第四章 光源和光的调制..

（3）发光的颜色取决于材料；变色发光二极管（随通过的
电流大小而改变颜色）。 （4）可用于显示、照明、信号光源等。
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特点
－发光亮度与正向电流成正比例关系 －响应速度极快 －正向电压低，耗电少 －体积小、重量轻、抗冲击、耐振动、寿
（4）其它方面要求：如灯丝的结构和形状；发光面积的大小和构成；
灯泡玻壳的形状和均匀性；光源发光效率和空间分布；激光测量：漂 移、光斑大小、光形状等。
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发光二极管
概况
（1）实质是一个PN结，在PN结上加正向电压，流过一
定电流，就会发出光束。
（2）LED(Light Emiting Diode) 电致发光。
Ie d

辐射强度: 点辐射源在给定方向上单位时间单位立体 角内所辐射的能量为该方向上的辐射强度。单位： W/sr 对各向同性的点光源，所有方向发射的总辐射通量为：
e 4I e
2
辐射的基本物理量：

辐出度：面辐射源单位面积发射出的辐射通量。单位： W/m2 d e
Me dA

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d e ddA
4.2 光辐射在空气中的传播
光电测量中的光波多在空气中和光学玻璃中传播。由于在光电检 测中通常以空气为信道，大气构成成分的复杂和不稳定性影响光束 的特性，影响测量效果。

大气衰减
大气中存在的多种气体分子、尘埃、烟雾、湿气等使部分辐射能 量被吸收、转换、辐射，使辐射能衰减或改变原来的传播方向。 结果：导致测量精度降低或者无法进行测量。
子轰击由低能态跃迁到高能态；当它由受激状态回到低能 态时就会发出辐射 。 （2）光致发光：物体被光直接照射或预先被照射而引起自 身的辐射，光、紫外线、射线等激发而引起的发光 。
（3）化学发光：由化学反应提供能量引起的发光，它是由
化学反应直接引起的发光。如黄磷因氧化而自然发光 。
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光的产生方法
（4）热发光：物体加热到一定温度时的发光。热辐射是一 种能达到平衡状态的辐射。辐射的频率与强度取决于热 平衡的温度，达到热平衡时的辐射就是所谓的黑体辐 射。 （5）生物发光：萤火虫、发光细菌等的生物发光。 （6）阴极射线发光：由电子束激发荧光物质发光，如电视 机的显像管。
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光的产生和光源选择的基本要求
光的产生方式: 温度辐射和发光
（1）平衡辐射：炽热物体－热辐射 物体温度高于绝对零度（-273°C） 温度低时：红外光 温度升高：可见光（白炽灯）
（2）非平衡辐射：发光
外界作用的激发-物体偏离原来的热平衡态－发光
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光的产生方法
（1）电致发光：电能－>光能，原子或离子被电场加速的电
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光源选择的基本要求
（1）光谱特性要求：光源发光的光谱特性必须满足检测系统的要求 。 （2）发光强度要求：确保光电测试系统的正常工作，光源强度过低， 系统获得信号过小，无法正常测试，光源强度过高，又会导致系统工
作的非线性
（3）稳定性要求：一般要求时，可采用稳压电源供电。当要求较高时， 可采用稳流电源供电。
辐射亮度：扩展辐射源在给定方向上单位立体角、单 位投影面积内发出的辐射通量。单位：W/(sr.m2)
Le

辐射效率：光源所发出的辐射通量和外界提供给光源 的功率之比。
Qe e 100% P
Ie dA cos
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光度学中的各物理量在光谱的可见波段才有意义。人眼对 各种波长光线的视觉灵敏度不同，相同光能量的各种波长 光线所产生的视觉效果不同。
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光度学的基本物理量：

发光强度：点光源在给定方向的立体角内发射的光通 量。单位：坎德拉(cd) d
Iv
v
d

发光效率： 光源发射的总光通量与提供的功率之比为 发光效率。
v
Qv 100% P
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热辐射基本定律
物体热辐射：靠加热保持一定温度使内能不变而持续辐射的辐射 形式，凡能发射连续光谱，且辐射是温度的函数的物体叫热辐射体。

普朗克辐射定律：黑体表面向半球面空间发射波长为λ的光 谱辐射度是黑体温度和波长的函数。
M eb (T ) 2hc2
5 (e hc / kBT 1)

斯忒藩-玻尔兹曼定律
M eb (T )


0
M eb (T )d


2hc2
0
5 (e hc / kBT 1)
d T 4
第四章 光度学基础和光源
• 发光体实际上是一个电磁辐射波源，光学系统可 以看作是辐射能的传输系统。光电系统中能产生 辐射的系统称为光源，它的质量的好坏对测量系 统精度有很大影响。
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定量分析光与物质相互作用所产生的光电效应。
Biblioteka Baidu辐射的基本物理量：


辐射能：一种传播电磁波的能量，当辐射能被物质吸 收时，可以转化成其它形式的能量。符号表示：Qe,单 dQe 位：焦耳(J) e dt 辐射通量：单位时间内流过面积元dA的辐射能量，单 位为瓦特。 d e
光度学的基本物理量： 光谱辐射度：辐射源所辐射的某一波长的单色光的辐 射能量 。
d d

光通量：光源表面在无穷小时间内发射、传播或接收 所有可见光谱光能定义为光通量。单位：流明(lm)
dQv v dt

光出度 M v：面光源表面某点处的面元向半球面空间发 射的光通量与面元面积之比。单位：勒克斯(lx,lm/m2)

大气分子吸收：不同分子的结构不同，其光谱吸收特性不
同 。
大气分子散射 空气湍流效应：湍流状态使光辐射在传播过程中随机 地改变其光波参量，出现光束截面内的光强闪烁、光 束弯曲和漂移、光束弥散、畸变以及相干性退化等现 象。
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4.3 光源
光电测试是采用光电的方法对带有待测信息的光辐射 物体的测试，在任何光电测试系统中，都离不开一定形 式的光源。光源的质量对光电测量起着非常重要的作用。 光源分类：自然光源和人造光源。 一、光的产生和光源选择的基本要求 二、发光二极管 三、激光光源 四、其它光源
黑体的辐射出射度只与黑体的温度有关，而与黑体的其它性质无关。
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光辐射的度量

辐射本领：辐射表面在单位波长间隔单位面积内所辐射的通量。
' M (, T )

吸收本领：吸收本领是在波长 到 d 间隔内被物体吸收 的通量与入射通量之比，与物体的温度及波长有关。
d 'e ( ) ( , T ) d e ( )