輻射度學(xué)與光度學(xué)基礎(chǔ)

關(guān)于輻射度學(xué)與光度學(xué)基礎(chǔ)§2.1引言光是電磁波，是一種傳播著的能量。

在研究光（輻射）的產(chǎn)生、傳輸和探測等光輻射與物質(zhì)相互作用時，需要對輻射量進(jìn)行度量和定量研究。

輻射度學(xué)就是一門研究電磁輻射能測量的科學(xué)與技術(shù)，對整個電磁波譜范圍都適用。

在電磁波譜范圍內(nèi)，不同的波段各有其特殊性質(zhì)，有不同的測量方法與手段，我們現(xiàn)在限于討論光學(xué)波段（涵蓋紅外和紫外）的輻射能測量。第2頁,共117頁，星期六，2024年，5月

人類最先認(rèn)識的是可見光，創(chuàng)立了光能測量的技術(shù)——光度學(xué)。光度學(xué)與輻射度學(xué)：對光能進(jìn)行定量研究的科學(xué).光度學(xué)：只限于可見光范圍，包含人眼特性。輻射度學(xué)：規(guī)律適用于從紫外到紅外波段（光能的大小是客觀的）.甚至適用于整個電磁波譜。屬于心理物理學(xué)方法純粹的物理學(xué)方法，輻射量是純粹的物理量第3頁,共117頁，星期六，2024年，5月輻射度學(xué)是建立在幾何光學(xué)的基礎(chǔ)上的：1，輻射按直線傳播，輻射的波動性不會使輻射能的空間分布偏離幾何光線所規(guī)定的光路；2，輻射能是不相干的，不考慮干涉效應(yīng)。

紅外物理學(xué)就是從光是一種能量出發(fā)，定量地討論光的計(jì)算和測量問題（當(dāng)然可以擴(kuò)展到整個光學(xué)譜區(qū)）.第4頁,共117頁，星期六，2024年，5月§2.2常用輻射量

任一光源發(fā)射的光能量都是輻射在它周圍的一定空間內(nèi)。因此，在進(jìn)行有關(guān)光輻射的討論和計(jì)算時，也將是一個立體空間問題。在光輻射測量中，常用的幾何量就是立體角。定義:一個任意形狀椎面所包含的空間稱為立體角。

符號：Ω單位：Sr（球面度）第5頁,共117頁，星期六，2024年，5月立體角的數(shù)值為部分球面面積△A與球半徑平方之比：△A是半徑為R的球面的一部分，△A的邊緣各點(diǎn)對球心O連線所包圍的那部分空間叫立體角立體角

對于一個給定頂點(diǎn)O和一個隨意方向的微小面積dS，它們對應(yīng)的立體角為：圖2-1第6頁,共117頁，星期六，2024年，5月一，輻射能

以電磁波形式發(fā)射、傳輸或接收的能量稱為輻射能，用Q表示，單位為焦耳。一個光量子的輻射能為輻射能密度：輻射場內(nèi)單位體積中的輻射能。第7頁,共117頁，星期六，2024年，5月二，輻射功率輻射通量：單位時間內(nèi)通過某一面積的輻射能。因此，對同一表面：

輻射功率以及由它派生出來的幾個輻射度學(xué)中的物理量，屬于基本物理量。它們的量值都可以用專門的紅外輻射計(jì)在離開輻射源一定的距離上進(jìn)行測量。所以其他輻射量都是由輻射功率（或稱為輻射通量）定義的。單位時間內(nèi)發(fā)射，傳輸或接收到的輻射能。單位：W（瓦）第8頁,共117頁，星期六，2024年，5月三，輻射強(qiáng)度輻射強(qiáng)度是描述點(diǎn)輻射源特性的輻射量。

這是一個相對概念，輻射源與觀測點(diǎn)之間距離大于輻射源最大尺寸10倍時，可當(dāng)做點(diǎn)源處理，否則稱為擴(kuò)展源（有一定面積）.1，點(diǎn)輻射源與擴(kuò)展源

如果觀測中使用了光學(xué)系統(tǒng)，當(dāng)源的像小于探測器，就可以看成是點(diǎn)源。第9頁,共117頁，星期六，2024年，5月物理描述：點(diǎn)輻射源在某一方向上的輻射強(qiáng)度，是指輻射源在包含該方向的單位立體角內(nèi)所發(fā)出的輻射通量。數(shù)學(xué)描述：點(diǎn)輻射源在小立體角△Ω內(nèi)的輻射功率為△P，則△P與△Ω之比的極限值定義為輻射強(qiáng)度.單位：W/Sr（瓦/球面度）2，輻射強(qiáng)度圖2-2第10頁,共117頁，星期六，2024年，5月點(diǎn)源是向全空間輻射能量的，點(diǎn)源的輻射功率：對于各向同性的輻射源，輻射強(qiáng)度為常數(shù)：第11頁,共117頁，星期六，2024年，5月四，輻射出射度（輻出度）輻射出射度是描述擴(kuò)展源輻射特性的輻射量。物理描述：擴(kuò)展源單位面積向半球空間發(fā)射的功率（或輻射通量）。數(shù)學(xué)描述：若輻射源的x處微小面積元△A向半球空間的輻射功率為△P，則△P與△A之比的極限值定義為x處的輻射出射度.單位：w/㎡（瓦/米2）圖2-3第12頁,共117頁，星期六，2024年，5月如果擴(kuò)展源表面的發(fā)射不是均勻的：擴(kuò)展源的輻射功率：如果擴(kuò)展源表面的發(fā)射是均勻的：

輻射出射度描述了擴(kuò)展源輻射功率在源表面的分布特性。第13頁,共117頁，星期六，2024年，5月五，輻射亮度（輻亮度）輻射亮度L：描述擴(kuò)展源表面不同位置沿空間不同方向的輻射功率分布特性物理描述：輻射源在給定方向上的輻射亮度，是源在該方向單位投影面積上、單位立體角內(nèi)發(fā)出的輻射功率。數(shù)學(xué)描述：面積元△A向小立體角△Ω內(nèi)發(fā)射的輻射功率是二階小量△(△P)＝△2P；圖2-4第14頁,共117頁，星期六，2024年，5月在θ方向看到的源面積是△A的投影面積△Aθ＝△Acosθ在θ方向上觀測到的源表面上該位置的輻亮度就定義為△2P與△Aθ及△Ω之比的極限值單位：w/(㎡·Sr)瓦/（平方米·球面度）第15頁,共117頁，星期六，2024年，5月輻出度M和輻亮度L的關(guān)系小面源（面積ΔA）可以近似看作點(diǎn)源，也可以用輻射強(qiáng)度描述：第16頁,共117頁，星期六，2024年，5月

由于ΔA很小，一般不考慮輻射亮度L在ΔA中不同位置上的變化，小面源的輻射強(qiáng)度等于該面源的輻射亮度乘以小面源在該方向上的投影面積：上述結(jié)論對擴(kuò)展源上的小面積元同樣適用。擴(kuò)展源擋光板小面積元圖2-5第17頁,共117頁，星期六，2024年，5月六，輻射照度單位：w/㎡（瓦/米2）

受照物體表面的單位面積上接收到的輻射功率稱輻射照度.和輻射出射度的表達(dá)式相同，但物理意義完全不同。輻射照度E，可以是多個輻射源輻照的結(jié)果，也可以是特定方向的一個立體角中投射的輻射功率。圖2-6第18頁,共117頁，星期六，2024年，5月§2.3光譜輻射量與光子輻射量

第一節(jié)介紹的六個基本輻射量反映了輻射功率的幾何分布特性：表面密度分布和空間角分布。

任何輻射均有一定的波長分布范圍：輻射的光譜特性。那么，基本輻射量都應(yīng)該有相應(yīng)的光譜輻射量。一，光譜輻射量

任一基本輻射量X，它包含了波長范圍0～∞的全部輻射量，因此也叫全輻射量。

對于基本輻射量X在波長范圍λ～λ+Δλ內(nèi)相應(yīng)的輻射量為ΔX，第19頁,共117頁，星期六，2024年，5月定義光譜輻射量（也叫單色輻射量）：（全）輻射量：光譜帶輻射量：圖2-7第20頁,共117頁，星期六，2024年，5月單位：W/μm（瓦/微米）

輻射源在λ+△λ波長間隔內(nèi)發(fā)出的輻射功率，稱為在波長λ處的光譜輻射功率（或單色輻射功率）光譜帶輻射功率：全輻射功率：1，光譜輻射功率（光譜輻射通量）第21頁,共117頁，星期六，2024年，5月2，光譜輻射強(qiáng)度單位：W/Sr·μm（瓦/球面度·微米）3，光譜輻射出射度單位：W/m2·μm（瓦/米2·微米）第22頁,共117頁，星期六，2024年，5月4，光譜輻射亮度

單位：W/m2·Sr·μm（瓦/米2·球面度·微米）5，光譜輻射照度單位：W/m2·μm（瓦/米2·微米）第23頁,共117頁，星期六，2024年，5月二，光子輻射量

在紅外輻射的探測與測量時，常用的探測器很重要的一類是光子探測器，它們對于入射輻射的響應(yīng)是和入射的光子數(shù)相關(guān)的。

光子輻射量是單位時間間隔內(nèi)傳輸、發(fā)送或接收的光子數(shù)。1，光子數(shù)是用頻率表示的單色輻射能.頻率為ν的光子數(shù)：第24頁,共117頁，星期六，2024年，5月光子數(shù)：2，光子通量單位時間內(nèi)傳輸?shù)墓庾訑?shù)。單位：1/S（1/秒）頻率范圍內(nèi)的光子數(shù)為第25頁,共117頁，星期六，2024年，5月3，光子輻射強(qiáng)度

光源在給定方向上單位立體角內(nèi)發(fā)射的光子通量，或單位時間向給定方向上單位立體角內(nèi)發(fā)射的光子數(shù)。單位：1/s?Sr（1/秒?球面度）4，光子輻射亮度

輻射源在給定方向上的輻射亮度，是源在該方向單位投影面積上、單位立體角內(nèi)發(fā)射的光子通量。單位：1/㎡?s?Sr（1/平方米?秒?球面度）第26頁,共117頁，星期六，2024年，5月5，光子輻射出射度

光源單位面積向半球空間（2π）內(nèi)發(fā)射的光子通量。單位：1/㎡?s（1/平方米?秒）6，光子輻射照度受照物體單位面積接收到的光子通量單位：1/㎡?s（1/平方米?秒）第27頁,共117頁，星期六，2024年，5月§2.4，光度量

光度學(xué)考慮的是人的視覺對輻射的反應(yīng)，光度量是輻射量對人眼視覺的刺激值。它是人對輻射的主觀感受，不同的人視覺特性會有差異，因此需要一個“標(biāo)準(zhǔn)人眼”。

光度量是具有“標(biāo)準(zhǔn)人眼”視覺響應(yīng)特性的人眼對所接收到的輻射量的度量（視覺刺激值）。

人眼對不同波長的光的光能視覺響應(yīng)（刺激值）是不同的。光譜光視效能是評定該刺激值的參數(shù)。第28頁,共117頁，星期六，2024年，5月一，光視效能和光譜光視效能如果輻射通量Φe

使人眼產(chǎn)生光通量Φν的刺激值，1，光視效能：（單位：lm，流明）即人眼對輻射產(chǎn)生光感覺的效率。

人眼對不同波長的光的視覺響應(yīng)是不同的，說明即使輻射通量Φe不變，光通量Φv也隨著波長不同而變化，K是個比例，但不是常數(shù)，是隨波長變化的。2，光譜光視效能：Φνλ——在波長λ處的光譜光通量Φeλ——在波長λ處的光譜輻射通量第29頁,共117頁，星期六，2024年，5月對于標(biāo)準(zhǔn)人眼，的極大值位于處。規(guī)定：當(dāng)時3，光視效能和光譜光視效能的關(guān)系注意！第30頁,共117頁，星期六，2024年，5月二，光視效率和光譜光視效率

把光視效能最大值（，）作為基準(zhǔn)來衡量在其它波長處引起的視覺。1，光視效率

具體某個波長上的光視效率稱為光譜光視效率，也叫視覺函數(shù)2，光譜光視效率第31頁,共117頁，星期六，2024年，5月視覺函數(shù)3，光視效率和光譜光視效率的關(guān)系注意！圖2-8第32頁,共117頁，星期六，2024年，5月4，明視覺和暗視覺視網(wǎng)膜有兩種感光細(xì)胞錐體細(xì)胞桿體細(xì)胞明視覺暗視覺視覺函數(shù)暗視覺極值位置：圖2-9第33頁,共117頁，星期六，2024年，5月5，光度量與輻射量之間的關(guān)系

某一光譜輻射量引起的視覺刺激值光譜光度量為光度量：第34頁,共117頁，星期六，2024年，5月三，光通量明視覺暗視覺對于線光譜：單位時間內(nèi)通過某一面積的光能量（功率）。單位：Lm(流明)第35頁,共117頁，星期六，2024年，5月四，發(fā)光強(qiáng)度點(diǎn)光源在給定方向上單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量。單位：cd(坎德拉)五、光出射度擴(kuò)展源單位面積向2π空間發(fā)出的全部光通量。單位：Lm/m2(流明每平方米)第36頁,共117頁，星期六，2024年，5月六，光亮度

光源在給定方向上的光亮度Lν，是在該方向上的單位投影面積上向單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量。單位：cd/m2

（坎德拉/平方米）

在給定方向上的光亮度也就是該方向上單位投影面積上的發(fā)光強(qiáng)度。第37頁,共117頁，星期六，2024年，5月七，光照度

被照物體表面上的單位面積接收到的光通量稱為光照度.單位：Lx（勒克斯）上述所有光度量都可以定義相應(yīng)的光譜光度量：第38頁,共117頁，星期六，2024年，5月輻射場的基本物理量總結(jié)照度出射度亮度強(qiáng)度通量（功率）光度量光子輻射量光譜輻射量輻射量下角標(biāo)e：單獨(dú)使用時不標(biāo)。eλ：光譜輻射量λP

光子輻射量；Pλ：光譜光子輻射量。V：光度量；Vλ：光譜光度量。第39頁,共117頁，星期六，2024年，5月§2.5朗伯余弦定律一、漫反射與理想漫反射體理想漫反射體：反射亮度在空間各方向上沒有 差別。鏡面反射與漫反射二、朗伯余弦定律

理想漫反射體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。第40頁,共117頁，星期六，2024年，5月

描述這種反射的空間分布的特性公式為：B——常數(shù)θ——輻（反）射法線與觀察方向夾角△A——輻（反）射源面積△Ω——輻（反）射立體角朗伯面：凡遵守朗伯余弦定律的輻射表面。朗伯源（漫輻射源）：遵從朗伯余弦定律的輻射源。圖2-10第41頁,共117頁，星期六，2024年，5月

朗伯輻射源的輻射亮度與觀測方向無關(guān)。

朗伯余弦定律是理想情形。朗伯源是輻射源的一種理想模型。實(shí)際輻射源的輻射大多數(shù)在一定的范圍內(nèi)十分接近朗伯余弦定律。大多數(shù)絕緣材料：當(dāng)時，服從朗伯余弦定律；絕緣材料：當(dāng)時，基本適用朗伯余弦定律。三，朗伯輻射源的輻射亮度朗伯輻射源：第42頁,共117頁，星期六，2024年，5月

朗伯輻射源的輻射亮度與觀測方向無關(guān)圖解觀測方向觀測方向圖2-11圖2-12第43頁,共117頁，星期六，2024年，5月四，朗伯輻射源的特征法向亮度:θ方向亮度：對于面積很小的小面朗伯源：朗伯源L是常數(shù)：朗伯源各方向亮度相等：（朗伯余弦定律的原始形式）圖2-13第44頁,共117頁，星期六，2024年，5月五，朗伯輻射源的L與M的關(guān)系L與M的普遍關(guān)系式：朗伯源各方向L=Lθ為常數(shù)圖2-14第45頁,共117頁，星期六，2024年，5月六，朗伯小面源的I、L、M的相互關(guān)系聯(lián)系單位立體角內(nèi)單位投影面積2π半球空間單位立體角內(nèi)描述輻射特點(diǎn)面源面源點(diǎn)源、小面源源特點(diǎn)輻射亮度L輻射出射度M輻射強(qiáng)度I第46頁,共117頁，星期六，2024年，5月【例】1小面源的輻射功率輻射亮度為的小面源的輻射功率另：第47頁,共117頁，星期六，2024年，5月§2.6輻射度量中的基本規(guī)律一、距離平方反比定律描述點(diǎn)輻射源（或小面源）產(chǎn)生的照度的規(guī)律。

點(diǎn)輻射源的輻射強(qiáng)度為I,求：點(diǎn)輻射源在點(diǎn)x處產(chǎn)生的照度輻射強(qiáng)度：輻射照度：圖2-15第48頁,共117頁，星期六，2024年，5月如（垂直照射），則如距離平方反比定律：

點(diǎn)輻射源在距離l處所產(chǎn)生的照度，與輻射源的輻射強(qiáng)度I成正比，與距離的平方成反比。照度的余弦法則第49頁,共117頁，星期六，2024年，5月二，立體角投影定理

點(diǎn)輻射源產(chǎn)生的照度由距離平方反比定律決定：而小面源也可以有輻射強(qiáng)度.

小面源的輻射強(qiáng)度等于該面源的輻射亮度乘以小面源在該方向上的投影面積：圖2-15第50頁,共117頁，星期六，2024年，5月立體角投影定理：小面源在x處所產(chǎn)生的輻射照度，等于源的輻射亮度與源對x所張開的立體角以及被照面法線和照射方向的夾角的余弦三者的乘積。圖2-16第51頁,共117頁，星期六，2024年，5月立體角投影定理圖解圖2-17圖2-18第52頁,共117頁，星期六，2024年，5月

在相同的輻照方向上，相同的立體角產(chǎn)生相同的輻射照度，和的形狀無關(guān).圖2-19第53頁,共117頁，星期六，2024年，5月三，Sumpner定理Sumpner定理：球形腔內(nèi)，內(nèi)壁上某一面積元輻射的能量均勻地照射在整個球形腔內(nèi)壁上。

腔內(nèi)壁面積元從另一面積元接收的輻射功率與在球面上的位置無關(guān)。

從接收的輻射功率:圖2-20第54頁,共117頁，星期六，2024年，5月和的位置無關(guān).對朗伯面腔壁面積在腔壁上產(chǎn)生的輻射照度:

球形腔內(nèi)，內(nèi)壁上某一面積元輻射的能量均勻地照射在整個球形腔內(nèi)壁上。圖2-21第55頁,共117頁，星期六，2024年，5月四，互易定理和是兩個均勻朗伯輻射面從接收到的輻射功率為圖2-22圖2-23第56頁,共117頁，星期六，2024年，5月從接收到的輻射功率為對和對和互易定理：兩朗伯輻射面之間傳遞的輻射功率之比等于兩輻射面的輻射亮度之比。第57頁,共117頁，星期六，2024年，5月五，角系數(shù)的基本概念1，微面源的角系數(shù)根據(jù)前面的討論:第58頁,共117頁，星期六，2024年，5月對于朗伯源:微面源發(fā)出的總功率微面源發(fā)出的總功率第59頁,共117頁，星期六，2024年，5月定義角系數(shù)：從一個微面源發(fā)出，被另一微面源接收的輻射功率與該微面源發(fā)射的總輻射功率的比值。微面源1對2的角系數(shù)：微面源2對1的角系數(shù)：微面源對微面源的角系數(shù)互換性關(guān)系式第60頁,共117頁，星期六，2024年，5月2，有限朗伯面的角系數(shù)對于有限朗伯輻射面和微面源：第61頁,共117頁，星期六，2024年，5月有限朗伯輻射面的角系數(shù)互換性關(guān)系式：3，相同的立體角有相同的角系數(shù)第62頁,共117頁，星期六，2024年，5月例：平行圓盤間的角系數(shù)的亮度為，求上的輻射照度（很?。┑?3頁,共117頁，星期六，2024年，5月1對2的角系數(shù)：第64頁,共117頁，星期六，2024年，5月2對1的角系數(shù)：

接收的輻射功率：（很?。?/p>

上的輻射照度:第65頁,共117頁，星期六，2024年，5月§2.7、輻射量計(jì)算舉例1、圓盤的輻射強(qiáng)度和輻射功率設(shè)圓盤的輻射亮度為L，面積為A，如圖所示。圓盤在與其法線成θ角的方向上的輻射強(qiáng)度為：式中I0=LA，為圓盤在其法線方向上的輻射強(qiáng)度。

圓盤向半球空間發(fā)射的輻射功率為P，按輻射亮度的定義有第66頁,共117頁，星期六，2024年，5月根據(jù)輻射強(qiáng)度的定義：朗伯源的輻射規(guī)律M

=πL，同樣可得:第67頁,共117頁，星期六，2024年，5月二、球面的輻射功率和輻射強(qiáng)度設(shè)球面的輻射亮度為L，球半徑為R，球面積為A，球面上的小面元：小面元在的方向上的輻射強(qiáng)度：整個球面在方向上的輻射強(qiáng)度：第68頁,共117頁，星期六，2024年，5月球面在各方向上的輻射強(qiáng)度相等:球面向整個空間發(fā)射的輻射功率為:第69頁,共117頁，星期六，2024年，5月三、半球面的輻射功率和輻射強(qiáng)度半球球面在各方向上的輻射強(qiáng)度是不同的。第70頁,共117頁，星期六，2024年，5月四、點(diǎn)源產(chǎn)生的輻射照度就是距離平方反比定律：半球球面向整個空間發(fā)射的輻射功率:第71頁,共117頁，星期六，2024年，5月[例]

圓盤的半徑為R，在圓盤的中心法線上，距離為的地方有一輻射強(qiáng)度為I的點(diǎn)源，試計(jì)算圓盤截取的輻射功率。第72頁,共117頁，星期六，2024年，5月第73頁,共117頁，星期六，2024年，5月五、小面源產(chǎn)生的輻射照度小面源產(chǎn)生的輻射照度可以參照點(diǎn)源：小面源的輻射強(qiáng)度：輻射照度：也可以根據(jù)立體角投影定理：第74頁,共117頁，星期六，2024年，5月六、大面積朗伯源產(chǎn)生的輻射照度相當(dāng)于圓盤對圓盤：探測器半視場角：探測器面積：視場范圍（輻射源面積）：第75頁,共117頁，星期六，2024年，5月輻射源輻射的總功率：輻射源輻射并被探測器接收的功率：大面積朗伯源在探測器表面產(chǎn)生的輻射照度：第76頁,共117頁，星期六，2024年，5月擴(kuò)展源當(dāng)作小面源的誤差小面源產(chǎn)生的輻射照度：大面積朗伯源產(chǎn)生的輻射照度：當(dāng)時第77頁,共117頁，星期六，2024年，5月七、線狀源產(chǎn)生的輻射照度1,線狀源垂直方向的輻射強(qiáng)度線狀源：圓柱型輻射源的直徑遠(yuǎn)小于其長度，且輻射亮度均勻、各方向相同。線狀源的長度為，半徑為，輻射亮度為第78頁,共117頁，星期六，2024年，5月2,線狀源任意方向的輻射強(qiáng)度線狀源單位長度法向輻射強(qiáng)度：在法向的輻射強(qiáng)度：或者：某一方向：第79頁,共117頁，星期六，2024年，5月3，線狀源的輻射功率線狀源表面積：4，線狀源的輻射照度在P點(diǎn)產(chǎn)生的照度其中第80頁,共117頁，星期六，2024年，5月在P點(diǎn)總的照度第81頁,共117頁，星期六，2024年，5月當(dāng)時當(dāng)時可以看成點(diǎn)源當(dāng)時第82頁,共117頁，星期六，2024年，5月八、簡單幾何形狀輻射源的輻射特性半球面的輻射強(qiáng)度:半球球面向整個空間發(fā)射的輻射功率:有球面頂（底）圓柱的輻射特性第83頁,共117頁，星期六，2024年，5月圓柱面的輻射強(qiáng)度：圓柱面的輻射功率：有球面頂（底）圓柱的輻射強(qiáng)度：有球面頂（底）圓柱的輻射功率：第84頁,共117頁，星期六，2024年，5月§2.8、輻射傳輸中的相關(guān)定律一、總功率定律介質(zhì)投射到介質(zhì)的輻射功率：介質(zhì)表面反射的輻射功率：介質(zhì)吸收的輻射功率：從介質(zhì)透射的輻射功率：1，總功率定律第85頁,共117頁，星期六，2024年，5月反射率（比）：吸收率（比）：

透射率（比）：比輻射量：和材料的性質(zhì)、溫度、入射波長有關(guān)。2，比輻射量第86頁,共117頁，星期六，2024年，5月3，光譜比輻射量如果入射的是單色輻射，波長在間隔內(nèi)光譜透射率：光譜反射率：光譜吸收率：第87頁,共117頁，星期六，2024年，5月4，比輻射量和光譜比輻射量的關(guān)系如果入射的是全輻射，波長在范圍內(nèi)全反射率（比）：全吸收率（比）：全透射率（比）：第88頁,共117頁，星期六，2024年，5月如果是光譜帶輻射，波長在范圍內(nèi)光譜帶輻射功率反射的輻射功率光譜帶反射率第89頁,共117頁，星期六，2024年，5月二、朗伯定律和朗伯－比耳定律1，吸收定律輻射在介質(zhì)內(nèi)傳播時產(chǎn)生衰減的主要原因：吸收和散射吸收定律假設(shè)介質(zhì)對輻射只有吸收作用，實(shí)驗(yàn)證明：：介質(zhì)吸收系數(shù)第90頁,共117頁，星期六，2024年，5月介質(zhì)吸收系數(shù)吸收率兩個概念2，內(nèi)透射率如果入射的是單色輻射，可以定義光譜吸收系數(shù)：

內(nèi)透射率表征在介質(zhì)內(nèi)傳播一段距離以后，透射的輻射功率占原輻射功率的百分?jǐn)?shù)。第91頁,共117頁，星期六，2024年，5月輻射通過兩個表面的介質(zhì)的透射情形介質(zhì)的總透射率：第92頁,共117頁，星期六，2024年，5月3，散射定律假設(shè)介質(zhì)對輻射只有散射作用，實(shí)驗(yàn)證明：散射定律：散射系數(shù)內(nèi)透射率（只考慮散射）第93頁,共117頁，星期六，2024年，5月4，朗伯定律只有吸收時的內(nèi)透射率：只有散射時的內(nèi)透射率：

介質(zhì)同時具有吸收和散射，假設(shè)吸收和散射彼此無關(guān)，介質(zhì)總的內(nèi)透射率：介質(zhì)的消光系數(shù)朗伯定律第94頁,共117頁，星期六，2024年，5月5，比耳定律

吸收和散射實(shí)際上是由一個個吸收單元或散射單元實(shí)現(xiàn)的。

假設(shè)每個單元的吸收不依賴于吸收元的濃度。則吸收系數(shù)就正比于單位程長上所遇到的吸收元的數(shù)目，吸收單元的濃度單位濃度的吸收系數(shù)比耳定律

假設(shè)每個單元的散射不依賴于散射元的濃度。則散射系數(shù)就正比于單位程長上所遇到的散射元的數(shù)目，散射單元的濃度單位濃度的散射系數(shù)比耳定律第95頁,共117頁，星期六，2024年，5月6，朗伯－比耳定律朗伯定律——朗伯－比耳定律

在介質(zhì)內(nèi)運(yùn)行一定距離后，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數(shù)規(guī)律衰減。

朗伯－比耳定律的重要應(yīng)用之一是用紅外吸收法做混合氣體組分的定量分析。第96頁,共117頁，星期六，2024年，5月三、阿貝定律1，輻射亮度定理輻射在均勻無損耗介質(zhì)中傳播時輻射亮度不變。第97頁,共117頁，星期六，2024年，5月

從接收的輻射功率將以的立體角繼續(xù)向前傳播，那么的輻射亮度：結(jié)論：輻射在均勻無損耗介質(zhì)中傳播時輻射亮度不變。第98頁,共117頁，星期六，2024年，5月2，阿貝定律（推廣的輻射亮度定理）

阿貝定律討論的是輻射無損耗地通過兩種介質(zhì)的交界面時輻射亮度的變化。定義輻射束的基本亮度：：介質(zhì)的折射率輻射亮度為的輻射束入射到上，接收到的輻射功率為：再以的立體角繼續(xù)在的介質(zhì)里傳播。第99頁,共117頁，星期六，2024年，5月折射后的輻射亮度：第100頁,共117頁，星期六，2024年，5月阿貝定律：輻射束在通過任意無損耗光學(xué)系統(tǒng)時，輻射束的基本亮度不變。根據(jù)折射定律：第101頁,共117頁，星期六，2024年，5月如果考慮界面有反射折射后的輻射功率：折射后的輻射亮度：第102頁,共117頁，星期六，2024年，5月§2.9、光學(xué)系統(tǒng)中的輻射量計(jì)算一，像的輻射亮度和輻射強(qiáng)度1、反射系統(tǒng)的輻射亮度

從反射光方向回觀像的輻射亮度，其實(shí)是凸面鏡上反射點(diǎn)x處的輻射亮度。光源C的輻射亮度L經(jīng)凸面鏡成像于凸面鏡的反射率為第103頁,共117頁，星期六，2024年，5月在凸面鏡x處取面積元dA光源C在dA上產(chǎn)生的輻射照度：光源C入射在dA上的輻射功率：反射光束的功率：反射光束處于立體角內(nèi)，根據(jù)