1.辐射学和光度量学基本概念 v2.0

根据眼睛的视见函数V 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 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E 时，与之相当的光谱照度E 谱辐照度Eeλ时，与之相当的光谱照度Evλ为
:
如果照明光源不是单色的，则总的照度可用积分求出: 如果照明光源不是单色的，则总的照度可用积分求出:
辐射度学基本物理量
辐[射]功率(辐[射能]通量)Φe 功率( 射能]通量) 对辐射源来说，其辐功率定义为单位时间内向所有方向发射 的能量，对于电磁波的传播来说，辐功率的定义是单位时间 通过某一截面的辐射能。单位为W(瓦 ])。 通过某一截面的辐射能。单位为W(瓦[特])。
辐[射]强度 Ie 点状辐射体在不同方向上的辐射特性用辐强度I 点状辐射体在不同方向上的辐射特性用辐强度Ie表示。若在 某方向上，一个小立体角d 内的辐通量为d 某方向上，一个小立体角dΩ内的辐通量为dΦe，则点源在该 方向的辐强度I 方向的辐强度Ie为: ,单位为W/sr(瓦/球面度)。 单位为W/sr(瓦 球面度)
光通量 Φv 为了从数量上描述电磁辐射对视觉的刺激强度，引入一个新 的物理量，称为光通量，也称为光功率。定义为 :
光通量的单位为1m，称为流明；比例系数C=683lm/W。 光通量的单位为1m，称为流明；比例系数C=683lm/W。 发光强度 Iv 与辐射度学的辐强度很相似，定义为：
发光强度的单位应是lm/sr， 流明每球面度) cd(坎德拉 发光强度的单位应是lm/sr，(流明每球面度)，cd(坎德拉 ).
辐射学和光度量学基本概念
辐射度学研究各种电磁辐射的传播和量度， 包括可见光区域。 辐射度学单位是纯粹物理量的单位，例如， 熟悉的物理学单位焦耳和瓦特就是辐射能和 辐射功率的单位； 光度学所讨论的内容仅是可见光波的传播和 量度，因此光度学的单位必须考虑人眼的响 应，包含了生理因素。例如，光度学中光功 率的单位不用瓦特而用流明。
式中是面辐射源正对dA的有效面积。辐亮度L 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 某方向上单位投影面积辐射到单位立体角的辐通量。单位为 W/(m2·sr)。 ·sr)。
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L 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。 单位为W/m
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。 单位为W/m 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 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。
光度学基本物理量
人眼是最常用也是最重要的可见 光接受器。它对不同波长的电磁 光接受器。它对不同波长的电磁 辐射有不同的灵敏度，而且不同 辐射有不同的灵敏度，而且不同 人的眼睛，其灵敏度也有差异。 为了从数量上描述人眼对各种波 长辐射能的相对敏感度，引入视 长辐射能的相对敏感度，引入视 见函数V 见函数Vλ。国际照明委员会从许 多人的大量观察结果中取其平均 值，得出视见函数的曲线如图所 示，图中虚线是暗视觉视见函数， 实线是明视觉视见函数。 人眼对于波长为555nm的 人眼对于波长为555nm的绿色光 最敏感，取其视见函数值为1 最敏感，取其视见函数值为1。 其它的波长V <1，而在可见光 其它的波长Vλ <1，而在可见光 谱以外的波段V 谱以外的波段Vλ =0 。
黑体辐射定律
4,维恩位移定律 (Wien's Displacement Law ) 4,维恩位移定律 当黑体温度升高时，辐射曲线的峰值波长向短波 当黑体温度升高时，辐射曲线的峰值波长向短波 长方向移动。
例题：若可以将人体作为黑体，正常人体温的为 36.5℃ 36.5℃， （1）试计算正常人体所发出的辐射出射度为多少 W/m2？ （2）正常人体的峰值辐射波长为多少μm？峰值光 ）正常人体的峰值辐射波长为多少μ 谱辐射出射度Me,s,λ 谱辐射出射度Me,s,λm为多少？ （3）人体发烧到38℃时峰值辐射波长为多少？发烧 ）人体发烧到38℃ 时的峰值光谱辐射出射度Me,s,λ 时的峰值光谱辐射出射度Me,s,λm又为多少？
黑体辐射定律
4,维恩位移定律 (Wien‘s Displacement Law ) 4,维恩位移定律 将普朗克公式对波长λ求微分后令其等于0，则 求微分后令其等于0 可以得到峰值光谱辐出度所对应的波长 可以得到峰值光谱辐出度所对应的波长λm与绝 对温度T 对温度T的关系为： µm （峰值光谱辐出度对应的波长与绝对温度的乘积 是常数。） 代入Plank公式，黑体的峰值光谱辐出度 ： 黑体的峰值光谱辐出度
辐[射]亮度(或称辐射度) Le 亮度(或称辐射度) 对于小面积的面辐射源，以辐亮度L 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 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d 内的辐通量为d 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: 面源在此方向上的辐亮度为:
黑体辐射定律
2,普朗克（Plank）辐射公式： 2,普朗克（Plank）辐射公式：
短波或温度不高时，
黑体辐射定律
3,斯蒂芬-玻耳兹曼定律（Stefan-Boltzmann Law ） 3,斯蒂芬-玻耳兹曼定律（Stefan黑体总辐出度：
σ是斯特藩-波尔兹曼常数，它由下式决定
黑体辐射定律
3,斯蒂芬-玻耳兹曼定律（Stefan-Boltzmann Law ） 3,斯蒂芬-玻耳兹曼定律（Stefan绝对黑体： 一般物体： e为物体的发射率（emissivity ） 为物体的发射率（emissivity 热辐射： 其中
黑体辐射定律
黑体辐射定律
绝对黑体：任何温度、任何波长的入射辐射的吸 绝对黑体：任何温度、任何波长的入射辐射的吸 收比都等于1 收比都等于1。 1,基尔霍夫（kirchhoff）定律： 1,基尔霍夫（kirchhoff）定律：
任何物体的单色辐出度和单色吸收比之比，等于 任何物体的单色辐出度和单色吸收比之比，等于 同一温度下绝对黑体的单色辐出度。 （强吸收体也必是强发射体。） 强吸收体也必是强发射体。）
Solution: (1)绝对温度为 =36.5+273=309.5K，根据斯特藩(1)绝对温度为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:
(2)由维恩位移定律，正常人体的峰值辐射波长为： (2)由维恩位移定律，正常人体的峰值3)发烧到38℃时峰值辐射波长为： (3)
发烧时的峰值光谱辐射出射度：
亮度 Lv 面光源的亮度定义为: ,其单位为cd/m2。 其单位为cd/m 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 )。 单位为lm/m 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). 单位为lx(勒克斯).