1、內(nèi)容簡(jiǎn)介:本章主要介紹光度學(xué)與輻射度學(xué)的基本物理量及其單位、計(jì)算等 教學(xué)目的：在紅外物理（技術(shù)）及其應(yīng)用的科學(xué)實(shí)踐和工程設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會(huì)遇到各種形式的輻射源發(fā)出輻射的問題和測(cè)量問題。掌握輻射出射度、輻射強(qiáng)度、輻射亮度、輻射照度的基本概念及計(jì)算 教學(xué)方法：面授 教學(xué)手段：投影加板書 學(xué)時(shí)分配：6 重點(diǎn)、難點(diǎn)：輻射出射度、輻射強(qiáng)度、輻射亮度、輻射照度的基本概念及計(jì)算。,第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),作業(yè)： 1. 各向同性的點(diǎn)輻射體，其輻射強(qiáng)度為4W/sr，求它在整個(gè)空間的輻射通量。 2. 一點(diǎn)輻射體載上半空間發(fā)出的輻射通量位62.8W，求該輻射體在上半空間的平均輻射強(qiáng)度。 3. 房間的面積為4.58

2、m3.66m，由100cd電燈照明。電燈懸于天花板中央，離地2.44m，設(shè)燈在各個(gè)方向的發(fā)光強(qiáng)度均相同。求地面上不同位置的照度：1）燈的下方； 2）房間的一角。 4. 陽光垂直照射地面時(shí)，照度為104lx。若認(rèn)為太陽是朗伯輻射體，并忽略大氣衰減，已知地球軌道半徑為1.5108km，太陽直徑為1.4106km，求太陽的光亮度和輻射亮度。（設(shè)Km=683 lm/W）。,第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),復(fù)習(xí)練習(xí)： 1.解釋概念：紅外輻射，點(diǎn)輻射源，擴(kuò)展源，漫輻射， 2.坎德拉是如何定義的？ 3.光源確定后，如何使受輻射面積上獲得最大照度？根據(jù)什么定律？ 4.幾個(gè)光源同時(shí)照在某一點(diǎn)時(shí)，該點(diǎn)處的照度如何表

3、示？ 5.光亮度與輻射亮度是否相等？光照度與輻射照度呢？ 6.陽光垂直照射地面時(shí)，照度為104lx。若認(rèn)為太陽是朗伯輻射體，并忽略大氣衰減，已知地球軌道半徑為1.5108km，太陽直徑為1.4106km，求太陽的總光通量和光出射度。,第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),2.1 引言 光度學(xué)：包含人眼的光學(xué)特性，只限于可見光 輻射度學(xué)：不涉及人眼的光學(xué)特性，規(guī)律適用于從紫外到 紅外波段,第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),輻射度學(xué)用輻射量，光度學(xué)用光度量,輻射度學(xué)與光度學(xué)區(qū)別：前者是純物理量，后者是通過對(duì) 人眼進(jìn)行測(cè)試和統(tǒng)計(jì)得出,注意：輻射量和光度量的名稱基本一致 電磁輻射的三個(gè)特性：傳播的直線性，波動(dòng)性和

4、量子性 研究過程的兩個(gè)假設(shè)：輻射按直線傳播；輻射能不相干,2.2 描述輻射場(chǎng)的基本物理量：立體角 輻射能 輻射通量 輻射強(qiáng)度 輻射出射度 輻射亮度 輻射照度,第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),一.立體角,整個(gè)空間所對(duì)應(yīng)的立體角,計(jì)算公式,球冠所對(duì)應(yīng)的立體角,球臺(tái)側(cè)面積所對(duì)應(yīng)的立體角,二.輻射量,第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),輻射能Q,輻射通量,輻射強(qiáng)度I,相關(guān)概念：點(diǎn)源，擴(kuò)展源，面源,物理意義,定義,輻射出射度M,定義,物理意義,輻射亮度L,第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),輻射照度E,定義,物理意義,歸納輻射通量的幾種計(jì)算方法：,已知輻射強(qiáng)度求輻射通量,已知輻射出射度求輻射通量,已知輻射亮度求輻射通

5、量,已知輻射照度求輻射通量,2.3光譜輻射量 與 光子輻射量,第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),光譜輻射通量,光譜輻射強(qiáng)度,光譜輻射出射度,光譜輻射亮度,光譜輻射照度,光子輻射通量,光子輻射強(qiáng)度,光子輻射出射度,光子輻 射亮度,光子輻射照度,第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),2.4 光度量 一、聯(lián)系輻射量與光學(xué)量之間的量,光譜光視效率（視見函數(shù)）,光視效能,光譜光視效能,最大光譜光視效能 Km = 683 lm/w,光視效率,光視效率與光 譜光視效率的關(guān)系,暗適應(yīng) 亮適應(yīng) 明視覺 暗視覺,第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),二、光度量:光通量 發(fā)光強(qiáng)度 光出射度 光亮度 光照度,光照度,光通量,發(fā)光強(qiáng)度,光

6、出射度,光亮度,“坎德拉” 定義： 頻率為5401012Hz的單色輻射光源 在給定方向上其輻射強(qiáng)度為（1/683）W/sr時(shí)所產(chǎn)生的發(fā)光強(qiáng)度為1“坎德拉”。,由發(fā)光強(qiáng)度的單位導(dǎo)出光度學(xué)的其他單位 光通量單位： 1“流明”=1“坎德拉”1“球面度” 照度單位： 1勒克斯 = 1“流明” /1平方米,對(duì)線光譜,第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),光照度單位換算表 。（P18表2-3）,第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),常見物體的照度。（P18表2-4）,第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),光度學(xué)和輻射度學(xué)基本物理量一覽表。（P19表2-5）,第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),例1：如圖，在桌面OB上方有一盞100W

7、的鎢絲充氣燈泡P，其發(fā)光效率為15lm/ W，光源在各方向均勻發(fā)光，燈泡可在垂直桌面方向上下移動(dòng)，問燈泡離桌面多高時(shí)，B點(diǎn)（OB=1m）處的光照度最大？該光照度等于多大？,解：光源的光通量為： V =P=15100 = 1500lm， 由于燈泡在各方向均勻發(fā)光，看成點(diǎn)光源，則=4,第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),令OPx ，則,所以,2.5 朗伯余弦定律和漫輻射源的輻射特性,第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),一、漫輻射源 漫輻射指輻射亮度與方向無關(guān)的輻射。,鏡面反射（很光或鍍得很好 反射鏡 反射光線方向性很好 觀察耀眼）,漫反射（反射體表面粗糙 反射光線無方向性 各方向觀察感覺無差別）,朗伯余弦定律

8、 理想漫反射源單位表面積向空間指定方向單位立體角內(nèi)發(fā)射（或反射）的輻射功率和該指定方向與表面法線夾角的余弦成正比 ?；蚋鱾€(gè)方向上輻射亮度相等的發(fā)射表面，其輻射強(qiáng)度按余弦規(guī)律變化,二、漫輻射源（朗伯輻射源）的輻射特性：,第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),朗伯輻射源各方向的輻射亮度相等,朗伯輻射源的輻射亮度與輻射出射度關(guān)系,朗伯輻射源的輻射亮度與輻射強(qiáng)度關(guān)系,朗伯輻射源的輻射強(qiáng)度與輻射通量關(guān)系,朗伯輻射源的輻射亮度與輻射照度關(guān)系,2.6 輻射量的基本規(guī)律及計(jì)算,第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),一、距離平方反比定律 點(diǎn)輻射源在某點(diǎn)產(chǎn)生的照度的規(guī)律,例1：在一平面A上4米高處有一發(fā)光強(qiáng)度 為100cd的各向

9、同性的點(diǎn)光源C，求C在面A 上的P點(diǎn)和o點(diǎn)產(chǎn)生的照度，OcP =60,據(jù)距離平方反比定律，對(duì)o點(diǎn)：,對(duì)P點(diǎn)：,例2：（P.21）,第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),例2：測(cè)量得白熾燈在1米處產(chǎn)生的照度為10lm/m2，求其在0.5米處產(chǎn)生的照度是多少？（見圖2-13）,解：把白熾燈看成點(diǎn)光源，據(jù)距離平方反比定律，有,第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),例3：滿月能在地面產(chǎn)生0.2 lx的照度。而月亮到地球的距離是3.78105km，計(jì)算月亮的發(fā)光強(qiáng)度。,解：據(jù)距離平方反比定律,二、立體角投影定律微小面輻射源在某點(diǎn)產(chǎn)生的照度的規(guī)律。,第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),特例：當(dāng) 0,三、組合定律多個(gè)輻射源照射同

10、一點(diǎn)，產(chǎn)生的照度的規(guī)律,四、塔爾伯特（Talbot）定律輻射通過紅外系統(tǒng)的調(diào)制盤前后，某輻射量的變化關(guān)系,式中，t總總的時(shí)間； t輻射量通過調(diào)制盤開口的時(shí)間； X0輻射通過調(diào)制盤前的輻射量； X 輻射通過調(diào)制盤后的輻射量；,調(diào)制盤的知識(shí) 調(diào)制盤的功能和特點(diǎn)： 用作斬光器，將連續(xù)輻射變成交變輻射； 用作空間濾波器，把被測(cè)目標(biāo)從背景中識(shí)別出來。 用作對(duì)目標(biāo)方位進(jìn)行編碼的編碼器，提供目標(biāo)方位信息。 即具備調(diào)制、編碼和空間濾波三種功能。 高的調(diào)制效率；精確地對(duì)目標(biāo)位置進(jìn)行編碼；最佳的空間濾波性能；并能與紅外器件、電子部件的最佳工作頻率相配合。,第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),幾種典型調(diào)制盤,第二章 光度

11、學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),平移條帶狀調(diào)制盤,旭日型調(diào)制盤即太陽光芒型調(diào)制盤,輻條均勻旋轉(zhuǎn) 調(diào)制盤即斬光盤,振幅調(diào)制,2.7 輻射的反射、吸收和透射,第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),一、反射率、吸收率和透射率,1,光譜反射率、吸收率和透射率,1（）（）（）,全反射率與光譜反射率關(guān)系,全吸收率與光譜吸收率關(guān)系,全透射率與光譜透射率關(guān)系,二、朗伯定律和朗伯比耳定律,第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),朗伯布格爾吸收定律（吸收定律）由于介質(zhì)的吸收，輻射功率隨傳播距離增加作指數(shù)衰減，且當(dāng)輻射在介質(zhì)中的傳播距離為1/時(shí)，輻射功率衰減為原來的1/e。,條件：只有吸收（不考慮散射）,由于被介質(zhì)吸收的輻射功率的相對(duì)值與通過的路

12、程成正比,影響吸收系數(shù)的因素：波長(zhǎng)，因此,內(nèi)透射率：,散射定律 由于介質(zhì)的散射，輻射功率隨傳播距離增加作指數(shù)衰減，且當(dāng)輻射在介質(zhì)中的傳播距離為1/（）時(shí)，輻射功率衰減為原來的1/e,條件：只有散射,同時(shí)存在吸收和散射，且這兩種衰減機(jī)理彼此無關(guān)，則總的內(nèi)透射率為,介質(zhì)對(duì)輻射只有散射作用，輻射衰減的相對(duì)值與通過的路程dx成正比,第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),朗伯定律同時(shí)存在吸收和散射，透射的輻射功率,第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),介質(zhì)的消光 系數(shù)或衰減系數(shù),朗伯-比耳定律 在距離表面為x的介,定律應(yīng)用紅外氣體 分析儀的工作原理圖,質(zhì)內(nèi)透射的輻射功率 將隨介質(zhì)內(nèi)的吸收元 和散射元的濃度的增 加而以指

13、數(shù)規(guī)律衰減,2.8 輻射量的計(jì)算舉例,第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),1. 圓盤的輻射強(qiáng)度和輻射通量,2. 球面的輻射強(qiáng)度和輻射通量,第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),3. 半球面的輻射強(qiáng)度和輻射通量,4. 點(diǎn)源產(chǎn)生的輻射照度,第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),5. 小面源產(chǎn)生的輻射強(qiáng)度和輻射照度,6. 線狀輻射源產(chǎn)生的輻射照度,線狀輻射源的輻射強(qiáng)度分 布,或,線狀輻射源產(chǎn)生的輻射通量,線狀輻射源產(chǎn)生的輻射照度：,第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),單位長(zhǎng)度上的最大輻射強(qiáng)度,長(zhǎng)度dx對(duì)x點(diǎn)的輻射強(qiáng)度,dx在x點(diǎn)的輻射照度,線狀輻射源發(fā)出的輻射照度,特例：x點(diǎn)位于AB對(duì)稱點(diǎn)的垂線上,線狀輻射源產(chǎn)生的輻射照度的兩種極端情況：,第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),hl 時(shí),hl時(shí),描述輻射源的基本參數(shù)：,輻射的光譜分布即物體發(fā)射的輻射能量在不同波段（和各光譜區(qū)域）中的數(shù)值。,輻射的空間分布即輻射強(qiáng)度在空間的分布情況,簡(jiǎn)單形狀輻射源的輻射特性： （P32 表2-6）,輻射源的總通量,第二章 光度學(xué)與輻射度學(xué)基礎(chǔ),復(fù)習(xí)練習(xí)： 1.解釋概念：紅外輻射，點(diǎn)