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1、1大学物理2大学物理12-1辐射度学的基本物理量辐射度学的基本物理量12-2光度学的基本物理量光度学的基本物理量12-3照度定律照度定律3大学物理辐射度学与光度学辐射度学辐射度学(Radiometry)是研究电磁辐射能测量的一是研究电磁辐射能测量的一门科学门科学. .辐射度量辐射度量是用能量单位描述光辐射能的客观物理量是用能量单位描述光辐射能的客观物理量. .光度学光度学(Photometry)是研究光度测量的一门科学是研究光度测量的一门科学. .光度量光度量是光辐射能为平均人眼接受所引起的视觉刺是光辐射能为平均人眼接受所引起的视觉刺激大小的度量激大小的度量. .4大学物理光辐射光辐射 以电磁
2、波形式或粒子（光子）形式传播的能量，以电磁波形式或粒子（光子）形式传播的能量，它们可以用光学元件反射、成像或色散，这种能量它们可以用光学元件反射、成像或色散，这种能量及其传播过程称为光辐射。一般认为其波长在及其传播过程称为光辐射。一般认为其波长在10nm1mm，或频率在，或频率在3 1016Hz3 1011Hz范围范围内。一般按辐射波长及人眼的生理视觉效应将光辐内。一般按辐射波长及人眼的生理视觉效应将光辐射分成三部分：紫外辐射、可见光和红外辐射。一射分成三部分：紫外辐射、可见光和红外辐射。一般在可见到紫外波段波长用般在可见到紫外波段波长用nm、在红外波段波长、在红外波段波长用用 m表示。波数的
3、单位习惯用表示。波数的单位习惯用cm-1。5大学物理辐射度单位辐射度单位和和光度单位光度单位两套不同的体系。两套不同的体系。辐辐射射度度单单位位体体系系中中，辐辐通通量量（又又称称为为辐辐射射功功率率）或或者者辐辐射射能能是是基基本本量量，是是只只与与辐辐射射客客体体有有关关的的量量。其其基基本本单单位位是是瓦瓦特特（W）或或者者焦焦耳耳（J）。辐辐射射度度学学适适用用于于整个电磁波段。整个电磁波段。光度单位体系光度单位体系是一套反映视觉亮暗特性的光辐射计是一套反映视觉亮暗特性的光辐射计量单位，被选作基本量的不是光通量而是发光强度，量单位，被选作基本量的不是光通量而是发光强度，其基本单位是坎德
4、拉。光度学只适用于可见光波段。其基本单位是坎德拉。光度学只适用于可见光波段。物物理理量量符符号号标标角角标标“e”表表示示辐辐射射度度物物理理量量，角标角标“v”表示光度物理量。表示光度物理量。6大学物理12-1 辐射度学的基本物理量7大学物理一一 辐射能辐射能辐射能是以辐射形式发射或传输的电磁波（主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）要指紫外、可见光和红外辐射）能量能量。当辐射能被其它物质吸收时，可以转变为其它当辐射能被其它物质吸收时，可以转变为其它形式的能量，如热能、电能等。形式的能量，如热能、电能等。单位：焦耳单位：焦耳J8大学物理二 辐射通量辐射通量辐射
5、通量 e又称为辐射功率，是指以辐射形又称为辐射功率，是指以辐射形式发射、传播或接收的功率。式发射、传播或接收的功率。单位时间内流过的辐射能量单位时间内流过的辐射能量。单位：瓦特单位：瓦特W9大学物理三 辐射出射度 辐射出射度辐射出射度Me是用来反映物体辐射能力的物理量。是用来反映物体辐射能力的物理量。辐射体单位面积向半球面空间发射的辐射通量。辐射体单位面积向半球面空间发射的辐射通量。单位：瓦特每平方米（单位：瓦特每平方米（W/m2）面光源面光源A A向的半球面空间发射的向的半球面空间发射的总辐射通量总辐射通量 10大学物理四 辐射强度点辐射源在给定方向上发射的在单位立体角内点辐射源在给定方向上
6、发射的在单位立体角内的辐射通量。的辐射通量。单位：瓦特单位：瓦特球面度球面度-1（Wsr-1）点光源在有限立体角点光源在有限立体角内发射的辐通量内发射的辐通量 Sdde11大学物理五 辐射亮度面辐射源在某一给定方向上的辐射通量。面辐射源在某一给定方向上的辐射通量。单位：瓦特单位：瓦特/球面度球面度米米2（W/srm2）。）。SddSd12大学物理有些辐射体的辐射强度在空间方向上的分布满足有些辐射体的辐射强度在空间方向上的分布满足 可见可见: :余弦辐射体的辐射亮度是均匀的，与方向余弦辐射体的辐射亮度是均匀的，与方向角角 无关。无关。余弦辐射体的辐射出射度余弦辐射体的辐射出射度沿其法线方向的辐射
7、强度沿其法线方向的辐射强度余弦辐射体或朗伯体余弦辐射体或朗伯体余弦辐射体的辐射亮度余弦辐射体的辐射亮度13大学物理六 辐射照度在辐射在辐射接收面接收面上的辐照度定义为照射在面元上的辐照度定义为照射在面元dA上的辐射通量与该面元的面积之比。上的辐射通量与该面元的面积之比。单位：瓦特每平方米（单位：瓦特每平方米（W/m2）不要把辐照度不要把辐照度Ee与辐出度与辐出度Me混淆起来。虽然两者单位混淆起来。虽然两者单位相同，但定义不一样。辐照度是从物体表面接收辐射通相同，但定义不一样。辐照度是从物体表面接收辐射通量的角度来定义的，辐出度是从面光源表面发射辐射的量的角度来定义的，辐出度是从面光源表面发射辐
8、射的角度来定义的角度来定义的14大学物理七 光谱辐射度量单位波长间隔内对应的辐射度量，称为光谱辐单位波长间隔内对应的辐射度量，称为光谱辐射度量，也叫辐射量的光谱密度，是辐射量波长的射度量，也叫辐射量的光谱密度，是辐射量波长的变化率。变化率。 光谱辐射度量与辐射度量之间满足光谱辐射度量与辐射度量之间满足 15大学物理12-2 光度学的基本物理量16大学物理光度量光度量 光光度度单单位位体体系系是是一一套套反反映映视视觉觉亮亮暗暗特特性性的的光光辐辐射射计计 量量 单单 位位 ， 在在 光光 频频 区区 域域 光光 度度 学学 的的 物物 理理 量量 可可 以以 用用 与与辐辐度度学学的的基基本本
9、物物理理量量对对应应的的来来表表示示，其其定定义义完完全全一一一对应。一对应。 与与辐辐射射度度量量体体系系不不同同，在在光光度度单单位位体体系系中中，被被选选作作基基本本单单位位的的不不是是光光量量或或光光通通量量，而而是是发发光光强强度度，其其单单位位是是坎坎德德拉拉。坎坎德德拉拉不不仅仅是是光光度度体体系系的的基基本本单单位位，而且也是而且也是国际单位制（国际单位制（SISI）的七个基本单位之一）的七个基本单位之一。 17大学物理光视效能：光视效能：光视效能描述某一波长的单色光辐射通量光视效能描述某一波长的单色光辐射通量可以产生多少相应的单色光通量。可以产生多少相应的单色光通量。 同一波
10、长下测得的光通量与辐射通量的比之，即同一波长下测得的光通量与辐射通量的比之，即一 光谱光视效能和光谱光视效率 单位：流明单位：流明/ /瓦特（瓦特（lm/Wlm/W） 通过对标准光度观察者的实验测定，在辐射频率通过对标准光度观察者的实验测定，在辐射频率540540 1012Hz1012Hz（波长（波长555nm555nm）处，）处，K K 有最大值，其数值有最大值，其数值为为Km=683lm/WKm=683lm/W。单色光视效率是单色光视效率是K K 用用KmKm归一化的结果，定义为归一化的结果，定义为 18大学物理19大学物理二常用辐度量和光度量之间的对应关系辐射度物理量辐射度物理量对应的光
11、度量对应的光度量物理量名称物理量名称 符号符号 定义或定义式定义或定义式单位单位物理量名物理量名称称符号符号 定义或定义式定义或定义式 单位单位辐射能辐射能辐射通量辐射通量辐射出射度辐射出射度辐射强度辐射强度辐射亮度辐射亮度辐射照度辐射照度Qe eMeIeLeEe edQe/dtMe=d edSIe=d e/d Le=dIe/(dScos )Ee=d e/dAJWW/m2W/srW/m2srW/m2光量光量光通量光通量光出射度光出射度发光强度发光强度(光光)亮度亮度(光光)照度照度Qv vMvIvLvEvQv= v dt v= Iv d Mv=d v/dSIv=d v/d Lv=dIv/(dS
12、cos )Ev=d v/dAlmslmlm/m2cdcd/m2lx20大学物理12-3 照度定律21大学物理SddedS dSn一余弦定律.朗伯定律朗伯定律在在方向上：方向上：在法线方向上：在法线方向上：如果发光面或漫射面的亮度不随方向而改变，则有如果发光面或漫射面的亮度不随方向而改变，则有: :2. 朗伯光源朗伯光源只有绝对黑体才是朗伯光源只有绝对黑体才是朗伯光源遵从朗伯定律的光源称为朗伯光源遵从朗伯定律的光源称为朗伯光源22大学物理余弦定律同理可用于余弦定律同理可用于光照度光照度上上 dSndS 23大学物理二平方反比定律Sd d edS dS n面积元面积元dSdS对点光源所张的立体角对
13、点光源所张的立体角 内的光通量内的光通量dSdS面上的光照度面上的光照度 它描述了点辐射源产生的照度的规律，是它描述了点辐射源产生的照度的规律，是来自均匀点光源向空间发射球面波的特性。来自均匀点光源向空间发射球面波的特性。 24大学物理例例12-1一氦氖激光器发出一氦氖激光器发出10mW的波长为的波长为632.8nm的激的激光束，发散角为光束，发散角为1mrad，发散角与立体角的关系为，发散角与立体角的关系为，若波长若波长632.8nm632.8nm光波的光谱光效率光波的光谱光效率 0.24,0.24,试求：试求：(1)(1)此激光束的光通量和发光强度；此激光束的光通量和发光强度；(2)(2)
14、若此激光输出光束的截面的直径为若此激光输出光束的截面的直径为1mm,1mm,求其光亮度；求其光亮度；(3)(3)以这样的激光束照射在以这样的激光束照射在10m10m处的白色屏幕上的光照度处的白色屏幕上的光照度. .解：解：(1)(1)光通量光通量 相应的立体角为相应的立体角为 发光强度发光强度 25大学物理例例12-1一氦氖激光器发出一氦氖激光器发出10mW的波长为的波长为632.8nm的激的激光束，发散角为光束，发散角为1mrad，发散角与立体角的关系为，发散角与立体角的关系为，若波长若波长632.8nm632.8nm光波的光谱光效率光波的光谱光效率 0.24,0.24,试求：试求：(1)(
15、1)此激光束的光通量和发光强度；此激光束的光通量和发光强度；(2)(2)若此激光输出光束的截面的直径为若此激光输出光束的截面的直径为1mm,1mm,求其光亮度；求其光亮度；(3)(3)以这样的激光束照射在以这样的激光束照射在10m10m处的白色屏幕上的光照度处的白色屏幕上的光照度. .解：解：（2 2）由于激光束的方向与光束输出截面）由于激光束的方向与光束输出截面dAdA的法线的法线相一致相一致. .26大学物理例例12-1一氦氖激光器发出一氦氖激光器发出10mW的波长为的波长为632.8nm的激的激光束，发散角为光束，发散角为1mrad，发散角与立体角的关系为，发散角与立体角的关系为，若波长若波长632.8nm632.8nm光波的光谱光效率光波的光谱光效率 0.24,0.24,试求：试求：(1)(1)此激光束的光通量和发光强度；此激光束的光通量和发光强度；(2)(2)若此激光输出光束的截面的直径为若此激光输出光束的截面的直径为1mm,1mm,求其光亮度；求其光亮度；(3)(3)以这样的激光束照射在以这样的激光束照射在10m10m处的白色屏幕上的光照度处的白色屏幕上的光照度. .解：（解：（3 3）激光在屏幕上照射的面积）激光在屏幕上照射的面积 27大学物理
