信息光電基礎(第345講)課案

1、信息光電子技術一數(shù)理基礎（第一部分）第一章輻射度和光度學基礎1. 0基本術語及概念輻射度學（Radiometry）測量電磁波能量及相關物理量的學科適用范圍整個電磁波譜（技術手段）光度學（Photometry）研究方法1. 1輻射度量與光度學量一、輻射度學的基本概念1輻射能的傳播頻譜：P15直線性：幾何特性衍射：波動性八 k / D（ 1-1-1 ）2輻射能的相干性（注意 P15）時間相干性傅立葉譜的有效范圍約等于單個波列的持續(xù)時間的倒數(shù)八 L1/ t空間相干性（試推導相干長度）cL 2/(1-1-2)3輻射能的量子性電磁波的量子特性e = h （1-1-3）其中：h-普朗克常數(shù)二、輻射度的基本

2、物理量1輻射能符號：Qe單位：J （焦耳）2輻射通量定義：:% -dQe/dt符號：單位：（W-瓦特）3輻射強度定義：J二小叫/?。?-1-4）符號：Ie 單位：（W/sr）4輻射照度定義：Ee=de/dA單位：W/m25輻射出射度Me與輻射照度對應理解6輻射亮度Le定義：源表面一點處，給定方向上單位立體角、單位投影 面積內發(fā)出的輻射能通量。定向發(fā)射強度。(1-1-7)2Le =dle/(dS cos =d Ge/(ddS cos7(光)譜輻射能通量定義：特定波長的輻射通量) =de/d (1-1-9)單位：w/m,w/nm總通量：e = Je( )d ( 1-1-10 )光譜輻射，光譜發(fā)射(

3、出射度)類似 P18對于線光譜或帶光譜輻射源：e = ；：() ( 1-1-11)三、光度的基本物理量光源：電磁波譜中可見波段的輻射源1光譜光視效率(視見函數(shù))CIE，“標準光度觀察者”明視覺V( ) : 3cd/m2，錐體細胞 暗視覺7(冷:3cd /m2，桿狀細胞 光視效率表P19 2光度的基本物理量e, M e, le, Le, Ee - ： v , M v, lv , Lv , Ev(1-1-12)780： 二 Km.38e() V ( )d Km =680lm /W 光功當量 基本發(fā)光單位：坎德拉cd (Candela),流明(Im),勒克斯(lx) 作業(yè)：P57第2、3、5題。四、

4、熱輻射的基本物理量熱輻射的基本概念，熱平衡輻射1輻射本領輻射體表面單位波長間隔、單位面積內的輻射通量。單位W/卩m-m2M( ,T) =d ：e/d /dA( 1-1-14 )2吸收率定義：吸收體對特定單位波長間隔內吸收通量與入射通 量之比。(,T)二小_()/小叫()(1-1-15 )3絕對黑體溫度輻射Mm(X,T) =M“,T)/a(k,T)( 1-1-16 )4發(fā)射率名仏,T) =M,九,T)/M 甘(UT)( 1-1-17 )比較上兩式一強輻射必然強吸收1. 2輻射度學與光度學中的基本定律(第 3-4講)熱輻射源：黑體輻射源，線狀、帶狀輻射源一、基爾霍夫(Kirchhoff )定律一P

5、21要點：輻射本領，熱平衡，波長及溫度的普適函數(shù)，同溫度黑體乜（扎日 ,T）=o（WW,T）非黑體的發(fā)射率和吸收率：（1-2-1）方向光譜發(fā)射率和方向光譜吸收率；半球光譜發(fā)射率和半球光譜吸收率；方向總發(fā)射率和方向總吸收率；半球總發(fā)射率和半球總吸收率；注意：其它發(fā)射率和吸收率相等滿足的條件。P24二、朗伯（J. H. Lambert ）余弦定律漫射體（表面）P24I - IN COST（1-2-18）L）- Ln（1-2-19）三、距離平方反比定律點光源的空間發(fā)射特性E -/ R2試證明之（注意適用范圍）（1-2-23）四、普朗克（Planck ）定律經典物理學的局限性，輻射與波長關系P30 （

6、 1-2-37）（ 1-2-39）光能量密度公式：五、斯蒂芬-玻耳茲曼（Stefan-Boltzmann ）定律P32黑體輻射的輻射度與波長無關，僅與熱力學溫度的4次方呈 正比M = c T4（ 1-2-46 ）式中：c= 5.673 10-12W/（cm2 K4）稱為斯蒂芬-玻耳茲曼常數(shù) 六、維恩位移定律 P34光譜輻射度的峰值波長與熱力學溫度成反比。m T = 2898 Jm K（ 1-2-47 ）作業(yè)：P57第7、8題1.3輻射能的傳輸基礎重點：掌握相關術語（物理量），了解光能量（信息） 傳輸?shù)幕咎匦?。一、輻射能傳輸?shù)膸缀喂鈱W基礎1、亮度傳輸過程中的不變性基本亮度：L/n22、輻射能傳

7、輸p36光學范圍：Gn = n2 A “輻射通量是基本亮度與光學范圍之積3、成像系統(tǒng)的輻射傳輸E2 二 E0 cos4 二2 （1-3-16）式中：Eo F L1 /4/ F 24、成像系統(tǒng)的特征參數(shù)（p38）一、幾何范圍與通量:二 A G（ 1-3-18 ）注意：透射比（書中有誤）二、輻射傳輸?shù)牟▌庸鈱W基礎麥克斯韋方程組，干涉，衍射，偏振三、輻射能傳輸損失（第 5講）1、吸收（吸收比）2、散射（散射比丫）3、反射（反射比P）4、透射（透射比T）P。=Pa + PY + Pp+Pt(1-3-19):- . = 1（1-3-20）能量守恒介質中輻射能衰減： 布格爾（Bouguer）定律（P41）

8、指數(shù)衰減四、輻射能的大氣傳輸大氣特性五、輻射在介質中的傳輸六、習題（P57） 2/3/4/7/12補充習題一.選擇與填空題1真空中可見光的波長范圍一般是指2. 基爾霍夫定律說明黑體輻射發(fā)射本領是和的函數(shù)3. 光子能量1.0 eV的光輻射波長是，屬于光4. 一個各向同性點光源分別照明距離其 2米和10米的目標，形成照度的大小之比為A. 1: 5B. 1: 25C. 1: 1D.不確定5. 根據(jù)黑體輻射定律，以下物體顏色時溫度最低。A .白色B.藍色C.紫色D.紅色6. 光強度、光照度、光通量的單位分別是、7. 光譜衰減系數(shù)的定義為二、計算題1.已知激光筆中激光二極管的光輻射為2 mW,發(fā)散角為1

9、 mrad,試求：（1）光筆在10米和1000米處形成的光照度分別是多少？（注意光功當量及轉換）（2）如果一個普通節(jié)能燈（視為點光源）能達到與光筆相同的光強度，電功率需要多大？（假定節(jié)能燈發(fā)光效率 60 lm/W）2. 如果一黑體輻射的峰值波長為0.65m時輻射能力為1,當該黑體 的輻射能力提高 50%時，峰值波長為多少 ?3功率 100 W 的某單色探測源輻射在大氣中傳播的衰減系數(shù)為1/1000,準直傳輸1000 m后，功率將減少。4.書中P32提到，光電對抗中，800-1500K是一個重要的溫度范圍， 為什么？此時輻射的峰值波長？三補充題1一只白熾燈,假定各向發(fā)光均勻,懸掛在離地面 3 米的高度,用照度計測得正下方地面照度 50lx，求該白熾燈的光通量？3. 普通白熾燈降