第六章光能及其计算
植物光能利用率计算公式
植物光能利用率计算公式
植物光能利用率可以通过计算净光合速率与光照强度的比值来得到。
净光合速率是指植物单位时间内光合作用产生的净合成物质（如葡萄糖）的量，也是植物光能利用的评价指标。
净光合速率可以通过光合作用的速率减去呼吸作用的速率得到。
光合作用的速率取决于光照强度和植物的光合效率，呼吸作用的速率则与植物的生理状态有关。
植物光能利用率的计算公式如下：
光能利用率=净光合速率/光照强度
其中，光能利用率就是植物将光能转化为化学能的效率，通常以百分比表示。
净光合速率可以通过实验测定得到，光照强度可以通过光照计等仪器测量。
需要注意的是，植物的光能利用率会受到许多因素的影响，如光照强度、光质、温度、水分等。
因此，在实际应用中，还需考虑到这些因素的综合影响，以获得更准确的光能利用率。
第06章 光能及其传播计算
1.有一钨丝白炽灯，各方向的平均发光强度正好与灯泡的功率(瓦数)相同，问该灯泡每瓦电功率的发光效率为多少？ 解：发光效率57.12400===I I W πφη(lm/W) 2.一个3×4m 2的房间被一挂在房顶天花板中间的100W 吊灯(相当于100坎德拉的发光强度)所照明。
灯泡离地板的高度为2.5m ，求灯下地板上和房间角落地板上的照度。
解：(1)、 灯下地板上的照度：165.210044220====r I S E ππφ(lx) (2)、房间角落地板上的照度：如图可知，灯到地板的距离为5355.35.25.222=+=R m7071.05.2cos ==Ri 点光源的光照度6569.55.127071.0100cos 2=⨯=⋅=R i I E （lx ）3.与一平面镜相距2.5m 处有一与之平行的屏幕，其间距平面镜0.5m 处有一发光强度为20坎德拉的均匀发光点光源，设平面镜的反射率为0.9，求屏幕上与法线交点处的照度。
解：4.拍照时，为获得底片的适度曝光，根据电子测光系统指示，在取曝光时间为1/255 秒时，光圈数(即相对孔径的倒数)应为8。
现在为了拍摄快速运动目标， 需将曝光时间缩短为1/500秒，问光圈数应改为多少？反之，希望拍照时有较大的景深，需将光圈数改为11， 问曝光时间应为多少？解：5.有二个发光强度不同的点光源分立在光具座的二端，相距2米。
当光屏位于距亮光源1.4m 时，正好二光源在屏的二边产生相同的照度。
现在于亮光源之前放一中性滤光片，正好使在相反位置(即离较暗光源1.4m)时的光屏上具有相同的照度。
求所加滤光片的透过率。
解：当点光源垂直照射时，距离r 处的光照度为2244r I r IS E ===ππφ设亮光源和暗光源的发光强度分别为1I , 2I , 距离光具座的距离分别为1r , 2r ，滤光片的透过率为x.根据题意则有：22216.04.1I I =和22214.16.0I x I =⋅ 有此可解得：x=3.374%7.在一个仪器的照明系统中，光源为6伏25瓦的仪器用钨丝灯泡，发光效率为14流明/瓦，设其为在光轴上的均匀发光的点光源，且对聚光镜所张的孔径角为。
光能利用率公式范文
光能利用率公式范文光能利用率是指光能转换为有用能量的比例，也称为光能利用效率或光电转换效率。
在光能的转换过程中，不可避免地会有一部分光能被损耗或浪费掉，因此，提高光能利用率对于充分利用光能资源和降低能源消耗具有重要意义。
外部量子效率法是通过测量反射、透射和吸收等外部光学性能指标来计算光能利用率的方法。
它适用于光能转换过程中光学元件的性能评估。
该方法的公式如下：ηext = 1 - R - T其中，ηext为外部量子效率，R为反射率，T为透射率。
内部量子效率法是通过测量光能转换装置内部光学性能和电学性能指标来计算光能利用率的方法。
它适用于光电转换装置的性能评估。
内部量子效率的计算公式如下：ηint = ηabs × ηcar × ηcol × ηsep其中，ηint为内部量子效率，ηabs为吸收效率，ηcar为载流子的有效收集率，ηcol为载流子的传输效率，ηsep为载流子的分离效率。
吸收效率表示光能被吸收的比例，可由下式计算：ηabs = 1 - R - T其中，R为光的反射率，T为光的透射率。
载流子有效收集率表示载流子从光电转换装置内部收集到外部电路的比例，可通过下式计算：ηcar = Icar / Iabs其中，Icar为从光电转换装置内部传导到外部电路的载流子电流，Iabs为光能被吸收产生的总电流。
载流子传输效率是指载流子在光电转换装置内传输的效率，可通过下式计算：ηcol = Icol / Icar其中，Icol为载流子在光电转换装置内传输的电流。
载流子分离效率表示载流子在光电转换装置内部分离的效率，可通过下式计算：ηsep = Is / Icol其中，Is为从光电转换装置内部传导至外部电路的分离载流子电流，Icol为载流子在光电转换装置内传输的电流。
综上所述，光能利用率的计算方法有多种。
具体选择哪种方法，需根据光能转换装置的具体情况和需要进行综合考虑，以便更准确地评估光能利用的效果和性能。
太阳能发电系统电量计算方式
太阳能发电系统电量计算方式第一，太阳能的光能转换效率：太阳能的光能转换效率是指光能被太阳能电池板转换为电能的效率。
在计算太阳能系统的电量之前，需要先计算太阳能电池板的光能转换效率。
太阳能电池板的光能转换效率取决于多个因素，包括太阳能电池板的类型、质量、温度等。
一般来说，太阳能电池板的光能转换效率在15%到20%之间。
具体计算过程如下：首先，需要了解太阳能电池板的额定功率。
一般来说，太阳能电池板的额定功率是指在标准测试条件下，太阳辐射强度为1000瓦/平方米，温度为25摄氏度时，太阳能电池板的输出功率。
其次，根据太阳能电池板的额定功率和光能转换效率的定义，可以计算出太阳能电池板的光能转换效率。
光能转换效率（η）=太阳能电池板的实际输出功率/太阳能电池板的额定功率。
最后，根据太阳能电池板的光能转换效率，可以计算出太阳能系统的总输出功率。
总输出功率=太阳能电池板的光能转换效率×太阳能电池板的面积×太阳辐射强度。
第二，太阳能系统的电量输出：太阳能系统的电量输出是指太阳能电池板转换的电能被储存在电池中的电量。
在计算太阳能系统的电量输出时，需要考虑太阳能电池板的输出功率、储能池的容量以及太阳能电池板的工作时间等因素。
首先，需要了解太阳能电池板的输出功率。
太阳能电池板的输出功率取决于光能转换效率以及太阳能电池板的面积。
输出功率=光能转换效率×太阳能电池板的面积×太阳辐射强度。
其次，需要确定太阳能系统的工作时间。
太阳能系统的工作时间取决于太阳能电池板的工作时间以及太阳能电池板的输出功率。
最后，根据太阳能电池板的输出功率和工作时间，可以计算出太阳能系统每天或每年的电量输出。
电量输出=输出功率×工作时间。
需要注意的是，太阳能发电系统的电量计算还需要考虑一些实际因素，如太阳能电池板的损耗、天气状况等。
这些因素都会对太阳能发电系统的电量产生影响，需要在计算中进行综合考虑。
光热转换效率计算公式
光热转换效率计算公式在我们的日常生活中，光热转换的应用那可是随处可见。
比如说太阳能热水器，就是通过光热转换来给我们提供热水的。
那这背后到底有啥神秘的计算公式呢？今天咱们就来好好唠唠这个事儿。
光热转换效率，简单来说，就是指把接收到的光能转化为热能的比例。
它的计算公式是：光热转换效率 = 获得的热能 / 接收的光能 ×100% 。
咱们先来说说“获得的热能”这部分。
这可不是个简单的测量工作哦！就拿我之前在实验室里的一次经历来说吧。
当时我们在测试一个新型的光热转换材料，为了准确测量获得的热能，那可是费了好大的劲儿。
我们用了高精度的温度计，还得考虑热量的散失，整个过程就像在解一道超级复杂的谜题。
比如说，我们把材料放在光照下一段时间，然后迅速测量它的温度变化。
但这中间，得保证周围环境的温度稳定，不然那测量结果可就不准啦。
就有那么一次，因为旁边的窗户没关好，有一阵小风溜了进来，结果温度测量就出现了偏差，可把我们折腾坏了，不得不重新做实验。
再说说“接收的光能”。
这也不是个轻松的活儿。
得先测量光照的强度，还得考虑光照的时间和面积。
还记得有一次，我们在测量一个大的光热转换装置时，因为光照面积不好确定，大家争论不休。
有人说按照装置的表面积算，有人说按照实际接收到光照的有效面积算。
最后，经过反复的讨论和实验验证，才确定了最准确的计算方法。
在实际应用中，要提高光热转换效率可不简单。
材料的选择就特别重要。
像有些材料对光的吸收能力强，转换效率就高；而有些材料就不行，光能照上去大部分都跑掉了，转换效率自然就低。
还有啊，光热转换装置的设计也很关键。
比如说，要是装置的形状能更好地聚焦光线，那就能接收更多的光能，转换效率也就跟着上去了。
总之，光热转换效率的计算公式虽然看起来简单，但是要真正准确地计算和提高效率，那可需要我们在很多细节上下功夫，容不得半点马虎。
通过对光热转换效率计算公式的了解，我们能更好地开发和利用光热能源，为我们的生活带来更多的便利和实惠。
光能及其计算
2
0.0195
4sin2u4sin2(15)0.845
2
I
F 246 292 0.845
F 4 I 4 2 9 2 3 6 6 0 P F 3660244 l h 75 130
15
tgu 0.578
三、光出射度
描述面光源的发光特性，定义为发光表面单位面积上发 出的光通量，其单位与光照度相同。
二、光照度 单位面积上所接收的光通量大小。其单位为勒克斯(lx)。E d dS
若是点光源照明某个面积，有 EddSIcr2os
说明： I越大则 E 越大； r越大则 E 越小；
与方向有关，当 =0 即垂直照明时E 最大；
人眼具有分辨 E 大小的能力
dS cos
d l2
dF I dScos
l2
F I0 ( 1 c o s 2 u )B d S s in 2 u
L＝M/，余弦辐射体的光亮度等于光出 射度的分之一
单位面积的余弦辐射体，所发出的光通量 为它在法线方向上，单位立体角内发出光 通量的倍。若光源两面发光，则
M ＝2L
光通量和亮度之间的关系：Φ＝2Lds
全扩散表面
本身并不发光，受发光体光照射经透射或 反射形成的余弦辐射体，称做漫透射体和 漫反射体
导出:
11 2ssiin n2 2((II II))ttg g2 2((II II))
条件！
当光线垂直入射或以很小入射角入射时，式中的正弦
和正切函数可用角度的弧度值代替，再考虑折射定律，
则式可简化为
1
(
n n
n)2 n
rs
sin(1 sin(1
2 ) 2 )
2
2
rp
tan(1 tan(1
光能及其计算
光有能，入瞳出瞳就是限制能量的。
对能的讨论本不是应用光学的范畴，但要设计仪器，不又能不了解一些起码的问题，否则所设计的仪器可能是无用的，因为不能传递足够的能量。
我们要求光学系统传递的能量必须能被光能接收器所感知。
§6-1 辐射能通量，光通量[返回本章要点]一、辐射量1、辐射能——以电磁辐射形式发射、传输或接收的能量称辐射能单位：焦耳（J），尔格（erg)2、辐射能通量——单位时间内通过某一面积的全部辐射能W由于辐射能总包含一定的光谱范围，若已知能量的光谱分布曲线即: 则任何辐射能接收器都只能接收某一光谱范围内的能量，即对不同光谱范围有不同的灵敏度。
如人眼，λ=400～760nm为可见光。
在这个范围内，人眼能比较光谱波长及能量大小。
但各种波长的光引起人眼感觉、灵敏度不同。
光谱光视效率二、光谱光视效率（视见函数）[返回本章要点]人眼对λ=555nm的黄光最灵敏，定λ420 510 555 610700Vλ0.004 0.5 1.0 0.5 0.004这里Kλ表示：对单位波长（1nm)内具有Pλ瓦的辐射能通量，能感受到Φλ流明的光通量,即lm——与辐射能通量相当的光度学单位（光通量）任意波长的K——表示1W该波长的光所相当的流明数，为绝对灵敏度。
对其它波长有Vλ表征人眼的光谱灵敏度人眼的相对灵敏度称光谱光视效率或视见函数三、光通量与发光效率[返回本章要点]光通量——是辐射能通量的光量度，即若干辐射能相当于多少光。
由得这是单位波长内的，因此整个光谱范围内有发光效率——辐射体（光源）发出的总光通量与总辐射能通量之比。
光源发出的总光通量/总辐射能通量白炽灯 1W ～14lm莹光灯 1W ～50lm§6-2 发光强度，光照度，光出射度和光亮度一、发光强度——描述点光源的发光特性[返回本章要点]设点光源在元立体角dω内发出的光通量为dΦ，则其发光强度为发光强度为单位立体角内发出的光通量立体角因此，整个空间当光源在各个方向上发光强度相同时，总光通量为发光强度的单位——坎德拉 （是光度学的基本单位）光源在给定方向上1球面度立体角内发出0.00146W 波长为555nm 的单色光的能通量时的发光强度对555nm 波长，1lm 光通量相当于0.00146W 的辐射能通量，因此二、光照度——光源发出的光投射到某表面，该表面上的亮暗程度定义为单位面积上得到的光通量，即 [返回本章要点]若是点光源照明某个面积，有所以讨论： 1. I 越大则 E 越大； 2.R 越大则 E 越小；3.与方向有关，当 i =0 即垂直照明时E 最大；4.人眼具有分辨 E 大小的能力三、光出射度——描述面光源的发光特性，定义为发光表面单位面积上发出的光通量，即(单位与光照度相同)[返回本章要点]透射面或反射面接受光通量，又可作为二次光源发出光通量。
第六章 光能及其传播计算
福建师范大学物理与光电信息科技学院光学工程
引言
光束是能量的载体，光线不仅仅是波面的法线而且 还是携带光能的载体，只有携带了足够的光能，到达像 空间的光才能有一定的光度水准，才能被接收器所感受。 对能的讨论本不是几何光学的范畴，但要设计仪器，又 不能不了解一些起码的问题，否则所设计的仪器可能是 无用的，因为不能传递足够的能量。我们要求光学系统 传递的能量必须能被光能接收器所感知。
dω
d Φ = Li dω dS cos i
I I = dS cos i dS N
Li
由 I = d Φ 可得 Li =
发光强度。 ----- 为 i 方向单位面积上的发光强度。 方向单位面积上的发光强度 单位：尼特（ ） 单位：尼特（nt）
i
1nt = 1cd / m
2
某些光源， 不随方向而异， 某些光源，其光亮度 Li不随方向而异，对于这些光源有
ρ ---反射率 反射率
透过率 τ ---透过率
1−τ
---吸收率 吸收率
透过率--透过率---τ
它表示光亮度为1的光束在介质中传播1cm后所得到的光亮度。 它表示光亮度为1的光束在介质中传播1cm后所得到的光亮度。 1cm后所得到的光亮度 cm路程 若光束在介质中某一位置时的光亮度为 L0 ，它传播 d cm路程 后去掉被吸收部分所剩下的亮度可表示为： 后去掉被吸收部分所剩下的亮度可表示为： L 当光经过整个光学系统后
Φ S
1Lx = 1lm / m = 1cd sr / m
2
2
如果在1米半径的圆球球心上放一发光强度为1坎德拉的点光源， 如果在1米半径的圆球球心上放一发光强度为1坎德拉的点光源， 则在球面上产生的光照度正好是1勒克斯。 则在球面上产生的光照度正好是1勒克斯。
应用光学第六章光能及其计算
d Id
cosds
d r2
I cosds
d r2
E
I r2
cos
• 2、面光源在与之距离为 r 处的表面上形成
的照度
E
d ds
Ldss
cos1
r2
c os 2
• 3、在同一介质的元光管中光通量和光亮度 的传递
d1
L1
c osi1ds1d1
L1
c osi1ds1
• 主要原因： • 透明介质折射界面的光反射 • 介质对光的吸收 • 反射面对光的透射和吸收等所造成的光能
损失
1、光在两透明介质界面上的反射损失
• 光垂直入射到两介质分界面时的反射率
n
n
2
n n 该面的反射光通量与入射光通量之比
1 该面的透过率
directions, we call this kind of surface perfect diffusive surface(全扩散表面).
This kind of surface has characteristics of cosine radiation(余弦辐射特性).
第三节 成像系统像面的光照度
1、辐（射能）通量 e
辐通量 ：在单位时间内通过某一面积的辐 射能量的大小称为辐射通量。单位是w （瓦）。用 e表示。
2、辐[射]出[射]度 M e
辐射源单位发射面积发出的辐通量，通
常以 M e 表示，单位为瓦特每平方米。
Me
d e ds
3、辐[射]照度 Ee
辐射照射面单位受照面积上接受的辐 通量，以Ee 表示。假定受照面的微面积ds 上接受的辐通量d为e ，则辐照度为
工程光学第六章像差理论重点讲解
校对公式：
h lu lu nuy nuy J
最后可计算出像点位置和系统各基点位置。
焦点位置及焦距计算：l1 , u1 0
f ' h1 / u'k
2、轴外物点近轴光线光路计算（第二近轴光线）
仍用近轴光线光路计算公式和校对公式,所有量均注以下标z.
已知：物方物位、入瞳位置和物高，即 l, lz , uz 。 求解：像方物位、出瞳位置和像高，即 l, lz , uz 。
i
l
r
r
u（当l1
时， u1
0，i1
h1
/
r1）
i' n i
n'
u' u i i'
l' r(1 i' )
u'
l' n'lr
n'l n(l r)
第二节 光线的光路计算
对于有k个面的折射系统，需利用根据过渡公式：
过渡公式：
lk lk1 dk 1 uk uk 1 nk nk 1
对于小视场的光学系统，例如望远物镜和显微物镜等，只 要求校正与孔径有关的像差，所以只需计算上述第一种光线。 对大孔径、大视场的光学系统，如照相物镜等，要求校正所 有像差，所以需要计算上述三种光线。
第二节 光线的光路计算
由已知条件：
光学系统的结构参数（r,d,n）
物体的位置和大小 入瞳的位置和大小
解决问题：
第一节 概述
像差校正：
在实际光学系统中，各种像差是同时存在的，像差 影响光学系统成像的清晰度、相似性和色彩逼真度等 ，就降低了成像质量。故像差的大小反映了光学系统 质量的优劣。
除了平面镜成像以外，没有像差的光学系统是不 存在的。完全消除像、色差是不可能的，针对光学系 统的不同用途，只要把像、色差降低在某范围内，使 光接收器不能分辨，或者说这种差别只要能骗过光接 收器，就可以认为是理想的。
第六章光能及其计算
1 称为该面的透过率。
对于胶合面，两边折射率差值很小（一般在0.2 左右），所以反射损失可忽略不计。 若整个系统中与空气接触的折射面总数为k1个， 则整个系统由这一原因造成的透过率为τk1，这时：
透 入
k1
二.镀金属层的反射面的吸收损失
设每一反射面的反射率为r，若光学系统中共 有k2个镀金属层的反射面，则
从入瞳到出瞳在光学系统内部有光通量损失， 由式 ' K 有：
L' n '2 K 2 L n
或
L' L K 2 2 n' n
若入瞳到出瞳无光通量损失,即K=1则有：
L' L 2 2 n' n 物像方介质相同时有L’=L，此时光学系统 不改变亮度。
五、像面照度 如果像面放置一个承受光能量的光屏或感光 材料，这时由 L' n '2
' L ' ds ' sin U '
2
L
K
n2
得出在光屏或感光材料上的照度为：
2 ' n ' E' L 'sin 2 U ' KL 2 sin 2 U ' ds n ny sin U n ' y 'sin U '
由 得到：
E kL
sin 2 U
2
式中
V(λ)就称为人眼视见函数。
三、光通量 光通量：辐射能中能引起人眼视觉的那一部分 辐射通量称为光通量，以Φ表示。 波长λ附近的波长间隔为dλ极窄的一束准单色 光，其光通量为： d pV d 在整个波段的范围内总光通量：
Φ=
第6章光能及其计算
2
1
k555 V P d
1
2
发光效率—辐射体（光源）发出的总光通 量与总辐射能通量之比。 光源发出的总光通量
W
总辐射能通量
莹光灯1W～50 lm
钨丝灯1W～14 lm
§6-2光学量基本概念
一、立体角（ w）：单位是球面度 定义：以立体角的顶点为圆心，以r为半径 作一个球面，则此立体角的边界在此球面 上所截的面积 ds 除以半径的平方。
L 1 i L
' i 1 k
K越大，损失的能量越多
胶合面:n与n’差不多，可略;漫反射、散射、 多次反射—杂散光，应改善材料及加工质量
2、 透射光学材料内部的吸收损失 在空气中的吸收—可略 在光学零件中的吸收不可忽略
τ 为透过率，即当光亮度为1 ，经1 cm传 播，剩下τ。若传播dcm, 则剩余亮度：
这是角度出发得 到，表示无光能分散 ① 光学系统孔径越大，像面照度越大 ②系统放大倍率越小，像面照度越大（若β 大，为了保证像面足够的像面照度，更要求 照明好，U要大） 高倍显微镜孔径宜大还是宜小？
n E KL sin U n ' a ' sin U ' ' x xp
L
E
M E
六、光传播过程中光学量的变化规律 1、点光源在与之距离为r的表 面上形成的照度
E d dS
I cos i R
2
2、 面光源在与之距离为r的表面上形成 的照度
E L cos 1 cos 2 dAs r
2
3、光亮度在同一介质中的传递—光束的光 亮度 元光管：两个面积很小的截面构成的直纹 曲面包围的空间。 当光在元光管内传递 时，没有能量的损失
第6章植物生产与光能利用
第6章植物生产与光能利用教学目标：◆掌握：光合作用、呼吸作用、光能利用率等基本概念及意义。
◆理解：光合作用、呼吸作用的主要过程及其影响因素；提高光能利用率的途经；呼吸作用与农产品贮藏的关系。
◆了解：植物光合性能与产量的关系。
教学时数：14学时教学方法：理论讲授12学时、技能训练2学时教学内容：第一节植物的光合作用教学重点：◆光合作用的意义及影响光合作用的因素。
教学难点：◆光合作用的主要过程。
一、光合作用的意义（一）光合作用的概念光合作用是绿色植物利用光能，将二氧化碳和水合成有机物质，释放氧气，同时把光能转变为化学能贮藏在所形成的有机物中的过程。
常以下面反应式表示。
光6CO2 + H2O C6H12O6+ 6O2↑叶绿体（二）光合作用的意义1．把无机物转变成有机物地球上一年通过光合作用约合成5×1011t有机物。
2．蓄积太阳能量植物通过光合作用每年将3.2×1021J的日光能转化为化学能。
3．净化空气吸收二氧化碳，释放氧气，从而起到净化空气作用；大气中一部分氧气转化为臭氧，对陆地生物也有良好作用。
二、光合作用的主要过程光合作用的实质是将光能转变成化学能。
根据能量转变的性质，可将光合作用分为三个阶段：第一步，光能的吸收、传递和转换成电能，主要由原初反应完成。
第二步，电能转变为活跃的化学能，由电子传递和光合磷酸化完成。
第三步，活跃的化学能转变为稳定的化学能，由碳同化进行。
光合作用中各种能量转变情况三、光合作用的产物光合作用的产物有碳水化合物、有机酸、氨基酸、蛋白质等，主要为碳水化合物。
光合作用产物与植物种类、叶龄、光质及氮素营养等有关。
四、影响光合作用的因素（一）光照强度光饱和点和光补偿点是植物光合特性的两个重要指标。
为了提高作物对光能的利用，适当增强光照，如合理密植、整枝修剪、去老叶等，以改善田间的光照条件。
（二）CO2浓度CO2是光合作用的主要原料，光合速率随CO2浓度增加而上升。
第六章光能及其计算(2)
光源表面的辐射通量中能对人眼引起视觉的 那一部分通量，称为光通量，以 表示。光通量 等于辐射通量与视见函数的乘积。 光通量的单位是流明，记作 lm 。 1瓦波长为555nm的单色辐射通量是等于683流 明的光通量，或者1流明波长为555nm的单色光通 量相当于1/683瓦的辐射通量。 其他波长的单色光有：
D 2 有： E L( ) f
底片的照度与物镜的相对孔径平方成正比， 改变相机的相对孔径(光圈)的大小可以改变底片 上的照度，从而控制感光材料的曝光量。
五、大视场系统轴外像面照度
轴外像点的光照度：
n2 KL 2 sin 2 U A cos4 W EW n
E0 cos4 W EW
各种发光表面的光亮度
一般情况下 Li 是与i相关的量，是一个空间 角度的函数，但是有一些特殊的光源，其光亮度 不随方向而变的，即对任意的i角 Li 是常数。
Li LN 常数
式中 LN 是面元法线方向的光亮度。
Ii IN ds cos i ds
可得： I I cosi i N
I i I N cosi
1W ( ) 683 ( )lm V
发光效率：一个辐射体或光源发出的总的光通量 与总辐射能量之比称为发光效率，用 表示。
683 pV ( )d (lm / W ) P p d
表示每瓦辐射通量产生的光通量。
因为 p 和 V ( ) 难以用函数形式表示， 用 下式计算：
吸收率 :入射光通过厚度为1cm的玻璃后被吸 收的光通量与入射光通量的比值。
1 1
每厘米吸收的光通量
入射光通量
透明率 (1 ) ：透过1cm厚的玻璃后的光通量与入 射光通量之比。
第6章 光能及其计算
6.5 光能通过介质时的损失
光学系统的光能大小对成像亮暗有直接关系。
光学 接 ’ —— 大 损失 —— 光
光 能 损 失
损失 损失 损失
光学
——
光能损失的计算 1.材料吸收： 2.玻璃透射面上的反射损耗： 3金属表面损耗： 总的透射光能量：
∑d φ ′′ = τ ρ (1 − α )
k1 k2
6.6 光传播过程中光学量的变化规律
6.4
光亮度
主要内容： 主要内容： 光亮度的概念、 光亮度的概念、单位 余弦辐射体 光能损失
6.4
光亮度
光亮度——描述有限大小光源的发光 一、光亮度 描述有限大小光源的发光 特性
1.定义：微面积在光束轴线方向上的发光强度 定义：微面积在光束轴线方向上的发光强度I 定义 与此微面积在垂直于该方向的平面上的投影 之比。 面积 ds ⋅ cos i 之比。 = I 或L = dφ L ds ⋅ cos i dωds cos i 结论： 结论：光源的亮度等于法线方向每单位面积 上的发光强度。 上的发光强度。 Ie dφe 辐射亮度： 辐射亮度： Le = ds ⋅ cos i 或L = d ds cos i ω
Ω = ∫∫ sin idid ϕ = ∫
ϕ = 2π ϕ =0
dϕ ∫
i =U
i =0 2
sin idi
余弦辐射体向平面孔径角为U 余弦辐射体向平面孔径角为U的 立体角范围内发出的光通量为： 立体角范围内发出的光通量为：
Φ = ∫ L cos idsdΩ = ∫ Lds cos i sin ididϕ = Lds ∫ 当U =
例题：有一照明系统，聚光镜焦距和通光口径 均为100mm，若使位于聚光镜12m处的屏幕上 产生一照度为60勒克斯的圆斑，直径为2m，问 须使用功率为多大的卤素钨灯？灯泡位置如何？ 设灯泡为各向均匀发光。（钨灯的发光效率为 30lm/w）
红外光子的能量计算
红外光子的能量计算
e=HV：光子的能量=普郎克常数x光的频率。
h为常量，v为频率，只有频率增加了，光能才会增加。
打个比方吧，你用手击鼓，鼓声的大小就是e，而你击鼓的力度就是v，只有你的力度增加了，鼓声才会大。
而你的力度不增加，只是增加了击鼓的时间，那么鼓声就没有大，只是鼓声延续的时间长了。
光子能量即光子的能量，为普朗克常量和电磁辐射频率的乘积E=HV。
光子即光量子（light quantum），电磁辐射的量子，传递电磁相互作用的规范粒子，记为γ。
其静止质量为零，不带电荷，在真空中以光速c运行，其自旋为1，是玻色子。
补充：这个和原子的壳层结构有关:
原子核外面的核外电子围绕着原子核做高速旋转，核外电子能量低的话，则会被仅仅的束缚在原子的内部，而能量较高的电子则会远离原子核，处于相对能量较高的轨道能及上，这样的话，从外层轨道向内层轨道跃迁的话，就释放能量。
用公式来表达，就是，初态的能量E-终态的能量E=跃迁释放的能量。
你这样理解的话，就很自然了，因为牵扯到电子轨道的跃迁，都是从高能量的轨道向低能量的轨道进行跃迁，所以，都会释放能量的。
如果是从低能态到高能态的跃迁，外部不传递给电子能量的话，是无法跃迁的，所以，从低能态到高能态的跃迁，是必须从外部吸收能量才可以的，这时候，吸收能量，及，从低能态到高能态，就成负的了。
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反 入
k2
三、光学材料内部的吸收损失 光在光学材料中传播时的吸收损失，与光学零 件的总厚度（一般指中心厚度）有关。 穿过厚度为1cm的玻璃后被吸收损失的光通 量百分比称为吸收率a，（1-a）称为透明率，即 透过的光通量与入射光通量之比。
吸收 入射
1000 0
1
ds d 2 r
单位：球面度，记作 s r。
二、发光强度
如果在dω立体角范围内传递的光通量为dΦ， 那么 d I d 称为该点光源在这个方向上的发光强度。 发光强度是某一方向上单位立体角内所辐射的 光通量的大小。 单位：坎德拉Candle，记作 Cd。
1lm 1Cd 1sr 坎德拉＝ 流明
p ( ) d
在整个波长范围内的总辐射通量则为：
P0, p( )d
0
二、人眼的光谱响应——视见函数 接收器对不同波长电磁辐射的反应程度称为光谱 响应度或光谱灵敏度。对人眼来说称为光谱光视 效率，又称为视见函数，用V(λ)表示。
光谱光视效率的意义在于：人眼对各种波长辐射 的响应程度是不等的。实验表明，在同样功率 辐射的情况下，λ=555nm的黄绿光对人眼造 成的光刺激强度最大、光感最强、最灵敏，其 视见函数值为1。 设任何一种波长为λ的光和λ=555nm的黄绿 光产生同样亮暗感觉所需的辐射通量分别为Pλ 和P555，比值 P V ( ) 555 P
Ii Li ds cos i
d i Li d ds cos i
单位：cd/m2 熙提，记为sb。
1sb=1cd/cm2
二、余弦辐射体 某些发光面遵循如下规律： 对一般的光源来说，亮度L是随方向而变化的一个 量。而对某些光源来说， L是不随方向的变化而变 化的，这样的光源，称为余 弦辐射体，或“朗伯辐射体”。
Li LN L0 常数
Ii I N cos i
第五节 光能通过介质传递时的损失
在光学系统中造成光能损失主要有下述三 种情况： 一. 透射面的反射损失 一个抛光界面透射时的反射损失近似地为
n n n n
2
式中：n´、n为界面前、后介质的折射率； r称为折射时的反射率，它是该面的反射 光通量与入射光通量之比。
d M ds
d
单位：勒克斯，记作lx。 勒克斯=流明/平方米2
ds
第四节 光亮度
一、定义
在发光表面上取一块微面积ds，该此面积在与表 面法线N成i角方向的立体角dω内发出的光通量为 dΦi，则i方向的发光强度为
d i Ii d
微面积ds在i方向上的光亮度Li的定义是：微面 积在i方向上的发光强度Ii与此微面积在垂直于该 方向的平面上的投影面积dscosi之比，即
第三节 光照度和面发光度
一.光照度 光照度E：单位面积上所接收的光通量的大小， 或者照射到表面的面元上的光通量除以该面元 的面积。
d
d E ds
单位：勒克斯，记作lx。 勒克斯=流明/平方米
ds
二.面发光强度（光出射度）
从一发光表面的单位面积上发出的光通量称为 该表面的面发光度，以M表示。
第六章 光能及其计算
第一节 辐射能通量和光通量
一、辐射能通量
辐射通量 ：在单位时间内通过某一面积的辐射能量的大 小称为辐射通量。单位是w（瓦）。 用P代表辐射能通量，p(λ)代表辐射能的频率分布。 p(λ)对波长λ的分布见下图：
对于从 1 ~ 2 波长间的辐射通量为：
P12
2
1
1 称为该面的透过率。
对于胶合面，两边折射率差值很小（一般在0.2 左右），所以反射损失可忽略不计。 若整个系统中与空气接触的折射面总数为k1个， 则整个系统由这一原因造成的透过率为τk1，这时：
透 入
k1
二.镀金属层的反射面的吸收损失
设每一反射面的反射率为r，若光学系统中共有 k2个镀金属层的反射面，则
1
k1 k2
d
第六节 光能量在光学系统中的传递
一. 在同一介质的元光管中光通量和光亮度的传递
光能在同一均匀介质的元光管中传递时，如果不 考虑光能损失，在传播方向上的任一截面上光通 量、光亮度不变。
二. 面光源直接照射一平面时产生的光照度
d 1 L1ds1 cos i1 cos i2 E2 ds2 r2
一个辐射体或光源发出的总的光通量与总辐射 能量之比称为发光效率用η表示。
683 pV ( )d 流明 (流明/瓦）＝ P 瓦 P d
η表示每瓦辐射能通量所产生的光通量（流角 以锥体的顶点为球心作球面，该锥体在球面截 取的面积与球半径平方之比，定义为该锥体的 立体角，即
V(λ)就称为人眼视见函数。
三、光通量 光通量：辐射能中能引起人眼视觉的那一部分 辐射通量称为光通量，以Φ表示。 波长λ附近的波长间隔为dλ极窄的一束准单色 光，其光通量为： d pV d 在整个波段的范围内总光通量：
Φ=
0
p V ( ) d
国际上规定：1瓦波长为555nm的单色辐射通 量等于683流明的光通量。 1瓦（λ）=683V（λ）（lm）
透过 入射
Φ透过为每cm的透过Φ。 若穿过玻璃的总厚度为Σd，则透明率为 （1-a ）Σd。计算时d必须以cm计。
透 入 (1 )
d
四. 光学系统中光能损失的计算
综上所述，光学系统中光能的损失由三方面原因 造成： 1.透射面的反射损失，透过率为τk1 ； 2.反射面的吸收损失，反射率为rk2； 3.材料内部的吸收损失，透明率为（1-a ）Σd 。 光学系统的透过率Κ由这三部分连乘而得：
• 三、光束经界面反射和折射后光通量和光亮度的 传递
四. 光通量从物面到像面的传递
三部分计算： 1.计算从物面元传递到入瞳的光通量； 2.计算从入瞳传递到出瞳的光通量； 3.计算从出瞳传递到像面的光通量。
五.小视场大孔径光学系统的光通量和光亮度
以物面ds中心和到入瞳距离r为半径作一个球面，在 球面上取一小面积单元dA，它所对应的立体角为dω，与 光轴的夹角为i，这个dω立体角对应的球面上的小面元dA 上通过的光通量为： d Li cos i dsdw 对上式求积分，得到有限立体角Ω范围内，从ds发出 进入入瞳的光通量： Li cos i ds dw