光辐射与光源
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
光辐射的定义
光辐射的定义
光辐射是指太阳或其他光源发出的能量在空间中的传播。
光辐射是一种电磁波，它可以在真空和大气中传播，而且不需要介质。
光辐射可以被分为可见光、紫外线、红外线和其他波长的辐射。
首先，让我们来谈谈可见光。
可见光是人类能够看到的光波段，它包括红、橙、黄、绿、蓝、靛和紫七种颜色。
可见光的波长范围大约在380纳米到780纳米之间。
人类的眼睛能够感知这个波长范围内的光线，所以我们能够看到各种各样的颜色。
紫外线是一种比可见光波长更短的辐射，它的波长范围大约在10纳米到400纳米之间。
紫外线可以被分为紫外A、紫外B和紫外C三个波段。
紫外线对人体有一定的危害，长时间暴露在紫外线下容易导致皮肤晒伤、皮肤癌等疾病。
再来说说红外线，它是一种比可见光波长更长的辐射，波长范围大约在780纳米到1毫米之间。
红外线在日常生活中有着广泛的应
用，比如红外线热感应器、红外线摄像机等设备都是利用红外线的特性来进行工作的。
除了上述三种光辐射外，还有其他波长的辐射，比如微波、射线等。
这些辐射在医学、通讯、科研等领域都有着重要的应用。
总的来说，光辐射是一种重要的能量形式，它给我们的生活带来了诸多便利，但同时也需要我们做好防护措施，避免对身体造成伤害。
希望大家能够对光辐射有更深入的了解，这样才能更好地应用和保护它。
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
光电子技术(第5版)第一章 光辐射与发光光源
同的黑体的温度；
➢ 色温度并非热辐射光源本身的温度；
➢ 色温度相同的热辐射光源的连续谱也可能不相似，若规定的
波长不同，色温度往往也不相同；
➢ 非热辐射光源，色温度只能给出这个光源光色的大概情况，
一般来说，色温高代表蓝、绿光成分多些，色温低则表示橙
光电子技术（第5版）
第一章
本章内容
1.1 电磁波谱与光辐射
1.2 辐度学与光度学基本知识
1.3 热辐射基本定律
1.4 激光基本原理
1.5 典型激光器
1.6 光频电磁波的基本理论和定律
1.1.1 电磁波的性质与电磁波谱
EH k
横波特性
电场、磁场、传播方向构成右手螺旋系
偏振特性
电场、磁场分别在各自平面内振动
T 2698μm K
➢
时，
维恩公式与普朗克公式的误差小于1%。
M v (T )
0 得到
➢ 单色辐射出射度最大值对应的波长λm,由
mT 2897.9(μm K)
1.3.7 斯忒藩-玻尔兹曼定律
➢ 黑体的辐射出射度
0
0
M eb (T ) M eb (T )d
黑体：物体在任何温度下，对任何波长
的辐射能的吸收比都等于1，即αλ (T)
恒等于1。
1.3.2 基尔霍夫辐射定律
• 在同样的温度下，各种不同物体对相同波长的单色辐射
出射度与单色吸收比之比值都相等，并等于该温度下黑
体对同一波长的单色辐射出射度。
M e1 (T ) M e 2 (T )
e1 (T ) e 2 (T )
光辐射
光辐射光辐射光辐射是一个十分广泛和复杂的主题，它与我们日常生活息息相关，也是我们认识世界的重要途径之一。
光辐射是指太阳或其他光源发出的能量在空间中以一种波动的方式传播的现象。
本文将从光的本质、光辐射的特性、光的应用等方面探讨光辐射的相关知识。
首先，我们来了解一下光的本质。
根据物理学理论，光是由电磁波构成的。
电磁波是一种能够传播能量的振动，它包括电场和磁场的振动。
光属于电磁波中的一种，在电磁波谱中处于可见光的范围。
可见光是人眼可见的波长范围，大约在400纳米到700纳米之间。
光辐射具有诸多特性，其中最显著的特性是光的速度和传播方式。
根据爱因斯坦的相对论理论，光在真空中传播的速度是不变的，约为每秒299,792,458米。
这一速度被称为光速，是宇宙中最快的速度。
光的传播方式是波动传播，光波具有振幅、频率和波长等特征。
振幅决定了光的强弱，频率决定了光的颜色，而波长则是光的大小。
了解光的本质和特性后，我们可以看到光辐射在许多领域都有着广泛的应用。
首先是照明领域，人们通过利用光源发出的光辐射来达到照明的目的。
人们使用各种各样的灯泡和灯具来产生光辐射，使得室内和室外环境变得明亮。
其次是通信领域，光辐射在光纤通信中起着至关重要的作用。
光纤通信是一种高速、大容量、远距离传输信息的技术，它将信息通过光辐射在光纤中传播，从而实现了快速可靠的通信。
此外，在医学领域，激光是一种利用光辐射进行治疗和手术的重要工具。
激光切割、激光照射和激光治疗等技术已经广泛应用于眼科、皮肤科和牙科等领域，为患者提供了更好的治疗效果。
光辐射也对生物学和环境产生了重要影响。
太阳光是地球上的主要能量来源，它提供了植物光合作用所需的能量，维持了地球生态系统的平衡。
然而，过量的紫外线辐射对人类和其他生物的健康是有害的，它会引发皮肤癌和眼疾等疾病。
因此，正确地利用和保护光辐射对于维护健康和环境的重要性不言而喻。
总结起来，光辐射作为一种广泛存在于我们生活中的现象，具有丰富的知识和广泛的应用。
光辐射的防护
光辐射的防护
光辐射是指来自太阳、人工光源、X射线、紫外线等电磁辐射的能量。
长期暴露在光辐射下可能会对人体健康产生不良影响，因此进行光辐射的防护非常重要。
以下是一些常见的光辐射防护方法：
1. 紫外线防护：紫外线对眼睛的伤害特别大，因此需要佩戴有紫外线防护功能的太阳镜或眼镜片。
此外，涂抹防晒霜也可以起到一定的紫外线防护作用。
2. 太阳光防护：在阳光强烈的季节、时间和地区，尽量减少户外活动时间，穿戴宽松、轻薄、透气性好的衣物，戴上帽子或使用遮阳伞等遮挡阳光。
3. 荧光屏幕防护：长时间使用电子设备的人，特别是液晶显示屏幕的辐射对眼睛的刺激较强，因此要保持适当的距离和角度，定期休息，使用电子屏幕防蓝光眼镜。
4. 医疗辐射防护：在接受医学放射线检查时，要穿戴防护衣、戴上防护手套和颈部护罩等，以减少医疗辐射对身体的伤害。
5. 室内照明：选择低辐射、低能耗、符合国家标准的照明产品，安装和使用眩光抑制装置。
对于长时间从事近距离办公的人，可以使用透光率较高、反光率较低的桌子和地毯，调整光线明暗。
总的来说，减少暴露在光辐射下的时间和强度，选用适当的防
护用具，保持良好的生活习惯和工作环境，能够有效减少光辐射对人体的危害。
光源的分类
光源的分类光源是一个物理学名词，宇宙间的物体有的是发光的，有的是不发光的，我们把自己能发光且正在发光的物体叫做光源。
具体可分为照明光源、辐射光源、稳定光源、背光源等等。
光源的分类有哪些1、照明光源。
照明光源是以照明为目的，辐射出主要为人眼视觉的可见光谱（波长380～780nm）的电光源。
其规格品种繁多，功率从0.1W到20kW，产量占电光源总产量的95%以上。
2、辐射光源。
辐射光源是不以照明为目的，能辐射大量紫外光谱（1～380nm）和红外光谱（780～1×106nm）的电光源，它包括紫外光源、红外光源和非照明用的可见光源。
以上两大类光源均为非相干光源。
此外还有一类相干光源，它通过激发态粒子在受激辐射作用下发光，输出光波波长从短波紫外直到远红外，这种光源称为激光光源。
3、稳定光源。
光纤通信技术中，进行光纤衰耗的测量，连接损耗的测量、活动连接器损耗以及光电器件或光收端机灵敏度的测量，光源是不可缺少的信号源。
4、背光源。
光源模组中最核心技术为导光板的光学技术，主要有印刷形和射出成型形二种导光板形式，其它如射出成型加印刷，激光打点，腐蚀等占很少比例，不适合批量生产原则。
印刷形因为其成本低在过去较长时间内成为主流技术，但合格品不高一直是其主要缺点，而LCD产品要求更精密的导光板结构，射出成型形导光板必然成为背光源发展主流，但相应的模具技术难题只有少数大厂能够克服。
伟志公司导光板的光学技术主要采用印刷形和射出成型形二种导光板形式。
光源常见设备1、白炽灯白炽灯又称钨丝灯、灯泡，是将灯丝通电加热到白炽状态，利用热辐射发出可见光的电光源。
由电流通过灯丝加热至白炽状态产生光的一种光源。
是最早出现的电灯，用耐热玻璃制成泡壳，内装钨丝。
泡壳内抽去空气，以免灯丝氧化，或再充入惰性气体（如氩），减少钨丝受热蒸发。
因灯丝所耗电能仅一小部分转为可见光，故发光效率低，一般为10～15流/瓦。
但制造方便，成本低。
2、低压钠灯是利用低压钠蒸气放电发光的电光源，在它的玻璃外壳内涂以红外线反射膜，是光衰较小和发光效率最高的电光源。
第1章 光辐射与光源_基本概念
d 2 Φ = L cos θdAdΩ = L cos θ sin θdAdθdϕ
在半球内发射的总通量Φ为
Φ = LdA∫ dϕ ∫
0
2π
π /2
0
cos θ sin θdθ = πLdA
M
按照出射度的定义得
π 对于辐射场中反射率为ρ 的朗伯漫反射体(ρ =1为理想漫反射 体), 不论辐射从何方向入射, 它除吸收(1-ρ )入射辐射通量外, 其它全部按朗伯余弦定律反射出去。即M=ρ E，故 E L=ρ
= 4π sin 2 (θ 2)
1.1.1 辐射度量
(1) 辐射能(Q): 简称辐能，描述以辐射的形式发射、传输或接 收的能量，单位焦耳(J)。 (2) 辐能密度(w, 单位J/m-3 )
dQ w= dv
(3) 辐射通量(Φ, P, 单位W) :以辐射形式发射、传输或接收的 功率，用以描述辐能的时间特性。实际应用中，对于连续辐 射体或接收体，以单位时间内的辐射能，即辐射通量表示。
2.2 光度量
(2) 光能密度(wv, 单位lm·s
/m-3
)
(3) 光通量(Φv, 单位流明lm) (4) 发光强度(Iv, 单位坎德拉, cd,
dv dQv Φv = dt
lm·sr-1)
wv =
v
dΦ I= dΩ
2 (5) 亮度 (Lv, 单位cd·m-2): L = d Φ / d ΩdA cos θ = dI / dA cos θ
光谱辐射通量与波长的关系：
光谱辐射通量Φe(λ)：
1.1.1 辐射度量
1．辐射能Qe 3．辐射强度 2．辐射通量Φe
I e (θ , ϕ )
光辐射与发光源 立体角
一个任意形状的封闭锥
面所包含的空间称为立
Ω
体角，用Ω表示。
以锥体顶点为球心，任意 r为半径作一球面，此锥 体在球面上的截面为S， 则立体角表示为
S r2
S Or
➢ 立体角单位：以锥顶为球心，以r为半径作一圆球， 若锥面在圆球上所截出的面积等于r2，则该立体角为 一个“球面度”（sr）。整个球面的立体角是多少？
➢整个球面的面积为4πr2, 对于整个空间有
即整个空间等于4 π球面度
Hale Waihona Puke 4r 2r24
▪立体角是平面角向三维空间的推广。在二维空间， 2π角度覆盖整个单位圆。
▪在三维空间， 4π的球面度立体角覆盖整个单位 球面。
从一个球面上去处1球面度立体角的圆锥
球坐标系下微元立体角的几何关系
微小面积
dS r2 sin d d
则dS对应的立体角为
d sin d d
计算某一个立体角时，在一定范围内积分即可
d
光与光源的认识
光与光源的认识光与光源的认识一、光的产生1、光的辐射光是从实物中发射出来的，是以电磁波传播的物质。
因为实物是由大量的带电粒子组成的，粒子在不断地运动，当它们的运动受到骚扰时就可能发射出电磁波。
我们用比较简单的孤立原子来说明这个问题。
原子内有若干电子围绕原子核不断运动，其运动有多种可能状态，都是稳定的且有一定的能量。
不同运动状态的电子具有不同能量，常用“能级”一词来代表电子绕原子核的运动状态。
在原子内，这些能级的能量是不连续的，或者说是一系列分立的能级，能量大的称为高能级，小的则为低能级，最低能级称为“基态”。
如果有外来的激励，把适合的能量传给电子，电子就可能从低能级进入较高的能级。
这个过程是瞬时完成的，称它为“跃迁”。
电子受激励“跃迁”到较高能级（激发态）只能维持很短的一段时间，很快就要回到低能级。
这个从激发态向下回到低能级的过程中，必然释放出多余的能量。
在极大多数情况下，释放的能量是以光子的形式发射出来的。
下图代表电子的两个运动状态E0为基态，电子受激获得一定能量而跃迁到激发态E1，当电子从激发态回到基态时，能量E1从变到E0，此时发射光子的频率为：式中h为普朗克常数，h= 6.62 X 10-27尔格·秒=4.13 X 10-15电子伏·秒。
因为原子中有很多可能的能级，因此原子受激后可发射出多种频率的光。
这些频率是分立的，分立的线光普称为“原子光谱”，其中每一条谱线代表一个频率的光。
为“原子光谱”，其中每一条谱线代表一个频率的光。
气体或汽态物质可看成是由许多孤立原子组成，每个原子受激后都可能发射出光子。
各个原子发射光子过程基本上是互相独立的，即使是完全相同的两个能级之间的跃迁，光子发射的时间也有先后，发射的方向也不尽相同，电场振动的方向也有各种可能，即光子发射的时间、方向、电场相位和偏振方向都是随机的，这样的光就是非连续的“自然光”。
在固体中，情况就不同了，固体包含着大量互相紧密连系的原子，原子之间相互作用使能级发生迁移。