第1章光辐射与光源_光源

第⼀章光的基本概念第⼀章光的基本概念1.1 光的性质就⼈的视觉来说，没有光也就没有⼀切。

什么是光？光是指辐射能的⼀部分，即具有刺激视觉器官特性的辐射能。

从物理学的观点说，光是电磁波谱的⼀部分，波长范围在380～780nm（纳⽶）之间，这个范围在视觉上可能稍有些差异。

任何物体发射或反射⾜够数量合适波长的辐射能，作⽤于⼈眼睛的感受器官，就可看见该物体。

⼀般辐射能波谱的范围，可见光谱辐射能的波长在即380～780nm 之间，仅是辐射能中很⼩的⼀部分。

在室内设计中，光不仅是为满⾜⼈们视觉的功能，还是⼀个重要的美学因素。

光可以形成空间，改变空间或者破坏空间。

因此，室内照明是室内设计的重要组成部分之⼀，在设计之初就应该加以考虑。

1.2 光度量1、光通量光源在单位时间内向周围空间辐射出去的并能使⼈眼产⽣光感的能量，称为光通量。

单位为流明（lm）。

光通量=光效X功率。

2、发光强度（光强）光源在空间某⼀⽅向上单位⽴体⾓内发射的光通量与该⽴⽅体⾓的⽐值，称为光源在这⼀⽅向上发光强度，简称光强，单位为坎德拉（cd）。

3、照度照度是⽤来说明被照⾯（⼯作⾯）上被照射的程度，通常⽤其单位⾯积内所接受的光通量来表⽰，单位为勒克斯（lx）或流明每平⽅⽶（lm/m2）。

4、亮度亮度也是⽤来表⽰物体表⾯发光（或反光）强弱的物理量，被视物体发光⾯在视线⽅向上的发光强度与发光⾯在垂直于该⽅向上的投影⾯积的⽐值，称为发光⾯的表⾯亮度，单位为坎德拉每平⽅⽶（cd/m2）。

1.3 光与颜⾊1、⾊温将⼀标准⿊体加热(如⽩炽灯中的钨丝)，随着温度升⾼⿊体的颜⾊开始沿着深红-浅红-橙-黄-⽩-蓝逐渐改变，当某光源发出的光的颜⾊与标准⿊体处于某温度的颜⾊相同时，我们将⿊体当时的绝对温度称为光源的⾊温，以绝对温度K 来表⽰。

基本⾊表:早霞3000k 黄昏 4000k正午5500k-5600k 其它⽩天时段 4800k（晴天时）阴天6500k左右⽩天正午的阴影和⽉夜 6700k左右⽩⾊路灯下偏紫⾊⾊温⽩炽灯⼟黄⾊聚光灯 3200k 烛光 1850k新闻灯 3200k 三基⾊⽇光灯 3200k商场⽇光灯 4500k2、显⾊性光源对物体本⾝颜⾊呈现的程度称为显⾊性，也就是颜⾊逼真的程度，显⾊性⾼的光源对颜⾊表现较好，我们所见到的颜⾊也就接近⾃然⾊，显⾊性低的光源对颜⾊再现较差，我们所见到的颜⾊偏差也较⼤，⽤显⾊指数（Ra）表⽰。

第一章 光和光的传播§1光和光学一、光的本性光是一种波长极短、频率极高的电磁波，具有波粒二象性: 光在传播过程中，表现出波动性；光在与物质相互作用过程中表现出光的粒子性（量子性）。

二、 光源与光谱（1）热（辐射）光源 热能转变为辐射的光源。

任何温度下，任何固体或液体中原子、分子热运动能量改变时辐射出各种波长的电磁波（光波）。

光波为连续谱。

如太阳，白炽灯等。

由于物体辐射总能量及能量按波长分布都决定于温度，所以称为热辐射。

注意：1.物体由大量原子组成，热运动引起原子碰撞使原子激发而辐射电磁波。

原子的动能越大，通过碰撞引起原子激发的能量就越高，从而辐射电磁波的波长就越短。

2.任何物体在任何温度下都有热辐射，波长自远红外区连续延伸到紫外区（连续谱）。

（2）非热光源A 气体放电光源B 金属蒸气电弧光源C 固态发光体 —红宝石 蓝宝石 YAG 激光器D 同步辐射光源：高强度，宽波谱，高准直性，脉冲性，偏振性 三、热光源与非热光源的区别（1）本质上 在热光源中是原子、分子的热运动能量转化为光辐射；而非热光源是电子跃迁产生辐射。

（2）光谱上 热光源为连续谱；而非热光源是各原子独立发光，为分立的线光谱。

（3）温度上 热光源辐射的光谱与物质无关，强度与物质的表面温度有关；而非热光源与温度无关。

四、光强A.能流：单位时间内垂直通过某一面积 S 的能量.B.平均能流：能流也是周期性变化的，其在一个周期内的平均值称为平均能流。

能流(功率)单位：瓦特WC.能流密度 ( 光的强度 ) 单位时间，垂直通过单位面积的平均能量。

注意:在波动光学中常把振幅的平方所表征的光照度叫光强度。

五、 光谱W wSu =W wSu =WI S=u A 2221ωρ=2A I =光谱：非单色光的光强按波长的分布 i ~ λ.有连续光谱，线状光谱，带状光谱谱线宽度 Δλ：单位波长区间的光强，又称为谱密度。

六、光是电磁波的一部分（1）长波段表现出显著的波动性。

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。