第二章光辐射和光源

辐射度物理量
对应的光度量
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
辐射通量 e
辐射出射度 Me
辐射强度
Ie
辐射亮度 Le
辐射照度 Ee
e＝dQe/dt Me=dedS Ie=de/d Le=dIe/(dScos) Ee=de/dA
J W W/m2 W/sr W/m2·sr W/m2
(2.2-8)
单位：瓦特·米-2（W/m2）。 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Xe,λ与辐射度量Xe之间均满足
(2.2-9)
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2.2.2 光度量
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，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对应的来表示，其定义完 全一一对应，其关系如表2.2-1所示。
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2.2.1 辐射量
⑴ 辐射能 辐射能即电磁波场中电场能量和磁场能量的总和；单个光 子的能量取决于波长或频率。辐射能一般用符号Qe表示，其单位 是焦耳（J）。
⑵ 辐射通量 辐射通量e又称为辐射功率，定义为单位时间内流过的
辐射能量，即
(2.2-1)
单位：瓦特（W）或焦耳·秒-1（J·s-1）。
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§2.1 电磁波与光辐射
2.1.1 电磁波的性质与电 磁波谱 麦克斯维证明光是电磁波的 一种表现形式。
电磁波包括的范围很广，从 无线电波到光波，从X射线 到 射线，都属于电磁波的 范畴，波长覆盖很宽。光辐 射仅占电波谱的一极小波段 。
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2.1.2 光辐射
按辐射波长及人眼的生理视觉效应，光辐射被分成三个 波段：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作单位、在红外波段波长用m作单位。
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⑶ 辐射出射度 简称辐出度，从辐射源表面单位面积发射出的辐射通 量，其中单位波长间隔内的辐射出射度称光谱辐出度。辐出度的 定义式 (2.2-2)
单位：瓦特·米-2（W/m2）。 ⑷ 辐射强度 辐射强度定义为：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Ie表示，即
(2.2-3)
单位：瓦特·球面度-1（W·sr-1）。
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⑸ 辐射亮度 辐射亮度定义为面辐射源在某一给定方向上的辐射通量。 如图2.2-1所示。 (2.2-4)
单位：瓦特/球面度·米2（W/sr·m2）。式中是给定方向和辐射源面
元法线间的夹角。
图2.2-1 辐射亮度示意图
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一般，辐射体的辐射强度与空间方向有关。当辐射体的辐射强度 在空间方向上的分布满足式(2-5)时，称之为余弦辐射体或朗伯体
第二章 光辐射与光源
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[产生光辐射的物体， 即光源]与光辐射探测器，所以光辐射理论和光电 转换的原理是光电探测技术的基础。光源的描述 参量有谱特征、波长范围、辐射通量、方向性、 时间及空间稳定性，等等。本章将简要介绍光辐 射的基本概念和原理、在光电探测技术应用中比 较典型的光辐射源，以及光源调制技术；光辐射 探测的原理及相应器件的内容安排在第四章。
(2.2-5) 式中Ie(2.2-4)，易得余弦辐射体的辐射亮度为
(2.2-6)
可见余弦辐射体的辐射亮度是均匀的，与方向角无关。余弦辐射
体的辐射出射度为 (2.2-7)
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⑹ 辐射照度 辐照度定义为投射到接收器面元上的辐射通量与该面元 面积dA之比。即
光量 光通量 光出射度 发光强度 (光)亮度 (光)照度
Qv
Qv=v dt
v
v=Iv d
Mv
Mv=dv/dS
Iv
基本量
Lv Lv=dIv/(dScos)
Ev
Ev=dv/dA
lm·s lm lm/m2 cd cd/m2 lx
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光视效能 光视效能是人眼对某一波长下单位辐射通量的产生的光 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 的比之，即
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§2.3 黑体辐射
任何0 K温度以上的物体，都会由于其中的分子、 原子受到热激发而产生并向外部发射各种波长的电 磁波，这种现象称为热辐射。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。下面简要介绍热 辐射的一些基本定律。
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2.3.1 单色吸收比和单色反射比。
单位长度内，波动重复的次数（一个波动拥有同样相位的次 数），称为波数。在光谱学中，波数即波长的倒数，量纲是[长 度]-1，单位惯常采用cm-1。
可见光 可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分。 390~770 nm范围的范围内；
紫外辐射 紫外辐射比紫光的波长更短，人眼不可感知，波长 范围是10~400 nm。
当辐射从外界入射到“不透明”（不限于可见光不透明） 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）。需要 强调的是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。
红外辐射 是介于可见红光与无线电微波之间的光学辐射，波 长范围为0.77~1000 m。
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§2.2 光辐射的度量
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 在着辐射度学单位和光度学单位两套不同的体系 （物理量符号标脚标“e”表示辐射度物理量，脚 标“v”表示光度物理量）。后者是考虑到人眼的 主观因素后的相应计量学科，其适用性局限于可 见光波段；前者则是对电磁辐射能量的客观计量， 适用于整个电磁波段。
(2.2-10)
单位：流明/瓦特（lm/W）。 通过对标准光度观察者的实验测定，白天在辐射波长555 nm
（夜晚则为507 nm）处，K有最大值，其数值为Km=683 lm/W。单色光视效率是K用Km归一化的结果，其定义为
(2.2-11)
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图2.2-2 光谱光视效率曲线
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