光学仪器中的常用光源

1）光能 Qv 单位：lm· s（流明· 秒） 2）光通量 v 单位：lm （流明） d v 单位：cd（坎德拉） 3）发光强度 I v I v d 发光强度 I v 是光度量中最基本的单位。在明视觉时，规定： 555nm 时， 1lm 1
1cd
sr

683
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W
sr
即：1W = 683 lm
单位：
W
m2 （瓦每平方米）
辐射量的光谱密度，辐射量随波长的变化率。
d e e ( ) d
光谱辐射通量e ( )与波长的关系
e e ( ) d
0

其它辐射度量都有类似关系。 dM e 光谱辐射出射度 M e ( ) d
光谱辐射亮度 光谱辐射照度
dBe Be ( ) d
5)光照度 Lv 普适关系式：
d v 单位：lx（勒克斯） Lv dS 1lx = 1lm/m2
X V K m V ( ) X e ( ) d
0
1.2 热辐射光源
由于内部原子、分子的热运动而产 生辐射的光源 辐射光谱是连续光谱
一、理想的热辐射光源
α(λ，T)=1 在热平衡条件下 —绝对黑体
Meb , T , T Leb , T
绝对黑体热辐射能力最强。
普朗克公式
M eb ( , T）
5 (e c
c1
2
T
1)
灰体：α(λ，T)＜1的 热辐射光源， 具有与绝对黑体类似 的辐射规律。 色温；相关色温
绝对黑体的温度决定了它的 辐射光谱分布
此时，V(λ）=1 1W ＜683 lm
555nm 时， V(λ）＜1
可见， 555nm是明视觉曲线中人眼最敏 感波长，V(555nm)=1。
定义： K m 683Lm / W 为明视觉最大光谱 光视效能。 于是, 同一波长下，辐射通量与光通量之间的 换算关系： ( ) K V ( ) ( )
一、汞灯
泡壳内充汞蒸汽
1.低压汞灯： 作253.7nm紫外光源； 作荧光灯（…日光灯）。
2.高压汞灯： 可见辐射加强，呈带状 光谱，可作高效照明光源。
3.球形超高压汞灯： 很好的蓝绿光点光源。
二、钠灯
泡壳内充的是氖氩混合气体 与金属钠滴。
常用作标准光 源，最高工作 温度是3000K。 太阳的光谱分布
2.白炽灯与卤钨灯 灰体
白炽灯
钨丝做灯丝
玻璃泡壳;色温约2800K,辐射光谱约0.4～3μm。 可见光占6～12%，用于照明； 加红外滤光片可作为近红外光源。
卤钨灯
石英泡壳;泡壳内充入微量卤族元素或其化合物 （如溴化硼）;形成卤钨循环。 色温3200K以上,辐射光谱为0.25～3.5μm。 发光效率可达30lm/W(为白炽灯的2～3倍)， 作仪器白光源.
1.辐射能 Qe 单位为J（焦耳） 2.辐射通量又称辐射功率 e 单位为W（瓦、焦耳每秒） 3.辐射强度 Ie , 描述点辐射源的辐射功率在不同 方向上的分布。
d e I e ( , ) d
单位: W sr （瓦每球面度）
4.辐射出射度 M e 与辐射亮度 Be ,
1.1 辐射度学与光度学的 基础知识
介绍描述光辐射的一套参量 光辐射:以电磁波形式或粒子(光子)形 式传播的能量,可用光学元件反射、 成像或色散，这种能量及其传播过程 叫光辐射。
为了对光辐射进行定量描述，需引入 计量光辐射的物理量，有两套体系： 辐射度单位体系和光度单位体系。
一、辐射度的基本物理量
d e Me dS
W 单位： m2
（瓦每平方米）
W 单位： sr m2
d 2e dI e ( , ) Be ( , ） dS cos d dS cos
（瓦每球面度平方米）
M e 的定义
Be , 的定义
5.辐射照度 Le d e Le dS 6.光谱辐射量
1.3 气体放电光源
基 泡壳：用玻璃或石英等材料制造； 本 电极：阴极、阳极或不区分（交流灯） 结 泡壳内充入发光用的气体：金属蒸汽、 构 金属化合物蒸汽、惰性气体
发光机理：气体放电。 气体放电光源的特点：
1）发光效率高,节能。 2）电极牢固紧凑，耐震，抗冲击。 3）寿命长，比白炽灯长2～10倍。 4）辐射光谱可以选择，只要选用适当 的发光材料。
dLe Le ( ) d
二、光度的基本物理量
1.光谱光视效率V(λ): 国际照明委员会（ CIE ） 根据对许多人的大量观 察结果，确定了人眼对 各种光波长的相对灵敏 度，称为光谱光视效率， 或称视见函数，见图。
详见表1.1
2.光度量
光度量与辐射度量是一一对应的。 辐射度量是客观物理量， 光度量体现了人的视觉特性。
一切能产生光辐射的辐射源都称为光源
天然光源
人造光源
电磁波谱
太阳、黑体辐射器 热辐射光源 按照发光机理， 白炽灯、卤钨灯 光源的分类： 汞灯 钠灯 需要了解 气体放电光源 金属卤化物灯 氙灯 各类光源 光源 的发光机 氘灯 理、重要 气体激光器 特性、适 固体激光器 用场合， 激光器 以便正确 染料激光器 选用光源。 半导体激光器 发光二极管
v m e
对含有多种波长的辐射通量，它对应的光通 量为：
v K m V ( ) e ( )d
0
4）光出射度 M v 与光亮度 Bv
dv Mv dS
2
单位：lm /m2 单位： cd/m2
实用单位：sb(熙提) 1sb = 104cd/m2
d v dI v Bv dS cos d dS cos
热辐射光源发射光的颜色如果与黑体在某一温度下的 辐射光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该热辐射 光源的色温；如果不相同，就以发光颜色最相近的黑 体温度为它的相关色温。
二、实际的热辐射光源
1.太阳与黑体辐射器 非常接近于绝对黑体 黑体辐射器：
科学制作的小 孔空腔结构， 可以很好地实 现绝对黑体的 辐射功能。