光辐射物理基础(一)
光电子物理基础第一章-物质中光的吸收和发射
• 有限范围内成立；需修正
2)禁戒的直接跃迁 • 在某些材料中，k=0的直接跃迁是禁止 的,k≠0的直接跃迁是允许的， Wif正比于k2， 正比于(hν-Eg)，则αd＝α(hν-Eg)3/2，其中
α = 2 / 3 ⋅ B(2mr / m) f if' / hνf if
直接跃迁的吸收系数随频率的 变化
1.3.2 激子吸收
基本吸收中，认为被激发电子变成了导带中自 由粒子，价带中产生的空穴也是自由的。但是 受激电子与空穴会彼此吸引(库仑场)，有可能 形成束缚态，称为激子。电中性 能在晶体中自由运动的激子称自由激子，又称 瓦尼尔(Wannier)激子。不能自由运动的激子 称束缚激子，又称弗伦克尔(Frankel)激子。
1/ 2
1.3.3 杂质吸收
三个方面 1）从杂质中心的基态到激发 态的激发，可引起线状吸收 谱。 2）电子从施主能级到导带或 从价带到受主能级的吸收跃 迁 红外区
3)从价带到施主能级或从被 电子占据的受主能级到导 带的吸收跃迁。 几率小。 浅受主能级到导带的跃迁 吸收跃迁系数
α = AA N A (hν − E g + E A )1/ 2
中红外范围内，自由载流子吸收按λ2规 律变化。近红外区不再适用。 电子在导带中跃迁，不同能量状态间跃 迁，则必须改变波矢量，为了动量守恒， 电子动量的改变可由声子或电离杂质的 散射来获得补偿。 近红外区域，M.Becker等人指出①电子 受到声学声子散射， α ∝λ1.5②电子受到 光学声子散射， α ∝λ2.5 ③受杂质散射， α ∝λ3∼3.5
（1）允许的跃迁 （2）禁止的跃迁
3)布尔斯坦-莫斯移动 重掺杂半导体的本 征吸收限向高频方 向移动，布尔斯坦 －莫斯移动 4)带尾效应 • 直接跃迁吸收系数 的光谱曲线，吸收 系数随光子能量减 小呈指数衰减
第一章放射物理基础
④若一种核素同时发生n 种类型的核衰变，则 多种衰变同时进行，互不影响：
1 2 n
半衰期:放射性核的数量因发生自发核衰 变而减少到原来核数一半所需的时间
N0 2
N0eT
可得：T ln 2 0.693
用半衰期表示衰变方程:
对递次衰变系列(T1»Ti, i=2,3,···)，有：
1N1 2 N 2 n N n
暂时平衡(transient equilibrium)
条件：
T1
T2 1
2
t 7 T1T2 T1 T2
结果： N 2 1 N1 2 1
A2 2 A1 2 1
1、卢瑟福的原子模型
α 粒子的散射实验
目的：检验汤姆逊模型的正确性 原理：带电粒子射向原子,探测出射粒子的角 分布。
实验装置和模拟实验
R:放射源； F:散射箔； S:闪烁屏； M：显微镜
B:圆形金属匣
（a)侧视图
(b)俯视图
α 粒子：放射性元素发射出的高速带电粒 子，其速度约为光速的十分之一，带+2e的 电荷，质量约为4MH。
吸收能量
核外电子从一个电子 层跃迁到另一个电子 层时，吸收或释放一 定的能量，就会吸收 或释放一定波长的光，
释放能量
所以得到线状光谱。
电子在原子中如何分布？
密集的、带正电荷的原子核包含了原子的大部分质量，它被 带负电荷的电子包围
电子在原子中如何分布？
原子核外的电子是分层排布的，每一层都 可以叫做能层，可以分为K.L.M.N.O.P.Q这 7个能层，每个能层最多能排2n2个电子，每 个能层又可以为多个能级。
光电物理基础答案(精编文档).doc
【最新整理，下载后即可编辑】量子力学习题及解答第一章 量子理论基础1．1 由黑体辐射公式导出维恩位移定律：能量密度极大值所对应的波长m λ与温度T 成反比，即m λ T=b （常量）；并近似计算b 的数值，准确到二位有效数字。
解 根据普朗克的黑体辐射公式dv echv d kThv v v 11833-⋅=πρ， （1）以及 c v =λ，（2）λρρd dv v v -=， （3）有,118)()(5-⋅=⋅=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-=kThc v v ehc cd c d d dv λλλπλλρλλλρλρρ这里的λρ的物理意义是黑体内波长介于λ与λ+d λ之间的辐射能量密度。
本题关注的是λ取何值时，λρ取得极大值，因此，就得要求λρ 对λ的一阶导数为零，由此可求得相应的λ的值，记作m λ。
但要注意的是，还需要验证λρ对λ的二阶导数在m λ处的取值是否小于零，如果小于零，那么前面求得的m λ就是要求的，具体如下：01151186'=⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⋅+--⋅=-kT hc kThce kT hc ehcλλλλλπρ⇒0115=-⋅+--kThc ekThcλλ⇒kThce kThc λλ=--)1(5 如果令x=kThc λ ，则上述方程为x e x =--)1(5这是一个超越方程。
首先，易知此方程有解：x=0，但经过验证，此解是平庸的；另外的一个解可以通过逐步近似法或者数值计算法获得：x=4.97，经过验证，此解正是所要求的，这样则有xkhc T m =λ 把x 以及三个物理常量代入到上式便知K m T m ⋅⨯=-3109.2λ这便是维恩位移定律。
据此，我们知识物体温度升高的话，辐射的能量分布的峰值向较短波长方面移动，这样便会根据热物体（如遥远星体）的发光颜色来判定温度的高低。
1．2 在0K 附近，钠的价电子能量约为3eV ，求其德布罗意波长。
解 根据德布罗意波粒二象性的关系，可知E=hv ，λhP =如果所考虑的粒子是非相对论性的电子（2c E e μ<<动），那么ep E μ22=如果我们考察的是相对性的光子，那么E=pc注意到本题所考虑的钠的价电子的动能仅为3eV ，远远小于电子的质量与光速平方的乘积，即eV 61051.0⨯，因此利用非相对论性的电子的能量——动量关系式，这样，便有ph =λnmm m E c hc E h e e 71.01071.031051.021024.1229662=⨯=⨯⨯⨯⨯===--μμ在这里，利用了m eV hc ⋅⨯=-61024.1以及eVc e 621051.0⨯=μ最后，对Ec hc e 22μλ=作一点讨论，从上式可以看出，当粒子的质量越大时，这个粒子的波长就越短，因而这个粒子的波动性较弱，而粒子性较强；同样的，当粒子的动能越大时，这个粒子的波长就越短，因而这个粒子的波动性较弱，而粒子性较强，由于宏观世界的物体质量普遍很大，因而波动性极弱，显现出来的都是粒子性，这种波粒二象性，从某种子意义来说，只有在微观世界才能显现。
放射物理学基础一(ppt)
优点
可获得准确照射. 工作人员隔室操作，比较安全. 放射源微型化. 高活度放射源形成高剂量率治疗. Hale Waihona Puke 微机控制.放射治疗物理学基础
➢ 近距离后装治疗机
组成：①放射源 ②施源器 ③源室及放射源驱动元 ④治疗计划系统
放射治疗物理学基础
➢ 体内照射与体外照射的区别
放射源强度
放射治疗物理学基础
➢钴 － 60 治 疗 机
结构：①放射源
②源客器及防护机头
③遮线照装置
④准直器
⑤支持系统及其附属电子设备
钴－60γ线的特点：
与深部x线机（200～400kv）相比的优点： ①穿透力强 ②保护皮肤 ③骨和软组织有同等的吸收剂量 ④旁向散射小 ⑤经济可靠
钴 － 60 半 影 问 题
放射治疗物理学基础
三种常见体外照射设备的特点比较
能量 穿透力 皮肤剂量 骨吸收剂量 旁向散射 经济、维修
照射野 防护
X线机
低 弱 高 高 大 价格低 维护方便 小 容易
6 0CO远距离治疗机
高，单能 较强
低 和软组织相同
较小 价格较低 维护方便
中等 定期换源 防护难
直线加速器
高，可调 强 低
和软组织基本相同 小
几何半影 穿射半影 散射半影
放射治疗物理学基础
➢ 加速器
X线和电子束的产生
电源
脉冲调制器
电子枪 磁控管
加速管
偏转磁铁 电子束 打靶 高能X线
放射治疗物理学基础
➢ 加速器
分类 电子感应加速器 电子直线加速器 电子回旋加速器
放射治疗物理学基础
➢ 电子直线加速器的特点
能量高，可调控，剂量率高. 穿透力强. 皮肤剂量低：6MvX最大剂量点在皮下1.5cm. 骨和软组织吸收基本相等. 旁向散射小. 价格昂贵. 维护难，对水、电、湿度要求高. 射野可以较大，可达40×40cm.
第三讲(1)辐射度学与光度学中的基本定律教材
2019/6/13
1
§2-1 光的基本概念 §2-2 立体角及其计算 §2-3 描述辐射场的物理量 §2-4 人眼与光度学 §2-5 光度量与辐射度量的对照 §2-6 辐射度学与光度学中的基本定律
2
§2-6辐射度与光度中的基本定律
一、朗伯余弦定律 二、距离平方反比定律 三、亮度守恒定律
2019/6/13
3
漫辐射源
漫辐射源：辐射亮度L与方向无关的辐射源。 （太阳、荧光屏等）
漫辐射：漫辐射源发出的辐射。 漫反射：与漫辐射具有相同特性的反射。
（电影屏幕等）
4
遵从朗伯定律的光源，也叫余弦光发射体或朗伯光源。
•太阳辐射：其规律接近于朗伯光源
•漫反射面--朗伯反射体。
例：氧化镁表面、优质玻璃灯罩、积雪、白墙 以及粗糙的白纸，都很接近理想的漫反射体。
14
三、亮度守恒定律
规定了辐射表面是朗伯体后，有
L dI
dA cos
又
I d
d
∴ d2 LdAcosd
15
又∵
ddAcosdAdcod2 s
∴
d2
d 2
LdAcos
dAcos
d2
（辐射源对被照面元张角）
d2 LdAcosd
d
也可按辐射强度的定义，求得
2 I d 2 I0 cosd
2
2
LA0 d 0 sin cosd LA I0
或按朗伯源的辐射规律M =πL，同样可得
MA LA I0
[例2]一发光强度为60cd的点光源O置于水平地板上方4m处， 而一直径为3m的圆形平面镜水平放置，平面镜的圆心位于 点光源正上方4m处，若光投射于平面镜时，将80%的光反 射，试求光源斜下方6m地板上P
关于光的物理知识
关于光的物理知识光是一种粒子与波相互作用的电磁辐射，具有粒子性和波动性的双重性质。
在物理学中，关于光的研究涉及到光的产生、传播、作用等多个方面，接下来将介绍光的各个方面的知识。
一、光的产生光的产生有多种方式，常见的有以下几类：1.热辐射：物体的温度越高，辐射出的光就越强。
热辐射产生的光谱不连续，呈现出一定的宽度和强度分布，称为黑体辐射谱。
2.自发辐射：某些物质可以自发地辐射出光，如荧光材料、半导体材料等。
自发辐射的光谱为离散的线谱。
3.反射：当光射入物体表面时，一部分光被表面原子或分子反弹回来，形成反射光。
4.折射：当光从一种介质射入另一种介质时，会发生折射现象。
折射光的方向与入射光的方向和介质的折射率有关。
5.散射：当光通过一个物质时，部分光被散射到各个方向，形成散射光。
散射光的颜色与物质种类和颗粒大小有关。
二、光的传播光在不同介质中具有不同的传播速度，其传播方式也不同：1.自由空间传播：光在真空中传播时，传播速度为光速c，且不会发生折射和反射。
2.异质介质传播：当光从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射和反射。
3.同质介质传播：当光在同一介质中传播时，也会发生散射和吸收。
三、光的特性1.波动性：光具有波动性，其波长决定了光的颜色。
光波长越短，颜色越偏蓝。
光波长越长，颜色越偏红。
2.粒子性：光同时也具有粒子性，光子是光的基本粒子。
粒子性的体现包括光的能量量子化和光的碰撞效应。
3.光的偏振：光可以沿不同方向振动，称为偏振。
光的偏振状态决定着光的性质和应用。
四、光的作用光在物理学和生活中具有广泛的应用，主要包括以下几个方面：1.光的测量：利用光来测量物理量，如测量距离、密度、温度、压力等。
2.光的成像：利用光的反射和折射特性，可以实现光的成像功能，如照相、望远镜、显微镜等。
3.光的通信：光在光纤中传播有非常小的损耗和干扰，越来越被应用于通信领域。
4.光的能量利用：光可以被转化成电能、热能等其他形式的能量，其能量利用具有巨大的潜力。
辐射度学和光度学基础
光能量Qv
定义方程
单位名称
流明秒
单位
lm· s
没有光能量密度
光通量Φ v 若称光功率则为W 发光强度Iv 光亮度Lv Φ v=dQ/dt Iv=dΦ v/dΩ Lv= dΦ v/dAcosθ dΩ Mv= dΦ v/dA Ev= dΦ v/dA 流明 流明每球面度 (坎德拉) 流明每球面度平 方米（坎德拉每 平方米） 流明每平方米 流明每平方米 （勒克斯） lm lm/sr (cd) lm/srm2 （cd/m2） lm/m2 lm/m2 (lx)
J/m3
W W/sr W/srm2 W/m2
光照度Ev
辐射照度Ee
lm/m2 (lx)
W/m2
一、辐射度学和光度学基本物理量
二、视见函数
视见函数V(λ)定义：人眼对不同可见光波长的平均相对灵敏度。 （1）相同的光通量，同一个人的视觉神经对不同波长的感光灵 敏度不同。 （2）相同的光通量，不同人的视觉神经不同，同时心理也不同， 同样对不同波长的感光灵敏度不同。 （3）视觉函数是平均的结果。 （4）相对数值，是指进行归一化。 （5）构成了可见光波长与平均相对灵敏度之间的对照数据表。 （6）将数据表格中的波长为横坐标，相对灵敏度为纵坐标作图
黑体模型
4.1 黑体辐射
黑体概念深入
黑体是对外界辐射量完全吸收的理想物体， 自然界并不存在。 自然界存在着灰体，即一部分能量吸收，一 部分能量反射。
灰体辐射的规律接近黑体。
四、黑体辐射
4.2 黑体辐射定律（普朗克定律），黑体辐射出度表达式
W
c h
2hc 2
5
1 e hc / kT 1
1.1X射线物理基础
λ
机理：
高速电子进入核区，由于核区有库仑场存在，其速度发生变化。 不同的电子有不同的速度，取连续值。 当高速电子与原子核碰撞而骤然减速时，辐射 出X-射线， 其光子能量呈连续变化，称韧致辐射，或称刹车辐射。
15
短波限λº的形成
• 量子理论解释
eV h max hc
0
hc 12.4 1.24 1240 A nm nm eV V (kV) V (kV) V (V)
m wi mi
n
m —吸收体中各元素的质量吸收系数
Wi — 吸收体中各元素质量百分数
36
1
吸收限
m
产生突变。 • 不连续处称为 吸收限。 • 相应的波长为 吸收限波长λK， λL等。
37
吸收限
• 吸收限是由光电效应引起的。 • X射线的λ ≤λK时，X射线光子被吸收，光 子的能量转变为光电子、俄歇电子和荧光 X射线的能量，使 m发生突然↑。 • 吸收限两侧随着λ的变化基本遵循经验公式， 只是K值各不相同。
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滤波片
• 利用特征X射线进行物相分析时，只用单色Kα谱线，将 Kβ等滤掉，需使用滤波片。 • 滤波片是利用吸收限两边吸收系数相差悬殊的特点。 • 滤波片的厚度对滤波质量影响很大，应选择适当的厚度。 • 滤波片材料根据阳极靶元素而定，满足下列关系 ： λKα(靶)＞λK(片)＞λKβ(靶) • Z靶＜40时，Z滤波片=Z靶－1 Z靶＞40时，Z滤波片=Z靶－2
39
X射线与物质相互作用小结
• 宏观效应--X射线强度衰减， 是X射线成像（X-CT）分析的 物理基础 • 微观机制--X射线被散射,吸 收
–散射：无能量损失或损失相对 较小，只有相干散射才能产生 衍射，相干散射是进行材料 XRD分析的物理基础 –吸收：能量大幅度转换, 带有 壳层的特征能量,是揭示材料 成分的因素。特征能量是进行 材料成分分析的工具（X射线 光谱分析，电子能谱等）
第21讲光的吸收、受激辐射与自发辐射.
二、电子跃迁的微扰论描述(2)
目标：用微扰论确定Cnk (t )。由201页31式 1 C (t ) i
(1) k k
e
0
t
ik k t
Wk k k dt Hk 2i
ik k t it it e ( e e )dt 0
t
ei (kk ) t 1 ei (kk ) t 1 k k k k ˆ cos t | k k | H | k k | W 其中，H k k it it ˆ | W | cos t W (e e ) / 2 Wk k 2
11
三、吸收的跃迁速率(3)
| Wk k | t sin [( k k )t / 2] Pk k (t ) (3) 2 2 4 t[( k k ) / 2]
2 2
由244页(6)和(12)式 : sin x lim ( x), 2 x
2
10
三、吸收的跃迁速率(2) 2 2 | W | sin [( k k )t / 2] (1) 2 k k Pk k (t ) | Ck k (t ) | (3) 2 2 4 [( k k ) / 2]
只有
k k
时，入射光才对Ek Ek 的跃迁有显著贡献。这 种特性称为共振吸收。 或者说，材料对光的吸收 具有选择性。
9
返
三、吸收的跃迁速率(1)
Wk k e 1 e 1 C (t ) (1) 2 k k k k 对吸收，有Ek Ek , k k 0，又 0,
(1) k k i ( k k ) t i ( k k ) t
1.辐射学和光度量学基本概念
辐[射]亮度(或称辐射度) Le 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上有 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:
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
壳层容纳一定数量的电子。每个电子具有确定的分立能量值， 也就是电子按能级分布。 固体中大量原子紧密结合在一起，而且原子间距很小，以致 使原子的各个壳层之间有不同程度的交叠。最外面的电子壳 层交叠最多，内层交叠较少，如图1-5 所示。壳层的交叠使 外层的电子不再局限于某个原子上，它可能转移到相邻原子 的相似壳层上去，例如电子可以从某个原子的2P壳层转移到 相邻原子的2P壳层，也可能从相邻原子运动到更远的原子的 相近壳层上去。这样电子有可能在整个晶体中运动。晶体中 电子的这种运动称为电子的共有化。外层电子的共有化较为 显著，而内壳层因交叠少而共有化不十分显著。 电子的共有化使本来处于同一能级的电子能量发生微小的差 异。例如，组成固体的N个原子在某一能级上的电子来都具 有相同的能量，由于共有化运动使它们在固体中不仅仅受本 身原子核的作用，而且还受到周围其它原子的作用而具有各 自不同的能量。于是，一个电子能级因受N个原子核的作用 而分裂成N个新的靠得很近的能级。N新能级之间能量差异 极小，而N值很大，于是这N个能级几乎连成一片而形成具 有一定宽度的能带。
其它基本概念 ▪ 点源：照度与距离之间的平方反比定律 ▪ 扩展源：朗伯源的辐出度与辐亮度间的关系 ▪ 漫反射面：漫反射体的视亮度与照度间的关系 ▪ 定向辐射体
d
dA cos
l2
1-1 x射线物理基础
1.2、X 射线的本质
粒子流？电磁波？
第一节
X射线物理基础
在伦琴的两名研究生弗里德里希（W. Friedrich）和克尼(Knipping) 的帮助下，劳厄进行了第一次X射线衍射实验，并取得了成功。
第一次X射线衍射实验所用的仪器。所用的晶体是硫酸铜。
爱因期坦称，劳厄的实验是“ 物理学最美的实 验”。它一箭双雕地解决了X射线的波动性和晶 体的结构的周期性。
高能辐射区 γ射线 能量最高，来自于核能级跃迁 χ射线 来自内层电子能级的跃迁 光学光谱区 紫外光 来自原子和分子外层电子能级的跃迁 可见光 红外光 来自分子振动和转动能级的跃迁 波谱区 微波 来自分子转动能级及电子自旋能级跃迁 无线电波 来自原子核自旋能级的跃迁
波长
长
X射线粒子性： X射线的粒子性表现在它是由大量的不连续的粒子流 构成的。它具有一定能量和动量。 能量ε和动量p与X射线光子的频率v和波长λ之间的关 系如下： ε＝hv=hc/λ p＝h/λ h为普朗克常数，为 c 为光速，为
特征X射线的产生遵从光谱选律。
27
特征X射线的多重线系
K 1：L2 K
K 2：L3 K
K射线的双重线K1与K2(钼靶)
28
1.5 X射线与物质的相互作用
X射线激发俄歇电子能谱
医学上透视 X射线衍射 X射线光电子能谱 X射线荧光光谱
X射线与固体物质的相互作用
若X射线照射(气态)自由原子，原子内层电子吸收辐射向高能级跃迁是X 射线吸收光谱分析方法的技术基础。
3、同步幅射X射线源
速度接近光速的带电粒子在磁场中作圆周运动时， 会沿着偏转轨道切线方向发射连续谱的电磁波。
•频谱宽且连续可调 •亮度高、高准直度
1.2(2) 辐射度学与光度学基本知识
380nm
出射度
照度
2 L A cos M A E A
I
★ 几 点 说 明：
1.对于相同的辐射能量，光视效率不同。
2.“光视效率的最大值在λ=555nm处”是实验证明。
3.绝大部分人眼符合此规律，略有小差异（尤其在可见光波段两 端） 4.通过这个结论，可知辐射量与光度量的换算关系 Xνλ——光度量；Xeλ——辐射量；Km是常数；V(λ)查表。 5.明视觉和暗视觉：人眼在环境亮度不同时对颜色的视觉效率不 同。
X K m V( )X e
明视觉：光亮度大于几个cd/m2；
暗视觉：光亮度小于0.01cd/m2。
三个发射量的区别和关系
辐射强度I 辐射出射度 M 辐射亮度L
源特点
辐射特点
点源
立体角内
面源
面源
立体角内
2π空间
三、不同辐射源的辐照度：
1、点辐射源： （相对概念）辐射源与观测点之间距离
大于辐射源最大尺寸10倍时，可当做点源处理，否则
1、发光强度I：单位：Cd（坎德拉），描述点光源：555nm
I
780nm
2、光通量Φ：单位：Lm (流明)
K m
V ( ) d
e
380nm
780nm
对于明视觉：
683
V ( ) d
e
380nm
对于暗视觉：
780nm
' 1755
2 L A cos
5、光照度E：单位：Lux （勒克斯）
E A
描述辐射场的基本物理量小节：
辐射量 通量 光度量
780nm
强度
亮度
第1章 辐射度与光度学
光电技术郎婷婷赛北412-1 86914586langtingting@答疑时间：周三下午14:00~16:00主要内容§1.1 辐射度的基本物理量§1.2 光度的基本物理量12§1.3 辐射度与光度中的基本定律13第一章辐射度与光度学的基础知识•辐射度量：用能量单位描述光辐射能的客观物理量。
•光度量：光辐射能为平均人眼接受所引起的视觉刺激大小的度量，具有标准人眼视觉特性的人眼所接收到的辐射量的度量。
电磁波频谱1-1-1 §立体角的概念•在圆球表面上切出一小圆面积S ，圆球半径为r ，则立体角定义为：2S =Ω•(steradian)sr r单位：球面度，(ste ad a )，s 平面角与立体角之间的近似关系式21παΩ≈平面角与体角之间的似关系式4Q ：整个圆球的总立体角为？半球呢？立体角和平面角αΩ参考书：《光辐射测量》吴继荣，叶关荣主编，机械工业出版社1-1-2 §辐射度的基本物理量•radiant energy 辐射能（radiant energy ）Q e以辐射的形式发射、传播或接收的能量，单位J •辐射通量（radiant flux ）Φe 辐射能随时间的变化率，单位WdQ dt e e =Φ辐射出射度和辐射照度••辐射出射度：面辐射源表面单位面辐射照度：接收面上单位面积所积发射的辐射通量，单位W/m 2被照射的辐射通量，单位W/m 2dS d M e e Φ=dAd Ee e Φ=对于受照后成为面辐射源的表面，其辐射出射度正比于辐射照度ee kE M=辐射出射度和辐射照度的定义图radiant intensity 辐射强度（y ）•在给定方向上的单位立体角内，离开辐射源的辐射通量。
单位W/srΩΦd d I e e =d Φe 点辐射源的d ΩS I e= d Φe /d Ω辐射强度•Q ：各向同性的点辐射源在有限立体角内发射的辐射通量为？全空间？L 辐射亮度e•辐射源表面一点处的面源在给定方向上的辐射强度，除以该面元在垂直于该方向的2平面上的正投影面积。
光辐射原理
光辐射原理
光辐射是指光源向四周发射出的光线，是一种波动现象。
光辐射原理是指光源
通过发射光子，产生光波，从而形成光线的过程。
光辐射原理是光学领域的基础理论之一，对于理解光的传播、反射、折射等现象具有重要意义。
光辐射的基本特性包括光的波动性和粒子性。
在波动性方面，光是一种电磁波，具有波长和频率，能够在空间中传播。
在粒子性方面，光被看作是由光子组成的微粒，具有能量和动量，能够与物质发生相互作用。
光辐射原理的研究对象主要包括光的产生、传播和相互作用等方面。
光的产生
是指光源产生光子的过程，可以是自然界中的光源，也可以是人工制造的光源，如激光器、LED等。
光的传播是指光波在介质中传播的过程，包括直线传播、反射
和折射等现象。
光的相互作用是指光与物质之间的相互作用过程，包括光的吸收、散射、衍射等现象。
光辐射原理的研究对于现代科学技术具有重要意义。
在光通信领域，光辐射原
理被应用于光纤通信系统中，实现了信息的高速传输。
在光电子器件领域，光辐射原理被应用于太阳能电池、光电二极管等器件中，实现了光能的转换和控制。
在光谱分析领域，光辐射原理被应用于光谱仪中，实现了物质成分的分析和检测。
总之，光辐射原理是光学领域的重要理论基础，对于理解光的本质和应用具有
重要意义。
随着科学技术的不断发展，光辐射原理的研究将会在更多领域得到应用，推动人类社会的进步和发展。
光电子学(一)光度量 光辐射度量 朗伯定律与辐射量计算.
2P B co sq A n 2）朗伯辐射源的辐射亮度
Llim 2P B
A0 cosqA
0
q
△Ω
3）朗伯辐射源L与M的关系
△A
q qqq M d P L c o sd L 2 d/2 c o ss indL
d A2
00
4）小面元的辐射强度I
△S
d2P L co s d d A
n
lq
整个小面积 A 发射的辐射功率
Θ dΩ
dPd2PLcos d A A
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
dA △A
Id d PL co s A M co s A
5）小面元产生的辐照度E
Sl2d /cosq
q q q E d P S d P d c o l s 2 L A c o l s 2 c o s M A c o l s 2 c o s
第一章 光辐射物理基础
一、光辐射的度量
1. 辐射度量的基本物理量
1）辐射能量 Q 以电磁波的形式发射、传输或接收的能量
2) 辐射能密度 ω 3）辐射功率 P
(J) 辐射场单位体积中的能量
Q
V
(J/m3)
单位时间内发射传输接收的辐射能量
P Q
(W)
t
点源与扩展源
• 当不使用光学系统时，相对观测者辐射源的最大尺寸小于 观测距离十倍以内时，一般都可称为点辐射源，否则，即 为扩展源。
4） 光出射度 M
面光源单位表面积向半球空间发射的光通量
M F A
5）光强度 I
（lm/m2)
点辐射源在某方向单位立体角的光通量
I F
(lm/Sr=cd) 坎德拉
1 Candela（坎德拉）＝1流明/单位立体角，在英制cd=烛光
大学物理下_第12章_辐射度学和光度学基础
d内的光通量
dv
Ivd
IvdS cos
r2
de
n
dS dS
dS面上的光照度
Ev
dv dS
Iv cos
r2
它描述了点辐射源产生的照度的规律，是 来自均匀点光源向空间发射球面波的特性。
24
大学物理
例12-1 一氦氖激光器发出10mW的波长为632.8nm的激 光束，发散角为1mrad，发散角与立体角的关系 为 2 ，若波长632.8nm光波的光谱光效率 V＝0.24, 试求： (1)此激光束的光通量和发光强度； (2)若此激光输出光束的截面的直径为1mm,求其光亮度； (3)以这样的激光束照射在10m处的白色屏幕上的光照度.
同一波长下测得的光通量与辐射通量的比之，即
K
v e
单位：流明/瓦特（lm/W）
通过对标准光度观察者的实验测定，在辐射频率 5401012Hz（波长555nm）处，K有最大值，其数值为 Km=683lm/W。
单色光视效率是K用Km归一化的结果，定义为
V
K Km
1 Km
v e
大学物理
例12-1 一氦氖激光器发出10mW的波长为632.8nm的激 光束，发散角为1mrad，发散角与立体角的关系 为 2 ，若波长632.8nm光波的光谱光效率 V＝0.24, 试求： (1)此激光束的光通量和发光强度； (2)若此激光输出光束的截面的直径为1mm,求其光亮度； (3)以这样的激光束照射在10m处的白色屏幕上的光照度.
解：（3）激光在屏幕上照射的面积
S r 2 102 3.14 106 3.14 104 m2
第一章 射线检测物理基础
10-8/10-13 = 100000 倍
（3）电荷：原子核带正电；电子带负电；原子为中性。 （4）构成：原子核（质子 + 中子）+电子 数量关系：原子量 = 质子数 + 中子数 A = Z + N 例：钴60 60 = 27 + 33 质子数Z=核的正电荷数=电子数=原子序数 （5）核素 ：凡是具有一定质子数、中子数并处于特 定能量状态的原子或原子核称为核素。 （6）同位素：同一种元素的原子具有相同的核电荷数， 即核内质子数相同，中子数可以不同（中子不带电）。
• • • 力的作用。 核力是短程力，只在相邻原子核之间发生作用 核力比库仑力约大100 倍，是一种强相互作用力 核力能促成粒子的成对结合和对对结合
•
核的稳定性取决于质子与中子数量的组合 对于小质量数的核，N/Z=1 对于大质量数的核，N/Z=1.6 不稳定核素 放射性衰变
4 α衰变 * 放射性原子核释放出α粒子的过程称为α衰变。 * α衰变后，原子核内核子数的变化： α粒子是氦的原子核（He) 核内：2个质子，2个中子 一次α衰变：质子数减少二个，中子数减少二个，原子 量减少4。 * α粒子所形成的α射线是一种电离辐射。
2、 连续X射线谱及最短波长：
1.管电流变；2.管电压变；3.滤波的影响； 4.Z的影响 影响强度的因素 U、Z、i
3 、连续X射线的效率（转换效率）： 连续X射线强度 KZiU2 * 计算公式 η=-------------------- =KUZ * 电功率 iU * K值：K= 1.1～1.4×10-9 /v； K= 1.1--1.4×10-6 /Kv * 影响转换效率的因素 K、 U、 Z * 例：Z=74；U=200；求η η=1.4×10-6 ×74×200=2%
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电科08 系统设计方向
宁波工程学院电信学院 丁志群
❖ 台湾地区的奇美电子、冠捷科技等光电企业巨头 的陆续入驻，一个世界级的光电产业基地逐渐在 宁波保税区显现。
❖ 宁波已经把打造世界级的光电产业基地作为未来 发展的重点。宁波市市长毛光烈表示：“奇美、 冠捷进来将引来更多的相关配套企业。”
光电信号检测
3.红外辐射。波长在0.8~1000m的是红外辐射。通 常分为近红外（ 0.8~3m ）、中红外 （ 3~6m ），远红外（ 6~20m ）和极远红外 （ 20~1000m ）四部分。
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一、基本光辐射度量
❖1900年,普朗克（Max.Planck)提出了 辐射的量子论。
❖1905年,爱因斯坦（Albert.Einstein) 将量子论用于光电效应之中，提出光子 理论。光与物质作用时表现出粒子性， 如光的发射、吸收、色散、散射。
爱因斯坦（1879-1955）
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❖ 光子能量公式：E= hν ❖ 光子动量公式：p = hν/c = h/λ
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§1-1 光辐射的度量
❖ §1-1 光辐射的度量 1.1.1 基本光辐射度量 1.1.2 光谱辐射度量和光子辐射度量 1.1.3 基本光度量 1.1.4 朗光具有波粒二象性，既是电磁波，又 是光子流。
❖1860年麦克斯韦（C.Maxwell)提出光 是电磁波的理论。光在传播时表现出波 动性，如光的干涉、衍射、偏振、反射、 折射。
❖ 宁波出口加工区和保税区内落户的台资配套企业 已近20家，其中包括全球著名的背光模组生产厂 商中强光电、大亿科技等。据宁波市有关部门透 露，目前已经或有意跟进的台资上下游企业多达 数十家。
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❖1 宁波奇美电子有限公司：产值300亿(主导产 品液晶电视和显示器、台商独资企业，投资1.7亿 美元)。 2 宁波波导股份有限公司：产值200亿(主导产 品手机3500万部，拟与国外大公司战略合作)。 3 宁波奥克斯集团公司：产值100亿(主导产品 手机1500万部，今年新核准生产许可证)。 4 宁波广博集团公司：产值33亿(主导产品数码 相机、纳米材料)。 5 宁波屹东电子股份有限公司：产值30亿(主导 产品手机、智能家电、LED、香港上市公司)。 6 宁波太阳能电源有限公司：产值30亿(主导产 品太阳能电池100MW)。
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❖ ⑥太阳能电池扩产：宁波太阳能电源有限公司拟 投资1亿元将太阳能电池年生产能力从25MW提高到 100MW，为顺利扩产公司已在科技园区征地造新厂 房。 ⑦大尺寸液晶背光模组生产：宁波大亿科技有限 公司拟投资2.5亿元在保税区为华屋电子有限公司 建配套大尺寸液晶背光模组生产线，其年产能将 达到1800万片。
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光辐射物理基础
❖ 在所有这些领域中，都涉及到将光辐射信息转换 为电信息检测的问题。
❖ 了解光辐射的度量、光辐射的产生及其传输的基 本规律，介绍典型的光辐射源、常用光学材料的 性质以及光辐射调制的原理与方法。
光电信号检测
主要内容： ❖1 光辐射的度量 ❖2 温度辐射源及其辐射特性 ❖3 受激辐射与激光器 ❖4 辐射在媒质中传输的衰减 ❖5 光辐射的调制
②2G、2.5G、3G手机扩产：宁波波导股份有限公司为了推进与国外大 公司战略合作，拟在现有2000万部生产能力基础上再新投资3亿人民 币增加2000万部生产能力，使之年产能达到 4000万部，位列全球第4， 以增强其国内外市场竞争力。
③手机生产扩产：宁波奥克斯集团有限公司2005年上半年刚获得国家 核准手机生产许可证。公司拟扩建手机生产线，使其年产能达到2000 万部。 ④数码相机扩产：宁波广博集团有限公司拟投资10亿元建10条数码相 机生产线，使之年产能达到300万部。另拟投资1亿元建数码打印机和 电子相框生产等项目。
h：普郎克常数 上面两公式等号左边表示光为微粒性质（光子能量与动 量），等号右边表示光为波动性质（电磁波频率和波长）。
❖ 光电转换一般使用固体材料，利用其量子效应。从固体 能级来说，具有从0.1ev到几个ev能量的转换比较容易，即 比较容易在十几微米的红外到0.2微米左右的紫外范围内进 行高效率的能量转换。
光电信号检测
光学区：
1.可见光。通常人们提到的“光”指的是可见光。 可见光是波长在0.4~0.8m范围的光辐射，也是人 视觉能感受到“光亮”的电磁波。当可见光进入 人眼时，人眼的主观感觉依波长从长到短表现为 红色、橙色、黄色、绿色、青色、蓝色和紫色。
2.紫外辐射。紫外辐射比紫光的波长更短，人眼看 不见，波长范围是0.1~0.4 m 。细分为近紫外、 远紫外和极远紫外。由于极远紫外在空气中几乎 会被完全吸收，只能在真空中传播，所以又称为 真空紫外辐射。在进行太阳紫外辐射的研究中， 常将紫外辐射分为A波段、B波段和C波段。
光电信号检测
❖ 重点项目 ①液晶电视和显示器生产：宁波华屋电子有限公司投资1.7亿美元在 保税区建立液晶电视和显示器生产厂，一、二期产能将达600万台， 并在周边形成较为完善配套产业链体系。“十一•五”期间如液晶电 视国内市场高速增长，台商将会考虑将液晶显示屏转移至宁波生产， 那将是一次重大产业战略转移。
光电信号检测
❖光辐射是电磁波辐射。
❖电磁波谱分为长波区、光学区、射线区。
❖光电检测技术只涉及光学谱区。在光学谱区 内，具有相同的辐射与吸收机理，许多辐射源 的光谱分布和接收器的灵敏阈都同时覆盖此区 域。使用光学透镜来接收辐射或聚焦成象。
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电磁波谱及光谱图
1106 4104 6103 1.5106
770
/nm
极远 远 中 近
/m
1014
声频电磁振荡
1012
1010
无线电波
108
红
622 橙
106
毫米波
104
597 黄
577
可
492
绿 蓝
见 光
红外光
102
紫外光
1
455 紫 390 近
X射线
10-2
10-4
300
远
极远
射线
10-6
200
宇宙射线
10-8
10
电磁辐射波谱
10-10
光电信号检测
电磁波谱及光谱图