《光辐射与发光源》PPT课件
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• 光度物理量用角标“ν”表示（vision）
下面学习这两套光辐射单位体系物理量。
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1-7
一、辐射度的基本物理量
• 辐射能 Qe—— 焦耳(J)
辐射能是以辐射形式发射或传输的电磁波(主要指紫 外、可见光和红外辐射)能量
Qe h
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1-8
2. 辐射通量 Φe（辐射功率） 瓦特(W) 焦耳/秒(J／s)
• 单位时间内发射、传播或接收的辐射能 量
e
dQe dt
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1-9
3. 辐射强度 Ie——单位：瓦特·球面度-1Biblioteka BaiduW·sr 1)
• 点辐射源在给定方向上发射的在单位立体角内 的辐射通量。
Ie
d e d
一个置于各向同性、均匀介质中的点辐射体向所 有方向发射的总辐射通量是Φe，则该点辐射体在 各个方向的辐射强度Ie是常量，有
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1-15
7. 光谱辐射量
度量名称
符号 定义式
单位名称
单位符号
单色辐射通量
Φe, λ
单色辐射出射度 Me, λ
单色辐射强度
Ie, λ
单色辐射亮度
Le, λ
单色辐射照度
Ee, λ
dΦe/dλ 瓦特／微米 dMe/dλ 瓦特／米2·微米 dIe/dλ 瓦特／球面度·微米 dLe/dλ 瓦特／球面度·米2·微米 dEe/dλ 瓦特／米2·微米
Me
de dS
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1-12
辐射出射度Me和辐射照度Ee区别
• 辐射出射度Me和辐射照度Ee区别：
• Me描述面辐射源向外发射的辐射特性 • Ee描述辐射接收面所接收的辐射特性
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1-13
6. 辐射亮度 Le • 单位：瓦特/球面度·米2(w／sr·m2)
定义：扩展源(面辐射源)表面一点处的面元 在某一给定方向上单位立体角、单位投影面 积内发出的辐射通量，如图l-2所示。
与辐射客体有关的量——客观量。 视觉基亮本暗单特位性是的瓦光特辐(W射)或计者量焦—耳—(J主)。观量 基本单位是坎德拉(cd)
辐射度学适用于整个电磁波段。
光度学只精适选用课件于ppt可见光波段。
1-6
• 虽然辐射度学体系和光度学体系的物理 量在物理概念上不同，但所用的物理符 号一一对应。
• 辐射度物理量用角标“e”表示 (emission)
第一章 光辐射与发光源
光电子技术
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1-1
• 任何光电系统都离不开光辐射源， 所以光辐射原理是光电子技术的基 本研究内容之一。
• 本章主要介绍
• 光辐射的基本概念和原理 • 典型的光辐射源
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1-2
光子的基本概念
• 光是以电磁波方式辐射的物质,具有波粒 二象性
• 麦克斯韦电磁场理论：若在空间某区域 有变化的电场（或变化磁场），在邻近 区域将产生变化的磁场(或变化电场)。
• 这种变化的电场和变化的磁场不断地交 替产生，由近及远以有限的速度在空间 传播，形成电磁波。
• 电磁波波谱范围很广，从无线电波到光 波，从 X射线到γ射线都属于电磁波的范 畴只是波长不同而已。
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1-3
电磁波波段划分及用途
波段（nm） 10 - 5 ~ 30 10 - 4 ~ 100 100 ~ 380 380 ~780 780 ~ 10 6 10 6 ~10 9 10 9 ~10 10
10 10 ~ 5×10 10 5×10 10 ~ 2×10 11
2×10 11 ~ 3×10 12
3×10 12 ~ 3×10 13
名称 γ射线 X射线 紫外线 可见光 红外线 微波 米波（分米波 厘米波） 短波 中短波
中波
长波
用途 金属探伤、研究核结构 医用、探伤、分析晶体结构
医用、照相制版
雷达、光纤通信、导航 电视、雷达、无线电导航 调频广播、电视、导航等 无线电广播、电报通讯
W／μm W／(m2·μm) W／(sr ·μm) w／(sr·m2·μm) W／(m2·μm)
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1-16
二、光度的基本物理量
• 光度单位体系是一套反映视觉亮暗特性的光 辐射计量单位。
（人眼的视觉细胞对不同频率的辐射有不同响应，辐射
度单位不能正确反映人的亮暗感觉。）
• 辐射度学的基本物理量Qe、Φe、Ie、Me、Le、Ee • 光频区光度基本物理量Qv、Φv、Iv、Mv、Lv、Ev
Ie
e
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1-10
4. 辐射照度 Ee ——单位：W／m2
• 受体的辐射照度Ee • 定义为照射在面元上的辐射通量dΦe与该面
元的面积dA之比，即
Ee
de dA
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1-11
5. 辐射出射度Me——单位是W／m2
反映物体辐射能力的物理量。
• 定义为扩展辐射源单位面积向半球空间发射 的辐射通量 。
lm
辐射出射度
Me Me＝dΦe／dS W／m2
光出射度
Mv Mv＝dΦv／dS lm／m2
辐射强度
辐射亮度 辐射照度
Ie
Ie＝dΦe／dΩ W／sr
发光强度
Le
Le＝dIe／ (dScosθ)
W／ (m2·sr )
Ee Ee＝dΦe／dA W／m2
(光)亮度 (光)照度
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Iv
基本量
Le ddSceIosd dd2 Sceos
式中θ是给定方向和辐射源面元法线间的夹 角。
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1-14
辐射出射度Me和辐射亮度Le区别
• 辐射出射度Me和辐射亮度Le 区别：
• Me描述面源的辐射通量的表 面密度。（单位面积向半球 间发射的辐射功率）
• Le描述面源辐射强度的表面 密度。面源在该方向上的单 位投影面积（dAcosθ）向单 位立体角内发射的辐射功率 。
• 定义完全一一对应，其关系如表l—2所示。
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1-17
表1-2 辐射度量和光度量之间的对应关系
辐射度物理量
光度量物理量
物理量名称
符号 定义或定义式
单位
物理量名称 符号 定义或定义式
单位
辐射能
Qe
hν
J
辐射通量
Φe
Φe=d Qe/dt
W
光量
Qv
Qv=∫Φvdt
lm·s
光通量
Φv
Φv=∫ IvdΩ
电报通讯
无线电广播
越洋长距离通讯和导航
光辐射仅占电磁波谱的一小精部选分课件ppt
1-4
• 度量长度用长度物理量——米、厘米等
• 度量时间用时间物理量——秒、分、时
• 怎样对光辐射进行度量呢？
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1-5
§1-1 辐射的基本概念
• 光辐射的探测和计量有两套体系
•辐射度学量 •光度学量
基本量 基本辐量射通量(又称辐射功率)或者辐射能 发光强度不是光通量
下面学习这两套光辐射单位体系物理量。
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1-7
一、辐射度的基本物理量
• 辐射能 Qe—— 焦耳(J)
辐射能是以辐射形式发射或传输的电磁波(主要指紫 外、可见光和红外辐射)能量
Qe h
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1-8
2. 辐射通量 Φe（辐射功率） 瓦特(W) 焦耳/秒(J／s)
• 单位时间内发射、传播或接收的辐射能 量
e
dQe dt
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1-9
3. 辐射强度 Ie——单位：瓦特·球面度-1Biblioteka BaiduW·sr 1)
• 点辐射源在给定方向上发射的在单位立体角内 的辐射通量。
Ie
d e d
一个置于各向同性、均匀介质中的点辐射体向所 有方向发射的总辐射通量是Φe，则该点辐射体在 各个方向的辐射强度Ie是常量，有
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1-15
7. 光谱辐射量
度量名称
符号 定义式
单位名称
单位符号
单色辐射通量
Φe, λ
单色辐射出射度 Me, λ
单色辐射强度
Ie, λ
单色辐射亮度
Le, λ
单色辐射照度
Ee, λ
dΦe/dλ 瓦特／微米 dMe/dλ 瓦特／米2·微米 dIe/dλ 瓦特／球面度·微米 dLe/dλ 瓦特／球面度·米2·微米 dEe/dλ 瓦特／米2·微米
Me
de dS
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1-12
辐射出射度Me和辐射照度Ee区别
• 辐射出射度Me和辐射照度Ee区别：
• Me描述面辐射源向外发射的辐射特性 • Ee描述辐射接收面所接收的辐射特性
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1-13
6. 辐射亮度 Le • 单位：瓦特/球面度·米2(w／sr·m2)
定义：扩展源(面辐射源)表面一点处的面元 在某一给定方向上单位立体角、单位投影面 积内发出的辐射通量，如图l-2所示。
与辐射客体有关的量——客观量。 视觉基亮本暗单特位性是的瓦光特辐(W射)或计者量焦—耳—(J主)。观量 基本单位是坎德拉(cd)
辐射度学适用于整个电磁波段。
光度学只精适选用课件于ppt可见光波段。
1-6
• 虽然辐射度学体系和光度学体系的物理 量在物理概念上不同，但所用的物理符 号一一对应。
• 辐射度物理量用角标“e”表示 (emission)
第一章 光辐射与发光源
光电子技术
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1-1
• 任何光电系统都离不开光辐射源， 所以光辐射原理是光电子技术的基 本研究内容之一。
• 本章主要介绍
• 光辐射的基本概念和原理 • 典型的光辐射源
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1-2
光子的基本概念
• 光是以电磁波方式辐射的物质,具有波粒 二象性
• 麦克斯韦电磁场理论：若在空间某区域 有变化的电场（或变化磁场），在邻近 区域将产生变化的磁场(或变化电场)。
• 这种变化的电场和变化的磁场不断地交 替产生，由近及远以有限的速度在空间 传播，形成电磁波。
• 电磁波波谱范围很广，从无线电波到光 波，从 X射线到γ射线都属于电磁波的范 畴只是波长不同而已。
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1-3
电磁波波段划分及用途
波段（nm） 10 - 5 ~ 30 10 - 4 ~ 100 100 ~ 380 380 ~780 780 ~ 10 6 10 6 ~10 9 10 9 ~10 10
10 10 ~ 5×10 10 5×10 10 ~ 2×10 11
2×10 11 ~ 3×10 12
3×10 12 ~ 3×10 13
名称 γ射线 X射线 紫外线 可见光 红外线 微波 米波（分米波 厘米波） 短波 中短波
中波
长波
用途 金属探伤、研究核结构 医用、探伤、分析晶体结构
医用、照相制版
雷达、光纤通信、导航 电视、雷达、无线电导航 调频广播、电视、导航等 无线电广播、电报通讯
W／μm W／(m2·μm) W／(sr ·μm) w／(sr·m2·μm) W／(m2·μm)
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1-16
二、光度的基本物理量
• 光度单位体系是一套反映视觉亮暗特性的光 辐射计量单位。
（人眼的视觉细胞对不同频率的辐射有不同响应，辐射
度单位不能正确反映人的亮暗感觉。）
• 辐射度学的基本物理量Qe、Φe、Ie、Me、Le、Ee • 光频区光度基本物理量Qv、Φv、Iv、Mv、Lv、Ev
Ie
e
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1-10
4. 辐射照度 Ee ——单位：W／m2
• 受体的辐射照度Ee • 定义为照射在面元上的辐射通量dΦe与该面
元的面积dA之比，即
Ee
de dA
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1-11
5. 辐射出射度Me——单位是W／m2
反映物体辐射能力的物理量。
• 定义为扩展辐射源单位面积向半球空间发射 的辐射通量 。
lm
辐射出射度
Me Me＝dΦe／dS W／m2
光出射度
Mv Mv＝dΦv／dS lm／m2
辐射强度
辐射亮度 辐射照度
Ie
Ie＝dΦe／dΩ W／sr
发光强度
Le
Le＝dIe／ (dScosθ)
W／ (m2·sr )
Ee Ee＝dΦe／dA W／m2
(光)亮度 (光)照度
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Iv
基本量
Le ddSceIosd dd2 Sceos
式中θ是给定方向和辐射源面元法线间的夹 角。
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辐射出射度Me和辐射亮度Le区别
• 辐射出射度Me和辐射亮度Le 区别：
• Me描述面源的辐射通量的表 面密度。（单位面积向半球 间发射的辐射功率）
• Le描述面源辐射强度的表面 密度。面源在该方向上的单 位投影面积（dAcosθ）向单 位立体角内发射的辐射功率 。
• 定义完全一一对应，其关系如表l—2所示。
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表1-2 辐射度量和光度量之间的对应关系
辐射度物理量
光度量物理量
物理量名称
符号 定义或定义式
单位
物理量名称 符号 定义或定义式
单位
辐射能
Qe
hν
J
辐射通量
Φe
Φe=d Qe/dt
W
光量
Qv
Qv=∫Φvdt
lm·s
光通量
Φv
Φv=∫ IvdΩ
电报通讯
无线电广播
越洋长距离通讯和导航
光辐射仅占电磁波谱的一小精部选分课件ppt
1-4
• 度量长度用长度物理量——米、厘米等
• 度量时间用时间物理量——秒、分、时
• 怎样对光辐射进行度量呢？
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1-5
§1-1 辐射的基本概念
• 光辐射的探测和计量有两套体系
•辐射度学量 •光度学量
基本量 基本辐量射通量(又称辐射功率)或者辐射能 发光强度不是光通量