光电技术期末复习题

第一章光辐射与光源

1.1辐射度的基本物理量

1.辐射能Qe：一种以电磁波的形式发射，传播或接收的能量。单位为J（焦耳）。

2辐射通量Φe：又称为辐射功率Pe，是辐射能的时间变化率，单位为W（瓦），是单位时间发射，传播或接收的辐射能，Φe=dQe/dt(J/S焦耳每秒)

3辐射强度Ie：点辐射源在给定方向上单位立体角的辐射能量单位为W/sr（瓦每球面度）

Ie=dΦe/dΩ.

4辐射照度Ee：投射在单位面积上的辐射能量，Ee=dΦe/dA单位为（W/㎡瓦每平方米）。dA是投射辐射通量dΦe的面积元。

5辐射出射度Me：扩展辐射源单位面积所辐射的通量，即Me=dΦ/dS。dΦ是扩展源表面dS在各方向上（通常为半空间360度立体角）所发出的总的辐射通量，单位为瓦每平方米（W/㎡）。

6，辐射亮度Le：扩展源表面一点处的面元在给定方向上单位立体角，单位投影面积发出的辐射通量，单位为W/sr*㎡(瓦每球面度平方米)。

7光谱辐射量：也叫光谱的辐射量的光谱密度。是辐射量随波长的辐射率。

光辐射量通量：Φe（λ）：辐射源发出的光在波长为λ处的单位波长间隔的辐射通量。

Φe（λ）=dΦe/dλ单位为W/um或W/nm。

1.2 明视觉光谱光视效率V（λ）：视觉主要由人眼视网膜上分布的锥体细胞的刺激所引起的。（亮度大于3cd/m2，最大值在555nm处）

暗视觉光谱光视效率：视觉主要由人眼视网膜上分布的杆状细胞刺激所引起的。（亮度小于0.001cd/m2，最大值在507nm处）

Φv=Km

780

380

Φe(λ)V(λ)dλ式中Km为名视觉的最大光谱光谱光视效率函数，也成为光功当量。国际实

用温标理论计算值Km为680lm/W。

光度量中最基本的单位是发光强度单位——坎德拉，记作cd，它是国际单位制中七个基本单位之一（其他几个为：米，千克，秒，安（培），开（尔文），摩（尔））。光通量的单位是流明（lm）,它是发光强度为1lm的均匀电光源在单位立体角发出的光通量。光照度的单位是勒克斯（lx），它相当于1lm的光通量均匀的照在1m2的面积上所产生的光照度。

1.4 热辐射的基本物理量（5页）

1辐射本领：辐射体表面在单位波长间隔单位面积所辐射的通量

2吸收率α（λ，T）:在波长λ到λ+dλ间隔被物体吸收的通量与λ射通量之比，它与物体的温度和波长有关，

3绝对黑体：任何物体，只要温度在绝对零度以上，就向外界发出辐射，这称为温度辐射。黑体是一种完全的温度辐射体，定义为吸收率α（λ，T）=1的物体为绝对黑体，其辐射本领为：

4物体的发射率ε（λ，T）

1.5 热辐射基本上可分为两类：黑体辐射和线状，带状辐射源。主要基本定律：

基尔霍夫定律，兰伯特定律，距离平方反比定律，亮度守恒定律和

1.6 普朗克定律

1.7. 维恩位移定律

每一种温度的Meb(λ,T)~λ曲线都有一个峰值，随着温度的升高此峰值向短波方向移动

1.8. 斯忒藩玻耳兹曼定律

1.9 光源的光谱功率分布通常可分为四种情况：

1，线性光谱，有若干条明显分隔的细线组成，如低压汞灯。2，带状光谱，由一些分开的谱带组成，每一条谱带中又包含许多细谱线，如高压汞灯，高压钠灯就属于这种分布。3，连续光谱，所有热辐射光源的光谱都是连续的。4混合光谱，由连续光谱与线，带谱混合而成，一般的荧光灯光谱就属于这种分布，。

10. 光源的色温（18页）

黑体的温度决定了它的发光辐射特性。对非黑体辐射，它的某些特性可用黑体辐射特性来近似表示。对于一般光源，经常采用分布温度、色温或相关色温表示。

分布温度：辐射源在某一波长围辐射的相对光谱功率分布，与黑体在某一温度下辐射的相对功率分布一致，那么该黑体的温度就成为该辐射源的分布温度。这种辐射体的光谱辐射亮度可表示为：

色温：辐射源发射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。由于一种颜色可以由多种光谱分布产生，所以色温相同的光源，他们的相对光谱功率分布不一定相同。相关温度：在均匀色度图中，如果色源的色坐标点与某一温度下的黑体辐射的色坐标点最接近，则该黑体的温度称为该光源的相关温度。

1.11 光源的颜色：

光源的颜色包含了两方面的含义即色表和显色性。色表：用眼睛直接观察光源时所看到的颜色。例如高压钠灯的色表成黄色，荧光灯的色表程白色。显色性：当用这种光源照射物体时，物体呈现的颜色（也就是物体反射光的在人眼中产生的颜色感觉）与该物体在完全辐射体照射下所呈现的颜色一致性。

1.12 热辐射光源有三个特点：

1，它们的发光特性都可以利用普朗克公式进行精确的估算，即可以精确掌握和控制他们发光或辐射性质；2它们发出的光通量构成连续的光谱，且光谱围很宽，因此使用的适应性强。但在通常温度下，紫外辐射和可见光幅度含量很少，这有限制了这类光源的适用围；3采用适当的稳压或稳流供电，可使这类光源的光输出获得很高的稳定度。

1.13 气体放电原理：

密封在泡壳的气体或金属气体在电场的作用下激励出电子和离子，电子和离子从电场中获得能量分别向阴极和阳极运动，它们与气体原子或分子碰撞时会激励出新的电子和离子。这一过程中会引起原子的激发，受激原子回到低能级时就会发射出辐射，这就是气体放电原理。

优点（与白炽灯相比）：发光效率高，结构紧凑，寿命长以及光色适应性强等特点。

1.14 发光二级管（LED）的工作原理：

P-N结上未加电压时有一定的势垒，当加上正向偏压时在外加电场的作用下，在P-N结附近产生导带电子和价带空穴的复合。一个电子和一个空穴的每一次复合，都将释放出与材料性质有关的一定复合能量，这个能量会以热能，光能，或部分热能和部分光能的形式辐射出来。

1.15 发光二级管的优点;

1.属于低电压（1-2V），小电流器件在室温下即可得到足够的亮度

2.发光响应速度快

3.性能稳定，寿命长

4.易于和集成电路匹配，且驱动简单

5.与普通光源相比单色性好，其发光的半宽度一般为几十纳米6小型，耐冲击。

主要缺点：功率较小，光色有限，较难获得短波发光，且发光效率低。

1.16 激光器的工作原理：

激光器一般有工作物质，谐振腔和泵浦源组成。常用的泵浦源是辐射源或电源，利用泵浦源能将工作物质中的离子从低能态激发到高能态，是处于高能态的粒子数大于处于低能态的粒子数，构成粒子数的反转分布，这是产生激光的必要条件。

1.17 激光器的类型：1气体激光器2固体激光器3染料激光器4半导体激光器。

1.18 激光的特性：单色性，方向性，亮度，相干性。

课后作业5,6,7,17,18