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第九章光源和光探测器
§1 辐射度量和光度量
§2 光源
§3 黑体辐射
§4 光量子光的波粒二象性
§5 光的辐射过程
§6 激光器
辐射度学:是一门量度电磁辐射能的科学技
术,它不受人眼主观视觉限制,
建立在物理测量基础上,辐射度
量适用于整个电磁波谱范围。
光度量:以人眼对入射辐射刺激所产生的视
觉为基础,反映人眼视觉特性的光
辐射量,只适用于可见光部分。
§1辐射度量和光度量

辐射度量的各个物理量定义如下:
(1)辐射通量(又称辐射功率)Φ
定义:单位时间内通过某一截面的辐射能。
(2)辐射强度 I
描述点源辐射的量
定义:点辐射源在给定方向上单位立体角内
的辐射通量。
单位:瓦/ 球面度[ W / sr ]
(3)辐射亮度B
描述面源辐射的量
定义:面辐射源在某方向上单位投影面积
单位立体角发出的辐射通量。
I = d Φ/ dt
一般:辐射亮度的大小与
源面上的位置及方向有关。
单位:[ W / sr .m2]
B = dΦ/ dΩdscosθ
=I /dscosθ
(4)辐射出射度 R
描述面源辐射的量
定义:辐射源单位面积上发出的辐射通量。
单位:瓦/米2 [ W / m2]
光谱辐出度 r (λ)
定义:单位间隔内的辐出度。
称为光谱辐出度,常用r表示,
r 一般与波长有关,记为r( λ)
R = dΦ/ ds
(5)辐射照度 E
辐射照度 E是描述受照物体的量
它表示入射到单位面积上的辐射通量的大小。
如图所示,照射到受照面上某元面积ds的辐射
通量为dΦ,则面积ds的辐照度定义为
单位:瓦/米2 [ W / m2]
R = dΦ/ ds
光度量
在可见光范围内,人眼的视觉细胞对不同波长的辐射有不同的响应。有辐照度量描述可见光辐射不能反映人眼的亮暗感觉。例如用辐射亮度相同的蓝光和黄光照射人眼,人会感觉到黄光要比蓝光亮得多。在白天,人眼对波长为555nm(频率为540*1012Hz)的绿光最敏感,也就是说,在引起相同亮暗感觉的条件下,对555nm的光所需的辐射通量Φ(555nm)最小,而对其它波长的光所需的辐射通量Φ( λ)则较大。
我们定义光视效率V( λ)为:
光视效率V( λ)是用来表示人眼对各种波长光的相对灵敏度的物理量。
V( λ)= Φ(555)/ Φ( λ)
白天:555nm
夜晚:507nm
V( λ)= 1
光谱光视效率
Φ V ( λ)= Km V ( λ) Φ( λ)
光视效能 K( λ)定义为波长为λ的光通量Φ V ( λ)
与相应辐射通量Φ( λ)的比值:
K( λ)= Φ V ( λ)/Φ( λ)
当λ= 555nm, K( λ)有最大值:
Km= 683 lm / W
为了客观描述辐射通量引起的视觉强度,引入一个新的物理量——光通量。
设波长为λ的辐射通量为Φ( λ),对应的光通量为Φ V ( λ),则两者的关系为