二版)课件：辐射度学和光度学基础

红外物理(第二版)课件：辐射度学和光度学基础
其中,V 为体积,单位是 m3。
辐射度学和光度学基础 2.2.3 辐射功率
辐射功率就是发射、传输或接收辐射能的时间速率,用 P 表示,单位是 W,其定义 式为
其中,t为时间,单位为s。
辐射度学和光度学基础
辐射功率主要描述辐射能的时间特性,如许多辐射源的 发射特性,以及辐射探测器的 响应值不取决于辐射能的时间 积累,而取决于辐射功率的大小。
辐射度学和光度学基础 因此,在θ方向观测到的辐射源表面上位置x 处的辐亮度,
就是 Δ2P与 ΔAθ及 ΔΩ 之比的极限值,即
辐亮度的单位是 W/(m2·sr)。
辐射度学和光度学基础
图2-5 辐亮度的定义
辐射度学和光度学基础
由(2-7)式可知,源面上的小面源dA在θ方向的小立体角元 dΩ 内发射的辐射功率为d2P=LcosθdΩdA,所以,dA 向半球空 间发射的辐射功率可以通过对立体角积分得到,即
辐射度学和光度学基础
辐射度学主要是建立在几何光学的基础上,作两个假设: 第一,辐射按直线传播,因 此,辐射的波动性不会使辐射能的空 间分布偏离一条几何光线所规定的光路;第二,辐射 能是不相 干的,所以辐射度学不考虑干涉效应。
与其他物理量的测量相比较,辐射能的测量误差是很大 的,百分之一的误差就认为是 很精确的了。这也只能是在操 作非常小心,所采用的元件、技术、测试标准与上述误差十 分匹配的条件下才能达到的。
辐射度学和光度学基础 对于上述所测量的小面源 ΔA,有
由上式可得
辐射度学和光度学基础 如果小面源的辐亮度L 不随位置变化(由于小面源 ΔA
面积较小,通常可以不考虑L 随 ΔA 上位置的变化),则
即小面源在空间某一方向上的辐射强度等于该面源的辐 亮度乘以小面源在该方向上的 投影面积(或表观面积)。

[最新]光照度计的设计

[最新]光照度计的设计

光照度计的设计一、 功能概述1、光度学中基本量在光辐射测量中，与能量有关的量有两类:一是物理的，即客观的，叫做辐射度学量，简称为辐射量；另一类是生理的，即主观的，叫做光度学量，简称光度量。

前者表示某辐射源客观上发射出的辐射能的大小，后者表示人的视觉系统主观上感受到的那部分辐射能的强度。

（1）光通量 (luminousflux)龟，光源在单位时间内发出的光量称为光通量，在光度学中，光通量是从辐射通量导出的量，它明确地定义为能够被人眼视觉系统所感受到的那部分辐射功率的大小的量度。

单位是流明 (inmen)，符号为 lm ，表达式为: ΦL = dQv /dS(2) 光亮度(luminanee) L v ，一个面光源，除了可以用发光强度来描述它在某一个方向上的发光能力之外，还要知道它每一单位面积在这个方向上的发光能力，以便比较两种不同类型光源的明亮程度，这就要用到亮度这个概念。

它表示每单位面积上的发光强度，即:L L =dI L /dS光亮度的单位为坎德拉第每平方米(cd/mZ)。

式中的面积，应该理解为一个面在观察方向上的正投影面积。

因此，若观察方向与该面的法线夹角为 0时，上式将变为:L L = dI L /dScos(θ)所以，光源的光亮度可定义为:在表面一点处的面元在给定方向上的发光强度除以该面元在垂直于给定方向的平面上的正投影面积。

由于I L = D φL/d Ω故有L L =d 2ΦL /d ΩdScos(θ)该式是光亮度的较通用的定义式。

由该式可知，亮度不仅可用来描述一个发光面，而且还可以用来描述光路中的任意一个截面，如一个透镜的有效面积、一个光阑所截的面积或一个象的面积等。

此外，还可以用亮度来描述一束光，光束的亮度等于这个光束所包含的光通量除以这束光的横截面和这束光的立体角。

(3)光照度在光接收面上一点处的光照度等于照射在包括该点在内的一个面元上的光通量除以该面元的面积ds 。

即:E L =d ΦL / ds2、光照度计设计思路光照度计首先需要光电转换步骤，将光的强弱转化为电的强弱，最佳转换关系是线性关系，如果是非线性，需要定标才可。

1.辐射学和光度量学基本概念

1.辐射学和光度量学基本概念
,单位为W/sr(瓦/球面度)。
辐[射]亮度(或称辐射度) Le 对于小面积的面辐射源，以辐亮度Le来表示其表面不同位置
在不同方向上的辐射特性。
一小平面辐射源的面积为dS，与dS的法线夹角的方向θ上有 一面元dA。若dA所对应的立体角dΩ内的辐通量为dΦe ，
则面源在此方向上的辐亮度为:
式中是面辐射源正对dA的有效面积。辐亮度Le就是该面源在
壳层容纳一定数量的电子。每个电子具有确定的分立能量值， 也就是电子按能级分布。 固体中大量原子紧密结合在一起，而且原子间距很小，以致 使原子的各个壳层之间有不同程度的交叠。最外面的电子壳 层交叠最多，内层交叠较少，如图1-5 所示。壳层的交叠使 外层的电子不再局限于某个原子上，它可能转移到相邻原子 的相似壳层上去，例如电子可以从某个原子的2P壳层转移到 相邻原子的2P壳层，也可能从相邻原子运动到更远的原子的 相近壳层上去。这样电子有可能在整个晶体中运动。晶体中 电子的这种运动称为电子的共有化。外层电子的共有化较为 显著，而内壳层因交叠少而共有化不十分显著。 电子的共有化使本来处于同一能级的电子能量发生微小的差 异。例如，组成固体的N个原子在某一能级上的电子来都具 有相同的能量，由于共有化运动使它们在固体中不仅仅受本 身原子核的作用，而且还受到周围其它原子的作用而具有各 自不同的能量。于是，一个电子能级因受N个原子核的作用 而分裂成N个新的靠得很近的能级。N新能级之间能量差异 极小，而N值很大，于是这N个能级几乎连成一片而形成具 有一定宽度的能带。
其它基本概念 ▪ 点源：照度与距离之间的平方反比定律 ▪ 扩展源：朗伯源的辐出度与辐亮度间的关系 ▪ 漫反射面：漫反射体的视亮度与照度间的关系 ▪ 定向辐射体
d
dA cos
l2

辐射度、光度与色度及其测量

辐射度、光度与色度及其测量

d 2Φ dI = L= d ΩdA cos θ dA cos θ
图 1-2 钨丝白炽灯辐射强度 的空间分布
辐亮度在光辐射的传输和测量中具有重要的作用，是光源微面元在垂直传输方向辐强度特性的描述。 例如，描述螺旋灯丝白炽灯时，由于描述灯丝每一局部表面(灯丝、灯丝之间的空隙)的发射特性常常是没有 实用意义的，而把它作为一个整体，即一个点光源，描述在给定观测方向上的辐射强度；而在描述天空辐 射特性时，希望知道其各部分的辐射特性，则用辐亮度可描述天空各部分辐亮度分布的特性。 (6) 辐射出射度 (M) 定义为离开光源表面单位面元的辐射通量，即
图 1-1 立体角的概念
时，其对应的立体角为 4π球面度，而半球空间所张的立体角为 2π球面度。在θ ，ϕ 角度范围内的立体角
Ω=∫
θ
∫ sin θ d θ d ϕ
ϕ
(1-2)
求空间一任意表面 s 对空间某一点 o 所张的立体角，可由 o 点向空间表面 s 的外边缘作一系列射线, 由 射线所围成的空间角即为表面 s 对 o 点所张的立体角。因而不管空间表面的凸凹如何，只要对同一 o 点所 作射线束围成的空间角是相同的，那末它们就有相同的立体角。 1.1.2 辐射度量的名称、定义、符号及单位(GB3102.6-82) 很长时间以来， 国际上所采用的辐射度量和光度量的名称、 单位、 符号等很不统一。 国际照明委员会(CIE) 在 1970 年推荐采用的辐射度量和光度量单位基本上和国际单位制(SI)一致，并在后来为越来越多的国家(包 括我国)所采纳。 表 1-2 列出了基本的辐射度量的名称、符号、定义方程及单位、单位符号。
Ｑ,Ｗ
w Φ,Ρ
焦(耳)
w = dQ / dv Φ = dQ / dt

辐射度学与光度学的基础知识

辐射度学与光度学的基础知识
辐射度学与光度学的基础 知识
• 辐射度学基础 • 光度学基础 • 辐射度学与光度学的关系 • 实际应用中的辐射度和光度问题 • 总结与展望
01
辐射度学基础
辐射度学的定义与概念
总结词
辐射度学是研究电磁辐射的发射、传 播、吸收、散射和转换等过程的科学。
详细描述
辐射度学主要关注电磁辐射的能量、 功率、辐射通量、辐射强度等物理量 的测量和计算，以及这些物理量在不 同介质和环境中的变化规律。
02
光度学基础
光度学的定义与概念
总结词
光度学是研究光辐射的度量、测量和应用的学科，它涉及到光辐射的定量描述和测量。
详细描述
光度学主要研究光辐射的属性、度量单位、测量方法和应用。它关注的是光辐射的能量、 功率和辐射通量等物理量的度量，以及这些物理量在不同媒介中的传播、散射和吸收等
行为。
光度量
1. 光通量
光度定律
总结词
光度定律是描述光辐射在不同媒介中传播时遵循的规律， 包括斯涅尔定律、反射定律和折射定律等。
1. 斯涅尔定律
也称为反射定律，它描述了光线在两种不同媒介的交界面 上的反射和折射行为，即入射角等于反射角，折射角与入 射角成正比。
2. 折射定律
当光线从一种媒介进入另一种媒介时，其传播方向会发生 变化，这个变化与两种媒介的折射率有关。折射定律描述 了折射光线与入射光线之间的关系。
光源的辐射度和光度性能
光谱分布
不同光源的光谱分布不同，这决定了它们在颜色 表现、显色指数等方面的性能。
光效
光效是衡量光源效率的指标，光效高的光源在相 同亮度下消耗的电能更少。
寿命与稳定性
光源的寿命和稳定性也是重要的性能指标，它们 决定了光源的使用和维护成本。

辐射度学和光度学强度、照度、亮度

辐射度学和光度学强度、照度、亮度

58
光程/飞行时间
•分别表示光线从光源到被选择表面的光程（optical path length)和时间 •OPL = ct
光程
飞行时间
59
wm2lmm226tracepro中表示照度辐照度光照度分析图分析辐照度光照度分析图3d辐照度光照度分析图分析3d辐照度光照度分析图光线追迹光线追迹选项27tracepro中表示照度illuminanceluxirradiancetruecolor28tracepro中表示照度irradiancewm2illuminancefootcandles29辐照度选项设置等于落在某面积之上的光通量面积单位wm2或lux30亮度辐射度学单位是wm2sr1光度学单位是cdm2称为尼特nits31tracepro中表示亮度建立辐度辉度目标定义辐度辉度分析可以选择wm2sr1或者是nit光线追迹光线追迹选项32tracepro中表示亮度33tracepro中表示亮度luminancemapcdm2luminancemaptruecolor34tracepro设定对强度照度亮度的影响35照度图改变numberpixels100kraysnumber50100kraysnumber25036照度图增加光线数100kraysnumber2501mraysnumber25037照度图增加光线数1mraysnumber25010mraysnumber25038照度图smoothing1mraysnumber250smoothingoff10mraysnumber250smoothing39candelaplots改变描点数100kraysnumberplotpoints90100kraysnumberplotpoints36040candelaplots增加光线数100kraysnumberplotpoints3601mraysnumberplotpoints36041candelaplots增加光线数1mraysnumberplotpoints36010mraysnumberplotpoints36042candelaplots增加光线数1mraysnumberplotpoints360smoothingoff1mraysnumberplotpoints360smoothing43tracepro中的颜色测量鼠标移动以得到rgb值44tracepro中的颜色测量鼠标移动以得到cct值和cie值ciexy坐标cct值45亮度分析图亮度分析luminanceradiancemap463d辐照光照度图在模型窗口可以直接显示每个部件的照度情况4

辐射度与光度学的基础知识

辐射度与光度学的基础知识

Xνλ——光度量；Xeλ——辐射量； Km是常数；V(λ)光谱光视效率。 5. 明视觉和暗视觉：人眼在环境亮度不同时对 颜色的视觉效率不同。 明视觉：光亮度大于几个cd/m2 暗视觉：光亮度小于0.01cd/m2
二、光度的基本物理量
1. 光通量
单位时间内光源发出的光能量（功率）
780nm
K m
注:
1. 光度量的定义和辐射度量的定义只一字之差，‚
2. 3. 4. 5. 辐射‛——“光‛。 下角标有e、λ、ν，辐射量在与其它量同用时 标e。 从表达式可直接说出定义及物理意义 从表达式可直接说出单位 出射度和照度的表达式相同、单位也相同，注 意一个是发射，一个是接收。
三个发射量的区别和关系
是辐射量对人眼视觉的刺激值。是主观的,不管辐射量大小 ,以看到为准。光谱光视效率是评定该刺激值的参数。 基本物理量是发光强度，单位坎德拉。一个光源发出频率 为540*1012Hz的单色辐射，若在一给定方向上的辐射强度
为1/683W/sr,则该光源在该方向上的发光强度为1cd。
一、光谱光视效能和光谱光视效率
光谱光视效能（K） ，描述某一波长的单色光辐射 通量产生多少相应的单色光通量。即光视效能K定 义为同一波长下测得的光通量与辐射通量的比值， 即
Φ ——在波长λ处的光通量 Φeλ ——在波长λ处的辐射通量 单位：流明/瓦特（lm/W）。
νλ
通过对标准光度观察者的实验测定，在辐射频率
5401012Hz（波长555nm）处，K有最大值，其
黑体 在物理学中，所谓黑体，是指这样 一种物体，在任何温度下，它将入射的任 何波长的电磁波全部吸收，没有一点反射， 而在相同温度下，它所发射出的热辐射比 任何其他物体都强。 光有多种颜色组成, 黑色吸收所有颜色,不反射任何颜色,即没 有光线进入眼睛时,称之为黑色。如果一个 物体能够全部吸收而不反射投射于其上的 辐射,就称它为绝对黑体,简称为黑体。

1.辐射学和光度量学基本概念

1.辐射学和光度量学基本概念

d
ds1
L0
ds0 sin 2 u0 ds1 f l f l f 1 f
n0 r0 sin u0 n1 r1 sin u1 , l ' n12 E L0 2 sin 2 u1 ds1 n0 E L0
l
d
2 D 2 l '

辐[射]出[射]度 Me 辐出度只表示面辐射源表面不同位置的辐射特性，而不考虑 辐射方向。其定义为：面辐射源的单位面积上辐射的辐通量， 也就是把辐亮度Le对所有可能方向的角积分，即 ,单位为W/m2。 辐[射]照度 Ee 它表示每单位受照面接受的辐通量，即 ,单位为W/m2。 这里无需考虑面元dA所接受的辐通量来自何方，故与该面 的取向无关。
dE
I cos
l2 I L dA cos L dA cos cos l
A A 2
dE
L cos d
E dE L cos d E L cos d Ls
A
dA1 rdrd , dE L cos d L cos l dA1 cos l2

亮度 Lv
面光源的亮度定义为: ,其单位为cd/m2。

光出射度 Mv 它过去也称为面发光度。其定义为面光源从单位面积上辐射
的光通量，即
,单位为lm/m2, lx(勒克斯 )。

照度 Ev 入射到单位面积上的光通量称为照度，即 , 单位为lx(勒克斯).

根据眼睛的视见函数Vλ ，可将辐射度学单位表示的量值换算 为以光度学单位表示的相应值。例如，已知某一波长λ 的光 谱辐照度Eeλ 时，与之相当的光谱照度Evλ 为

光度学与辐射度学的关系

光度学与辐射度学的关系

人眼视觉与光度学和辐射度学的关系夏俊峰 2008.09前言关于视觉和光度学及辐射度学方面的内容，已有很多的文章。

但是，这些文章，虽然不少讲的很细致，比如细致地讲述人眼的构造、逐条讲解光度学的概念等。

但是，他们的讲解似乎各自为政，没有讲明光色视觉与光度计量及辐射计量的关系。

很多人对光色的视觉感受量、光度计量、辐射计量的内容似是而非。

将光度学与辐射度学割离，这在初学者和非光学研究者中很常见。

本文不是对视觉特性、光度学、辐射度学的内容做详细介绍，这些资料有很多，读者可以容易找到。

本文的目的是将这些内容串起来，让非光学专业的一般人员能够了解清楚他们之间的关系。

人眼视觉和光度学与辐射度学的关系光也是电磁波，对电磁波能量的计量有辐射度学，对辐射能量的计量单位是瓦（W ）。

在380nm ～780nm 之间的电磁波能够被人眼所感受，呈现不同的色彩，这部分的电磁波就被称作可见光。

由于人眼视觉细胞的生理，各种波长、相同能量的可见光作用到视觉细胞后，人眼却感受到它们的强度是不同的，也就是说，射入人眼相同能量、不同颜色的可见光，人眼感觉却认为它们的亮度不同。

前辈科学家做了大量的工作，就人眼对不同波长的可见光在相同辐射能下的感受，做了大量的测试统计，测出各波长下等同能量的光辐射对应的人眼亮度感受相对值，得出了一个归一化的函数关系，将不同波长下的辐射能量与人眼感受量对应起来。

这个辐射能量与感受亮度相对大小对应的函数，就叫做视见函数，或光谱光效，或光视效率，符号：V λ。

它表明光视效率是随波长λ变化而变化的。

视见函数曲线见附图1。

实际上，对颜色是感觉，不同的人感觉是有差异的。

就是同一个人，在不同状况下，对同一颜色的感受也会有差异，所以说，人对颜色的感觉、判断是有心理作用的。

比如，几个人认为两个波长的光亮度相同，另几个人却说亮度不同。

这种现象是客观存在的。

所以，对视见函数的确定，也是根据对一定数量的受测人员的测试结果的统计值。

光电子学(一)光度量 光辐射度量 朗伯定律与辐射量计算.

光电子学(一)光度量 光辐射度量 朗伯定律与辐射量计算.
线的余弦成正比
2P B co sq A n 2）朗伯辐射源的辐射亮度
Llim 2P B
A0 cosqA
0
q
△Ω
3）朗伯辐射源L与M的关系
△A
q qqq M d P L c o sd L 2 d/2 c o ss indL
d A2
00
4）小面元的辐射强度I
△S
d2P L co s d d A
n
lq
整个小面积 A 发射的辐射功率
Θ dΩ
dPd2PLcos d A A
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
dA △A
Id d PL co s A M co s A
5）小面元产生的辐照度E
Sl2d /cosq
q q q E d P S d P d c o l s 2 L A c o l s 2 c o s M A c o l s 2 c o s
第一章 光辐射物理基础
一、光辐射的度量
1. 辐射度量的基本物理量
1）辐射能量 Q 以电磁波的形式发射、传输或接收的能量
2) 辐射能密度 ω 3）辐射功率 P
(J) 辐射场单位体积中的能量
Q
V
(J/m3)
单位时间内发射传输接收的辐射能量
P Q
(W)
t
点源与扩展源
• 当不使用光学系统时，相对观测者辐射源的最大尺寸小于 观测距离十倍以内时，一般都可称为点辐射源，否则，即 为扩展源。
4） 光出射度 M
面光源单位表面积向半球空间发射的光通量
M F A
5）光强度 I
（lm/m2)
点辐射源在某方向单位立体角的光通量
I F
(lm/Sr=cd) 坎德拉
1 Candela（坎德拉）＝1流明/单位立体角，在英制cd=烛光

辐射度量与光度量

辐射度量与光度量
射频率是ν 的能量的最小数值E=hν 。普朗克
当时把它叫做基本作用量子，h普朗克常数。
爱因斯坦
光电效应以及 康普顿效应等 无可辩驳的证 实了光是一种 粒子．
康普顿
光不仅在发射 中，而且在传播过 程中以及在与物质 的相互作用中，都 可以看成能量子。 爱因斯坦称之为光 量子，也就是后来 所谓的光子 (photon)。
名称 辐射能 辐射能密度
辐射通量， 辐射功率 辐射强度
辐射亮度
辐射出射度
辐射照度
符号 Q,
定义方程
单位 焦耳
符号 J
w
w dQ / dv
焦耳／立方米 Jm-3

dQ / dt
P
瓦特
W
Ｉ I d / d 瓦特／球面度 W/sr
Ｌ L d 2 / ddAcos 瓦特／球面度 Wm-2

e 0 ()d
可以用频率表示光谱分布。
可以类推其余的光谱辐射度量。
光谱光辐射的名称、符号及单位
四、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，对绿光最灵敏，对红光灵敏度最低，故 用辐射度单位描述的光辐射不能正确反映人的 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。
在光频区域光度学物理量Q，P，I，M，L，E相 对应的Qv，Pv，Iv，Mv，Lv，Ev来表示，其定义 完全一一对应，其关系如表2所示。
表2 常用辐度量和光度量之间的对应关系
辐射度物理量
物理量 名称
符号
定义式
单位
物理量 名称
对应的光度量
符号
定义式
单位
辐射能 Q
J
光量
Qv

大学物理下_第12章_辐射度学和光度学基础

大学物理下_第12章_辐射度学和光度学基础
r2
d内的光通量
dv

Ivd

IvdS cos
r2
de
n
dS dS
dS面上的光照度
Ev

dv dS

Iv cos
r2
它描述了点辐射源产生的照度的规律，是 来自均匀点光源向空间发射球面波的特性。
24
大学物理
例12-1 一氦氖激光器发出10mW的波长为632.8nm的激 光束，发散角为1mrad，发散角与立体角的关系 为 2 ，若波长632.8nm光波的光谱光效率 V＝0.24, 试求： (1)此激光束的光通量和发光强度； (2)若此激光输出光束的截面的直径为1mm,求其光亮度； (3)以这样的激光束照射在10m处的白色屏幕上的光照度.
同一波长下测得的光通量与辐射通量的比之，即
K

v e
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 5401012Hz（波长555nm）处，K有最大值，其数值为 Km=683lm/W。
单色光视效率是K用Km归一化的结果，定义为
V

K Km

1 Km
v e
大学物理
例12-1 一氦氖激光器发出10mW的波长为632.8nm的激 光束，发散角为1mrad，发散角与立体角的关系 为 2 ，若波长632.8nm光波的光谱光效率 V＝0.24, 试求： (1)此激光束的光通量和发光强度； (2)若此激光输出光束的截面的直径为1mm,求其光亮度； (3)以这样的激光束照射在10m处的白色屏幕上的光照度.
解：（3）激光在屏幕上照射的面积
S r 2 102 3.14 106 3.14 104 m2

光电探测技术与应用第一章课后习题与答案

光电探测技术与应用第一章课后习题与答案

光电探测技术与应用 第一章课后习题答案（部分）1.1 辐射度量与光度量之间有哪些区别？有哪些相同点和联系？答：光辐射度量在历史上形成了辐射度学和光度学两套度量系统。

辐射度学：是建立在物理测量的基础上的辐射能量客观度量,不受人眼主观视觉的限制，其概念和方法适用于整个光辐射范围（红外、紫外辐射等必须采用辐射度学）。

光度学：是建立在人眼对光辐射的主观感觉基础上，是一种心理物理法的测量，故只适用于电磁波谱中很窄的可见光区域。

1.2一支氦-氖激光器（波长为632.8nm ）发出激光的功率为2mw 。

该激光束的平面发散角为1mrad ，激光器的放电毛细管直径为1mm 。

（1）求出该激光束的光通量，发光强度，光亮度，光出射度。

（2）若激光束投射在10m 远的白色漫反射屏上，该漫反射屏的反射比为0.85，求该屏上的光亮度。

解：① 该激光束的光通量328.0102240.0683)(3-⨯⨯⨯==e m v V K φλφLm （流明）发光强度 )1028.3(102.44/)101(328.05523⨯⨯=⨯=∆Ω=-πφvv I Cd(坎德拉) 光亮度 )102.4(1035.54/)101(102.41111235⨯⨯=⨯⨯=∆=-或πS I L v v Cd/m 2 光出射度 523102.44/)101(328.0⨯=⨯=∆=-πφS M vv Lm/m 2 ② 10米远处光斑面积大小：52321085.7)10110(414.3)(4--⨯=⨯⨯=∆=θπL S m 2 反射光功率为： 33'107.110285.0--⨯=⨯⨯==P P ρW反射光通量 279.0240.0683107.1)(3''=⨯⨯⨯==-λφV K P m v Lm漫反射屏可以看作是个朗伯体，其法向发光强度I 0与光通量的关系是πφ/0=I ，由于朗伯体的光亮度与方向无关，所以：35'01013.11085.714.3279.0⨯=⨯⨯===-S S I L v v πφ Cd/m 2 1.4 用目视观察发射波长分别为435.8nm 和546.1nm 的俩个发光体，他们的亮度相同，均为3cd/m 2.如果在俩个发光体前分别加上透射比为10−4的光衰减器，问此时目视观察的亮度是否相同？为什么？解：光衰减器的透射比指的是光辐射能量的透射比。

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率计测量半导体激光器的光功率，光功率 值为光功率表的显示值(mW)。实验完毕， 将0～12V可调电源旋钮逆时针慢慢旋到底 并关闭主机箱电源。
▪ 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，叫做辐射度学量， 是用能量单位描述光辐射能的客观物理量； 另一类是生理光度的学量，与辐叫射做度学光量 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收到辐射量的度量。
▪ 因此，辐射度量和光度量两者在研究方法 和概念上非常类似，它们的基本物理量也 是一 一对应的。在衡量光电探测器的性能
▪ 2、光照度Ev ：单位为勒克斯(lx),它相当于 1lm的光通量均匀地照在1m²面积上所产生 的光照度,Ev =dΦv/dA (lx=lm/m²)。
实验内容
▪ 1、根据图一示意安装、接线(注意接线座颜 色对应)。将主机箱中0～12V可调电源旋钮 逆时针方向慢慢
▪ 旋到底 ,检查接线无误后打开主机箱电源。 调节0～12V可调电源使电压表（电压表量 程20V档）显示5V左右，让光源灯丝预热5 分钟以上。
▪ 2 、按表2—1中内容，调节0～12V可 调电源,测出各种光源照度值分别为5Lx、 10Lx …… 95Lx、100Lx 所对应的电压 值,填入表2—1。注：光源不装滤光镜 时为白光、其它波长光源装相应的滤光 镜。
▪ 1、按图二安装、接线(注意接线座颜色对应)。将 0～12V可调电源旋钮逆时针旋到底，检查接线无 误后打开主机箱电源。调节0～12V可调电源使电 压表显示5V左右，让光源灯丝预热5分钟以上。
▪ 2 、按表中内容，把白灼灯光源的前端盖掉换成相 应波长的滤光镜端盖。调节0～12V可调电源,测出 各种光源光功率值(660nm 、600nm光功率值大小 为光功率计表显示值×10mW；560nm 、510nm、 470nm 、400nm光功率值大小为光功率计表显示 值mW)分别为0.1mW、0.2mW …… 所对应的电 压值,填入表2—2中。
光度学量与辐射度学量
实验目的
▪ 了解光度量和辐射度量概念,了 解光源的特性
实验仪器
▪ 主机箱中的光照度表、电压表、光功率表、 0～12V可调直流电源、±5V直流电源、 安装架、白灼灯光源、遮光筒、半导体激 光器、多种波长的滤光镜、光照度探头 、 照度计模板、光功率探头 、可见光光功率 计模板
实验原理
▪ 3、各种光源光功率标定完毕后将0～12V可 调电源电压调节到最小, 关闭主机箱电源 （保存好表2—2并每次实验时附带在身边 以备查阅相应功率所对应的光源工作电压）
▪ ㈢、半导体激光器（LD激光器）光功率测 定：按图三示意安装、接线(注意接线座颜 色对应)，检查接线无误后合上主机箱电源 开关，光功率计模板上的按钮配合：长波 指示灯亮 。将0～12V可调电源旋钮顺时 针慢慢旋到底（输出电压最大），用光功
时，或者是评价光电测量系统的指标时， 辐射度量和光度量是紧密相关的。
▪ 本实验以生理的光度学量为主（可见光）， 对常用光源的光（混 色光），如半导体激光器（LD激光器）和白 灼灯。
▪ 1、辐射通量(光功率)Φe：辐射通量又称辐 射功率Pe,是辐射能的时间变化率,单位为 W(瓦),是单位时间内发射、传播或接收的辐 射能 ,Pe=Φe=dQe/dt(J/s,焦耳每秒)。