光輻射和光源(2)

1、關(guān)于光輻射與光源 (2)第一張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月輻射強(qiáng)度Ie輻射強(qiáng)度定義為點(diǎn)輻射源在給定方向上單位立體角內(nèi)的輻射能量，單位為W/sr（瓦每球面度）。輻射基本概念第二張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月輻射照度Ee輻射照度為投射在單位面積上的輻射通量，單位為W/m2（瓦每平方米）。輻射出射度Me輻射出射度為擴(kuò)展輻射源單位面積輻射的通量，單位為W/m2（瓦每平方米）。輻射基本概念第三張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月輻射亮度Le輻射亮度定義為擴(kuò)展源表面一點(diǎn)處的面元在給定方向上單位立體角、單位投影面積內(nèi)發(fā)出的輻射通量，單位為W/srm2（瓦每球面度平方米）。輻射基本概念

2、第四張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月光譜輻射量光譜輻射通量e()：輻射源發(fā)出的光在波長(zhǎng)處的單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)的輻射通量，單位為W/m（瓦每微米）。輻射基本概念第五張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月光譜光視效率人眼對(duì)各種波長(zhǎng)光的平均相對(duì)靈敏度，稱(chēng)之為“標(biāo)準(zhǔn)光度觀察者”光譜光視效率，或稱(chēng)為視見(jiàn)函數(shù)V()。光度的基本概念第六張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月光度的基本物理量光度的基本概念第七張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月輻射本領(lǐng)M(, T)輻射本領(lǐng)是輻射體表面在單位波長(zhǎng)間隔單位面積內(nèi)所有輻射的通量，單位為W/mm2（瓦每微米平方米）。吸收率(, T)吸收率是在波長(zhǎng)到d間隔內(nèi)

3、被物體吸收的通量和入射通量之比。熱輻射的基本物理量第八張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月絕對(duì)黑體絕對(duì)黑體是一種完全的溫度輻射體，定義為吸收率(, T) =1的物體為絕對(duì)物體。物體的發(fā)射率(, T)發(fā)射率定義為物體的輻射本領(lǐng)M(, T) 與絕對(duì)黑體輻射本領(lǐng)Mb(, T)之比 。熱輻射的基本物理量第九張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月基爾霍夫定律在任一給定溫度的熱平衡條件下，任何物體的輻射發(fā)射本領(lǐng)M(, T) 和吸收率(, T) 的比值與物體的性質(zhì)無(wú)關(guān)，只是波長(zhǎng)和溫度T的普適函數(shù)，且恒等于同溫度下絕對(duì)黑體的輻射本領(lǐng)。熱輻射的基本定律第十張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月蘭伯特定律

4、若面積元dF在法線方向的輻射亮度為L(zhǎng)N，則它在高低角的方向上得輻射亮度L為熱輻射的基本定律第十一張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月距離平方反比定律點(diǎn)光源在傳輸方向上某點(diǎn)的輻照度和該點(diǎn)到點(diǎn)光源的距離平方成反比。熱輻射的基本定律第十二張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月亮度守恒定律在光束傳輸路徑上任取兩個(gè)面元1和2，面積分別為dA1和dA2，當(dāng)光輻射能在傳輸介質(zhì)中沒(méi)有損失時(shí)，表面2的輻射亮度與表面1的輻射亮度相等。熱輻射的基本定律第十三張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月普朗克定律黑體光譜輻射出射度與波長(zhǎng)、絕對(duì)溫度之間的關(guān)系式。熱輻射的基本定律第十四張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022

5、年6月維恩位移定律黑體的光譜輻射出射度的峰值與絕對(duì)溫度的五次方成正比。熱輻射的基本定律第十五張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月斯忒藩波爾茲曼定律溫度為T(mén)的黑體在單位面積上向半球空間輻射處的總功率與絕對(duì)溫度的四次方成正比。熱輻射的基本定律第十六張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月輻射效率在給定12波長(zhǎng)范圍內(nèi)，某一光源發(fā)出的輻射通量與產(chǎn)生這些輻射通量所需的電功率之比。發(fā)光效率對(duì)于可見(jiàn)光范圍，某一光源的發(fā)光效率與上述輻射效率相對(duì)應(yīng)。光源的基本特性參數(shù)第十七張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月常用光源的發(fā)光效率光源的基本特性參數(shù)光源種類(lèi)發(fā)光效率(lm/W)光源種類(lèi)發(fā)光效率(lm/W)普通

6、鎢絲燈818高壓汞燈3040鹵鎢燈1430高壓鈉燈90100普通熒光燈3560球形氙燈3040三基色熒光燈5590金屬鹵化物燈6080表1-3 常見(jiàn)光源的發(fā)光效率第十八張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月光譜功率分布光功率分布描述不同光源在不同光譜上輻射出不同的光譜功率。相對(duì)光譜功率分布：歸一化后的光譜分布。光源的基本特性參數(shù)第十九張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月空間光強(qiáng)分布若空間某一截面上，自原點(diǎn)向各徑向取矢量，矢量長(zhǎng)度與該方向的發(fā)光強(qiáng)度成正比。將各矢量的端點(diǎn)連起來(lái)，即配光曲線。 a. 選擇照明方向 b. 使用背光罩光源的基本特性參數(shù)第二十張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月

7、光源的色溫分布溫度：輻射源在某一波長(zhǎng)范圍內(nèi)輻射的相對(duì)光譜功率分布，與黑體在某一溫度下輻射的相對(duì)光譜功率分布一致，該黑體的溫度就稱(chēng)為該輻射源的分布溫度。色溫：輻射源發(fā)射光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光的顏色相同，則黑體的這一溫度稱(chēng)為該輻射源的色溫。光源的基本特性參數(shù)第二十一張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月光源的色溫相關(guān)色溫：在均勻色度圖中，如果光源的色坐標(biāo)點(diǎn)與某一溫度下的黑體輻射的色坐標(biāo)點(diǎn)最接近，則該黑體的溫度稱(chēng)為該光源的相關(guān)色溫。光源的基本特性參數(shù)第二十二張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月光源的顏色色表：用眼睛直接觀察光源時(shí)所看到的顏色稱(chēng)為色表。顯色性：當(dāng)用光源照射物體時(shí)，物體呈

8、現(xiàn)的顏色（也就是物體反射光在人眼內(nèi)產(chǎn)生的顏色感覺(jué)）與該物體在完全輻射照射下所呈現(xiàn)的顏色一致性。光源的基本特性參數(shù)第二十三張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月對(duì)人工光源的要求原則：光源發(fā)光的光譜特性必須滿足檢測(cè)系統(tǒng)的需要。 光源選擇的基本要求光源與光電探測(cè)器之間光譜匹配系數(shù)，描述光譜特性之間的一致性。 第二十四張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月對(duì)人工光源的要求對(duì)光源發(fā)光強(qiáng)度的要求：在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)探測(cè)器所需獲得的最大，最小光通量進(jìn)行正確估計(jì)，以此選擇光源。對(duì)光源穩(wěn)定性要求：不同的光電檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)光源的穩(wěn)定性有著不同的要求。光源選擇的基本要求第二十五張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年

9、6月對(duì)自然光源的要求不同自然光照在不同條件下的大致數(shù)量范圍光源選擇的基本要求天空情況照度（lx）天空情況照度（lx）陽(yáng)光直射11.3105暗晨昏朦影1日間晴天12104滿月10-1陰天103上、下弦月10-2濃云白天102無(wú)月晴空10-3晨昏朦影10無(wú)月陰空10-4第二十六張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月星的亮暗程度用地面所接收到的照度來(lái)衡量，表示為星等數(shù)的大小。星等數(shù)愈大，對(duì)地面的照度愈弱。零等星對(duì)地面的照度為2.6510-6lx。各星等間每差五等，其照度差100倍。比零等星更亮的星為負(fù)數(shù)，星等可以是非整數(shù)。光源選擇的基本要求第二十七張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月各自然輻射

10、源的星等和地面的照度光源選擇的基本要求第二十八張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月比較人造光源與自然光源光源選擇的基本要求光源及條件光亮度(cd/m2)光源及條件光亮度(cd/m2)太陽(yáng)(大氣外)1.91092500K黑體5.3106太陽(yáng)(海平面)1.6109200W鎢絲燈1.33107月亮2.5103碘鎢燈5107天空(夏平均)5103碳弧燈1.8108天空(秋平均)3103超高壓汞燈108109氖燈103超高壓氙燈1010低壓汞燈2310410000K黑體1.121010鈉光燈12105球形脈沖氙燈101150W鎢絲燈4.08106乙炔焰8104第二十九張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于202

11、2年6月熱輻射光源發(fā)光特性都可以利用普朗克公式進(jìn)行精確的估算，即可精確掌控發(fā)光和輻射性質(zhì)。發(fā)出的光通量構(gòu)成連續(xù)的光譜，且光譜范圍很寬，使用的適用性強(qiáng)。采用適當(dāng)?shù)姆€(wěn)壓或穩(wěn)流供電，提高光源的的光輸出獲得高的穩(wěn)定性。光電技術(shù)中常用的光源第三十張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月人造黑體輻射源波長(zhǎng)范圍：0.75m2.5 m 0.75m6 m工作溫度：大多2000K以下，最高3000K 光電技術(shù)中常用的光源第三十一張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月白熾燈連續(xù)光譜，在可見(jiàn)光中部和黑體輻射曲線相近。燈絲的熱電阻遠(yuǎn)大于冷態(tài)時(shí)的電阻。氣體放電光源利用氣體放電原理制成的光源稱(chēng)為氣體放電光源。發(fā)光效率高，

12、結(jié)構(gòu)緊湊，壽命長(zhǎng)，光色適應(yīng)性強(qiáng)。 光電技術(shù)中常用的光源第三十二張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月光電技術(shù)中常用的光源種類(lèi)主要性能應(yīng)用1.汞燈 (1) 低壓汞燈 a 冷陰極輝光放電燈 b 熱陰極弧光放電燈輻射強(qiáng)的253.7nm遠(yuǎn)紫外線殺菌、熒光分析光譜儀波長(zhǎng)基準(zhǔn) c 熒光燈 253.7nm激光熒光分發(fā)光室內(nèi)照明 (2) 高壓汞燈 a 紫外線高壓汞燈 主要輻射波長(zhǎng)365.0nm的近紫外線保健理療、塑料和橡膠試驗(yàn)、熒光分析 b 儀器高壓汞燈光刻機(jī)、光學(xué)儀器 c 普通高壓汞燈 輻射404.7nm、435.8nm、546.1nm、577nm等光譜大面積照明 d 熒光高壓汞燈汞的可見(jiàn)光譜，365nm

13、激發(fā)的熒光輻射廠礦照明 (3) 超高壓汞燈紫外可見(jiàn)輻射豐富、亮度高熒光分析、光刻、光學(xué)儀器第三十三張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月固體發(fā)光光源固體在電場(chǎng)作用下將電能直接轉(zhuǎn)換成光能的發(fā)光現(xiàn)象，也稱(chēng)為場(chǎng)致發(fā)光或電致發(fā)光。用途：全固化光源，全固化顯示分類(lèi)：三種形式：粉末：交流粉末；直流粉末。薄膜：高分辨率，成像質(zhì)量高，顯示對(duì)比度好，可制成各種形狀，視角大，光線柔和，制備工藝簡(jiǎn)單，造價(jià)便宜等。發(fā)光二級(jí)管。光電技術(shù)中常用的光源第三十四張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月激光器工作原理 組成：工作性質(zhì)，諧振腔，泵浦源 產(chǎn)生的必要條件：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，減少振蕩模式數(shù)；產(chǎn)生的充分條件：閾值條件，增

14、益飽和效應(yīng)。光電技術(shù)中常用的光源第三十五張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月氣體激光器He-Ne 激光器 : 632.8nm 1.15m 3.39m，1mw數(shù)10mw氬離子激光器 452.9nm 476.5nm 496.5nm 488nm 514.5nm；其中488和514.5nm最強(qiáng)，占80%CO2激光器 co2+N2+He： 分子氣體激光器，911m，典型：10.6m用途金屬材料的切割和熱處理，寶石加工，手術(shù)治療光電技術(shù)中常用的光源第三十六張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月固定激光器工作物質(zhì)：具有特殊能力的高質(zhì)量的光學(xué)玻璃或光學(xué)晶體，里面摻入具有發(fā)射激光能力的金屬離子。紅寶石， 釹玻璃，石榴石波長(zhǎng)： 694.3nm 脈沖紅光光電技術(shù)中常用的光源第三十七張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于202