常用光辐射源
第一章-光辐射与发光源
W／(m2·μm)
二、光度的基本物理量
• 光度单位体系是一套反映视觉亮暗特性的光 辐射计量单位。
（人眼的视觉细胞对不同频率的辐射有不同响应，辐射
度单位不能正确反映人的亮暗感觉。）
• 辐射度学的基本物理量Qe、Φe、Ie、Me、Le、Ee • 光频区光度基本物理量Qv、Φv、Iv、Mv、Lv、Ev
• 定义完全一一对应，其关系如表l—2所示。
光视 效 率
0.4
0.2
0.0 400
500
600
700
800
波 长 (nm)
• 光通量与辐射通量之间的关系
v Kme V
• 光度量与辐射度量的关系式的一般函数式
X v
Km
780 380
X
e
V
d
• 在光度学体系中，基本单位是发光强度Iv，其单位 是坎德拉cd。
• 坎德拉cd定义： • 当单色辐射光源频率为540×1012Hz，
表1-2 辐射度量和光度量之间的对应关系
辐射度物理量
光度量物理量
物理量名称
符号 定义或定义式
单位
物理量名称 符号 定义或定义式
单位
辐射能
Qe
hν
J
辐射通量
Φe
Φe=d Qe/dt
W
光量
Qv
Qv=∫Φvdt
lm·s
光通量
Φv
Φv=∫ IvdΩ
lm
辐射出射度
Me Me＝dΦe／dS W／m2
光出射度
Mv Mv＝dΦv／dS lm／m2
3. 绝对黑体(简称黑体)：
• 在任何温度下，对任何波长的辐射能的吸收 率等于l，即αλ（T）≡l
太赫兹辐射源
太赫兹辐射源
太赫兹辐射源是一种能够产生太赫兹频段辐射的设备。
太赫兹辐射指的是电磁波频段在100 GHz到10 THz之间的辐射。
太赫兹频段处于红外光和微波之间，具有独特的物理性质和广泛的应用潜力。
太赫兹辐射源可以通过不同的方法来产生。
常见的太赫兹辐射源包括：
1. 光学激发方法：使用激光器照射材料，通过光学效应产生太赫兹辐射。
这种方法可以利用光学非线性效应、光致电流等来产生太赫兹辐射。
2. 光电效应方法：利用光电效应将光子转化为电子，然后利用电子加速器或者光电倍增管等装置将电子加速并产生太赫兹辐射。
3. 电磁辐射方法：利用电磁辐射原理产生太赫兹辐射，例如通过电磁波辐射或者导电材料辐射产生太赫兹辐射。
4. 量子效应方法：利用量子效应产生太赫兹辐射，例如通过量子阱结构或者量子点结构产生太赫兹辐射。
太赫兹辐射源广泛应用于各种领域，包括通信、成像、材料检测、生物医学等。
目前，研究者们正在不断探索新的太赫兹辐射源的制备方法和性能改进，以满足越来越多的应用需求。
电光源的分类
一、电光源的种类电光源可分为热辐射光源、气体电光源及其他场致发光、激光等类型，电视照明中常用的有：热辐射类：普通白炽灯、卤钨灯气体放电类:荧光灯、金属卤化物灯、氙灯1.白炽灯：普通的钨丝灯。
优点：是显色性好，寿命较长，功率范围大。
缺点：发光效率低,(百分之几),色温低(2300-28000K)，玻璃壳发黑，降低发光效率。
2.卤钨灯：最常用的电视照明光源。
它是在常用的钨丝灯的基础上充入少量的卤素制成的。
在一定温度下卤素与蒸发到玻壳上的钨化合。
化合成的卤化钨是气体，随着灯内气体的对流，卤化钨又扩散到灯丝附近，由于灯丝温度很高，因此卤化钨又分解为卤开绿灯及钨，钨又回到钨丝上。
优点：P109●色温高，且稳定，一般在2900-32000K。
●发光效率高，稳定，30流明/瓦。
●寿命比同功率的白炽灯长3-4倍。
●透光性好，可见光全部能透过。
●体积小。
●显色指数高97-99缺点：●不能用手拿，碰到体酸的石英玻璃使用时易碎。
●耐震性差。
●由于制造技术原因，灯丝易断。
常见的卤钨灯有:石英碘钨灯管（散光灯、新闻灯）、石英卤钨灯泡（聚光灯、回光灯）。
3.金属卤化物灯灯腔内充有某种金属的卤化物。
常用的有镝钬灯。
【放像：金属卤化灯】优点：●色温高：5500-6000K●显色性高：80-90●发光效率高：80-100流明/瓦●寿命长是室外拍摄常用的光源。
4.氙灯：是一种惰性气体灯。
优点：●色温高：6000K●显色指数高：94●发光效率高：30-40流明/瓦●启动快速其光谱能量分布与日光接近，常用作外景照明。
（P110光源的显示指数，色温，发光效率。
5.荧光灯：三基色荧光灯。
光谱能量分布曲线以红、绿、蓝三原色组成而得名。
外形与荧光灯一样，属于冷光源。
【放像：三基色灯】优点：●发光效率高，是白炽灯的4-5倍●寿命长：是白炽灯的5-10倍●发光柔和。
常用于演播室的基础照明。
二、电视照明的灯具各种电光源还要与相应的灯具配合,才能使用。
核辐射测量原理复习知识要点
第一章 辐射源1、实验室常用辐射源有哪几类？按产生机制每一类又可细分为哪几种？带电粒子源快电子源： β衰变 内转换 俄歇电子 重带电粒子源： α衰变 自发裂变非带电粒子源电子辐射源：伴随衰变的辐射、湮没辐射、伴随核反应的射线、轫致辐射、特征X 射线 中子源：自发裂变、放射性同位素（α，n ）源、光致中子源、加速的带电粒子引起的反应 2、选择辐射源时，常需要考虑的几个因素是什么？ 答：能量，活度，半衰期。
3、252Cf 可做哪些辐射源？答：重带点粒子源（α衰变和自发裂变均可）、中子源。
第二章 射线与物质的相互作用电离损失：入射带电粒子与核外电子发生库仑相互作用，以使靶物质原子电离或激发的方式而损失其能量作用机制：入射带电粒子与靶原子的核外电子间的非弹性碰撞。
辐射损失：入射带电粒子与原子核发生库仑相互作用，以辐射光子的方式损失其能量。
作用机制：入射带电粒子与靶原子核间的非弹性碰撞。
能量歧离：单能粒子穿过一定厚度的物质后，将不再是单能的，而发生了能量的离散；这种能量损失的统计分布，称为能量歧离。
引起能量歧离的本质是：能量损失的随机性。
射程：带电粒子沿入射方向所行径的最大距离。
路程：入射粒子在物质中行径的实际轨迹长度。
入射粒子的射程：入射粒子在物质中运动时，不断损失能量，待能量耗尽就停留在物质中，它沿原来入射方向所穿过的最大距离，称为入射粒子在该物质中的射程。
重带电粒子与物质相互作用的特点： 1、主要为电离能量损失2、单位路径上有多次作用——单位路径上会产生许多离子对3、每次碰撞损失能量少4、运动径迹近似为直线5、在所有材料中的射程均很短 电离损失： 辐射损失：快电子与物质相互作用的特点： 1、电离能量损失和辐射能量损失2、单位路径上较少相互作用——单位路径上产生较少的离子对3、每次碰撞损失能量大4、路径不是直线，散射大⎛⎫ ⎪⎝⎭242ion 0dE 4πz e -=NZB dx m v ()()⋅≅rad ion dE/dx E ZdE/dx 800222NZ m E z dx dE rad∝⎪⎭⎫ ⎝⎛-21m S rad ∝E S rad ∝2NZ S rad ∝带电粒子在靶物质中的慢化：(a) 电离损失－带电粒子与靶物质原子中核外电子的非弹性碰撞过程。
光的辐射和电磁谱的其他区域
通信：通过光导纤维实现高速、 大容量的数据传输和通信
照明：利用光的辐射为人类 提供照明，改善生活品质
医疗：激光在医疗领域的应用， 如激光手术、光子嫩肤等
能源：太阳能电池将光能转化 为电能，为可再生能源的发展
提供支持
电磁谱的其他区域
定义：无线电波是电磁波的一种，指频率在3000GHz以下的电磁波 特性：能够穿透电离层，不易被反射和折射 应用：通信、广播、电视、雷达等领域 与其他电磁波的区别：无线电波的波长较长，频率较低，能量较低
定义：波长介于无线电波和红外线之间的电磁波 应用：微波炉、雷达、通讯等 特性：能够穿透云层、雨水和墙壁等物质 与其他电磁波的区别：微波的频率较低，波长较长
定义：波长在可见光和微波之间的电磁波 特性：能够被物体吸收、反射和折射 应用：红外线加热、红外线探测、红外线成像等 与其他电磁波的区别：波长较长，能量较低
定义：波长在 10纳米至400 纳米之间的电
磁辐射
特性：具有杀 菌、促进维生 素D合成等作
用
来源：主要来 自太阳辐射， 少量来自其他
天体
应用：在医疗、 保健、美容等 领域有广泛应
用
感谢您的观看
汇报人：XX
光在真空中沿直线传播 光在不同介质中传播速度不同 光速是恒定的，约为3x10^8米/秒 光具有波粒二象性
光的波动性：光在空间中传播时表现出波动性质，如干涉、衍射等。
光的粒子性：光是由粒子构成的，具有能量和动量。
光的相干性：相干光是指具有相同频率和相位的光，能够产生干涉现象。
光的偏振性：光在传播过程中，其电场和磁场方向在垂直于传播方向上保持一致，具有偏振 性。
光的辐射和电磁谱的 其他区域
汇报人：XX
目录
现代光电成像技术概论 第2章 辐射源、目标及大气特性
17
黑体辐射基本定律
普朗克假设E=nhv n=0,1,2… h=6.63*10-34 得到 与实际曲线吻合结果。
March, 2014
Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang
18
黑体辐射基本定律
波尔兹曼方程：
维恩位移定律
March, 2014
激光/微光选通夜视系统 激光扫描大屏幕 激光刻蚀机、激光打印机和激光视盘
March, 2014
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29
激光/微光选通夜视系统
通过大电流驱动与控制，发射出人们肉眼看不到 的红外光线去照亮被拍摄的目标物体。但由于激 光的光束细、亮度高，因此必须要根据所监视的 远距离目标的距离和范围，通过光学扩束准直镜 头将红外光束扩束照亮到所监视范围的目标场景 。红外线经物体反射后进入摄像机的长焦距镜头 到光敏面上成像。这时我们所看到的是由红外线 反射所成的影像，而不是可见光反射所成的影像 ，即此时由超低照度摄像机可拍摄到黑暗环境下 肉眼看不到的影像。这种影像，再通过传输系统 送到监控中心去记录与显示。
（1）E1泵浦到E3、E4 （2）E3，E4容易衰变到E2 （3）自发发射的光子触发E2到E1的 受激发射，激光波长694.3 nm （4）脉冲激光（每闪几次）
March, 2014
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激光的产生过程与特点
March, 2014
Heilongjiang Institute of Technology, China Jialu Tang
第二章 光电检测中的常用光源
2．3． 1 脉冲灯 这种灯的特点是在极短的时间内发出很强的光辐射，其结构和工作电路原理如图 2− 8 所示。直流电源 电压 U0 经充电电阻 R，使储能电容 C 充电到工作电压 Uc。Uc 一般低于脉冲灯的自击穿电压 Us，而高于灯 的着火电压 U Z。脉冲灯的灯管外绕有触发丝。工作时在触发丝上施加高的脉冲电压，使灯管内产生电离火 花线，火花线大大减小了灯的内阻，使灯“着火” 。电容 C 中储存的大量能量可在极短的时间内通过脉冲 灯，产生极强的闪光。除激光器外，脉冲灯是最亮的光源。
2．2． 3 白炽灯 白炽灯是光电测量中最常用的光源之一。白炽灯发射的是连续光谱，在可见光谱段中部和黑体辐射曲 线相差约 0.5％，而在整个光谱段内和黑体辐射曲线平均相差 2％。此外，它的发光特性稳定，寿命长，使 用和量值复现方便，因而也广泛用作各种辐射度量和光度量的标准光源。 白炽灯有真空钨丝白炽灯、充气钨丝白炽灯和卤钨灯等，光辐射由钨丝通电加热发出。真空钨丝白炽 灯的工作温度为 2 300～ 2 800 K，发光效率约 10 lm／ w。钨的熔点约为 3680 K，进一步增加白炽灯的工作 温度会导致钨的蒸发率急剧上升，从而使寿命骤减。 充气钨丝白炽灯，由于在灯泡中充人和钨不发生化学反应的氩、氮等惰性气体，使由灯丝蒸发出来的 钨原子在和惰性气体原子碰撞时，部分钨原子能返回灯丝。这样可以有效地抑制钨的蒸发，从而使白炽灯 的工作温度可以提高到 2 700~3 000 K，相应的发光效率提 高到 17 lm／ W。 如果在灯泡内充人卤钨循环剂(如氯化碘、溴化硼等)， 在一定温度下可以形成卤钨循环， 即蒸发的钨和玻璃壳附近 的卤素合成卤钨化合物， 而该卤钨化合物扩散到温度较高的 灯丝周围时，又分解成卤素和钨。这样，钨就重新沉积在灯 丝上， 而卤素被扩散到温度较低的灯泡壁区域再继续与钨化 合。这一过程称为钨的再生循环，如图 2− 7 所示。卤钨循 环进一步提高了灯的寿命。灯的色温可达 3 200 K，发光效 率也相应提高到 30 lm／W。
光辐射治疗仪的光源选取要求
光辐射治疗仪的光源选取要求光辐射治疗仪是一种利用光的能量进行治疗的医疗设备。
它采用不同波长和功率的光源，通过照射患者的皮肤，以达到治疗疾病、促进伤口愈合和改善皮肤问题等目的。
在选择光辐射治疗仪的光源时，需考虑以下要求：1.波长选择：光辐射治疗仪使用的光源波长应与所需的治疗效果相匹配。
不同波长的光对人体的作用机制和生理反应不同，因此需要根据不同的治疗目的选择合适的波长。
例如，红光（波长在600-700纳米）常用于治疗炎症、促进伤口愈合和改善皮肤问题，紫外光（波长在280-400纳米）常用于治疗皮肤病等。
2.光能密度选择：光辐射治疗仪的光源需要有足够的光能密度，以保证治疗效果。
光能密度可以通过功率密度来衡量，通常以毫瓦/平方厘米（mW/cm²）为单位。
根据治疗目的和疾病的严重程度，选择适当的功率密度是非常重要的。
功率密度过低可能无法达到治疗效果，功率密度过高则可能对患者的皮肤造成伤害。
3.稳定性和一致性：光辐射治疗仪的光源需要具备良好的稳定性和一致性，以确保治疗效果的稳定性和可靠性。
光源的输出功率应保持稳定，不应出现大幅度的波动。
同时，在不同的使用时间和不同的治疗区域下，光源的输出功率应该保持一致。
4.使用寿命：选择光源时，需要考虑其使用寿命。
光源的使用寿命应足够长，以减少更换光源的频率。
较长的使用寿命可以降低使用成本，并确保设备的稳定性和可靠性。
5.安全性：光辐射治疗仪的光源应符合相关的安全标准和规定。
在选择光源时，需要确保其光辐射安全性符合国家和地区的法规要求，并具备必要的安全保护措施，以确保患者和操作人员的安全。
总结起来，选择光辐射治疗仪的光源时，应考虑合适的波长、光能密度的选择，确保其稳定性和一致性，同时具备足够的使用寿命和安全性。
只有满足这些要求，才能有效地使用光辐射治疗仪，达到预期的治疗效果。
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2．普朗克辐射公式
某一温度下灰体的辐射具有与同温度下黑体 相似的光谱能量分布特性。
Me(
300K黑体
300K海水
问题：灰体与同温度的黑体是否具有相同的峰值波长？
灰体的意义
2．普朗克辐射公式
目标－－舰艇
背景－－海水
例 计算常温下T=300K的海水在8～14μm的辐射出 度Me8～14。
黑体
海水
M eb(,T )
自然光源 --被动探测系统 人工光源 --主动探测系统
讨论： 举例说明
漆黑环境中的人和铁丝网的温差
温度低
温度高 －－自然光源，如太阳、导弹尾焰、人体等，可组成
被动探测系统，其信息源直接来自目标自身的辐射或外 来光辐射，它没有人为的光发射系统，如天文光电探测、 红外跟踪制导、微光夜视仪······
半 导 体 激 光 器
本章介绍：热辐射光源 气体放电光源
激光器
发光二极管
第02章 常用光辐射源
2.1 黑体辐射 2.2 光源的基本特性参数 2.3 热辐射光源 2.4* 气体放电光源 2.5 激光器 2.6 发光二极管
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黑体：
b(,T ) 1
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发射率的意义： 例： 地面物体发射率近似值
2.1 黑体辐射
土质 黑土 稀草 麦田 砂 石灰岩 砂砾 雪 海水 ε 0.87 0.84 0.93 0.89 0.9l 0.91 0.095 0.99
－－人工光源，如黑体辐射器、白炽灯、激光器等，
可组成主动探测系统，其信息源来自人造光源对目标的 反射、透射和散射等光辐射，它一般需要人为精心设计 光发射系统，如激光制导、光电精密微小尺寸测量、光 电磁场测量······
第02章 常用光辐射源
光辐射源分类:
自然光源
--被动探测系统
人工光源 --主动探测系统
第02章 常用光辐射源
讨论：研究光辐射源的意义
光电探测系统的基本组成： 光源、光学系统、调制器、传输介质、光电探 测器和电子系统等基本环节。
第02章 常用光辐射源
讨论：研究光辐射源的意义
光辐射源
辐射强度 辐射光谱
··· ···
光电探测器
灵敏度 响应光谱
··· ···
第02章 常用光辐射源
光辐射源分类:
卫星红外遥感原理：
根据地面物体发射率的差别及对环境辐射的反射率 的差别，遥感系统能把道路、河流等地形区分开来。
例1 X国卫星监视YYY潜艇基地
Байду номын сангаас海面冰封 潜艇出航
December 25, 2001 Russia Kamchatka Submarine Base
例2 红外遥感
红外遥感热像光谱辐射仪
重庆红外遥感地图
2.1 黑体辐射
能够在任何温度下全部吸收所有波长辐 射的物体叫绝对黑体－－简称黑体
Meb(,T ) (,T ) Eeb(,T )
辐射出度
辐射照度
(,T ) 1
－－黑体
(,T ) 1
－－其他物体
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c1
5 (ec2 / T
1)
如何计算？
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例3：常见的三类辐射体
2．普朗克辐射公式
(,T ) 1
峰值波长和温度的关系： 温度升高 向短波方向移动
2．普朗克辐射公式
例1：烧红的火钳
0.6 微米
0.7 8微米 3~5微米
温度高－－通红
温度低－－暗红
8~14 微米
例2：典型军事目标辐射
2．普朗克辐射公式
高温体热辐射 1~5 微米
常温体热辐射 8~14 微米
温度升高，辐射的峰值波长向短波方向移动
重要概念－－灰体
例2 红外遥感
伪彩色图： 颜色—温度
1.发射率和基尔霍夫定律
2.1 黑体辐射
光谱发射率：
(,T )
Me (,T )
Meb (,T )
基尔霍夫定律：
Me1(,T ) 1(,T )
Me2(,T ) 2(,T )
Meb(,T ) b(,T )
－－强吸收体必是强发射体！！！
2.1 黑体辐射
能够在任何温度下全部吸收所有波长辐射的物体 叫绝对黑体－－简称黑体
M eb(,T ) (,T ) Eeb(,T )
辐射出度
入射辐射
例如：
黑体模拟器
远处开着的窗户
2.1 黑体辐射
能够在任何温度下全部吸收所有波长辐 射的物体叫绝对黑体－－简称黑体
Meb(,T ) (,T ) Eeb(,T ) b (,T ) 1
2．普朗克辐射公式
2.1 黑体辐射
黑体光谱辐出度与波长、绝对温度之间关系
M eb(,T )
c1
5 (ec2 / T
1)
峰值波长和温度关系： 温度升高 向短波方向移动
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(,T ) 1
(,T ) 1
灰体的光谱辐射分布与黑体的光谱辐射分布形状 相似，最大值的位置也一致－－常将热辐射体按 灰体或黑体计算。
绝对黑体是理想热辐射源，自然界并不存在！！
研究黑体辐射意义：－－比较基准 ▲ 黑体模拟器 ▲ 近似黑体，如太阳、地球、海水······ ▲ 用黑体某些特性表征光源和辐射体
2.1 黑体辐射
1.发射率和基尔霍夫定律
光谱发射率：
(,T ) Me(,T ) Meb (,T )
一般辐射体：
(,T ) 1