常用光辐射源(1)
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(,T ) 1
(,T ) 1
灰体的光谱辐射分布与黑体的光谱辐射分布形状 相似，最大值的位置也一致－－常将热辐射体按 灰体或黑体计算。
3．维恩位移定律
M eb(,T )
c1
5 (ec2 / T
1)
2.1 黑体辐射
峰值波长
mT hc / 5k 2898 (μm K)
例2 红外遥感
伪彩色图： 颜色—温度
1.发射率和基尔霍夫定律
2.1 黑体辐射
光谱发射率：
(,T )
Me (,T )
Meb (,T )
基尔霍夫定律：
Me1(,T ) 1(,T )
Me2(,T ) 2(,T )
Meb(,T ) b(,T )
－－强吸收体必是强发射体！！！
峰值波长和温度的关系： 温度升高 向短波方向移动
2．普朗克辐射公式
例1：烧红的火钳
0.6 微米
0.7 8微米 3~5微米
温度高－－通红
温度低－－暗红
8~14 微米
例2：典型军事目标辐射
2．普朗克辐射公式
高温体热辐射 1~5 微米
常温体热辐射 8~14 微米
温度升高，辐射的峰值波长向短波方向移动
重要概念－－灰体
第02章 常用光辐射源
光辐射源分类:
自然光源
--被动探测系统
人工光源 --主动探测系统
本章介绍：热辐射光源 气体放电光源
激光器
发光二极管
第02章 常用光辐射源
2.1 黑体辐射 2.2 光源的基本特性参数 2.3 热辐射光源 2.4* 气体放电光源 2.5 激光器 2.6 发光二极管
光光电电科科学学与与工程程学学院院
CColollelgeegeOOf fOOpptoteoleelcetcrtircicSSciceinenceceananddEEnngignineereirningg
第二章 常用光辐射源
2.1 黑体辐射 2.2 光源的基本特性参数 2.3 热辐射光源 2.4 气体放电光源 2.5 激光器 2.6 发光二极管
2.1 黑体辐射
例：直升机的排气温度为540°C，宜选用峰值波长为
多少的探测器？
表中哪种探 测器合适？
2.1 黑体辐射
4．斯蒂芬——玻尔兹曼定律
Meb
0
Meb(,T )d
T4
例：黑体的全光谱辐射出射度与温度成4次方的关
系．在红外隐身技术中，第一要素就是如何降低 武器平台的温度，以最大限度的减少向环境的红 外辐射能。
c1
5 (ec2 / T
1)
如何计算？
光光电电科科学学与与工程程学学院院
CColollelgeegeOOf fOOpptoteoleelcetcrtircicSSciceinenceceananddEEnngignineereirningg
例3：常见的三类辐射体
2．普朗克辐射公式
(,T ) 1
Meb (,T )
c1
5 (ec2 / T
1)
降低武器平台的温度 后，红外辐射的峰值 波长的辐出度将按温 度5次方的关系向长波
斯蒂芬—玻尔兹曼定律的一个特殊形式 方向偏离．根据降低 ——黑体光谱辐射出射度峰值的表达式： 的温度数值，可以具
体计算武器平台红外
Mebλm BT5
辐射的峰值是否移出 红外探测器的探测范 围，进而评估红外隐 身的效果．
光光电电科科学学与与工程程学学院院
CColollelgeegeOOf fOOpptoteoleelcetcrtircicSSciceinenceceananddEEnngignineereirningg
2.1 黑体辐射
4．斯蒂芬——玻尔兹曼定律
mT hc / 5k 2898 (μm K) 例：红外隐身效果评估
被动探测系统，其信息源直接来自目标自身的辐射或外 来光辐射，它没有人为的光发射系统，如天文光电探测、 红外跟踪制导、微光夜视仪······
半 导 体 激 光 器
－－人工光源，如黑体辐射器、白炽灯、激光器等，
可组成主动探测系统，其信息源来自人造光源对目标的 反射、透射和散射等光辐射，它一般需要人为精心设计 光发射系统，如激光制导、光电精密微小尺寸测量、光 电磁场测量······
红外技术中，用维恩定律计算出某一温度的峰值 波长，以确定红外探测器工作的峰值波长．
光光电电科科学学与与工程程学学院院
CColollelgeegeOOf fOOpptoteoleelcetcrtircicSSciceinenceceananddEEnngignineereirningg
3．维恩位移定律
2．普朗克辐射公式
某一温度下灰体的辐射具有与同温度下黑体 相似的光谱能量分布特性。
Me(
300K黑体
300K海水
问题：灰体与同温度的黑体是否具有相同的峰值波长？
灰体的意义
2．普朗克辐射公式
目标－－舰艇
背景－－海水
例 计算常温下T=300K的海水在8～14μm的辐射出 度Me8～14。
黑体
海水
M eb(,T )
光光电电科科学学与与工程程学学院院
CColollelgeegeOOf fOOpptoteoleelcetcrtircicSSciceinenceceananddEEnngignineereirningg
2.光谱功率分布
2.2 光源的基本特性参数
线状光谱 带状光谱
连续光谱 混合光谱
在选择光源的时候，应选择光谱功率分布的 峰值波长与光电器件的灵敏波长相一致
第02章 常用光辐射源
讨论：研究光辐射源的意义
光辐射源
辐射强度 辐射光谱
··· ···
光电探测器
灵敏度 响应光谱
··· ···
第02章 常用光辐射源
光辐射源分类:
自然光源 --被动探测系统 人工光源 --主动探测系统
讨论： 举例说明
漆黑环境中的人和铁丝网的温差
温度低
温度高 －－自然光源，如太阳、导弹尾焰、人体等，可组成
光光电电科科学学与与工程程学学院院
CColollelgeegeOOf fOOpptoteoleelcetcrtircicSSciceinenceceananddEEnngignineereirningg
2.2 光源的基本特性参数
1. 辐射效率和发光效率 2. 光谱功率分布 3. 光强的空间分布 4. 光源的色温
比 较：
2.1 黑体辐射
普朗克辐射公式 －－光谱辐射能分布
维恩位移定律 －－峰值波长
斯蒂芬－玻尔兹曼定律 －－总辐射出度
光光电电科科学学与与工程程学学院院
CColollelgeegeOOf fOOpptoteoleelcetcrtircicSSciceinenceceananddEEnngignineereirningg
4.光源的色温
如果热辐射光源发光的颜色与黑体在某一温度下辐 射光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源 的色温。
色温的实例
太阳：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
太阳的色温 -- 5900K
光光电电科科学学与与工程程学学院院
CColollelgeegeOOf fOOpptoteoleelcetcrtircicSSciceinenceceananddEEnngignineereirningg
能够在任何温度下全部吸收所有波长辐射的物体 叫绝对黑体－－简称黑体
Meb(,T ) (,T ) Eeb(,T )
辐射出度
入射辐射
例如：
黑体模拟器
远处开着的窗户
2.1 黑体辐射
能够在任何温度下全部吸收所有波长辐 射的物体叫绝对黑体－－简称黑体
Meb(,T ) (,T ) Eeb(,T ) b (,T ) 1
4.光源的色温
色温图
色 温 升 高
4.光源的色温
如果热辐射光源发光的颜色与黑体在某一温度下辐 射光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源 的色温。
卫星红外遥感原理：
根据地面物体发射率的差别及对环境辐射的反射率 的差别，遥感系统能把道路、河流等地形区分开来。
例1 X国卫星监视YYY潜艇基地
海面冰封 潜艇出航
December 25, 2001 Russia Kamchatka Submarine Base
例2 红外遥感
红外遥感热像光谱辐射仪
重庆红外遥感地图
色温的实例
白炽灯：
连续光谱： ---可见光谱段中部和黑 体辐射曲线相差约0.5％ ---整个光谱段内和黑体 辐射曲线平均相差2％ ---色温为2856K的白炽 灯代表什么意义？
光光电电科科学学与与工程程学学院院
CColollelgeegeOOf fOOpptoteoleelcetcrtircicSSciceinenceceananddEEnngignineereirningg
色温的意义
在一定温度下，黑体 的光谱辐射分布曲线 是唯一的。
－－比较基准
光光电电科科学学与与工程程学学院院
CColollelgeegeOOf fOOpptoteoleelcetcrtircicSSciceinenceceananddEEnngignineereirningg
4.光源的色温
如果热辐射光源发光的颜色与黑体在某一温度下辐 射光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源 的色温。
2．普朗克辐射公式
2.1 黑体辐射
黑体光谱辐出度与波长、绝对温度之间关系
M eb(,T )
c1
5 (ec2 / T
1)
峰值波长和温度关系： 温度升高 向短波方向移动
光光电电科科学学与与工程程学学院院
CColollelgeegeOOf fOOpptoteoleelcetcrtircicSSciceinenceceananddEEnngignineereirningg
CColollelgeegeOOf fOOpptoteoleelcetcrtircicSSciceinenceceananddEEnngignineereirningg
2.1 黑体辐射
能够在任何温度下全部吸收所有波长辐 射的物体叫绝对黑体－－简称黑体
Meb(,T ) (,T ) Eeb(,T )
黑体辐射定律的应用
2.1 黑体辐射
例2. 工业冶炼中的应用
工业上冶炼金属镍，出炉时间依靠有经验的工人师傅发现 炉火为“孔雀蓝”(称标识色)时，即是出炉的最好时机。
讨论： 1.这种方法的缺点？（主观） 2.黑体辐射定律 （客观）
提示：维恩位移定律 黑体辐射在工业冶炼金属镍中应用
光光电电科科学学与与工程程学学院院
2.光谱功率分布
2.2 光源的基本特性参数
实验测得的He-Ne 激光谱线
－－带状光谱
2.光谱功率分布
2.2 光源的基本特性参数
实验中测得的溴钨灯谱线 －－连续光谱
2.光谱功率分布
2.2 光源的基本特性参数
实验中测得的荧光灯谱线 －－混合光谱
4.光源的色温
如果热辐射光源发光的颜色与黑体在某一温度下辐 射光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源 的色温。
黑体辐射定律的应用
2.1 黑体辐射
例1. 便携式辐射测温仪
可用于电力系统中电接 头的温度检查·······
测温范围 PT120:-20℃～1200℃ 瞄准方式：激光瞄准、
望远镜瞄准
讨论：测温仪的工作原理 --斯蒂芬－玻尔兹曼定律 -- 测量对象的发射率
光光电电科科学学与与工程程学学院院
CColollelgeegeOOf fOOpptoteoleelcetcrtircicSSciceinenceceananddEEnngignineereirningg
黑体：
b(,T ) 1
光光电电科科学学与与工程程学学院院
CColollelgeegeOOf fOOpptoteoleelcetcrtircicSSciceinenceceananddEEnngignineereirningg
发射率的意义： 例： 地面物体发射率近似值
2.1 黑体辐射
土质 黑土 稀草 麦田 砂 石灰岩 砂砾 雪 海水 ε 0.87 0.84 0.93 0.89 0.9l 0.91 0.095 0.99
辐射出度
辐射照度
(,T ) 1
－－黑体
(,T ) 1
－－其他物体
光光电电科科学学与与工程程学学院院
CColollelgeegeOOf fOOpptoteoleelcetcrtircicSSciceinenceceananddEEnngignineereirningg
2.1 黑体辐射
绝对黑体是理想热辐射源，自然界并不存在！！
研究黑体辐射意义：－－比较基准 ▲ 黑体模拟器 ▲ 近似黑体，如太阳、地球、海水······ ▲ 用黑体某些特性表征光源和辐射体
2.1 黑体辐射
1.发射率和基尔霍夫定律
光谱发射率：
(,T ) Me(,T ) Meb (,T )
一般辐射体：
(,T ) 1
(,T ) 1
灰体的光谱辐射分布与黑体的光谱辐射分布形状 相似，最大值的位置也一致－－常将热辐射体按 灰体或黑体计算。
3．维恩位移定律
M eb(,T )
c1
5 (ec2 / T
1)
2.1 黑体辐射
峰值波长
mT hc / 5k 2898 (μm K)
例2 红外遥感
伪彩色图： 颜色—温度
1.发射率和基尔霍夫定律
2.1 黑体辐射
光谱发射率：
(,T )
Me (,T )
Meb (,T )
基尔霍夫定律：
Me1(,T ) 1(,T )
Me2(,T ) 2(,T )
Meb(,T ) b(,T )
－－强吸收体必是强发射体！！！
峰值波长和温度的关系： 温度升高 向短波方向移动
2．普朗克辐射公式
例1：烧红的火钳
0.6 微米
0.7 8微米 3~5微米
温度高－－通红
温度低－－暗红
8~14 微米
例2：典型军事目标辐射
2．普朗克辐射公式
高温体热辐射 1~5 微米
常温体热辐射 8~14 微米
温度升高，辐射的峰值波长向短波方向移动
重要概念－－灰体
第02章 常用光辐射源
光辐射源分类:
自然光源
--被动探测系统
人工光源 --主动探测系统
本章介绍：热辐射光源 气体放电光源
激光器
发光二极管
第02章 常用光辐射源
2.1 黑体辐射 2.2 光源的基本特性参数 2.3 热辐射光源 2.4* 气体放电光源 2.5 激光器 2.6 发光二极管
光光电电科科学学与与工程程学学院院
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第二章 常用光辐射源
2.1 黑体辐射 2.2 光源的基本特性参数 2.3 热辐射光源 2.4 气体放电光源 2.5 激光器 2.6 发光二极管
2.1 黑体辐射
例：直升机的排气温度为540°C，宜选用峰值波长为
多少的探测器？
表中哪种探 测器合适？
2.1 黑体辐射
4．斯蒂芬——玻尔兹曼定律
Meb
0
Meb(,T )d
T4
例：黑体的全光谱辐射出射度与温度成4次方的关
系．在红外隐身技术中，第一要素就是如何降低 武器平台的温度，以最大限度的减少向环境的红 外辐射能。
c1
5 (ec2 / T
1)
如何计算？
光光电电科科学学与与工程程学学院院
CColollelgeegeOOf fOOpptoteoleelcetcrtircicSSciceinenceceananddEEnngignineereirningg
例3：常见的三类辐射体
2．普朗克辐射公式
(,T ) 1
Meb (,T )
c1
5 (ec2 / T
1)
降低武器平台的温度 后，红外辐射的峰值 波长的辐出度将按温 度5次方的关系向长波
斯蒂芬—玻尔兹曼定律的一个特殊形式 方向偏离．根据降低 ——黑体光谱辐射出射度峰值的表达式： 的温度数值，可以具
体计算武器平台红外
Mebλm BT5
辐射的峰值是否移出 红外探测器的探测范 围，进而评估红外隐 身的效果．
光光电电科科学学与与工程程学学院院
CColollelgeegeOOf fOOpptoteoleelcetcrtircicSSciceinenceceananddEEnngignineereirningg
2.1 黑体辐射
4．斯蒂芬——玻尔兹曼定律
mT hc / 5k 2898 (μm K) 例：红外隐身效果评估
被动探测系统，其信息源直接来自目标自身的辐射或外 来光辐射，它没有人为的光发射系统，如天文光电探测、 红外跟踪制导、微光夜视仪······
半 导 体 激 光 器
－－人工光源，如黑体辐射器、白炽灯、激光器等，
可组成主动探测系统，其信息源来自人造光源对目标的 反射、透射和散射等光辐射，它一般需要人为精心设计 光发射系统，如激光制导、光电精密微小尺寸测量、光 电磁场测量······
红外技术中，用维恩定律计算出某一温度的峰值 波长，以确定红外探测器工作的峰值波长．
光光电电科科学学与与工程程学学院院
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3．维恩位移定律
2．普朗克辐射公式
某一温度下灰体的辐射具有与同温度下黑体 相似的光谱能量分布特性。
Me(
300K黑体
300K海水
问题：灰体与同温度的黑体是否具有相同的峰值波长？
灰体的意义
2．普朗克辐射公式
目标－－舰艇
背景－－海水
例 计算常温下T=300K的海水在8～14μm的辐射出 度Me8～14。
黑体
海水
M eb(,T )
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2.光谱功率分布
2.2 光源的基本特性参数
线状光谱 带状光谱
连续光谱 混合光谱
在选择光源的时候，应选择光谱功率分布的 峰值波长与光电器件的灵敏波长相一致
第02章 常用光辐射源
讨论：研究光辐射源的意义
光辐射源
辐射强度 辐射光谱
··· ···
光电探测器
灵敏度 响应光谱
··· ···
第02章 常用光辐射源
光辐射源分类:
自然光源 --被动探测系统 人工光源 --主动探测系统
讨论： 举例说明
漆黑环境中的人和铁丝网的温差
温度低
温度高 －－自然光源，如太阳、导弹尾焰、人体等，可组成
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2.2 光源的基本特性参数
1. 辐射效率和发光效率 2. 光谱功率分布 3. 光强的空间分布 4. 光源的色温
比 较：
2.1 黑体辐射
普朗克辐射公式 －－光谱辐射能分布
维恩位移定律 －－峰值波长
斯蒂芬－玻尔兹曼定律 －－总辐射出度
光光电电科科学学与与工程程学学院院
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4.光源的色温
如果热辐射光源发光的颜色与黑体在某一温度下辐 射光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源 的色温。
色温的实例
太阳：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
太阳的色温 -- 5900K
光光电电科科学学与与工程程学学院院
CColollelgeegeOOf fOOpptoteoleelcetcrtircicSSciceinenceceananddEEnngignineereirningg
能够在任何温度下全部吸收所有波长辐射的物体 叫绝对黑体－－简称黑体
Meb(,T ) (,T ) Eeb(,T )
辐射出度
入射辐射
例如：
黑体模拟器
远处开着的窗户
2.1 黑体辐射
能够在任何温度下全部吸收所有波长辐 射的物体叫绝对黑体－－简称黑体
Meb(,T ) (,T ) Eeb(,T ) b (,T ) 1
4.光源的色温
色温图
色 温 升 高
4.光源的色温
如果热辐射光源发光的颜色与黑体在某一温度下辐 射光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源 的色温。
卫星红外遥感原理：
根据地面物体发射率的差别及对环境辐射的反射率 的差别，遥感系统能把道路、河流等地形区分开来。
例1 X国卫星监视YYY潜艇基地
海面冰封 潜艇出航
December 25, 2001 Russia Kamchatka Submarine Base
例2 红外遥感
红外遥感热像光谱辐射仪
重庆红外遥感地图
色温的实例
白炽灯：
连续光谱： ---可见光谱段中部和黑 体辐射曲线相差约0.5％ ---整个光谱段内和黑体 辐射曲线平均相差2％ ---色温为2856K的白炽 灯代表什么意义？
光光电电科科学学与与工程程学学院院
CColollelgeegeOOf fOOpptoteoleelcetcrtircicSSciceinenceceananddEEnngignineereirningg
色温的意义
在一定温度下，黑体 的光谱辐射分布曲线 是唯一的。
－－比较基准
光光电电科科学学与与工程程学学院院
CColollelgeegeOOf fOOpptoteoleelcetcrtircicSSciceinenceceananddEEnngignineereirningg
4.光源的色温
如果热辐射光源发光的颜色与黑体在某一温度下辐 射光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源 的色温。
2．普朗克辐射公式
2.1 黑体辐射
黑体光谱辐出度与波长、绝对温度之间关系
M eb(,T )
c1
5 (ec2 / T
1)
峰值波长和温度关系： 温度升高 向短波方向移动
光光电电科科学学与与工程程学学院院
CColollelgeegeOOf fOOpptoteoleelcetcrtircicSSciceinenceceananddEEnngignineereirningg
CColollelgeegeOOf fOOpptoteoleelcetcrtircicSSciceinenceceananddEEnngignineereirningg
2.1 黑体辐射
能够在任何温度下全部吸收所有波长辐 射的物体叫绝对黑体－－简称黑体
Meb(,T ) (,T ) Eeb(,T )
黑体辐射定律的应用
2.1 黑体辐射
例2. 工业冶炼中的应用
工业上冶炼金属镍，出炉时间依靠有经验的工人师傅发现 炉火为“孔雀蓝”(称标识色)时，即是出炉的最好时机。
讨论： 1.这种方法的缺点？（主观） 2.黑体辐射定律 （客观）
提示：维恩位移定律 黑体辐射在工业冶炼金属镍中应用
光光电电科科学学与与工程程学学院院
2.光谱功率分布
2.2 光源的基本特性参数
实验测得的He-Ne 激光谱线
－－带状光谱
2.光谱功率分布
2.2 光源的基本特性参数
实验中测得的溴钨灯谱线 －－连续光谱
2.光谱功率分布
2.2 光源的基本特性参数
实验中测得的荧光灯谱线 －－混合光谱
4.光源的色温
如果热辐射光源发光的颜色与黑体在某一温度下辐 射光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源 的色温。
黑体辐射定律的应用
2.1 黑体辐射
例1. 便携式辐射测温仪
可用于电力系统中电接 头的温度检查·······
测温范围 PT120:-20℃～1200℃ 瞄准方式：激光瞄准、
望远镜瞄准
讨论：测温仪的工作原理 --斯蒂芬－玻尔兹曼定律 -- 测量对象的发射率
光光电电科科学学与与工程程学学院院
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黑体：
b(,T ) 1
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发射率的意义： 例： 地面物体发射率近似值
2.1 黑体辐射
土质 黑土 稀草 麦田 砂 石灰岩 砂砾 雪 海水 ε 0.87 0.84 0.93 0.89 0.9l 0.91 0.095 0.99
辐射出度
辐射照度
(,T ) 1
－－黑体
(,T ) 1
－－其他物体
光光电电科科学学与与工程程学学院院
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2.1 黑体辐射
绝对黑体是理想热辐射源，自然界并不存在！！
研究黑体辐射意义：－－比较基准 ▲ 黑体模拟器 ▲ 近似黑体，如太阳、地球、海水······ ▲ 用黑体某些特性表征光源和辐射体
2.1 黑体辐射
1.发射率和基尔霍夫定律
光谱发射率：
(,T ) Me(,T ) Meb (,T )
一般辐射体：
(,T ) 1