辐射度与光度学基础知识优秀课件
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第一章辐射度与光度学基础-09ppt - 第一章 辐射度与光度学基础-113页精品文档
§1－2辐射度学与光度学中的基本定律
热辐射基本上可分为两类，即黑体辐射和 线状、带状辐射源。一些不透明物体或炽 热稠密气体接近黑体，辐射为连续光谱， 而一些被激励的气体发光则为线状或带状 光谱。我们可用若干个基本定律对热辐射 进行较为完善的描述。
基尔霍夫(Kirchhoff)定律
基尔霍夫发现，在任一给定温度的热平衡条件下，任何物体的辐射发射
,T M ',T M 'b,T
M ',T d e d d A
Le dSdcIoesd d dS 2 co es
',,T c o s0 c o 's 0 , L ,,b ,,N T L , T ,b ,N d ,T d0 ',,,T T 4 L ,b ,N ,T d
T半 球 0 ',,,T L T 4 ,b,N ,Tco sdd
与发射率相同，吸收率也有上面四种形式，即方向光谱、方向总、 半球光谱和半球总吸收率。方向总吸收率可表示为:
',,T0'0 ,L,',i,T,L',,id,,d
光谱辐射通量Φe(λ)：辐射源发出的光在波长处的单位波长间隔内的辐 射通量。辐射通量与波长的关系如图。其式为
ede/d
若按光谱积分该函数，则可求得总的辐射通量值：
Байду номын сангаас
e 0ed
辐射度的基本物理量
前面介绍的几个重要的辐射量，都有与光谱辐射通量有相对应的关系， 如光谱辐照度Ee(λ) =dEe/dλ、光谱辐射出射度Me(λ)=dMe/dλ等， 其总辐射度量的积分形式也类似，我们将其列于表1－1中。
射本领之比，即 ,T M ',T M 'b ,T
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.
第2讲辐射度学与光度学的基础知识.ppt
距离平方反比定律
点源在接收面上产生的照度
I
Ex
d
dA
I d dA
I
dA cos
l2
dA
I cos
l2
dΩ n
lθ
x
dA
A
面源在接收面上产生的照度？《教材》P37 图2-8
朗伯余弦定律（1）
朗伯辐射体：辐射亮度与辐射方向无关
（漫反射体） Lθ = L0 = L
I I0
辐射度学的基本辐射量（4）
辐射亮度 Le 辐射源单位表观面积向单位立体角内发射的
辐射通量，单位为W/sr·m2（瓦每球面度平方米）
Le
dIe
dS cos
d 2e
ddS cos
光谱辐射量
辐射源发射的能量往往是由很多波长 的辐射所组成的，我们更关心能量的光谱 分布。 光谱辐射量（辐射量的光谱密度） 含义：单位波长间隔内的辐射量；
Фe = dQe /dt
辐射度学的基本辐射量（2）
辐射出射度（辐出度）Me
辐射源单位面积向半球空间（2π立体角）发 射的辐射通量，单位为W/m2（瓦每平方米）
Me
de dS
辐照度 Ee
接收面单位面积上接收的辐射通量，单位为W/m2
Ee
d e dS
辐射度学的基本辐射量（3）
辐射强度 Ie 点源向空间某一方向、单位立体角内发
辐射度学与光度学的概念
辐射度学 研究电磁波辐射能量的测试和计量的一门科学 辐射度量 用能量单位定量描述电磁波辐射的客观物理量 光度学 研究可见光能量的测试和计量的一门科学 光度量 人眼接收的光辐射所引起的视觉刺激大小的度量
辐射度学和光度学基础课件
能源利用效率。
02
医学影像技术
在医学影像技术中，辐射度学的知识可以帮助我们理解影像的形成机制
和优化影像质量；同时，光度学的知识可以帮助我们设计更好的医用光
源和照明系统。
03
视觉科学
光度学的知识在视觉科学中有着广泛的应用，例如人眼的光觉响应、颜
色视觉等；而辐射度学的知识可以帮助我们理解视觉感知的物理基础。
辐射度和光度在照明设计 中的应用
照明设计的基本原则
功能性原则
照明设计应满足人们的 基本照明需求，提供足 够的亮度以适应不同的
活动和环境。
舒适性原则
照明设计应考虑人的视 觉舒适感，避免过强或 过弱的光线造成视觉疲
劳或不适。
经济性原则
照明设计应考虑成本和 能耗，合理选择高效、 节能的照明设备和控制
系统。
研究的范围不同
辐射度学的研究范围涵盖了整个电磁波段，而光度学主要关注可见 光波段。
应用的领域不同
辐射度学在能源、环境、气象等领域有广泛应用，而光度学在照明 、显示、摄影等领域有广泛应用。
辐射度学与光度学的应用领域
01
能源与环境监测
辐射度学的方法可以用于测量和监测环境中的电磁辐射能量，例如太阳
辐射、地球辐射等；光度学的知识可以用于设计合理的照明系统，提高
辐射度学主要研究电磁辐射的能量分布和传输，而光度学则关注光 辐射的度量、测量和应用。
两者有共同的基础概念
例如，辐射通量、辐射照度、辐射亮度等概念在两者中都有涉及。
两者在某些领域有交叉
例如，在照明工程和光环境设计中，光度学的知识和方法常常与辐 射度学的知识相结合。
辐射度学与光度学的区别
研究重点不同
辐射度学更注重电磁辐射的物理特性和传输规律，而光度学更注 重光辐射的视觉感知和应用。
光度与辐射度基础课件
照明设计 节能减排
光度与辐射度在光学仪器中的应用
光学测量
图像处理
在图像处理领域，光度和辐射度参数 可用于增强图像对比度和清晰度，提 高图像质量。
光度与辐射度在环境保护中的应用
环境监测
生态保护
光度与辐射度在医学领域的应用
医学影像
医学影像技术中，光度和辐射度参数对于提高影像质量和诊断准确率具有重要作 用。
在光谱分析中，辐射度是测量和分析 物质吸收、发射光谱的关键参数，有 助于了解物质的性质和组成。
光度测量技术
光度测量定义 光度测量仪器 光度测量应用
辐射度测量技术
辐射度测量定义
辐射度测量仪器
辐射度测量应用
光度与辐射度测量技术的发展趋势
高精度测量
智能化测量
多维测量
光度与辐射度在照明工程中的应用
光度量单位
01
02
瓦特（W）
坎德拉（cd）
03 流明（lm）
光度量与其他物理量的关系
01
光功率与光强度、光通量的关系
02
光强度与发光角度的关系
03
光通量与其他物理量的关系
辐射度量定义 01 02
辐射度量ห้องสมุดไป่ตู้位
除此之外，还有其他的单位如焦耳（J ）、瓦特小时（Wh）等，用于描述不 同形式的能量和功率。
辐射度量与其他物理量的关系
辐射度量与光度量有密切的联系， 光度量是描述光源发光强弱的物 理量。
辐射度量和光度量都是描述光和 电磁辐射的重要物理量，它们在
某些场合可以互相转换。
此外，辐射度量还与温度、颜色 等其他物理量有关，这些物理量 之间存在一定的关系和转换公式。
光度与辐射度的联系
两者都是描述光源辐射能力的物理量，光度用于描述人眼可见光的辐射，而辐射度 则用于描述整个电磁波段的辐射。
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。
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)。
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辐射度与光度学基础知识
1.1 光的基本性质
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
波动理论 惠更斯、杨氏和费涅耳等 1690年 解释光的干涉和衍射现象 法拉第猜测光与电磁的存在一定关系 麦克斯韦电磁理论：光是一种电磁波
1.1 光的基本性质
Eb
c15
ec2 (T) 1
m T2.897 1 6 0 3m K
图1-4 普朗克定律图示
1.4 黑体辐射
（2）斯忒藩—玻尔兹曼定律
E b0 E bd0 ec2c(1 T )51dT4
式中，σ= 5.67×10-12 w/(cm2K4)，是Stefan-Boltzmann常数。
黑体辐射函数 ✓黑体在波长λ1和λ2区 段内所发射的辐射度， 如图1-5所示。
•晴天阳光直射地面照度约为100000lx •晴天背阴处照度约为10000lx •晴天室内北窗附近照度约为2000lx •晴天室内中央照度约为200lx •晴天室内角落照度约为20lx •阴天室外50—500lx •阴天室内5—50lx •月光（满月）2500lx •日光灯5000lx •电视机荧光屏100lx •阅读书刊时所需的照度50~60lx •在40W白炽灯下1m远处的照度约为30lx •晴朗月夜照度约为0.2lx •黑夜0.001lx
1.2 辐射度的基本物理量
S dΩ
d Φe
图1-1 点辐射源的辐射强度
若点辐射源是各向同性的，即其辐射强度在所有方向 上都相同，则该辐射源在有限立体角内发射的辐射通 量为Φe=Ie ×Ω；
在空间所有方向上发射的辐射通量为Φe=Ie ×4π
1.2 辐射度的基本物理量
辐射出射度Ｍe 扩展辐射源单位面积所辐射的通量（也称辐射本领）。
黑体模型
图1-3 黑体模型
1.4 黑体辐射
既然现实世界不存在这种理想的黑体，那么用什么来 刻画这种差异呢?
对任一波长，定义发射率为该波长的一个微小波长间 隔内，真实物体的辐射能量与同温下的黑体的辐射能量 之比。
显然发射率为介于0与1之间的正数，一般发射率依赖 于物质特性、 环境因素及观测条件。如果发射率与 波长无关，那么可把物体叫作灰体(grey body)， 否 则叫选择性辐射体。
光量子说 1900年普朗克在研究黑体辐射时，提出辐射的 量子论。 1905年，爱因斯坦在解释光电发射现象时提出 光量子的概念。 ✓光子的能量与光的频率成正比 ✓光具有波粒二象性
1.2 辐射度的基本物理量
辐射能Qe 一种以电磁波形式发射、传播或接收的能量。单位：焦 耳[J] 辐射通量Φe 单位时间内通过一定面积发射、传播或接收的能量，又 称辐射功率Pe，是辐射能的时间变化率。单位：瓦［Ｗ］ 辐射强度Ｉe 点辐射源在给定方向上通过单位立体角内的辐射通量。 单位：瓦每球面度［W/Sr］
量。 单位： ［W/μm］
Φe（λ）
Φe(λ)=d Φe / d λ
图1-2 光谱辐射通量与波长关系 0
λ λ +d λ
基本辐射度量的名称、符号和定义方程
1.3 光度量的基本物理量
发光强度Iv 发出波长为555nm的单色辐射，在给定方向上的辐 射强度为1/683（Wsr-1）时，在该方向上的发光强度 规定为1cd。单位：坎德拉（Candela）［cd］，它是 国际单位制中七个基本单位之一。
例：太阳可以看成黑体，地球上测出其峰值波长 为 m=5100Å，则其表面温度和辐出度为多少？
Tm b
b 2.898103
T m 51001010 5700(K )
M 0(T ) T 4 5.67 108 (5700)4
6.00107 w / m2
1.4 黑体辐射
黑体炉优点：
1、温度范围广：- 80 ～ 1600℃， 发射率优于0.995； 2、实用性强：主要用于校准、检 定辐射温度计、红外测温、红外热 像仪和辐射温度传感器、探测器等； 3、可溯源性：外部配备标准铂电阻（或热电偶）及独立的显示 表做为标准器显示黑体腔内实际温度值，这样只需将标准铂电 阻（或热电偶）送上级计量部门检定，这将最大限度的减少了 溯源传递过程中所造成的不确定度，不需将整台仪器送检，方 便工作； 4、体积小巧，便于携带。
光通量Φv 光强度为1cd的均匀点光源在1sr内发出的光通量。 单位：流明［lm］。 光照度Ev 单位面积所接受入射光的量 ，单位：勒克斯 lx，相 当于 1平方米面积上接受到1个流明的光通量。
1.3 光度量的基本物理量
结论
光度量和辐射度量的定义及表达式是一一对应的。 辐射度量下标为e，例如Qe，Φe，Ie，Me，Ee，光 度量下标为v，Qv，Φv，Iv，Lv，Mv，Ev。 光度量只在可见光区（３８０－７８０nm)才有意 义。 辐射度量和光度量都是波长的函数。
图1-5 特定波长区段内的黑体辐射
1.4 黑体辐射
（3）维恩位移定律 峰值光谱辐射出度Me,s, λm所对应的波长λm与绝对温 度T的关系。
m28/T 9(8 m )
M e ,s , m 1 .3 T 5 0 1 1 9 ( W 0 5 c 2 .m m 1 .K 5 )
1.4 黑体辐射
1.4 黑体辐射
黑体辐射（black-body radiation） 什么是黑体？ （1）在任何条件下，完全吸收任何波长的外来辐射而 无任何反射的物体 （2）吸收比为1的物体 （3）在任何温度下，对入射的任何波长的辐射全部吸 收的物体
1.4 黑体辐射
1.黑体概念 黑体：是指能吸收投 入到其面上的所有热辐 射能的物体，是一种科 学假想的物体，现实生 活中是不存在的。但却 可以人工制造出近似的 人工黑体。
单位：［W/m2］
辐射照度 Ee 投射在单位面积上的辐射通量。单位:［W/m2］
注意：辐射出射度和辐射照度的表达式和单位完全相同， 其区别在于前者描述面辐射源向外发射的辐射特性，而 后者描述辐射接收面所接收的辐射特性。
1.2 辐射度的基本物理量
辐射亮度Ｌe 辐射表面定向发射的辐射强度。单位:［W/m2．Sr］ 光谱辐射通量Φe（λ） 辐射通量的光谱密度，即单位波长间隔内的辐射通
1.4 黑体辐射
2.黑体辐射的三个基本定律 （1）普朗克辐射定律
式中，λ— 波长，m ； T — 黑体温度，K ；
c1 — 第一辐射常数，3.742×10-16 Wm2； c2 — 第二辐射常数，1.4388×10-2 WK；
图1-4是根据上式描绘的黑体光谱 辐射度与波长和温度的变化关系。 λm与T 的关系由Wien位移定律给 出，
1.1 光的基本性质
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
波动理论 惠更斯、杨氏和费涅耳等 1690年 解释光的干涉和衍射现象 法拉第猜测光与电磁的存在一定关系 麦克斯韦电磁理论：光是一种电磁波
1.1 光的基本性质
Eb
c15
ec2 (T) 1
m T2.897 1 6 0 3m K
图1-4 普朗克定律图示
1.4 黑体辐射
（2）斯忒藩—玻尔兹曼定律
E b0 E bd0 ec2c(1 T )51dT4
式中，σ= 5.67×10-12 w/(cm2K4)，是Stefan-Boltzmann常数。
黑体辐射函数 ✓黑体在波长λ1和λ2区 段内所发射的辐射度， 如图1-5所示。
•晴天阳光直射地面照度约为100000lx •晴天背阴处照度约为10000lx •晴天室内北窗附近照度约为2000lx •晴天室内中央照度约为200lx •晴天室内角落照度约为20lx •阴天室外50—500lx •阴天室内5—50lx •月光（满月）2500lx •日光灯5000lx •电视机荧光屏100lx •阅读书刊时所需的照度50~60lx •在40W白炽灯下1m远处的照度约为30lx •晴朗月夜照度约为0.2lx •黑夜0.001lx
1.2 辐射度的基本物理量
S dΩ
d Φe
图1-1 点辐射源的辐射强度
若点辐射源是各向同性的，即其辐射强度在所有方向 上都相同，则该辐射源在有限立体角内发射的辐射通 量为Φe=Ie ×Ω；
在空间所有方向上发射的辐射通量为Φe=Ie ×4π
1.2 辐射度的基本物理量
辐射出射度Ｍe 扩展辐射源单位面积所辐射的通量（也称辐射本领）。
黑体模型
图1-3 黑体模型
1.4 黑体辐射
既然现实世界不存在这种理想的黑体，那么用什么来 刻画这种差异呢?
对任一波长，定义发射率为该波长的一个微小波长间 隔内，真实物体的辐射能量与同温下的黑体的辐射能量 之比。
显然发射率为介于0与1之间的正数，一般发射率依赖 于物质特性、 环境因素及观测条件。如果发射率与 波长无关，那么可把物体叫作灰体(grey body)， 否 则叫选择性辐射体。
光量子说 1900年普朗克在研究黑体辐射时，提出辐射的 量子论。 1905年，爱因斯坦在解释光电发射现象时提出 光量子的概念。 ✓光子的能量与光的频率成正比 ✓光具有波粒二象性
1.2 辐射度的基本物理量
辐射能Qe 一种以电磁波形式发射、传播或接收的能量。单位：焦 耳[J] 辐射通量Φe 单位时间内通过一定面积发射、传播或接收的能量，又 称辐射功率Pe，是辐射能的时间变化率。单位：瓦［Ｗ］ 辐射强度Ｉe 点辐射源在给定方向上通过单位立体角内的辐射通量。 单位：瓦每球面度［W/Sr］
量。 单位： ［W/μm］
Φe（λ）
Φe(λ)=d Φe / d λ
图1-2 光谱辐射通量与波长关系 0
λ λ +d λ
基本辐射度量的名称、符号和定义方程
1.3 光度量的基本物理量
发光强度Iv 发出波长为555nm的单色辐射，在给定方向上的辐 射强度为1/683（Wsr-1）时，在该方向上的发光强度 规定为1cd。单位：坎德拉（Candela）［cd］，它是 国际单位制中七个基本单位之一。
例：太阳可以看成黑体，地球上测出其峰值波长 为 m=5100Å，则其表面温度和辐出度为多少？
Tm b
b 2.898103
T m 51001010 5700(K )
M 0(T ) T 4 5.67 108 (5700)4
6.00107 w / m2
1.4 黑体辐射
黑体炉优点：
1、温度范围广：- 80 ～ 1600℃， 发射率优于0.995； 2、实用性强：主要用于校准、检 定辐射温度计、红外测温、红外热 像仪和辐射温度传感器、探测器等； 3、可溯源性：外部配备标准铂电阻（或热电偶）及独立的显示 表做为标准器显示黑体腔内实际温度值，这样只需将标准铂电 阻（或热电偶）送上级计量部门检定，这将最大限度的减少了 溯源传递过程中所造成的不确定度，不需将整台仪器送检，方 便工作； 4、体积小巧，便于携带。
光通量Φv 光强度为1cd的均匀点光源在1sr内发出的光通量。 单位：流明［lm］。 光照度Ev 单位面积所接受入射光的量 ，单位：勒克斯 lx，相 当于 1平方米面积上接受到1个流明的光通量。
1.3 光度量的基本物理量
结论
光度量和辐射度量的定义及表达式是一一对应的。 辐射度量下标为e，例如Qe，Φe，Ie，Me，Ee，光 度量下标为v，Qv，Φv，Iv，Lv，Mv，Ev。 光度量只在可见光区（３８０－７８０nm)才有意 义。 辐射度量和光度量都是波长的函数。
图1-5 特定波长区段内的黑体辐射
1.4 黑体辐射
（3）维恩位移定律 峰值光谱辐射出度Me,s, λm所对应的波长λm与绝对温 度T的关系。
m28/T 9(8 m )
M e ,s , m 1 .3 T 5 0 1 1 9 ( W 0 5 c 2 .m m 1 .K 5 )
1.4 黑体辐射
1.4 黑体辐射
黑体辐射（black-body radiation） 什么是黑体？ （1）在任何条件下，完全吸收任何波长的外来辐射而 无任何反射的物体 （2）吸收比为1的物体 （3）在任何温度下，对入射的任何波长的辐射全部吸 收的物体
1.4 黑体辐射
1.黑体概念 黑体：是指能吸收投 入到其面上的所有热辐 射能的物体，是一种科 学假想的物体，现实生 活中是不存在的。但却 可以人工制造出近似的 人工黑体。
单位：［W/m2］
辐射照度 Ee 投射在单位面积上的辐射通量。单位:［W/m2］
注意：辐射出射度和辐射照度的表达式和单位完全相同， 其区别在于前者描述面辐射源向外发射的辐射特性，而 后者描述辐射接收面所接收的辐射特性。
1.2 辐射度的基本物理量
辐射亮度Ｌe 辐射表面定向发射的辐射强度。单位:［W/m2．Sr］ 光谱辐射通量Φe（λ） 辐射通量的光谱密度，即单位波长间隔内的辐射通
1.4 黑体辐射
2.黑体辐射的三个基本定律 （1）普朗克辐射定律
式中，λ— 波长，m ； T — 黑体温度，K ；
c1 — 第一辐射常数，3.742×10-16 Wm2； c2 — 第二辐射常数，1.4388×10-2 WK；
图1-4是根据上式描绘的黑体光谱 辐射度与波长和温度的变化关系。 λm与T 的关系由Wien位移定律给 出，