3光能量光吸收.ppt

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1、第一章光的本性光的波粒二像性麥克斯韋方程組光的干涉、衍射、偏振光的相干性光的光譜特性光的能量歷史上的原因，先對(duì)電磁輻射中的可見光的光通量、光強(qiáng)、亮度、照度等進(jìn)行研究，描述人眼對(duì)光的敏感程度。三、光能量的量度單位光度學(xué)量受主觀視覺的限制，不是客觀的物理量在光電子學(xué)及其應(yīng)用中，應(yīng)采用不受人們主觀視覺限制、建立在物理測(cè)量基礎(chǔ)上的輻射度量學(xué)量。光度學(xué)量可視為輻射度量學(xué)量的特例。（一）基本輻射量輻射功率又叫輻射通量，它是發(fā)射、傳輸或接收輻射能量的時(shí)間變化率。其定義?Q/?t由于輻射能量是波長(zhǎng)、面積、立體角等因素的函數(shù)，用偏微商單位是瓦式中Q是輻射能量。2．輻射通量密度

2、(輻射通量密度)是描寫面源輻射特性的量，是源的單位面積向半球空間發(fā)射的輻射功率?P/?A源面積發(fā)射不一定均勻，面上各點(diǎn)附近單位面積發(fā)射的功率也不一樣，故M通常是源上位置的函數(shù)。式中A是輻射源面積。單位是瓦／米2,P是輻射通量dSθrdP.dA3．輻射強(qiáng)度IΩ描寫點(diǎn)源輻射的功率在空間不同方向上的分布點(diǎn)源不是輻射源真實(shí)的物理尺寸大小距地球遙遠(yuǎn)的星星，相對(duì)地面上的觀察者所張的角度，可以看成一個(gè)點(diǎn)觀測(cè)距離比源本身的最大尺寸大10倍以上，觀測(cè)裝置是不帶光學(xué)系統(tǒng)的簡(jiǎn)單探測(cè)器，可視為點(diǎn)源。如采用光學(xué)系統(tǒng)，由探測(cè)器的尺寸和輻射源在探測(cè)器表面上的成象尺寸決定，若象比探測(cè)器小，

3、則可將輻射源視為點(diǎn)源。輻射強(qiáng)度是點(diǎn)源在單位立體角內(nèi)發(fā)射的輻射功率，它是輻射功率在某個(gè)方向上角密度的量度?P/??單位是瓦／球面度。式中Ω是點(diǎn)源所張的立體角。S?d?dAd?圖2輻射強(qiáng)度示意圖描述擴(kuò)展源輻射功率在空間和源表面上的分布情況而引入的量。4．輻射亮度擴(kuò)展源是指尺寸很大的輻射源。實(shí)際上同一個(gè)輻射源既可以看作點(diǎn)源，又可以看作擴(kuò)展源。噴氣式飛機(jī)的尾噴口，在1公里以上觀察時(shí)可以看作一個(gè)點(diǎn)源，而在三米內(nèi)觀察時(shí)為一擴(kuò)展源。dSθrP.S當(dāng)采用光學(xué)系統(tǒng)觀測(cè)時(shí)，光輻射源的象比探測(cè)器大或者說輻射源充滿光學(xué)系統(tǒng)的視場(chǎng)．則該輻射源叫做擴(kuò)展源。擴(kuò)展源在某個(gè)方向上的輻射亮度是

4、它在該方向上的單位表觀面積向單位立體角內(nèi)發(fā)射的輻射功率。在擴(kuò)展源表面上某點(diǎn)附近的一個(gè)小面積元dA向半球空間(2π球面度)發(fā)射的輻射功率為dP，該面積元向與面積元法線夾角為θ的方向上發(fā)射輻射時(shí)，在θ方向上看到面積元dA的表觀面積為dAcosθ，dA向θ方向dΩ立體角內(nèi)發(fā)射的輻射功率被看作是由源的表觀面積元dAcosθ發(fā)出的輻射功率，表示為?2P/?A??cosθ單位是瓦／米2·球面度5．輻照度E以上都是描述輻射源發(fā)射特性的量。受照表面接收輻射功率引入輻射照度假設(shè)輻射源投射到被照表面某點(diǎn)附近小面積dA上的輻射功率為dP，則被照表面該點(diǎn)的輻照度E為?P/?A其意義

5、表示投射被照面上單位面積上的輻射功率，雖然它與輻出度的單位相同，但兩者的物理意義不同。單位為瓦／米2輻出度和輻照度區(qū)別輻出度是源向整個(gè)半球空間發(fā)射的輻射功率。輻照度是入射到被照表面上的輻射功率密度，(一個(gè)或幾個(gè)源的輻射功率。)輻照度E除與被照面上的位置有關(guān)外，還與輻射源的特性及被照明面與源的相對(duì)位置有關(guān)。?d2Pd?上面輻射量只考慮了輻射功率的空間分布特性。任何一個(gè)輻射源發(fā)出的輻射或投射到一個(gè)表面上的輻射功率。都有—定的頻率分布特征(即光譜特征)，由光譜輻射功率的意義。在波長(zhǎng)為λ到λ+dλ的波長(zhǎng)間隔內(nèi)的輻射功率為dP＝Pλdλ若dλ足夠小，式中dP可稱為波長(zhǎng)

6、為λ的單色輻射功率，用dPλ表示。在有限波長(zhǎng)范圍其定義為??1?2Pλdλ如果λ1=0，λ2=→∞稱為全輻射功率。(二)基本光度學(xué)量光度學(xué)涉及能引起視覺響應(yīng)的那部分輻射場(chǎng)。在研究方法上和概念上基本相同。輻射度量學(xué)量度的是電磁輻射場(chǎng)的能量，而光度學(xué)量是光場(chǎng)產(chǎn)生的視覺響應(yīng)。光通量相應(yīng)于輻射度量學(xué)中的輻射通量單位是流明。選擇555nm的波長(zhǎng)，人眼白晝視覺在這個(gè)波長(zhǎng)上最靈敏。其定義如下：定義波長(zhǎng)為555nm的單色輻射功率為0．0015瓦的光通量為一流明。光通量用Pν，由它出發(fā)，按與輻射度量學(xué)同樣定義方法，可定義出光度學(xué)中的其它量，如光出射度Mν光強(qiáng)度Iων光亮度Lν

7、光照度Eν光出射度Mν：?Pν/?A流明／米2(勒克司)光強(qiáng)度IΩν：?Pν/??流明／球面度(坎德拉)光亮度Lν：?2Pν/?A??cosθ流明/米2·球面度(尼特)光照度Eν：?Pν/?A流明／米2(勒克司)在這里，我們選用的符號(hào)與輻射量相同，只是在右下方加了一個(gè)腳標(biāo)ν。相應(yīng)的定義式和單位分別為輻射源照度(流明／米2)He-Ne激光器10mWd=1mm10米5×105太陽(處于天頂位置)1．2×105晴朗天空1×104陰天1×103全月(天頂位置)0．27無月的陰暗天空1×10-4距60瓦白熾燈1米處1×102幾種輻射源產(chǎn)生的照度幾種輻射源的亮度輻射源亮

8、度(坎德拉／厘米2)太陽表面2×105碳弧燈1×10