第三章 光辐射探测器
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《辐射度、光度与色度及其测量》习题及思考题第一章辐射度量、光辐射度量基础1.通常光辐射的波长范围可分为哪几个波段?2.简述发光强度、亮度、光出射度、照度等定义及其单位。
3.试述辐射度量与光度量的联系和区别。
4.人眼视觉的分为哪三种响应?明暗和色彩适应各指什么?5.何为人眼的绝对视觉阈、阈值对比度和光谱灵敏度?6.试述人眼的分辨力的定义及其特点。
7.简述人眼对间断光的响应特性,举例利用此特性的应用。
8.人眼及人眼-脑的调制传递函数具有什么特点?9.描述彩色的明度、色调和饱和度是怎样定义的,如何用空间纺锤体进行表示?10.什么是颜色的恒常性、色对比、明度加法定理和色觉缺陷。
11.简述扬-赫姆霍尔兹的三色学说和赫林的对立颜色学说。
12.朗伯辐射体是怎样定义的?其有哪些主要特性?13.太阳的亮度L=1.9⨯109 cd/m2,光视效能K=100,试求太阳表面的温度。
14.已知太阳常数(大气层外的辐射照度)E=1.95 cal/min/cm2,求太阳的表面温度(已知太阳半径R s=6.955⨯105 km,日地平均距离L=1.495⨯109 km)。
15.某一具有良好散射透射特性的球形灯,它的直径是20cm,光通量为2000lm,该球形灯在其中心下方l=2m处A点的水平面上产生的照度E等于40lx,试用下述两种方法确定这球形灯的亮度。
(1)用球形灯的发光强度;(2) 用该灯在A点产生的照度和对A点所张的立体角。
16.假定一个功率(辐射通量)为60W的钨丝充气灯泡在各方向均匀发光,求其发光强度。
17.有一直径d=50mm的标准白板,在与板面法线成45︒角处测得发光强度为0.5cd,试分别计算该板的光出射度M v、亮度L和光通量Φv。
18.一束光通量为620lm,波长为460nm的蓝光射在一个白色屏幕上,问屏幕上在1分钟内接受多少能量?19.一个25W的小灯泡离另一个100W的小灯泡1m,今以陆米-布洛洪光度计置于两者之间,为使光度计内漫射“白板”T的两表明有相等的光照度,问该漫射板T应放在何处?20.氦氖激光器发射出波长632nm的激光束3mW,此光束的光通量为多少?若激光束的发散半角1mrad,放电毛细管的直径为1mm,并且人眼只能观看1cd/cm的亮度,问所戴保护眼镜的透射比应为多少?21.在离发光强度为55cd的某光源2.2m处有一屏幕,假定屏幕的法线通过该光源,试求屏幕上的光照度。
一`光电探测器第一节 光辐射探测器的主要指标光信号的探测是光谱测量中的重要一环,在不同的场合和针对不同的目的所采用的探测器也不同,最重要的考虑是探测器的应用波长范围、探测灵敏度以及响应时间。
光探测器是将光辐射能转变为另一种便于测量的物理量的器件,它的门类繁多,一般来说可以按照在探测器上所产生的物理效应,分成光热探测器、光电探测器和光压探测器,光压探测器使用得很少。
本章将着重介绍光谱学测量中常用的探测器。
光热探测器是探测元件吸收光辐射后引起温度的变化,例如光能被固体晶格振动吸收引起固体的温度升高,因此对光能的测量可以转变为对温度变化的测量。
这种探测器的主要特点是:具有较宽的光波长响应范围,但时间响应较慢,测量灵敏度相对也低一些,经常用于光功率或光能量的测量。
光电探测器是将光辐射能转变为电流或电压信号进行测量,是最常使用的光信号探测器。
它的主要特点是:探测灵敏度高,时间响应快,可以对光辐射功率的瞬时变化进行测量,但它具有明显的光波长选择特性。
光电探测器又分内光电效应器件和外光电效应器件,内光电效应是通过光与探测器靶面固体材料的相互作用,引起材料内电子运动状态的变化,进而引起材料电学性质的变化。
例如半导体材料吸收光辐射产生光生载流子,引起半导体的电导率发生变化,这种现象称为光电导效应,所对应的器件称为光导器件;又如半导体PN 结在光辐照下,产生光生电动势,称为光生伏特效应,利用这种效应制成的器件称为光伏效应器件。
外光电效应器件是依据爱因斯坦的光电效应定律,探测器材料吸收辐射光能使材料内的束縛电子克服逸出功成为自由电子发射出来。
P k E h E -=ν ---------------------------------- (2.1-1)上式中 νh 是入射光子的能量,E p 是探测器材料的功函数,即光电子的逸出功,E k 是光电子离开探测器表面的动能。
这种探测器有一个截止频率和截止波长C ν和C λ: hp E c =ν , ()()nm eV E E hC p p C 1240==λ --------(2.1-2)频率低于C ν 或波长长于C λ 的光波不能被探测到,因为这样的光子能量不足以使电子克服材料的逸出功。
《辐射度、光度、色度及其测量》课程代码:课程名称:辐射度、光度、色度及其测量学分:2.5 学时:40先修课程:傅立叶变换与积分变换,线性代数,概率与统计,信号与系统一、目的与任务辐射度学、光度学及色度学(以下简称“三度学”)是现代光电信息转换、传输、存储、显示、测量与计量技术的基础。
本课程主要讲授“三度学”的基本概念、原理、物理量的相互转换关系、计算分析方法、测量仪器与测试计量方法等,培养学生利用相关知识、技术和仪器解决实际问题的能力,并结合军用和民用领域的应用需求,介绍三度学技术发展的前沿和应用实例,增强读者为振兴祖国经济,特别是提高国防科技水平的责任感和使命感。
因此,教材的编写力求简明扼要地说明有关的原理和分析计算方法,并通过实验更深切地学习和理解有关的测量方法、仪器使用和测试技巧。
二、教学内容及学时分配绪论(0.5学时)第1章光辐射度量基础(3.5学时)1.1辐射度量1.2光度量1.3人眼视觉特性1.4朗伯辐射体及其辐射特性1.5光辐射量的计算第二章热辐射定律及辐射源(4学时)2.1黑体辐射的基本定律2.2 黑体辐射的计算2.3 辐射源2.4 辐射体的色温第三章光辐射探测器(0.5学时)3.1光辐射探测器3.2 光辐射探测器的性能参数第四章辐射在大气中的传输(2.5学时)4.1辐射在空间的传输4.2 辐射在大气中的反射、吸收与散射4.3 辐射在传输介质界面的反射与透射第五章色度学的技术基础(9学时)5.1色度学基本概念5.2 颜色匹配5.3 CIE 1931 标准色度系统5.4 CIE 1964 补充标准色度系统5.5 CIE 色度计算方法5.6 均匀颜色空间5.7 同色异谱及其评价5.8 CIE光源显色指数计算方法5.9 其它表色系统第6章辐射测量的基本仪器(4学时)6.1 光度导轨6.2 积分球6.3 单色仪6.4 分光光度计和光谱辐射计6.5 傅立叶变换光谱仪第7章光辐射测量系统的性能及其测量(4学时)7.1响应度7.2光谱响应7.3视场响应7.4线性响应7.5偏振响应第8章光度量的测量(3学时)8.1 发光强度的测量8.2 光通量的测量8.3 照度的测量8.4 亮度的测量第9章辐射度量的测量(3学时)9.1 光谱辐射度量的测量9.2 总辐射度量的测量9.3 辐射温度的测量第10章色度的测量及其仪器(4学时)10.1 分光测色仪器10.2 CM-1000 配色系统设计实例10.3 色度计10.4 光源颜色特性的测量10.5 荧光材料的颜色测量10.6 白度测量第11章辐射度、光度与色度的应用(2学时)11.1 材料特性的测量11.2 探测器特性的测量11.3 光学系统中杂散光的分析和计算11.4 辐射测温仪11.5 卫星多光谱扫描系统11.6 建筑用低辐射玻璃三、考核与成绩评定考核:采用统一命题,统一阅卷,集体复查,严把质量关。