輻射度學和光度學基礎1第1頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二第12章輻射度學和光度學基礎2第2頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二§12-1輻射度學的基本物理量§12-2光度學的基本物理量§12-3照度定律3第3頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二輻射度學與光度學輻射度學(Radiometry)是研究電磁輻射能測量的一門科學.輻射度量是用能量單位描述光輻射能的客觀物理量.光度學(Photometry)是研究光度測量的一門科學.光度量是光輻射能為平均人眼接受所引起的視覺刺激大小的度量.4第4頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二光輻射

以電磁波形式或粒子（光子）形式傳播的能量，它們可以用光學元件反射、成像或色散，這種能量及其傳播過程稱為光輻射。一般認為其波長在10nm~1mm，或頻率在31016Hz~31011Hz范圍內。一般按輻射波長及人眼的生理視覺效應將光輻射分成三部分：紫外輻射、可見光和紅外輻射。一般在可見到紫外波段波長用nm、在紅外波段波長用m表示。波數的單位習慣用cm-1。5第5頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二輻射度單位和光度單位兩套不同的體系。

輻射度單位體系中，輻通量（又稱為輻射功率）或者輻射能是基本量，是只與輻射客體有關的量。其基本單位是瓦特（W）或者焦耳（J）。輻射度學適用于整個電磁波段。光度單位體系是一套反映視覺亮暗特性的光輻射計量單位，被選作基本量的不是光通量而是發光強度，其基本單位是坎德拉。光度學只適用于可見光波段。物理量符號標角標“e”表示輻射度物理量，角標“v”表示光度物理量。6第6頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二§12-1輻射度學的基本物理量7第7頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二一輻射能輻射能是以輻射形式發射或傳輸的電磁波（主要指紫外、可見光和紅外輻射）能量。當輻射能被其它物質吸收時，可以轉變為其它形式的能量，如熱能、電能等。單位：焦耳J8第8頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二二輻射通量輻射通量e又稱為輻射功率，是指以輻射形式發射、傳播或接收的功率。

單位時間內流過的輻射能量。單位：瓦特W9第9頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二三輻射出射度

輻射出射度Me是用來反映物體輻射能力的物理量。

輻射體單位面積向半球面空間發射的輻射通量。

單位：瓦特每平方米（W/m2）面光源A向的半球面空間發射的總輻射通量

10第10頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二四輻射強度點輻射源在給定方向上發射的在單位立體角內的輻射通量。單位：瓦特·球面度-1（W·sr-1）點光源在有限立體角Ω內發射的輻通量

Sdde11第11頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二五輻射亮度面輻射源在某一給定方向上的輻射通量。單位：瓦特/球面度·米2（W/sr·m2）。SddSd12第12頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二有些輻射體的輻射強度在空間方向上的分布滿足可見:余弦輻射體的輻射亮度是均勻的，與方向角無關。余弦輻射體的輻射出射度沿其法線方向的輻射強度余弦輻射體或朗伯體余弦輻射體的輻射亮度13第13頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二六輻射照度在輻射接收面上的輻照度定義為照射在面元dA上的輻射通量與該面元的面積之比。單位：瓦特每平方米（W/m2）不要把輻照度Ee與輻出度Me混淆起來。雖然兩者單位相同，但定義不一樣。輻照度是從物體表面接收輻射通量的角度來定義的，輻出度是從面光源表面發射輻射的角度來定義的14第14頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二七光譜輻射度量

單位波長間隔內對應的輻射度量，稱為光譜輻射度量，也叫輻射量的光譜密度，是輻射量波長的變化率。光譜輻射度量與輻射度量之間滿足15第15頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二§12-2光度學的基本物理量16第16頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二光度量

光度單位體系是一套反映視覺亮暗特性的光輻射計量單位，在光頻區域光度學的物理量可以用與輻度學的基本物理量對應的來表示，其定義完全一一對應。

與輻射度量體系不同，在光度單位體系中，被選作基本單位的不是光量或光通量，而是發光強度，其單位是坎德拉。坎德拉不僅是光度體系的基本單位，而且也是國際單位制（SI）的七個基本單位之一。

17第17頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二光視效能：光視效能描述某一波長的單色光輻射通量可以產生多少相應的單色光通量。同一波長下測得的光通量與輻射通量的比之，即一光譜光視效能和光譜光視效率單位：流明/瓦特（lm/W）

通過對標準光度觀察者的實驗測定，在輻射頻率5401012Hz（波長555nm）處，K有最大值，其數值為Km=683lm/W。單色光視效率是K用Km歸一化的結果，定義為18第18頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二19第19頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二二常用輻度量和光度量之間的對應關系輻射度物理量對應的光度量物理量名稱符號定義或定義式單位物理量名稱符號定義或定義式單位輻射能輻射通量輻射出射度輻射強度輻射亮度輻射照度QeeMeIeLeEee＝dQe/dtMe=dedSIe=de/dLe=dIe/(dScos)Ee=de/dAJWW/m2W/srW/m2·srW/m2光量光通量光出射度發光強度(光)亮度(光)照度QvvMvIvLvEvQv=vdtv=IvdMv=dv/dSIv=dv/dLv=dIv/(dScos)Ev=dv/dAlm·slmlm/m2cdcd/m2lx20第20頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二§12-3照度定律21第21頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二SddedSdSn一余弦定律１.朗伯定律在θ方向上：在法線方向上：如果發光面或漫射面的亮度不隨方向而改變，則有:2.朗伯光源只有絕對黑體才是朗伯光源遵從朗伯定律的光源稱為朗伯光源．22第22頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二余弦定律同理可用于光照度上dSndS23第23頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二二平方反比定律SddedSdSn面積元dS對點光源所張的立體角內的光通量dS面上的光照度它描述了點輻射源產生的照度的規律，是來自均勻點光源向空間發射球面波的特性。24第24頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二例12-1一氦氖激光器發出10mW的波長為632.8nm的激光束，發散角為1mrad，發散角與立體角的關系為，若波長632.8nm光波的光譜光效率＝0.24,試求：(1)此激光束的光通量和發光強度；(2)若此激光輸出光束的截面的直徑為1mm,求其光亮度；(3)以這樣的激光束照射在10m處的白色屏幕上的光照度.解：(1)光通量相應的立體角為發光強度25第25頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二例12-1一氦氖激光器發出10mW的波長為632.8nm的激光束，發散角為1mrad，發散角與立體角的關系為，若波長632.8nm光波的光譜光效率＝0.24,試求：(1)此激光束的光通量和發光強度；(2)若此激光輸出光束的截面的直徑為1mm,求其光亮度；(3)以這樣的激光束照射在10m處的白色屏幕上的光照度.解：（2）由于激光束的方向與光束輸出截面dA的法線相一致.26第26頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二例12-1一氦氖激光器發出10mW的波長為632