第二讲 辐射度学与光度学基本知识.
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辐射度学与光度学基本知识
（§1-5）了解几种常见激光器。
E、H
§１.２ 辐射度学与光度学基本知识
对于光辐射的探测和计量，存在着两套体系:
辐射度量:只与辐射客体有关的量,基本量是辐射通量 （又称为辐射功率）或者辐射能. 基本单位 是瓦特（W）或者焦耳(J)。适用于整个电 磁波段。
光度量: 反映人眼对不同波长电磁波的视觉灵敏度， 基本量的是发光强度，基本单位是坎德拉 (cd)。只适用于可见光波段。
定义式
单位
辐射能 辐射通量
辐射出射度
辐射强度 辐射亮度 辐射照度
dQe＝ edt e(基本量) Me=de/dS Ie=de/d
Le=dIe/(dScos)
Ee=de/dA
J=Ws
W W/m2 W/sr
(W/sr)/m2
W/m2
光量 光通量 光出射度 发光强度 (光)亮度 (光)照度
dQv=v dt dv=Iv d Mv=dv/dS
回顾:
1.0
坎德拉定义中的 (1 的 光而言，就是1lm/sr, 即:1cd.
光视 效 率
0.8
V' 510nm 555V nm
0.6
0.4
暗视觉
0.2
明视觉
0.0
400
500
600
700
800
波 长 (nm)
§１.２ 辐射度学与光度学基本知识 光通量(lm)与辐射通量(辐射功率,W)的换算：
＝ 555nm 的 单 色 光 视 效 率V=1, 为最大值.
§１.２ 辐射度学与光度学基本知识
光视效率(视见函数):
V
K Km
K 683
(1 13)
1.0
暗视觉相对于明
视觉蓝移.
E、H
§１.２ 辐射度学与光度学基本知识
对于光辐射的探测和计量，存在着两套体系:
辐射度量:只与辐射客体有关的量,基本量是辐射通量 （又称为辐射功率）或者辐射能. 基本单位 是瓦特（W）或者焦耳(J)。适用于整个电 磁波段。
光度量: 反映人眼对不同波长电磁波的视觉灵敏度， 基本量的是发光强度，基本单位是坎德拉 (cd)。只适用于可见光波段。
定义式
单位
辐射能 辐射通量
辐射出射度
辐射强度 辐射亮度 辐射照度
dQe＝ edt e(基本量) Me=de/dS Ie=de/d
Le=dIe/(dScos)
Ee=de/dA
J=Ws
W W/m2 W/sr
(W/sr)/m2
W/m2
光量 光通量 光出射度 发光强度 (光)亮度 (光)照度
dQv=v dt dv=Iv d Mv=dv/dS
回顾:
1.0
坎德拉定义中的 (1 的 光而言，就是1lm/sr, 即:1cd.
光视 效 率
0.8
V' 510nm 555V nm
0.6
0.4
暗视觉
0.2
明视觉
0.0
400
500
600
700
800
波 长 (nm)
§１.２ 辐射度学与光度学基本知识 光通量(lm)与辐射通量(辐射功率,W)的换算：
＝ 555nm 的 单 色 光 视 效 率V=1, 为最大值.
§１.２ 辐射度学与光度学基本知识
光视效率(视见函数):
V
K Km
K 683
(1 13)
1.0
暗视觉相对于明
视觉蓝移.
1.2 辐射度学与光度学基本知识2.20
1.2.1 辐射量 辐射量—7个辐射量概念 个辐射量概念
1. 辐射能 Qe —— 焦耳 焦耳(J)
辐射能是以辐射形式发射或传输的电磁波能量(主要 辐射能是以辐射形式发射或传输的电磁波能量 主要 指紫外、可见光和红外辐射) 指紫外、可见光和红外辐射
辐射能量
• 在辐射度学中，辐射能量Q是基本的能量单位，用J(焦耳 在辐射度学中，辐射能量 是基本的能量单位 是基本的能量单位， 焦耳) 焦耳 来度量。 来度量。 • 每个光子有一定的辐射能量，其大小为Planck常数 每个光子有一定的辐射能量，其大小为 常数 (6.62620× (6.62620×10-34焦耳秒)乘以光速(2.998×108米/秒)，再除 焦耳秒)乘以光速 乘以光速(2.998× /秒 )， 以光子的波长。 以光子的波长。 • 等价于每焦耳的光子数目为 等价于每焦耳的光子数目为5.034×1015乘以光子的波长。 × 乘以光子的波长。 例如，在波长为550nm的波段处，每焦耳的光子数目大约 的波段处， 例如，在波长为 的波段处 为2.77×109个。 ×
1.2.1 辐射量 辐射量—7个辐射量概念 个辐射量概念
2. 辐射通量：Φe（辐射功率） 辐射通量： （辐射功率） 瓦特(W) 焦耳/秒(J/s) 焦耳/ 瓦特 单位时间内流过的辐射能量
dQe Φe = dt
1.2.1 辐射量 辐射量—7个辐射量概念 个辐射量概念
3. 辐射出射度 辐射出射度Me —— 单位是 单位是W/m2 反映物体辐射能力的物理量 定义为辐射体单位面积向半空间发射的辐射通量
Ie Ee = 2 R
结果表明： 结果表明：一个均匀点光源在空间一点的辐射照度与该光 源的辐射强度成正比，与距离平方成反比。 源的辐射强度成正比，与距离平方成反比。
0.2 辐射度学和光度学基础
三、辐射度学和光度学基本物理量的关系
四、黑体辐射
黑体定义： 黑体定义：能全部吸收各种波长的辐射能而不 发生反射，折射和透射的物体称为绝对黑体。 发生反射，折射和透射的物体称为绝对黑体。 简称黑体 黑体的结构：不透明的材料制成带小孔的的空 黑体的结构： 可近似看作黑体。 腔,可近似看作黑体。 研究黑体辐射的 规律是了解一般物体 热辐射性质的基础。 热辐射性质的基础。
辐射出射度Me 辐射出射度Me
W/m2
辐射照度Ee 辐射照度Ee
dΦ Ee= dΦe/dA
W/m2
一、辐射度学和光度学基本物理量
1.5 基本辐射度学物理量的核心量 辐射功率（辐射通量） 辐射功率（辐射通量） 1、共7个物理量 2、辐射功率（辐射通量）：单位时间的辐射 辐射功率（辐射通量）：单位时间的辐射 ）： 能量， e=dQ/dt， 能量，Φe=dQ/dt，瓦（W） 3、其它6个量除辐射能量密度外，5个量都直 其它6个量除辐射能量密度外， 接与辐射功率相联系。辐射能量、 接与辐射功率相联系。辐射能量、辐射强 辐射亮度、辐射出射度、辐射照度。 度、辐射亮度、辐射出射度、辐射照度。
一、辐射度学和光度学基本物理量
1.10 联系辐射度学和光度学的坎德拉
1cd= 1/683 W/sr——坎德拉定义 坎德拉定义 1cd=1lm/sr——流明定义 流明定义 555nm单色波长条件下 单色波长条件下 1lm/sr=1/683 W/sr 1lm=1/683 W （上式约去 ） 上式约去sr） Km=683lm/W （上式同时除以 上式同时除以1/683W） ） ——明视最大流明效率（最大光谱效能）。 明视最大流明效率（ 明视最大流明效率 最大光谱效能）。
一、辐射度学和光度学基本物理量
1.2 研究范围
四、黑体辐射
黑体定义： 黑体定义：能全部吸收各种波长的辐射能而不 发生反射，折射和透射的物体称为绝对黑体。 发生反射，折射和透射的物体称为绝对黑体。 简称黑体 黑体的结构：不透明的材料制成带小孔的的空 黑体的结构： 可近似看作黑体。 腔,可近似看作黑体。 研究黑体辐射的 规律是了解一般物体 热辐射性质的基础。 热辐射性质的基础。
辐射出射度Me 辐射出射度Me
W/m2
辐射照度Ee 辐射照度Ee
dΦ Ee= dΦe/dA
W/m2
一、辐射度学和光度学基本物理量
1.5 基本辐射度学物理量的核心量 辐射功率（辐射通量） 辐射功率（辐射通量） 1、共7个物理量 2、辐射功率（辐射通量）：单位时间的辐射 辐射功率（辐射通量）：单位时间的辐射 ）： 能量， e=dQ/dt， 能量，Φe=dQ/dt，瓦（W） 3、其它6个量除辐射能量密度外，5个量都直 其它6个量除辐射能量密度外， 接与辐射功率相联系。辐射能量、 接与辐射功率相联系。辐射能量、辐射强 辐射亮度、辐射出射度、辐射照度。 度、辐射亮度、辐射出射度、辐射照度。
一、辐射度学和光度学基本物理量
1.10 联系辐射度学和光度学的坎德拉
1cd= 1/683 W/sr——坎德拉定义 坎德拉定义 1cd=1lm/sr——流明定义 流明定义 555nm单色波长条件下 单色波长条件下 1lm/sr=1/683 W/sr 1lm=1/683 W （上式约去 ） 上式约去sr） Km=683lm/W （上式同时除以 上式同时除以1/683W） ） ——明视最大流明效率（最大光谱效能）。 明视最大流明效率（ 明视最大流明效率 最大光谱效能）。
一、辐射度学和光度学基本物理量
1.2 研究范围
辐射度学与光度学的基础知识课件
总结词
辐射度学的应用领域广泛，包括天文、气象、环保、 能源等领域。
详细描述
辐射度学的应用领域非常广泛。在天文领域，通过对天 体的辐射特性进行研究，可以深入了解天体的组成和演 化过程；在气象领域，通过对地球表面和大气的辐射特 性进行测量和计算，可以预测天气和气候变化；在环保 领域，可以利用辐射度学的方法监测环境污染和评估环 境质量；在能源领域，可以通过研究物质的辐射特性， 实现能源的高效利用和节能减排。此外，辐射度学还在 医学、农业等领域有着广泛的应用。
详细描述
光度量是用来描述光的特性的物理量。其中，光通量表示光的总量，发光强度表示光源在一定方向上 发射光的强度，照度表示光照在物体表面的强度，光色则涉及到人对光的视觉感知。
光度学的应用领域
总结词
光度学的应用领域广泛，包括照明设计、显 示技术、摄影和医学影像等。
详细描述
光度学在各个领域都有重要的应用价值。在 照明设计领域，光度学为提高照明质量和能 效提供了理论支持；在显示技术领域，光度 学帮助优化屏幕亮度和色彩表现；在摄影和 医学影像领域，光度学则有助于获取高质量 的图片和影像。
03
辐射度学与光度学的关系
辐射度学与光度学的联系来自1 2两者都是研究光和辐射的学科
辐射度学主要研究光和电磁辐射的能量和功率， 而光度学则关注光的质量和视觉感知。
共同的理论基础
两者都基于物理光学和电磁理论，研究光和辐射 的传播、吸收、散射和发射等特性。
3
交叉应用领域
在某些领域，如照明工程、光环境评估等，辐射 度学和光度学有交叉应用，相互补充。
04
辐射度学与光度学的应用 实例
辐射度学的应用实例
太阳辐射测量
辐射度学可以用于测量太阳辐射，包括紫外、可见和红外 波段的辐射能量，对于太阳能利用和气象观测具有重要意 义。
辐射度学的应用领域广泛，包括天文、气象、环保、 能源等领域。
详细描述
辐射度学的应用领域非常广泛。在天文领域，通过对天 体的辐射特性进行研究，可以深入了解天体的组成和演 化过程；在气象领域，通过对地球表面和大气的辐射特 性进行测量和计算，可以预测天气和气候变化；在环保 领域，可以利用辐射度学的方法监测环境污染和评估环 境质量；在能源领域，可以通过研究物质的辐射特性， 实现能源的高效利用和节能减排。此外，辐射度学还在 医学、农业等领域有着广泛的应用。
详细描述
光度量是用来描述光的特性的物理量。其中，光通量表示光的总量，发光强度表示光源在一定方向上 发射光的强度，照度表示光照在物体表面的强度，光色则涉及到人对光的视觉感知。
光度学的应用领域
总结词
光度学的应用领域广泛，包括照明设计、显 示技术、摄影和医学影像等。
详细描述
光度学在各个领域都有重要的应用价值。在 照明设计领域，光度学为提高照明质量和能 效提供了理论支持；在显示技术领域，光度 学帮助优化屏幕亮度和色彩表现；在摄影和 医学影像领域，光度学则有助于获取高质量 的图片和影像。
03
辐射度学与光度学的关系
辐射度学与光度学的联系来自1 2两者都是研究光和辐射的学科
辐射度学主要研究光和电磁辐射的能量和功率， 而光度学则关注光的质量和视觉感知。
共同的理论基础
两者都基于物理光学和电磁理论，研究光和辐射 的传播、吸收、散射和发射等特性。
3
交叉应用领域
在某些领域，如照明工程、光环境评估等，辐射 度学和光度学有交叉应用，相互补充。
04
辐射度学与光度学的应用 实例
辐射度学的应用实例
太阳辐射测量
辐射度学可以用于测量太阳辐射，包括紫外、可见和红外 波段的辐射能量，对于太阳能利用和气象观测具有重要意 义。
辐射度与光度学基础知识课件
详细描述
辐射度学主要研究电磁波的发射、传播、吸收、散射和转换等过程，以及这些 过程中电磁波的能量分布和传输规律。它涉及到电磁波与物质相互作用的基本 规律，是光学、光谱学、热力学等多个学科的基础。
辐射度学单位
总结词
辐射度学中常用的单位包括瓦特、焦耳、坎德拉等，用于描述电磁辐射的能量、功率和亮度等物理量 。
照明工程中的辐射度和光度学的综合应用
在照明工程中，辐射度和光度学是相 辅相成的两个领域，综合应用可以更 好地满足实际需求。
综合应用还体现在照明设计过程中， 需要综合考虑光源的辐射特性和光照 效果，以及人类视觉感知的需求，以 实现最佳的照明效果。
通过结合辐射度和光度学的原理，可 以更精确地控制光源的辐射特性和光 照效果，提高照明质量和效率。
照明工程中的辐射度学应用
辐射度学是研究光辐射在空间分布、传输和度量的科学，在照明工程中有着广泛的 应用。
利用辐射度学原理，可以精确测量和控制光源的辐射特性，如光谱分布、光强空间 分布、辐射温度等，从而优化照明系统的性能。
辐射度学还用于研究光环境对人类视觉感知的影响，为照明设计提供科学依据，提 高照明质量和舒适度。
详细描述
辐射度学涉及一系列物理量，这些物理量用于描述电 磁波的各种特性。其中包括辐射能量（描述电磁波携 带的能量大小），辐射通量（描述单位时间内通过某 一面积的能量大小），辐射强度（描述光源在某一方 向上发射的光的强度），辐射亮度（描述物体表面反 射或发射光的亮度）。这些物理量在研究电磁波的发 射、传播、吸收、散射和转换等过程中具有重要意义 。
详细描述
流明是光通量的单位，表示单位时间内发出的光的总量。坎德拉是发光强度的单位，表示单位方向上单位立体角 内发出的光的强度。勒克斯是光照强度的单位，表示单位面积上单位立体角内发出的光的强度。这些单位在光度 学中具有重要地位，用于描述光辐射的度量和性质。
辐射度学主要研究电磁波的发射、传播、吸收、散射和转换等过程，以及这些 过程中电磁波的能量分布和传输规律。它涉及到电磁波与物质相互作用的基本 规律，是光学、光谱学、热力学等多个学科的基础。
辐射度学单位
总结词
辐射度学中常用的单位包括瓦特、焦耳、坎德拉等，用于描述电磁辐射的能量、功率和亮度等物理量 。
照明工程中的辐射度和光度学的综合应用
在照明工程中，辐射度和光度学是相 辅相成的两个领域，综合应用可以更 好地满足实际需求。
综合应用还体现在照明设计过程中， 需要综合考虑光源的辐射特性和光照 效果，以及人类视觉感知的需求，以 实现最佳的照明效果。
通过结合辐射度和光度学的原理，可 以更精确地控制光源的辐射特性和光 照效果，提高照明质量和效率。
照明工程中的辐射度学应用
辐射度学是研究光辐射在空间分布、传输和度量的科学，在照明工程中有着广泛的 应用。
利用辐射度学原理，可以精确测量和控制光源的辐射特性，如光谱分布、光强空间 分布、辐射温度等，从而优化照明系统的性能。
辐射度学还用于研究光环境对人类视觉感知的影响，为照明设计提供科学依据，提 高照明质量和舒适度。
详细描述
辐射度学涉及一系列物理量，这些物理量用于描述电 磁波的各种特性。其中包括辐射能量（描述电磁波携 带的能量大小），辐射通量（描述单位时间内通过某 一面积的能量大小），辐射强度（描述光源在某一方 向上发射的光的强度），辐射亮度（描述物体表面反 射或发射光的亮度）。这些物理量在研究电磁波的发 射、传播、吸收、散射和转换等过程中具有重要意义 。
详细描述
流明是光通量的单位，表示单位时间内发出的光的总量。坎德拉是发光强度的单位，表示单位方向上单位立体角 内发出的光的强度。勒克斯是光照强度的单位，表示单位面积上单位立体角内发出的光的强度。这些单位在光度 学中具有重要地位，用于描述光辐射的度量和性质。
1.2 辐射度学与光度学基本知识
V适光
555
适暗性（微光）视见函数：
505 V适暗
表2 标准适光性视见函数值
辐射颜色 紫 紫 紫 紫 蓝 蓝 青 青 青 青 绿 绿 绿 波长/nm 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 V(l) 0.0004 0.0012 0.0040 0.0116 0.0230 0.0380 0.0600 0.0910 0.1390 0.2080 0.3230 0.5030 0.7100 辐射颜色 绿 绿 黄 黄 黄 黄 黄 黄 橙 橙 橙 橙 橙 波长/nm 530 540 550 555 560 570 580 590 600 610 620 630 640 V(l) 0.8620 0.9540 0.9950 1.0000 0.9950 0.9520 0.8700 0.7570 0.6310 0.5030 0.3810 0.2650 0.1750 辐射颜色 橙 红 红 红 红 红 红 红 红 红 红 红 波长/nm 650 660 670 680 690 700 710 720 730 740 750 760 V(l) 0.1070 0.0610 0.0320 0.0170 0.0082 0.0041 0.0021 0.00105 0.00052 0.00025 0.00012 0.00006
四、光照度
(1) 光照度的定义——E 光照度的定义：受照面单位面积上接收到的或投射到受照面单位面积上的光 通量。 光照度的数学表述：对于给定的受照面面元dS'，其上所接收到的或投射到 其上的光通量 dF' ，与该面元大小成正比，相应的比 例系数正是该面元上的光照度，即
d ' E d S'
红外物理(第二版)课件：辐射度学和光度学基础
其中,V 为体积,单位是 m3。
辐射度学和光度学基础 2.2.3 辐射功率
辐射功率就是发射、传输或接收辐射能的时间速率,用 P 表示,单位是 W,其定义 式为
其中,t为时间,单位为s。
辐射度学和光度学基础
辐射功率主要描述辐射能的时间特性,如许多辐射源的 发射特性,以及辐射探测器的 响应值不取决于辐射能的时间 积累,而取决于辐射功率的大小。
辐射度学和光度学基础 因此,在θ方向观测到的辐射源表面上位置x 处的辐亮度,
就是 Δ2P与 ΔAθ及 ΔΩ 之比的极限值,即
辐亮度的单位是 W/(m2·sr)。
辐射度学和光度学基础
图2-5 辐亮度的定义
辐射度学和光度学基础
由(2-7)式可知,源面上的小面源dA在θ方向的小立体角元 dΩ 内发射的辐射功率为d2P=LcosθdΩdA,所以,dA 向半球空 间发射的辐射功率可以通过对立体角积分得到,即
辐射度学和光度学基础
辐射度学主要是建立在几何光学的基础上,作两个假设: 第一,辐射按直线传播,因 此,辐射的波动性不会使辐射能的空 间分布偏离一条几何光线所规定的光路;第二,辐射 能是不相 干的,所以辐射度学不考虑干涉效应。
与其他物理量的测量相比较,辐射能的测量误差是很大 的,百分之一的误差就认为是 很精确的了。这也只能是在操 作非常小心,所采用的元件、技术、测试标准与上述误差十 分匹配的条件下才能达到的。
辐射度学和光度学基础 对于上述所测量的小面源 ΔA,有
由上式可得
辐射度学和光度学基础 如果小面源的辐亮度L 不随位置变化(由于小面源 ΔA
面积较小,通常可以不考虑L 随 ΔA 上位置的变化),则
即小面源在空间某一方向上的辐射强度等于该面源的辐 亮度乘以小面源在该方向上的 投影面积(或表观面积)。
辐射度学和光度学基础 2.2.3 辐射功率
辐射功率就是发射、传输或接收辐射能的时间速率,用 P 表示,单位是 W,其定义 式为
其中,t为时间,单位为s。
辐射度学和光度学基础
辐射功率主要描述辐射能的时间特性,如许多辐射源的 发射特性,以及辐射探测器的 响应值不取决于辐射能的时间 积累,而取决于辐射功率的大小。
辐射度学和光度学基础 因此,在θ方向观测到的辐射源表面上位置x 处的辐亮度,
就是 Δ2P与 ΔAθ及 ΔΩ 之比的极限值,即
辐亮度的单位是 W/(m2·sr)。
辐射度学和光度学基础
图2-5 辐亮度的定义
辐射度学和光度学基础
由(2-7)式可知,源面上的小面源dA在θ方向的小立体角元 dΩ 内发射的辐射功率为d2P=LcosθdΩdA,所以,dA 向半球空 间发射的辐射功率可以通过对立体角积分得到,即
辐射度学和光度学基础
辐射度学主要是建立在几何光学的基础上,作两个假设: 第一,辐射按直线传播,因 此,辐射的波动性不会使辐射能的空 间分布偏离一条几何光线所规定的光路;第二,辐射 能是不相 干的,所以辐射度学不考虑干涉效应。
与其他物理量的测量相比较,辐射能的测量误差是很大 的,百分之一的误差就认为是 很精确的了。这也只能是在操 作非常小心,所采用的元件、技术、测试标准与上述误差十 分匹配的条件下才能达到的。
辐射度学和光度学基础 对于上述所测量的小面源 ΔA,有
由上式可得
辐射度学和光度学基础 如果小面源的辐亮度L 不随位置变化(由于小面源 ΔA
面积较小,通常可以不考虑L 随 ΔA 上位置的变化),则
即小面源在空间某一方向上的辐射强度等于该面源的辐 亮度乘以小面源在该方向上的 投影面积(或表观面积)。
第二章辐射度光度基础
朗伯(J. H. Lambert)定律——余弦定律
• 按照cos 规律发射光通量的规 律，叫朗伯定律； • 余弦辐射体可以是自发光面， 也可以是透射或反射体； • 黑体，太阳和平面灯丝钨丝等 可视为余弦辐射体； • 一个均匀的球形余弦发射体， 从远处的观察者看来，与同样 半径同样亮度的圆盘无疑。
XV Km
780
380
X e ( )V( )d
人眼的光视效能K （lm/W）
V K m 0 V ( ) e ( ) d K K mV e ( ) d
0
e
V ( )视效率
常见光源的光视效能
• 光通量：光源在单位时间内，向周围空间辐射出的、使人 光视效能 光视效能 光源类型 光源类型 眼产生光感觉的能量，称为光通量，用符号Φv表示，单 (lm/W) (lm/W) 位为流明 (lm)。 钨丝灯 (真空) 8~9.2 1W电功率所发出的流明数 日光灯 27~41 • 人们通常以电光源消耗 (lm／W) 钨丝灯 (充气) 9.2~21 高压水银灯 34~45 来表征电光源的特性，称为发光效率，简称光效。电光源 的光效越高越好。 石英卤钨灯 30 超高压水银灯 40~47.5
的余弦变化。
朗伯余弦辐射体
发光强度的空间分布满足 的发光表面叫做余弦辐射体。
I0为发光面在法线方向的发光强度， Iθ为和法线成任意 角度θ方向的发光强度。发光强度向量Iθ端点的轨迹是一个与 发光面相切的球面，球心在法线上，球的直径为I0。
上图为用向量表示的余弦辐射体在通过法线的任意截面 内的光强度分布。
朗伯辐射体的辐射出射度与亮度的关系
dΦ L cos dSd LdS cos d LdS d 2 sin cos d
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波动理论
惠更斯、杨氏和费涅耳等 解释光的干涉和衍射现象 麦克斯韦电磁理论：光是一种电磁波
3
1.电磁波的性质与电磁波谱
光是电磁波。根据麦克斯韦电磁场理论，若
在空间某区域有变化电场（或变化磁场），在邻
近区域将产生变化的磁场（或变化电场），这种
变化的电场和变化的磁场不断地交替产生，由近
及远以有限的速度在空间传播，形成电磁波。
磁波谱，如图1所示，光辐射仅占电波谱的一极小波
段。
7
/nm 1106 4104 6103 1.5106 770 622 597 577 492 455 390 300 极远 声频电磁振荡
Hale Waihona Puke /m 1014 1012 1010 无线电波
远
中 近 红 橙 毫米波 红外光 紫外光 X射线 射线 宇宙射线
108
106 104
黄
绿 蓝 紫 近 远
可 见 光
102
1 10-2
10-4
10-6 10-8
200
10
极远
10-10
图1 电磁辐射波谱
8
2. 光辐射
以电磁波形式或粒子（光子）形式传播的能量，它 们可以用光学元件反射、成像或色散，这种能量及其传 播 过 程 称 为 光 辐 射 。 一 般 认 为 其 波 长 在 10nm ~ 1mm，或频率在 31016Hz~31011Hz范围内。一 般按辐射波长及人眼的生理视觉效应将光辐射分成三部
一个光子的能量 光子的动量
h h h p c c
（1） （2）
动量的方向即光波（电磁波）传播方向
h 为普朗克常数 h=6.626176 × 10-34 J · s
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光既然是一种传播着的能量，如何度量和
定量研究 光度学与辐射度学：对光能进行定量研究的科 学. 光 度 学——只限于可见光范围，包含人眼特 性。 辐射度学——规律适用于从紫外到红外波段（ 光能的大小是客观的）.有些规律适用于整个电 磁波谱。 红外物理就是从光是一种能量出发，定量地讨 论光的计算和测量问题（当然不只是可见光）.
dS cos d 2 R
[例 ]
球冠所对应的立体角：
顶角为2θ的圆锥的立体角为一个单位球的球冠
分：紫外辐射、可见光和红外辐射。一般在可见到紫外
波段波长用 nm 、在红外波段波长用 m 表示。波数的
单位习惯用cm-1。
9
可见光：
通常人们提到的“光”指的是可见光。可见光
是波长在380~780nm范围的光辐射，也是人
视觉能感受到“光亮”的电磁波。当可见光进
入人眼时，人眼的主观感觉依波长从长到短表
单位立体角：以O为球心、R为半径作球，若立体
角Ω截出的球面部分的面积为R2，则此球面部分所
对应的立体角称为一个单位立体角，或一球面度。
微小面积的立体角：对于一个给定顶点O 和一个随 意方向的微小面积dS ，它们对应的立体角为
其中θ为dS 与投影面积 dA的夹角，R为O 到dS中心 的距离。
4
5
电磁波具有以下性质：
电磁波的电场 E 和磁场 H 都垂直于波的传播方向，三者 相互垂直，所以电磁波是横波。和传播方向构成右手螺旋系。
沿给定方向传播的电磁波， E 和 H 分别在各自平面内振 动，这种特性称为偏振。
空间各点 E和H 都作周期性变化，而且相位相同，即同时 达到最大，同时减到最小。 E H 任一时刻，在空间任一点， E 和H在量值上的关系 为 E H 。
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红外辐射：
波长在0.77~1000m的是红外辐射。通 常分为近红外、中红外和远红外三部分。
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光子及其能量和动量
当光与物质作用时，如果产生原子对光的发射和 吸收，此时光的粒子性表现得较为明显，这时，可将 光束看作以光速C运动的粒子流。 描述光的波动性：波长λ，频率 描述光的粒子性：能量ε，动量 P
电磁波在真空中传播的速度为 c 1 度为 v 。
1
0 0
，介质中的传播速
6
电磁波包括的范围很广，从无线电波到光波，从X 射线到 射线，都属于电磁波的范畴，只是波长不同
而已。目前已经发现并得到广泛利用的电磁波有波长
达104m以上的，也有波长短到10-5nm以下的。可以按照
频率或波长的顺序把这些电磁波排列成图表，称为电
定义:一个任意形状椎面所包含的空间称为 立体角。 符号：Ω 单位：Sr （球面度）
如图所示，△A是半径 为R的球面的一部分， △A的边缘各点对球心 O连线所包围的那部分 空间叫立体角。 立体角的数值为部分球 面面积△A与球半径平 方之比，即
A 2 R
更严密的，立体角是面S对点P的面积分（曲面）：
现为红色、橙色、黄色、绿色、青色、蓝色和
紫色。
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紫外辐射：
紫外辐射比紫光的波长更短，人眼看不见， 波长范围是 1~390nm 。细分为近紫外、远紫 外和极远紫外。由于极远紫外在空气中几乎会被 完全吸收，只能在真空中传播，所以又称为真空 紫外辐射。在进行太阳紫外辐射的研究中，常将 紫外辐射分为A波段、B波段和C波段。
光电子技术原理 及应用
2018/10/18
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§2-1 光的基本概念
§2-2 立体角及其计算
§2-3 描述辐射场的物理量
§2-4 人眼与光度学
§2-5 光度量与辐射度量的对照
§2-6 辐射度学与光度学中的基本定律
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§ 2-1 光的基本概念
牛顿——微粒说
根据光直线传播现象，对反射和折射做了解释 不能解释较为复杂的光现象：干涉、衍射和偏振
dA R 3 R A
d e S d d S d S n
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dA R 球面的立体角：根据定义 3 R A A 2 R
全球所对应的立体角
4R 2 4 2 R
(全球所对应的立体角是整个空间，又称为4π空间.) 同理，半球所对应的立体角为2π空间。
§2-2 立体角及其计算
一、立体角： 在光辐射测量中，常用的几何量就是立体角。 立体角涉及到的是空间问题。任一光源发射 的光能量都是辐射在它周围的一定空间内。 因此，在进行有关光辐射的讨论和计算时， 也将是一个立体空间问题。与平面角度相似 ，我们可把整个空间以某一点为中心划分成 若干立体角。