第一章辐射度和光度学基础资料.
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辐射度学与光度学基本知识
（§1-5）了解几种常见激光器。
E、H
§１.２ 辐射度学与光度学基本知识
对于光辐射的探测和计量，存在着两套体系:
辐射度量:只与辐射客体有关的量,基本量是辐射通量 （又称为辐射功率）或者辐射能. 基本单位 是瓦特（W）或者焦耳(J)。适用于整个电 磁波段。
光度量: 反映人眼对不同波长电磁波的视觉灵敏度， 基本量的是发光强度，基本单位是坎德拉 (cd)。只适用于可见光波段。
定义式
单位
辐射能 辐射通量
辐射出射度
辐射强度 辐射亮度 辐射照度
dQe＝ edt e(基本量) Me=de/dS Ie=de/d
Le=dIe/(dScos)
Ee=de/dA
J=Ws
W W/m2 W/sr
(W/sr)/m2
W/m2
光量 光通量 光出射度 发光强度 (光)亮度 (光)照度
dQv=v dt dv=Iv d Mv=dv/dS
回顾:
1.0
坎德拉定义中的 (1 的 光而言，就是1lm/sr, 即:1cd.
光视 效 率
0.8
V' 510nm 555V nm
0.6
0.4
暗视觉
0.2
明视觉
0.0
400
500
600
700
800
波 长 (nm)
§１.２ 辐射度学与光度学基本知识 光通量(lm)与辐射通量(辐射功率,W)的换算：
＝ 555nm 的 单 色 光 视 效 率V=1, 为最大值.
§１.２ 辐射度学与光度学基本知识
光视效率(视见函数):
V
K Km
K 683
(1 13)
1.0
暗视觉相对于明
视觉蓝移.
E、H
§１.２ 辐射度学与光度学基本知识
对于光辐射的探测和计量，存在着两套体系:
辐射度量:只与辐射客体有关的量,基本量是辐射通量 （又称为辐射功率）或者辐射能. 基本单位 是瓦特（W）或者焦耳(J)。适用于整个电 磁波段。
光度量: 反映人眼对不同波长电磁波的视觉灵敏度， 基本量的是发光强度，基本单位是坎德拉 (cd)。只适用于可见光波段。
定义式
单位
辐射能 辐射通量
辐射出射度
辐射强度 辐射亮度 辐射照度
dQe＝ edt e(基本量) Me=de/dS Ie=de/d
Le=dIe/(dScos)
Ee=de/dA
J=Ws
W W/m2 W/sr
(W/sr)/m2
W/m2
光量 光通量 光出射度 发光强度 (光)亮度 (光)照度
dQv=v dt dv=Iv d Mv=dv/dS
回顾:
1.0
坎德拉定义中的 (1 的 光而言，就是1lm/sr, 即:1cd.
光视 效 率
0.8
V' 510nm 555V nm
0.6
0.4
暗视觉
0.2
明视觉
0.0
400
500
600
700
800
波 长 (nm)
§１.２ 辐射度学与光度学基本知识 光通量(lm)与辐射通量(辐射功率,W)的换算：
＝ 555nm 的 单 色 光 视 效 率V=1, 为最大值.
§１.２ 辐射度学与光度学基本知识
光视效率(视见函数):
V
K Km
K 683
(1 13)
1.0
暗视觉相对于明
视觉蓝移.
第讲 辐射度学与光度学的基础知识
I I0 I I 0 cos dA cos dA
I0
L L
Iθ
θ
L
L dA
L
L
dA
朗伯余弦定律（2）
M L cos d L cos d dS rd d r sin d 2 sin d d 2 r r M L
S2
S1
θ
S3
x
作业题
1. 2. 3. 4.
5.
求光辐射的频率范围？ 波长为1μm的一个光子能量具有多少 eV ? 一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地 面1.5m的高处，用照度计测得正下方地面上的 照度为30lx，求该灯的光通量？ 一支氦氖激光器发出的激光束光通量为0.36lm， 该激光束的平面发散角为1mrad，激光器的放电 毛细管直径为1mm，求该激光束的发光强度、 光亮度和光出射度？ 某曝光计之受光片为一直径为4cm的黑色圆形金 属板，中心最大辐照度为5W/cm2，边沿最小辐 照度为1W/cm2，从中心到边沿，辐照度按直线 规律变化，求照射在受光片上的辐射通量和平 均辐照度？
距离平方反比定律
点源在接收面上产生的照度
d I d Ex dA dA dA cos I 2 l dA I cos l2
I
dΩ n
l θ
x
dA
A
面源在接收面上产生的照度？《教材》P37 图2-8
朗伯余弦定律（1）
朗伯辐射体：辐射亮度与辐射方向无关 （漫反射体） Lθ = L0 = L
辐射度学与光度学的概念
辐射度学 研究电磁波辐射能量的测试和计量的一门科学 辐射度量 用能量单位定量描述电磁波辐射的客观物理量 光度学 研究可见光能量的测试和计量的一门科学 光度量 人眼接收的光辐射所引起的视觉刺激大小的度量
辐射度学和光度学基础课件
能源利用效率。
02
医学影像技术
在医学影像技术中，辐射度学的知识可以帮助我们理解影像的形成机制
和优化影像质量；同时，光度学的知识可以帮助我们设计更好的医用光
源和照明系统。
03
视觉科学
光度学的知识在视觉科学中有着广泛的应用，例如人眼的光觉响应、颜
色视觉等；而辐射度学的知识可以帮助我们理解视觉感知的物理基础。
辐射度和光度在照明设计 中的应用
照明设计的基本原则
功能性原则
照明设计应满足人们的 基本照明需求，提供足 够的亮度以适应不同的
活动和环境。
舒适性原则
照明设计应考虑人的视 觉舒适感，避免过强或 过弱的光线造成视觉疲
劳或不适。
经济性原则
照明设计应考虑成本和 能耗，合理选择高效、 节能的照明设备和控制
系统。
研究的范围不同
辐射度学的研究范围涵盖了整个电磁波段，而光度学主要关注可见 光波段。
应用的领域不同
辐射度学在能源、环境、气象等领域有广泛应用，而光度学在照明 、显示、摄影等领域有广泛应用。
辐射度学与光度学的应用领域
01
能源与环境监测
辐射度学的方法可以用于测量和监测环境中的电磁辐射能量，例如太阳
辐射、地球辐射等；光度学的知识可以用于设计合理的照明系统，提高
辐射度学主要研究电磁辐射的能量分布和传输，而光度学则关注光 辐射的度量、测量和应用。
两者有共同的基础概念
例如，辐射通量、辐射照度、辐射亮度等概念在两者中都有涉及。
两者在某些领域有交叉
例如，在照明工程和光环境设计中，光度学的知识和方法常常与辐 射度学的知识相结合。
辐射度学与光度学的区别
研究重点不同
辐射度学更注重电磁辐射的物理特性和传输规律，而光度学更注 重光辐射的视觉感知和应用。
1辐射度与光度学
整个空间
dϕ
∫
π
0
I e (θ , ϕ ) sin θ d θ
均匀
= 4π I e
五、辐（射）照度 Ee 辐照度是被照表面单位面积上的辐射通量 辐照度是被照表面单位面积上的辐射通量
辐照度Ee与辐（射）出（射）度 Me表达式 辐照度 与辐（ 与单位完全一样， 与单位完全一样，但要注意意义的差别
在光辐射度量学中， 勒克斯) 在光辐射度量学中， Ee单位是 lm/m-2=lx (勒克斯 勒克斯
dΩ
r
α
dA '
dA
点光源在立体角dΩ的传播方向上辐射功率相同，设投影面 点光源在立体角 Ω的传播方向上辐射功率相同， dA和dA’上的辐照度分别为 和E’ 上的辐照度分别为E和 和
∂Φ e E = ∂A
E ' = E cos α
∂Φ e E '= ∂A'
∂Φ e = cos α ∂A
任一表面上的辐照度随该表面法线和辐射能传输方 向之间夹角的余弦而变化
L 1 d Ω 1 cos θ 1 dA 1 = d Ω 2 cos θ 2 dA 2
E dA1
θ1
dΩ1 dΩ2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱθ2
dA2
cos θ 2 dA 2 dΩ 1 = r2 dΩ 2 cos θ 1 dA 1 = r2
r
L1=L2
对于介质有
L L' = 2 n n '2
dE = 2 π L e sin θ cos θ d θ
E =
θm
对A1积分
∫
0
R2 2 π L e sin θ cos θ d θ = π L e 2 R + L2
第1章 辐射度与光度基础2013.9.11
V
K Km
v K e
V(λ)又称为视见函数。根据对许多正常人眼的研 究，可统计出各种波长的平均相对灵敏度。
光度量与辐射量的关系
de e d
v K e
V
780
K Km
v K m
当绝对黑体的温度增高时，最大的发射本领向短
☺如果被照面不垂直于光线方向，而法线与光线的
夹角为θ，则：
I E 2 cos l
☺对于受到光照后成为面光源的表面来说，其光出
射度与光照度成正比，其中ρ为漫反射率，它小 于1，它与表面的性质无关。
M E
关于光度量，正确的是（ ） A、辐射通量的单位为勒克斯 B、发光强度的单位为坎德拉 C、光通量的单位为流明 D、光照度的单位为坎德拉
5. 光源的色温
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，它们的相对光谱功率分布不 请注意，光源的色温与光源本身 一定相同。 的温度是两回事，通常两者是不相 同的。例如白炽灯光源本身温度为 2800K，但其色温是2845K。 LED…
若令其最大值为1，将光谱功率分布进行归一化， 典型白光LED相 那么经过归一化后的光谱功率分布称为相对光谱功 对光谱分布曲线 率分布。
峰值波长
λ2－ λ 1：谱 线带宽，即 半峰值宽度。
3. 光谱功率分布
P
P
P
P
0 (a) 线状光谱
低压汞灯 激光
0
(b) 带状光谱
高压汞灯 高压钠灯
0
(c) 连续光谱
辐射度学与光度学的基础知识课件
总结词
辐射度学的应用领域广泛，包括天文、气象、环保、 能源等领域。
详细描述
辐射度学的应用领域非常广泛。在天文领域，通过对天 体的辐射特性进行研究，可以深入了解天体的组成和演 化过程；在气象领域，通过对地球表面和大气的辐射特 性进行测量和计算，可以预测天气和气候变化；在环保 领域，可以利用辐射度学的方法监测环境污染和评估环 境质量；在能源领域，可以通过研究物质的辐射特性， 实现能源的高效利用和节能减排。此外，辐射度学还在 医学、农业等领域有着广泛的应用。
详细描述
光度量是用来描述光的特性的物理量。其中，光通量表示光的总量，发光强度表示光源在一定方向上 发射光的强度，照度表示光照在物体表面的强度，光色则涉及到人对光的视觉感知。
光度学的应用领域
总结词
光度学的应用领域广泛，包括照明设计、显 示技术、摄影和医学影像等。
详细描述
光度学在各个领域都有重要的应用价值。在 照明设计领域，光度学为提高照明质量和能 效提供了理论支持；在显示技术领域，光度 学帮助优化屏幕亮度和色彩表现；在摄影和 医学影像领域，光度学则有助于获取高质量 的图片和影像。
03
辐射度学与光度学的关系
辐射度学与光度学的联系来自1 2两者都是研究光和辐射的学科
辐射度学主要研究光和电磁辐射的能量和功率， 而光度学则关注光的质量和视觉感知。
共同的理论基础
两者都基于物理光学和电磁理论，研究光和辐射 的传播、吸收、散射和发射等特性。
3
交叉应用领域
在某些领域，如照明工程、光环境评估等，辐射 度学和光度学有交叉应用，相互补充。
04
辐射度学与光度学的应用 实例
辐射度学的应用实例
太阳辐射测量
辐射度学可以用于测量太阳辐射，包括紫外、可见和红外 波段的辐射能量，对于太阳能利用和气象观测具有重要意 义。
辐射度学的应用领域广泛，包括天文、气象、环保、 能源等领域。
详细描述
辐射度学的应用领域非常广泛。在天文领域，通过对天 体的辐射特性进行研究，可以深入了解天体的组成和演 化过程；在气象领域，通过对地球表面和大气的辐射特 性进行测量和计算，可以预测天气和气候变化；在环保 领域，可以利用辐射度学的方法监测环境污染和评估环 境质量；在能源领域，可以通过研究物质的辐射特性， 实现能源的高效利用和节能减排。此外，辐射度学还在 医学、农业等领域有着广泛的应用。
详细描述
光度量是用来描述光的特性的物理量。其中，光通量表示光的总量，发光强度表示光源在一定方向上 发射光的强度，照度表示光照在物体表面的强度，光色则涉及到人对光的视觉感知。
光度学的应用领域
总结词
光度学的应用领域广泛，包括照明设计、显 示技术、摄影和医学影像等。
详细描述
光度学在各个领域都有重要的应用价值。在 照明设计领域，光度学为提高照明质量和能 效提供了理论支持；在显示技术领域，光度 学帮助优化屏幕亮度和色彩表现；在摄影和 医学影像领域，光度学则有助于获取高质量 的图片和影像。
03
辐射度学与光度学的关系
辐射度学与光度学的联系来自1 2两者都是研究光和辐射的学科
辐射度学主要研究光和电磁辐射的能量和功率， 而光度学则关注光的质量和视觉感知。
共同的理论基础
两者都基于物理光学和电磁理论，研究光和辐射 的传播、吸收、散射和发射等特性。
3
交叉应用领域
在某些领域，如照明工程、光环境评估等，辐射 度学和光度学有交叉应用，相互补充。
04
辐射度学与光度学的应用 实例
辐射度学的应用实例
太阳辐射测量
辐射度学可以用于测量太阳辐射，包括紫外、可见和红外 波段的辐射能量，对于太阳能利用和气象观测具有重要意 义。
辐射度与光度学基础知识课件
详细描述
辐射度学主要研究电磁波的发射、传播、吸收、散射和转换等过程，以及这些 过程中电磁波的能量分布和传输规律。它涉及到电磁波与物质相互作用的基本 规律，是光学、光谱学、热力学等多个学科的基础。
辐射度学单位
总结词
辐射度学中常用的单位包括瓦特、焦耳、坎德拉等，用于描述电磁辐射的能量、功率和亮度等物理量 。
照明工程中的辐射度和光度学的综合应用
在照明工程中，辐射度和光度学是相 辅相成的两个领域，综合应用可以更 好地满足实际需求。
综合应用还体现在照明设计过程中， 需要综合考虑光源的辐射特性和光照 效果，以及人类视觉感知的需求，以 实现最佳的照明效果。
通过结合辐射度和光度学的原理，可 以更精确地控制光源的辐射特性和光 照效果，提高照明质量和效率。
照明工程中的辐射度学应用
辐射度学是研究光辐射在空间分布、传输和度量的科学，在照明工程中有着广泛的 应用。
利用辐射度学原理，可以精确测量和控制光源的辐射特性，如光谱分布、光强空间 分布、辐射温度等，从而优化照明系统的性能。
辐射度学还用于研究光环境对人类视觉感知的影响，为照明设计提供科学依据，提 高照明质量和舒适度。
详细描述
辐射度学涉及一系列物理量，这些物理量用于描述电 磁波的各种特性。其中包括辐射能量（描述电磁波携 带的能量大小），辐射通量（描述单位时间内通过某 一面积的能量大小），辐射强度（描述光源在某一方 向上发射的光的强度），辐射亮度（描述物体表面反 射或发射光的亮度）。这些物理量在研究电磁波的发 射、传播、吸收、散射和转换等过程中具有重要意义 。
详细描述
流明是光通量的单位，表示单位时间内发出的光的总量。坎德拉是发光强度的单位，表示单位方向上单位立体角 内发出的光的强度。勒克斯是光照强度的单位，表示单位面积上单位立体角内发出的光的强度。这些单位在光度 学中具有重要地位，用于描述光辐射的度量和性质。
辐射度学主要研究电磁波的发射、传播、吸收、散射和转换等过程，以及这些 过程中电磁波的能量分布和传输规律。它涉及到电磁波与物质相互作用的基本 规律，是光学、光谱学、热力学等多个学科的基础。
辐射度学单位
总结词
辐射度学中常用的单位包括瓦特、焦耳、坎德拉等，用于描述电磁辐射的能量、功率和亮度等物理量 。
照明工程中的辐射度和光度学的综合应用
在照明工程中，辐射度和光度学是相 辅相成的两个领域，综合应用可以更 好地满足实际需求。
综合应用还体现在照明设计过程中， 需要综合考虑光源的辐射特性和光照 效果，以及人类视觉感知的需求，以 实现最佳的照明效果。
通过结合辐射度和光度学的原理，可 以更精确地控制光源的辐射特性和光 照效果，提高照明质量和效率。
照明工程中的辐射度学应用
辐射度学是研究光辐射在空间分布、传输和度量的科学，在照明工程中有着广泛的 应用。
利用辐射度学原理，可以精确测量和控制光源的辐射特性，如光谱分布、光强空间 分布、辐射温度等，从而优化照明系统的性能。
辐射度学还用于研究光环境对人类视觉感知的影响，为照明设计提供科学依据，提 高照明质量和舒适度。
详细描述
辐射度学涉及一系列物理量，这些物理量用于描述电 磁波的各种特性。其中包括辐射能量（描述电磁波携 带的能量大小），辐射通量（描述单位时间内通过某 一面积的能量大小），辐射强度（描述光源在某一方 向上发射的光的强度），辐射亮度（描述物体表面反 射或发射光的亮度）。这些物理量在研究电磁波的发 射、传播、吸收、散射和转换等过程中具有重要意义 。
详细描述
流明是光通量的单位，表示单位时间内发出的光的总量。坎德拉是发光强度的单位，表示单位方向上单位立体角 内发出的光的强度。勒克斯是光照强度的单位，表示单位面积上单位立体角内发出的光的强度。这些单位在光度 学中具有重要地位，用于描述光辐射的度量和性质。
1辐射度与光度学基础知识
波长无关，那么可把物体叫作灰体(grey body)， 否 则叫选择性辐射体。
1.4 黑体辐射
2.黑体辐射的三个基本定律 （1）普朗克辐射定律
式中，λ— 波长，m ； T — 黑体温度，K ；
Eb
c15 ec
2
( T )
1
c1 — 第一辐射常数，3.742×10-16 Wm2； c2 — 第二辐射常数，1.4388×10-2 WK；
1
d T 4
式中，σ= 5.67×10-12 w/(cm2K4)，是Stefan-Boltzmann常数。
黑体辐射函数 黑体在波长λ1和λ2区 段内所发射的辐射度， 如图1-5所示。
图1-5 特定波长区段内的黑体辐射
1.4 黑体辐射
（3）维恩位移定律
峰值光谱辐射出度Me,s, λm所对应的波长λm与绝对温
Φe（λ）
Φe(λ)=d Φe / d λ
图1-2 光谱辐射通量与波长关系 0
λ λ +d λ
基本辐射度量的名称、符号和定义方程
1.3 光度量的基本物理量
发光强度Iv 发出波长为555nm的单色辐射，在给定方向上的辐 射强度为1/683（Wsr-1）时，在该方向上的发光强度 规定为1cd。单位：坎德拉（Candela）［cd］，它是 国际单位制中七个基本单位之一。 光通量Φv 光强度为1cd的均匀点光源在1sr内发出的光通量。 单位：流明［lm］。 光照度Ev 单位面积所接受入射光的量 ，单位：勒克斯 lx，相 当于 1平方米面积上接受到1个流明的光通量。
1.3 光度量的基本物理量
结论
光度量和辐射度量的定义及表达式是一一对应的。
辐射度量下标为e，例如Qe，Φe，Ie，Me，Ee，光 度量下标为v，Qv，Φv，Iv，Lv，Mv，Ev。 光度量只在可见光区（３８０－７８０nm)才有意 义。
1.4 黑体辐射
2.黑体辐射的三个基本定律 （1）普朗克辐射定律
式中，λ— 波长，m ； T — 黑体温度，K ；
Eb
c15 ec
2
( T )
1
c1 — 第一辐射常数，3.742×10-16 Wm2； c2 — 第二辐射常数，1.4388×10-2 WK；
1
d T 4
式中，σ= 5.67×10-12 w/(cm2K4)，是Stefan-Boltzmann常数。
黑体辐射函数 黑体在波长λ1和λ2区 段内所发射的辐射度， 如图1-5所示。
图1-5 特定波长区段内的黑体辐射
1.4 黑体辐射
（3）维恩位移定律
峰值光谱辐射出度Me,s, λm所对应的波长λm与绝对温
Φe（λ）
Φe(λ)=d Φe / d λ
图1-2 光谱辐射通量与波长关系 0
λ λ +d λ
基本辐射度量的名称、符号和定义方程
1.3 光度量的基本物理量
发光强度Iv 发出波长为555nm的单色辐射，在给定方向上的辐 射强度为1/683（Wsr-1）时，在该方向上的发光强度 规定为1cd。单位：坎德拉（Candela）［cd］，它是 国际单位制中七个基本单位之一。 光通量Φv 光强度为1cd的均匀点光源在1sr内发出的光通量。 单位：流明［lm］。 光照度Ev 单位面积所接受入射光的量 ，单位：勒克斯 lx，相 当于 1平方米面积上接受到1个流明的光通量。
1.3 光度量的基本物理量
结论
光度量和辐射度量的定义及表达式是一一对应的。
辐射度量下标为e，例如Qe，Φe，Ie，Me，Ee，光 度量下标为v，Qv，Φv，Iv，Lv，Mv，Ev。 光度量只在可见光区（３８０－７８０nm)才有意 义。
红外物理(第二版)课件：辐射度学和光度学基础
其中,V 为体积,单位是 m3。
辐射度学和光度学基础 2.2.3 辐射功率
辐射功率就是发射、传输或接收辐射能的时间速率,用 P 表示,单位是 W,其定义 式为
其中,t为时间,单位为s。
辐射度学和光度学基础
辐射功率主要描述辐射能的时间特性,如许多辐射源的 发射特性,以及辐射探测器的 响应值不取决于辐射能的时间 积累,而取决于辐射功率的大小。
辐射度学和光度学基础 因此,在θ方向观测到的辐射源表面上位置x 处的辐亮度,
就是 Δ2P与 ΔAθ及 ΔΩ 之比的极限值,即
辐亮度的单位是 W/(m2·sr)。
辐射度学和光度学基础
图2-5 辐亮度的定义
辐射度学和光度学基础
由(2-7)式可知,源面上的小面源dA在θ方向的小立体角元 dΩ 内发射的辐射功率为d2P=LcosθdΩdA,所以,dA 向半球空 间发射的辐射功率可以通过对立体角积分得到,即
辐射度学和光度学基础
辐射度学主要是建立在几何光学的基础上,作两个假设: 第一,辐射按直线传播,因 此,辐射的波动性不会使辐射能的空 间分布偏离一条几何光线所规定的光路;第二,辐射 能是不相 干的,所以辐射度学不考虑干涉效应。
与其他物理量的测量相比较,辐射能的测量误差是很大 的,百分之一的误差就认为是 很精确的了。这也只能是在操 作非常小心,所采用的元件、技术、测试标准与上述误差十 分匹配的条件下才能达到的。
辐射度学和光度学基础 对于上述所测量的小面源 ΔA,有
由上式可得
辐射度学和光度学基础 如果小面源的辐亮度L 不随位置变化(由于小面源 ΔA
面积较小,通常可以不考虑L 随 ΔA 上位置的变化),则
即小面源在空间某一方向上的辐射强度等于该面源的辐 亮度乘以小面源在该方向上的 投影面积(或表观面积)。
辐射度学和光度学基础 2.2.3 辐射功率
辐射功率就是发射、传输或接收辐射能的时间速率,用 P 表示,单位是 W,其定义 式为
其中,t为时间,单位为s。
辐射度学和光度学基础
辐射功率主要描述辐射能的时间特性,如许多辐射源的 发射特性,以及辐射探测器的 响应值不取决于辐射能的时间 积累,而取决于辐射功率的大小。
辐射度学和光度学基础 因此,在θ方向观测到的辐射源表面上位置x 处的辐亮度,
就是 Δ2P与 ΔAθ及 ΔΩ 之比的极限值,即
辐亮度的单位是 W/(m2·sr)。
辐射度学和光度学基础
图2-5 辐亮度的定义
辐射度学和光度学基础
由(2-7)式可知,源面上的小面源dA在θ方向的小立体角元 dΩ 内发射的辐射功率为d2P=LcosθdΩdA,所以,dA 向半球空 间发射的辐射功率可以通过对立体角积分得到,即
辐射度学和光度学基础
辐射度学主要是建立在几何光学的基础上,作两个假设: 第一,辐射按直线传播,因 此,辐射的波动性不会使辐射能的空 间分布偏离一条几何光线所规定的光路;第二,辐射 能是不相 干的,所以辐射度学不考虑干涉效应。
与其他物理量的测量相比较,辐射能的测量误差是很大 的,百分之一的误差就认为是 很精确的了。这也只能是在操 作非常小心,所采用的元件、技术、测试标准与上述误差十 分匹配的条件下才能达到的。
辐射度学和光度学基础 对于上述所测量的小面源 ΔA,有
由上式可得
辐射度学和光度学基础 如果小面源的辐亮度L 不随位置变化(由于小面源 ΔA
面积较小,通常可以不考虑L 随 ΔA 上位置的变化),则
即小面源在空间某一方向上的辐射强度等于该面源的辐 亮度乘以小面源在该方向上的 投影面积(或表观面积)。
第一章辐射度和光度学基础
光纤通信 光电子传感（包括光纤传感） 激光印刷与照排 光盘存储
技术领域 能源 生物工程 医疗 化学工程
流通领域 环境保护
应用
激光核聚变 激光分离铀同位素； 太阳能电池
激光诱导细胞融合 激光显微切割染色体
激光光谱诊断、治癌 激光临床医疗
激光引发化学反应 光化学沉淀，激光化学提纯
激光货标扫描器 全息商标、全息饰物 激光标记、纸币防伪标识
Le
dIe
dS cos
d 2e
ddS cos
7. 光谱辐射通量
光谱辐射通量又称为辐射通量的光谱密度。为了表征 辐射，不仅要知道辐射的总通量和强度，还应知道其 光谱组份。辐射源所辐射的能量往往由许多不同波长 的单色辐射所组成，为了研究各种不同波长的辐射通 量，需要对某一波长的单色光的辐射能量做出相应的 定义。光谱辐射通量是单位波长间隔内的辐射度量。
率
,
T
1的物体为绝对黑体，其辐射本领以M
' b
,T
表示，则
M
' b
,
T
M
'
,T
,T
4. 物体的发射率
物体的发射率定义为物体的辐射本领与绝对黑体辐射
本领之比，即
,
T
M
'
,
T
M
' b
,T
可以看出 ,T ,T ，这说明任何具有强辐射 吸收的物体必定发出强的辐射。
辐射度学和光度学中的基本定律
D
辐射能 波长
光学系统的 入瞳直径
辐射的非相干性
辐射能是不相干的，因而不必考虑干涉效应。干涉也是 一种波动现象，电磁辐射能束的时间相干长度，即沿辐 射能束传播方向的相干距离，近似为：
技术领域 能源 生物工程 医疗 化学工程
流通领域 环境保护
应用
激光核聚变 激光分离铀同位素； 太阳能电池
激光诱导细胞融合 激光显微切割染色体
激光光谱诊断、治癌 激光临床医疗
激光引发化学反应 光化学沉淀，激光化学提纯
激光货标扫描器 全息商标、全息饰物 激光标记、纸币防伪标识
Le
dIe
dS cos
d 2e
ddS cos
7. 光谱辐射通量
光谱辐射通量又称为辐射通量的光谱密度。为了表征 辐射，不仅要知道辐射的总通量和强度，还应知道其 光谱组份。辐射源所辐射的能量往往由许多不同波长 的单色辐射所组成，为了研究各种不同波长的辐射通 量，需要对某一波长的单色光的辐射能量做出相应的 定义。光谱辐射通量是单位波长间隔内的辐射度量。
率
,
T
1的物体为绝对黑体，其辐射本领以M
' b
,T
表示，则
M
' b
,
T
M
'
,T
,T
4. 物体的发射率
物体的发射率定义为物体的辐射本领与绝对黑体辐射
本领之比，即
,
T
M
'
,
T
M
' b
,T
可以看出 ,T ,T ，这说明任何具有强辐射 吸收的物体必定发出强的辐射。
辐射度学和光度学中的基本定律
D
辐射能 波长
光学系统的 入瞳直径
辐射的非相干性
辐射能是不相干的，因而不必考虑干涉效应。干涉也是 一种波动现象，电磁辐射能束的时间相干长度，即沿辐 射能束传播方向的相干距离，近似为：
辐射度学与光度学的基础知识
辐射度学与光度学的基础 知识
• 辐射度学基础 • 光度学基础 • 辐射度学与光度学的关系 • 实际应用中的辐射度和光度问题 • 总结与展望
01
辐射度学基础
辐射度学的定义与概念
总结词
辐射度学是研究电磁辐射的发射、传 播、吸收、散射和转换等过程的科学。
详细描述
辐射度学主要关注电磁辐射的能量、 功率、辐射通量、辐射强度等物理量 的测量和计算，以及这些物理量在不 同介质和环境中的变化规律。
02
光度学基础
光度学的定义与概念
总结词
光度学是研究光辐射的度量、测量和应用的学科，它涉及到光辐射的定量描述和测量。
详细描述
光度学主要研究光辐射的属性、度量单位、测量方法和应用。它关注的是光辐射的能量、 功率和辐射通量等物理量的度量，以及这些物理量在不同媒介中的传播、散射和吸收等
行为。
光度量
1. 光通量
光度定律
总结词
光度定律是描述光辐射在不同媒介中传播时遵循的规律， 包括斯涅尔定律、反射定律和折射定律等。
1. 斯涅尔定律
也称为反射定律，它描述了光线在两种不同媒介的交界面 上的反射和折射行为，即入射角等于反射角，折射角与入 射角成正比。
2. 折射定律
当光线从一种媒介进入另一种媒介时，其传播方向会发生 变化，这个变化与两种媒介的折射率有关。折射定律描述 了折射光线与入射光线之间的关系。
光源的辐射度和光度性能
光谱分布
不同光源的光谱分布不同，这决定了它们在颜色 表现、显色指数等方面的性能。
光效
光效是衡量光源效率的指标，光效高的光源在相 同亮度下消耗的电能更少。
寿命与稳定性
光源的寿命和稳定性也是重要的性能指标，它们 决定了光源的使用和维护成本。
• 辐射度学基础 • 光度学基础 • 辐射度学与光度学的关系 • 实际应用中的辐射度和光度问题 • 总结与展望
01
辐射度学基础
辐射度学的定义与概念
总结词
辐射度学是研究电磁辐射的发射、传 播、吸收、散射和转换等过程的科学。
详细描述
辐射度学主要关注电磁辐射的能量、 功率、辐射通量、辐射强度等物理量 的测量和计算，以及这些物理量在不 同介质和环境中的变化规律。
02
光度学基础
光度学的定义与概念
总结词
光度学是研究光辐射的度量、测量和应用的学科，它涉及到光辐射的定量描述和测量。
详细描述
光度学主要研究光辐射的属性、度量单位、测量方法和应用。它关注的是光辐射的能量、 功率和辐射通量等物理量的度量，以及这些物理量在不同媒介中的传播、散射和吸收等
行为。
光度量
1. 光通量
光度定律
总结词
光度定律是描述光辐射在不同媒介中传播时遵循的规律， 包括斯涅尔定律、反射定律和折射定律等。
1. 斯涅尔定律
也称为反射定律，它描述了光线在两种不同媒介的交界面 上的反射和折射行为，即入射角等于反射角，折射角与入 射角成正比。
2. 折射定律
当光线从一种媒介进入另一种媒介时，其传播方向会发生 变化，这个变化与两种媒介的折射率有关。折射定律描述 了折射光线与入射光线之间的关系。
光源的辐射度和光度性能
光谱分布
不同光源的光谱分布不同，这决定了它们在颜色 表现、显色指数等方面的性能。
光效
光效是衡量光源效率的指标，光效高的光源在相 同亮度下消耗的电能更少。
寿命与稳定性
光源的寿命和稳定性也是重要的性能指标，它们 决定了光源的使用和维护成本。
辐射度与光度学的基础知识
Xνλ——光度量；Xeλ——辐射量； Km是常数；V(λ)光谱光视效率。 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。 明视觉：光亮度大于几个cd/m2 暗视觉：光亮度小于0.01cd/m2
二、光度的基本物理量
1. 光通量
单位时间内光源发出的光能量（功率）
780nm
K m
注:
1. 光度量的定义和辐射度量的定义只一字之差，‚
2. 3. 4. 5. 辐射‛——“光‛。 下角标有e、λ、ν，辐射量在与其它量同用时 标e。 从表达式可直接说出定义及物理意义 从表达式可直接说出单位 出射度和照度的表达式相同、单位也相同，注 意一个是发射，一个是接收。
三个发射量的区别和关系
是辐射量对人眼视觉的刺激值。是主观的,不管辐射量大小 ,以看到为准。光谱光视效率是评定该刺激值的参数。 基本物理量是发光强度，单位坎德拉。一个光源发出频率 为540*1012Hz的单色辐射，若在一给定方向上的辐射强度
为1/683W/sr,则该光源在该方向上的发光强度为1cd。
一、光谱光视效能和光谱光视效率
光谱光视效能（K） ，描述某一波长的单色光辐射 通量产生多少相应的单色光通量。即光视效能K定 义为同一波长下测得的光通量与辐射通量的比值， 即
Φ ——在波长λ处的光通量 Φeλ ——在波长λ处的辐射通量 单位：流明/瓦特（lm/W）。
νλ
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
黑体 在物理学中，所谓黑体，是指这样 一种物体，在任何温度下，它将入射的任 何波长的电磁波全部吸收，没有一点反射， 而在相同温度下，它所发射出的热辐射比 任何其他物体都强。 光有多种颜色组成, 黑色吸收所有颜色,不反射任何颜色,即没 有光线进入眼睛时,称之为黑色。如果一个 物体能够全部吸收而不反射投射于其上的 辐射,就称它为绝对黑体,简称为黑体。
辐射度学与光度学的基础知识课件
共同的理论基础
两者都基于物理光学和电磁波理论，研究光与物质的相互作用以及 光的传播、散射、吸收等特性。
交叉应用
在某些领域，如照明工程、光环境评估等，辐射度学与光度学的知 识是相互补充的。
辐射度学与光度学的区别
研究重点不同
辐射度学更注重光辐射的物理特 性和能量测量，而光度学则关注 光对人眼的视觉效应和光照度的
度量。
测量对象不同
辐射度学测量的是光辐射的能量和 功率，而光度学则测量光照度和亮 度等视觉感知相关的参数。
应用领域有差异
辐射度学在能源、环境监测等领域 有广泛应用，而光度学在照明设计、 视觉科学等领域更为常见。
辐射度学与光度学的应用领域
能源与环境监测
照明工程
辐射度学用于测量太阳辐射、红外辐射等 能源相关领域的光辐射参数，以评估能源 利用效率和环境影响。
仪器性能测试
利用光度学参数对光学仪 器进行性能测试和校准。
视觉科学
研究人眼对光的响应和视 觉感知，提高视觉舒适度 和视觉效率。
在辐射测量和检测技术中的应用
辐射度测量
测量光辐射的能量和功率，用于 太阳能利用、激光技术等领域。
辐射安全与防护
评估辐射对人体的影响，制定辐 射安全与防护措施。
检测技术
利用光度学原理发展各种检测技 术，如光谱分析、荧光分析等。
05 辐射度学与光度学的未来 发展
新的物理量和单位的发展
新的物理量
随着科技的发展，辐射度学与光度学 中可能会引入新的物理量，如光子能 量、光子流密度等，以更好地描述光 辐射和光传输过程中的特性。
新的单位
为了适应新的物理量，可能需要发展 新的单位，如光子能量单位“电子伏 特”等，以提供更准确、更一致的度 量标准。
两者都基于物理光学和电磁波理论，研究光与物质的相互作用以及 光的传播、散射、吸收等特性。
交叉应用
在某些领域，如照明工程、光环境评估等，辐射度学与光度学的知 识是相互补充的。
辐射度学与光度学的区别
研究重点不同
辐射度学更注重光辐射的物理特 性和能量测量，而光度学则关注 光对人眼的视觉效应和光照度的
度量。
测量对象不同
辐射度学测量的是光辐射的能量和 功率，而光度学则测量光照度和亮 度等视觉感知相关的参数。
应用领域有差异
辐射度学在能源、环境监测等领域 有广泛应用，而光度学在照明设计、 视觉科学等领域更为常见。
辐射度学与光度学的应用领域
能源与环境监测
照明工程
辐射度学用于测量太阳辐射、红外辐射等 能源相关领域的光辐射参数，以评估能源 利用效率和环境影响。
仪器性能测试
利用光度学参数对光学仪 器进行性能测试和校准。
视觉科学
研究人眼对光的响应和视 觉感知，提高视觉舒适度 和视觉效率。
在辐射测量和检测技术中的应用
辐射度测量
测量光辐射的能量和功率，用于 太阳能利用、激光技术等领域。
辐射安全与防护
评估辐射对人体的影响，制定辐 射安全与防护措施。
检测技术
利用光度学原理发展各种检测技 术，如光谱分析、荧光分析等。
05 辐射度学与光度学的未来 发展
新的物理量和单位的发展
新的物理量
随着科技的发展，辐射度学与光度学 中可能会引入新的物理量，如光子能 量、光子流密度等，以更好地描述光 辐射和光传输过程中的特性。
新的单位
为了适应新的物理量，可能需要发展 新的单位，如光子能量单位“电子伏 特”等，以提供更准确、更一致的度 量标准。
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。
辐射度与光度学的基础知识
3.辐射出射度—描述面光源的发射
辐射体单位面积上（通常为向半空间）发 射的辐射通量，单位为W/m2
M
e
dΦe dS
4.辐射照度—描述面对辐射的接收
接收面单位面积上（通常为从半空间）接 收的辐射通量，单位为W/m2
Ee
dΦe dS
5.辐射强度(Ie)--描述点光源的发射 辐射强度Ie定义为:点辐射源在给定方向上 单位立体角内发射的辐射通量
光电仪器中的常用光源
光辐射探测器的理论基 础
真空光电器件
半导体光电导器件
半导体结型器件
背景
光学系统
目标
调制器
真空成像器件 固体成像器件 热探测器 光辐射的调制 直接探测和相干探测 光电检测电路设计
偏置电路
光电 探测器
前置 放大器
信号 处理
显示
光电检测电路
本课程要求
掌握辐射度、光度学和探测器的物理基础 熟悉光电器件特点及性能参数，能正确选用光
其中一朵与黑体辐射有关
1. 基尔霍夫热辐射定律
描述热平衡下物体的辐射与吸收的一般规律
基尔霍夫热辐射定律
同一热平衡体系中，所有物体的光谱辐射出射度 与吸收比的比值是相同的，并等于平衡体系中的 光谱辐照度。
光谱辐射吸收比
定义:a(λ,T)=Me (λ,T)/Ee (λ,T) Me (λ,T)为其光谱辐射出射度 Ee (λ,T)为热平衡温度T时投射到物体上的光谱辐
习题2
如图所示，求亮度为L的朗伯面元对张角为 a的立体角内辐射的通量
解: L dI d2
dS cos dΩdS cos d2 LdΩdS cos
LdS cos sin d d
a 2
2 LdS cos sin d d LdS sin2 a
第1章辐射度学与光度学
辐射度学 光度学 色度学
绪论
绪论
绪论
基本问题
• 辐射度学： 电磁辐射能的度量与测量： 研究：电磁辐射能量的定义和测量方法。建 立统一的标准。是单纯的客观物理量的问 题 应用：（所有电磁信息测量问题）宇宙光学 、热辐射、
遥感、光与物质的相互作用（光化学技术、光生物技术、 光的热加工），激光技术等领域
ds
d
照度计
一些实际情况下光照度近似值 （lx)
• 晴朗的夏日采光良好的室内照度——100~500 • 夏天太阳不直接照到的露天地面照度： 1000~10000 • 正午露天地面照度——100000 • 工作场所必须照度：——20~100 • 满月夜空在地面的照度：——0.2 • 无月夜空光在地面的照度：——3/10000
附： CIE中间视觉系统 the intermediate sysytem
• CIE2010年发布：CIE191:2010技术报告 • 本报告研究过渡光度视场下的视觉实践，主要 目标是建立过渡光谱灵敏度函数，以作为过渡光 度系统的基础。对夜间前后驾驶的典型视场条件 范围和视觉状况做了评价。 • 以新的、独立的数据对现有的基于过渡光度系 统的视觉特性做了检测与评价，测试与分析的结 果被推荐为基于视觉特性的过渡光度学系统。报 告论述了被推荐系统的合理性并给出了应用的一 般指导方针。
§1-1 辐射度学的基本物理量
• 辐射能： Qe • 以辐射形式发射、传播或接收的能量。 • 单位为焦耳——J • 一般可描述辐射能的积累。
e 辐射通量：
（辐射功率
Pe ）
• 定义：以辐射形式发射、传播或接收的功率
（单位时间内的辐射能）单位为W（瓦—焦耳 每秒）。 • 意义：描述光源发射辐射的能力。 • （描述辐射源的时间特性-能量的时间密度）。
绪论
绪论
绪论
基本问题
• 辐射度学： 电磁辐射能的度量与测量： 研究：电磁辐射能量的定义和测量方法。建 立统一的标准。是单纯的客观物理量的问 题 应用：（所有电磁信息测量问题）宇宙光学 、热辐射、
遥感、光与物质的相互作用（光化学技术、光生物技术、 光的热加工），激光技术等领域
ds
d
照度计
一些实际情况下光照度近似值 （lx)
• 晴朗的夏日采光良好的室内照度——100~500 • 夏天太阳不直接照到的露天地面照度： 1000~10000 • 正午露天地面照度——100000 • 工作场所必须照度：——20~100 • 满月夜空在地面的照度：——0.2 • 无月夜空光在地面的照度：——3/10000
附： CIE中间视觉系统 the intermediate sysytem
• CIE2010年发布：CIE191:2010技术报告 • 本报告研究过渡光度视场下的视觉实践，主要 目标是建立过渡光谱灵敏度函数，以作为过渡光 度系统的基础。对夜间前后驾驶的典型视场条件 范围和视觉状况做了评价。 • 以新的、独立的数据对现有的基于过渡光度系 统的视觉特性做了检测与评价，测试与分析的结 果被推荐为基于视觉特性的过渡光度学系统。报 告论述了被推荐系统的合理性并给出了应用的一 般指导方针。
§1-1 辐射度学的基本物理量
• 辐射能： Qe • 以辐射形式发射、传播或接收的能量。 • 单位为焦耳——J • 一般可描述辐射能的积累。
e 辐射通量：
（辐射功率
Pe ）
• 定义：以辐射形式发射、传播或接收的功率
（单位时间内的辐射能）单位为W（瓦—焦耳 每秒）。 • 意义：描述光源发射辐射的能力。 • （描述辐射源的时间特性-能量的时间密度）。
辐射度与光度学的基础知识
辐射度与光度学的基础知识目录一、辐射度学基础知识 (3)1. 辐射度概念及原理 (4)1.1 辐射度的定义 (5)1.2 辐射度的物理量及其单位 (5)1.3 辐射源的类型与特点 (6)2. 辐射的传播与转换 (7)2.1 辐射的传播方式 (8)2.2 辐射能的转换与传输 (10)2.3 辐射强度的衰减规律 (11)二、光度学基础知识 (12)1. 光度学概述 (13)1.1 光度学的定义与目的 (14)1.2 光学系统的基本组成 (15)1.3 光度学与辐射度学的关系 (16)2. 光学量的测量与计算 (17)2.1 光照度及其测量 (18)2.2 亮度及其计算 (19)2.3 色温与显色指数 (20)三、辐射度与光度在照明设计中的应用 (21)1. 照明设计基本原理 (22)1.1 照明设计的基本要求 (23)1.2 照明设计的步骤与方法 (24)1.3 照明设计的注意事项 (25)2. 辐射度与光度在照明设计中的应用实例 (26)2.1 室内照明设计 (27)2.2 室外照明设计 (28)2.3 特殊场合照明设计 (30)四、辐射安全与防护 (32)1. 辐射安全基础知识 (33)1.1 辐射的种类与特点 (35)1.2 辐射对人体的影响 (36)1.3 辐射安全标准与规范 (37)2. 辐射防护措施及方法 (38)2.1 时间防护 (39)2.2 距离防护 (40)2.3 屏蔽防护 (41)2.4 个人剂量监测与健康管理 (42)五、实验及案例分析 (43)1. 实验教程 (45)1.1 实验一 (46)1.2 实验二 (47)1.3 实验三 (48)2. 案例分析 (49)2.1 案例一 (50)2.2 案例二 (51)一、辐射度学基础知识辐射源与辐射类型：辐射源是发出辐射能量的物体或点。
辐射可以是电磁辐射，如可见光、红外线和紫外线等；也可以是粒子辐射，如电子和光子等。
在光度学中，主要关注的是电磁辐射。