辐射度学与光度学基础课件.ppt

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1、关于辐射度学与光度学基础现在学习的是第1页，共117页2.1 2.1 引言引言光是电磁波，是一种传播着的能量。光是电磁波，是一种传播着的能量。在研究光（辐射）的产生、传输和探测等光辐射与物质在研究光（辐射）的产生、传输和探测等光辐射与物质在研究光（辐射）的产生、传输和探测等光辐射与物质在研究光（辐射）的产生、传输和探测等光辐射与物质相互作用时，需要对辐射量进行度量和定相互作用时，需要对辐射量进行度量和定相互作用时，需要对辐射量进行度量和定相互作用时，需要对辐射量进行度量和定量研究。量研究。量研究。量研究。辐射度学就是一门研究电磁辐射能测量的科学辐射度学就是一门研究电磁辐射能测量的科学辐射度学就

2、是一门研究电磁辐射能测量的科学辐射度学就是一门研究电磁辐射能测量的科学与技术，对整个电磁波谱范围都适用。与技术，对整个电磁波谱范围都适用。在电磁波谱范围内，不同的波段各有其特殊性在电磁波谱范围内，不同的波段各有其特殊性质，有不同的测量方法与手段，我们现在限于讨论质，有不同的测量方法与手段，我们现在限于讨论光学波段（涵盖红外和紫外）的辐射能测量。光学波段（涵盖红外和紫外）的辐射能测量。现在学习的是第2页，共117页 人类最先认识的是可见光，创立了光能测量的技人类最先认识的是可见光，创立了光能测量的技人类最先认识的是可见光，创立了光能测量的技人类最先认识的是可见光，创立了光能测量的技术术光度学。光

3、度学。光度学。光度学。光度学与辐射度学：对光能进行定量研究的科学光度学与辐射度学：对光能进行定量研究的科学光度学与辐射度学：对光能进行定量研究的科学光度学与辐射度学：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。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（光能的大辐射度学：规律适用于从紫外到红外波段（光能的大辐射度学：规律适用于从紫外到红外波段（光能的大辐射度学：规律适用于从紫外到红外波段（光能的大 小是客观的）小是客观的）.甚至适用于整个电磁波谱。甚至适用于整个电磁波谱。甚至适用于整个电磁波谱。甚至适用于整个电磁波谱。属于心理物理学方法属

4、于心理物理学方法纯粹的物理学方法，辐射量是纯粹的物理量纯粹的物理学方法，辐射量是纯粹的物理量现在学习的是第3页，共117页辐射度学是建立在几何光学的基础上的：辐射度学是建立在几何光学的基础上的：1 1，辐射按直线传播，辐射的波动性不会使辐射，辐射按直线传播，辐射的波动性不会使辐射 能的空间分布偏离几何光线所规定的光路；能的空间分布偏离几何光线所规定的光路；2 2，辐射能是不相干的，不考虑干涉效应。，辐射能是不相干的，不考虑干涉效应。红外物理学就是从光是一种能量出发，定量地讨论红外物理学就是从光是一种能量出发，定量地讨论红外物理学就是从光是一种能量出发，定量地讨论红外物理学就是从光是一种能量出发

5、，定量地讨论光的计算和测量问题（当然可以扩展到整个光学谱区）光的计算和测量问题（当然可以扩展到整个光学谱区）光的计算和测量问题（当然可以扩展到整个光学谱区）光的计算和测量问题（当然可以扩展到整个光学谱区）.现在学习的是第4页，共117页2.2 2.2 常用辐射量常用辐射量 任一光源发射的光能量都是辐射在它周围的一定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。也将是一个立体空间问题。也将是一个立体空间问题。也将是一个立体空间问题。在光辐射测量中，常用的几何量就是立体角。在光辐射测量中，

6、常用的几何量就是立体角。定义定义:一个任意形状椎面所包含的空间称为立体角。一个任意形状椎面所包含的空间称为立体角。符号：符号：单位：单位：Sr Sr （球面度）（球面度）现在学习的是第5页，共117页立体角的数值为部分球面面积立体角的数值为部分球面面积A与球半径平方之比：与球半径平方之比：AAAA是半径为是半径为R R R R的球面的一的球面的一部分，部分，A A的边缘各点对的边缘各点对的边缘各点对的边缘各点对球心球心球心球心O O O O连线所包围的那部连线所包围的那部分空间叫立体角分空间叫立体角立体角立体角 对于一个给定顶点对于一个给定顶点O O 和一个随意方向的微小面积和一个随意方向的微

7、小面积dS dS，它们对应的立体角为：，它们对应的立体角为：图2-1现在学习的是第6页，共117页一，辐射能 以电磁波形式发射、传输或接收的能量称为辐射能，以电磁波形式发射、传输或接收的能量称为辐射能，以电磁波形式发射、传输或接收的能量称为辐射能，以电磁波形式发射、传输或接收的能量称为辐射能，用用Q Q表示，单位为焦耳表示，单位为焦耳。一个光量子的辐射能为一个光量子的辐射能为辐射能密度：辐射场内单位体积中的辐射能。辐射能密度：辐射场内单位体积中的辐射能。现在学习的是第7页，共117页二，辐射功率辐射通量：单位时间内通过某一面积的辐射能。辐射通量：单位时间内通过某一面积的辐射能。因此，对同一表面

8、：因此，对同一表面：辐射功率以及由它派生出来的几个辐射度学中的物辐射功率以及由它派生出来的几个辐射度学中的物理量，属于基本物理量。它们的量值都可以用专门的红理量，属于基本物理量。它们的量值都可以用专门的红外辐射计在离开辐射源一定的距离上进行测量。所以其外辐射计在离开辐射源一定的距离上进行测量。所以其他辐射量都是由辐射功率（或称为辐射通量）定义的。他辐射量都是由辐射功率（或称为辐射通量）定义的。单位时间内发射，传输或接收到的辐射能。单位时间内发射，传输或接收到的辐射能。单位：单位：W W（瓦）（瓦）现在学习的是第8页，共117页三，辐射强度辐射强度是描述点辐射源特性的辐射量。辐射强度是描述点辐射

9、源特性的辐射量。这是一个相对概念，辐射源与观测点之间距离这是一个相对概念，辐射源与观测点之间距离大于辐射源最大尺寸大于辐射源最大尺寸10倍时，可当做点源处理，否倍时，可当做点源处理，否则称为扩展源（有一定面积）则称为扩展源（有一定面积）.1，点辐射源与扩展源，点辐射源与扩展源 如果观测中使用了光学系统，当源的像小于探测如果观测中使用了光学系统，当源的像小于探测器，就可以看成是点源。器，就可以看成是点源。现在学习的是第9页，共117页物理描述：物理描述：物理描述：物理描述：点辐射源在某一方向上的辐点辐射源在某一方向上的辐点辐射源在某一方向上的辐点辐射源在某一方向上的辐射强度，是指辐射源在包含该方

10、射强度，是指辐射源在包含该方射强度，是指辐射源在包含该方射强度，是指辐射源在包含该方向的单位立体角内所发出的辐射向的单位立体角内所发出的辐射向的单位立体角内所发出的辐射向的单位立体角内所发出的辐射通量。通量。通量。通量。数学描述：数学描述：数学描述：数学描述：点辐射源在小立体角点辐射源在小立体角内的辐射功率为内的辐射功率为P，则则P P与与之比的极限值定义为辐射强度之比的极限值定义为辐射强度.单位：单位：W/Sr（瓦（瓦/球面度）球面度）2，辐射强度，辐射强度图2-2现在学习的是第10页，共117页点源是向全空间辐射能量的，点源的辐射功率：点源是向全空间辐射能量的，点源的辐射功率：对于各向同性

11、的辐射源，辐射强度为常数：对于各向同性的辐射源，辐射强度为常数：现在学习的是第11页，共117页四，辐射出射度（辐出度）辐射出射度是描述扩展源辐射特性的辐射量。辐射出射度是描述扩展源辐射特性的辐射量。辐射出射度是描述扩展源辐射特性的辐射量。辐射出射度是描述扩展源辐射特性的辐射量。物理描述：物理描述：扩展源单位面积向扩展源单位面积向半球空间发射的功率半球空间发射的功率（或辐射通量）。（或辐射通量）。数学描述：数学描述：数学描述：数学描述：若辐射源的若辐射源的若辐射源的若辐射源的x处微小面积元处微小面积元处微小面积元处微小面积元A向半球空间的辐射功率向半球空间的辐射功率向半球空间的辐射功率向半球空

12、间的辐射功率为为为为P，则，则P与与与与A之比的极限值定义为之比的极限值定义为之比的极限值定义为之比的极限值定义为x处的辐射出射处的辐射出射处的辐射出射处的辐射出射度度度度.单位：单位：w/（瓦（瓦/米米2）图2-3现在学习的是第12页，共117页如果扩展源表面的发射不是均匀的：如果扩展源表面的发射不是均匀的：扩展源的辐射功率：扩展源的辐射功率：如果扩展源表面的发射是均匀的：如果扩展源表面的发射是均匀的：辐射出射度描述了扩展源辐射功率在源表面的辐射出射度描述了扩展源辐射功率在源表面的辐射出射度描述了扩展源辐射功率在源表面的辐射出射度描述了扩展源辐射功率在源表面的分布特性。分布特性。现在学习的是

13、第13页，共117页五，辐射亮度（辐亮度）辐射亮度辐射亮度L L：描述扩展源表面不同位置沿空间不同方向的辐：描述扩展源表面不同位置沿空间不同方向的辐：描述扩展源表面不同位置沿空间不同方向的辐：描述扩展源表面不同位置沿空间不同方向的辐射功率分布特性射功率分布特性射功率分布特性射功率分布特性物理描述：物理描述：辐射源在给定方向上的辐射源在给定方向上的辐射源在给定方向上的辐射源在给定方向上的辐射亮度，是源在该方向单辐射亮度，是源在该方向单辐射亮度，是源在该方向单辐射亮度，是源在该方向单位投影面积上、单位立体角位投影面积上、单位立体角位投影面积上、单位立体角位投影面积上、单位立体角内发出的辐射功率。内

14、发出的辐射功率。内发出的辐射功率。内发出的辐射功率。数学描述：数学描述：面积元面积元A A向小立体角向小立体角内发射的辐射功率是二内发射的辐射功率是二阶小量阶小量(P)2P；图2-4现在学习的是第14页，共117页在在 方向看到的源面积是方向看到的源面积是方向看到的源面积是方向看到的源面积是A的投影面积的投影面积 A A AcosAcos在在方向上观测到的源方向上观测到的源表面上该位置的辐亮度表面上该位置的辐亮度就定义为就定义为2P P与与A A 及及之比的极限值之比的极限值单位：单位：单位：单位：w/(Sr)瓦瓦瓦瓦/（平方米（平方米（平方米（平方米球面度）球面度）现在学习的是第15页，共1

15、17页辐出度辐出度M和辐亮度和辐亮度L的关系的关系小面源（面积小面源（面积A）可以近似看作点源，也可以用辐射强度描述：可以近似看作点源，也可以用辐射强度描述：现在学习的是第16页，共117页 由于由于A很小，一般不考虑辐射亮度很小，一般不考虑辐射亮度L在在A中不同中不同位置上的变化，小面源的辐射强度等于该面源的辐射位置上的变化，小面源的辐射强度等于该面源的辐射亮度乘以小面源在该方向上的投影面积：亮度乘以小面源在该方向上的投影面积：上述结论对扩展源上的小面积元同样适用。上述结论对扩展源上的小面积元同样适用。扩扩展展源源挡光板挡光板小面积元小面积元图2-5现在学习的是第17页，共117页六，辐射照

16、度单位：w/（瓦/米2）受照物体表面的单位面积上接收到的辐射功率称受照物体表面的单位面积上接收到的辐射功率称辐射照度辐射照度.和辐射出射度的表达式相同，但物理意义完全不同。和辐射出射度的表达式相同，但物理意义完全不同。和辐射出射度的表达式相同，但物理意义完全不同。和辐射出射度的表达式相同，但物理意义完全不同。辐射照度辐射照度E E，可以是多个辐射源辐照的结果，也可以，可以是多个辐射源辐照的结果，也可以，可以是多个辐射源辐照的结果，也可以，可以是多个辐射源辐照的结果，也可以是特定方向的一个立体角中投射的辐射功率。是特定方向的一个立体角中投射的辐射功率。是特定方向的一个立体角中投射的辐射功率。是特

17、定方向的一个立体角中投射的辐射功率。图2-6现在学习的是第18页，共117页2.3 2.3 光谱辐射量与光子辐射量光谱辐射量与光子辐射量 第一节介绍的六个基本辐射量反映了辐射功率的几第一节介绍的六个基本辐射量反映了辐射功率的几何分布特性：表面密度分布和空间角分布。何分布特性：表面密度分布和空间角分布。任何辐射均有一定的波长分布范围：辐射的光谱特性。任何辐射均有一定的波长分布范围：辐射的光谱特性。那么，基本辐射量都应该有相应的光谱辐射量。那么，基本辐射量都应该有相应的光谱辐射量。一，光谱辐射量一，光谱辐射量 任一基本辐射量任一基本辐射量X，它包含了波长范围，它包含了波长范围0的全的全的全的全部辐

18、射量，因此也叫全辐射量。部辐射量，因此也叫全辐射量。部辐射量，因此也叫全辐射量。部辐射量，因此也叫全辐射量。对于基本辐射量对于基本辐射量X在波长范围在波长范围+内相应内相应内相应内相应的辐射量为的辐射量为 X X，现在学习的是第19页，共117页定义光谱辐射量（也叫单色辐射量）：定义光谱辐射量（也叫单色辐射量）：（全）辐射量：（全）辐射量：光谱带辐射量：光谱带辐射量：图2-7现在学习的是第20页，共117页单位：单位：W/m（瓦（瓦/微米）微米）辐射源在辐射源在辐射源在辐射源在+波长间隔内发出的辐射功率，称为波长间隔内发出的辐射功率，称为波长间隔内发出的辐射功率，称为波长间隔内发出的辐射功率，

19、称为在波长在波长在波长在波长处的光谱辐射功率（或单色辐射功率）处的光谱辐射功率（或单色辐射功率）处的光谱辐射功率（或单色辐射功率）处的光谱辐射功率（或单色辐射功率）光谱带辐射功率：光谱带辐射功率：全辐射功率：全辐射功率：1 1，光谱辐射功率（光谱辐射通量），光谱辐射功率（光谱辐射通量），光谱辐射功率（光谱辐射通量），光谱辐射功率（光谱辐射通量）现在学习的是第21页，共117页2，光谱辐射强度，光谱辐射强度单位：单位：W/Srm（瓦（瓦/球面度球面度微米）微米）3 3，光谱辐射出射度，光谱辐射出射度单位：单位：W/mm（瓦（瓦/米米微米）微米）现在学习的是第22页，共117页4，光谱辐射亮度，光

20、谱辐射亮度 单位：单位：W/mSrm（瓦（瓦/米米球面度球面度微米）微米）5，光谱辐射照度，光谱辐射照度单位：单位：W/mm（瓦（瓦/米米微米）微米）现在学习的是第23页，共117页二，光子辐射量二，光子辐射量 在红外辐射的探测与测量时，常用的探测器很重在红外辐射的探测与测量时，常用的探测器很重在红外辐射的探测与测量时，常用的探测器很重在红外辐射的探测与测量时，常用的探测器很重要的一类是光子探测器，它们对于入射辐射的响应是要的一类是光子探测器，它们对于入射辐射的响应是和入射的光子数相关的。和入射的光子数相关的。光子辐射量是单位时间间隔内传输、发送或接收光子辐射量是单位时间间隔内传输、发送或接收

21、光子辐射量是单位时间间隔内传输、发送或接收光子辐射量是单位时间间隔内传输、发送或接收的光子数。的光子数。的光子数。的光子数。1，光子数，光子数是用频率表示的单色辐射能是用频率表示的单色辐射能.频率为频率为的光子数：的光子数：现在学习的是第24页，共117页光子数：光子数：2 2，光子通量，光子通量单位时间内传输的光子数。单位时间内传输的光子数。单位时间内传输的光子数。单位时间内传输的光子数。单位：单位：1/S 1/S（1/1/秒）秒）频率范围内的光子数为频率范围内的光子数为现在学习的是第25页，共117页3 3，光子辐射强度，光子辐射强度 光源在给定方向上单位立体角内发射的光子通量，光源在给定

22、方向上单位立体角内发射的光子通量，光源在给定方向上单位立体角内发射的光子通量，光源在给定方向上单位立体角内发射的光子通量，或单位时间向给定方向上单位立体角内发射的光子数。或单位时间向给定方向上单位立体角内发射的光子数。或单位时间向给定方向上单位立体角内发射的光子数。或单位时间向给定方向上单位立体角内发射的光子数。单位：单位：1/s1/s Sr Sr（1/1/秒秒 球面度）球面度）4 4，光子辐射亮度，光子辐射亮度 辐射源在给定方向上的辐射亮度，是源在该方向单位辐射源在给定方向上的辐射亮度，是源在该方向单位投影面积上、单位立体角内发射的光子通量。投影面积上、单位立体角内发射的光子通量。单位：单位

23、：1/1/s s Sr Sr（1/1/平方米平方米 秒秒 球面度）球面度）现在学习的是第26页，共117页5 5，光子辐射出射度光子辐射出射度 光源单位面积向半球空间（光源单位面积向半球空间（光源单位面积向半球空间（光源单位面积向半球空间（2）内）内发射的光子通量。发射的光子通量。单位：单位：1/1/s s（1/1/平方米平方米 秒）秒）6 6，光子辐射照度光子辐射照度受照物体单位面积接收到的光子通量受照物体单位面积接收到的光子通量单位：单位：1/1/s s（1/1/平方米平方米 秒）秒）现在学习的是第27页，共117页2.42.4，光度量，光度量 光度学考虑的是人的视觉对辐射的反应，光度量是

24、光度学考虑的是人的视觉对辐射的反应，光度量是辐射量对人眼视觉的刺激值。它辐射量对人眼视觉的刺激值。它是人对辐射的主观感受，是人对辐射的主观感受，不同的人视觉特性会有差异，因此需要一个不同的人视觉特性会有差异，因此需要一个“标准人眼标准人眼标准人眼标准人眼”。光度量是具有光度量是具有“标准人眼标准人眼”视觉响应特性的人眼对所视觉响应特性的人眼对所接收到的辐射量的度量（视觉刺激值）。接收到的辐射量的度量（视觉刺激值）。人眼对不同波长的光的光能视觉响应（刺激值）是不人眼对不同波长的光的光能视觉响应（刺激值）是不同的。光谱光视效能是评定该刺激值的参数。同的。光谱光视效能是评定该刺激值的参数。现在学习的

25、是第28页，共117页一，光视效能和一，光视效能和光谱光视效能光谱光视效能如果辐射通量如果辐射通量e 使人眼产生光通量使人眼产生光通量的刺激值，的刺激值，1 1，光视效能，光视效能：（单位：单位：lm，流明），流明）即人眼对辐射产生光感觉的效率。即人眼对辐射产生光感觉的效率。即人眼对辐射产生光感觉的效率。即人眼对辐射产生光感觉的效率。人眼对不同波长的光的视觉响应是不同的，说明即使辐人眼对不同波长的光的视觉响应是不同的，说明即使辐人眼对不同波长的光的视觉响应是不同的，说明即使辐人眼对不同波长的光的视觉响应是不同的，说明即使辐射通量射通量射通量射通量e e不变，光通量不变，光通量v v也随着波长不

26、同而变化，也随着波长不同而变化，K K是是个比例，但不是常数，是随波长变化的。个比例，但不是常数，是随波长变化的。2，光谱光视效能：，光谱光视效能：在波长在波长处的光谱光通量处的光谱光通量e 在波长在波长处的光谱辐射通量处的光谱辐射通量现在学习的是第29页，共117页对于标准人眼，对于标准人眼，的极大值位于的极大值位于 处。处。规定：当规定：当 时时3 3，光视效能和，光视效能和光谱光视效能的关系光谱光视效能的关系注意！注意！现在学习的是第30页，共117页二，光视效率和二，光视效率和光谱光视效率光谱光视效率 把光视效能最大值（把光视效能最大值（，）作为基准来衡量在其它波长处引起的视觉。作为基

27、准来衡量在其它波长处引起的视觉。1，光视效率光视效率 具体某个波长上的光视效率称为光谱光视效率，具体某个波长上的光视效率称为光谱光视效率，具体某个波长上的光视效率称为光谱光视效率，具体某个波长上的光视效率称为光谱光视效率，也叫视觉函数也叫视觉函数也叫视觉函数也叫视觉函数2，光谱光视效率光谱光视效率现在学习的是第31页，共117页视视觉觉函函数数3 3，光视效率和，光视效率和光谱光视效率的关系光谱光视效率的关系注意！注意！图2-8现在学习的是第32页，共117页4，明视觉和暗视觉，明视觉和暗视觉视网膜视网膜有两种感光细胞有两种感光细胞锥体细胞锥体细胞杆体细胞杆体细胞明视觉明视觉暗视觉暗视觉视视觉

28、觉函函数数暗视觉极值位置：暗视觉极值位置：图2-9现在学习的是第33页，共117页5，光度量与辐射量之间的关系，光度量与辐射量之间的关系 某一光谱辐射量某一光谱辐射量 引起的视觉刺激值引起的视觉刺激值光谱光度量为光谱光度量为光度量：光度量：现在学习的是第34页，共117页三，光通量三，光通量明视觉明视觉暗视觉暗视觉对于线光谱：对于线光谱：单位时间内通过某一面积的光能量（功率）。单位时间内通过某一面积的光能量（功率）。单位：单位：Lm(流明流明)现在学习的是第35页，共117页四，发光强度四，发光强度点光源在给定方向上单位立体角内发出的光通量。点光源在给定方向上单位立体角内发出的光通量。单位：单

29、位：cd(坎德拉坎德拉)五、光出射度五、光出射度扩展源单位面积向扩展源单位面积向2空间发出的全部光通量。空间发出的全部光通量。单位：单位：Lm/m2(流明每平方米流明每平方米)现在学习的是第36页，共117页六，光亮度六，光亮度 光源在给定方向上的光亮度光源在给定方向上的光亮度L，是在该方向上的单，是在该方向上的单位投影面积上向单位立体角内发出的光通量。位投影面积上向单位立体角内发出的光通量。单位：单位：cd/m2（坎德拉（坎德拉/平方米）平方米）在给定方向上的光亮度也就是该方向上单位投影面在给定方向上的光亮度也就是该方向上单位投影面在给定方向上的光亮度也就是该方向上单位投影面在给定方向上的光

30、亮度也就是该方向上单位投影面积上的发光强度。积上的发光强度。积上的发光强度。积上的发光强度。现在学习的是第37页，共117页七，光照度七，光照度 被照物体表面上的单位面积接收到的光通量称被照物体表面上的单位面积接收到的光通量称为光照度为光照度.单位：Lx（勒克斯）上述所有光度量都可以定义相应的光谱光度量：上述所有光度量都可以定义相应的光谱光度量：现在学习的是第38页，共117页辐射场的基本物理量总结辐射场的基本物理量总结照度照度 出射度出射度 亮度亮度 强度强度 通量通量 （功率）（功率）光度量光度量 光子辐射量光子辐射量 光谱辐射量光谱辐射量 辐射量辐射量 下角标下角标e e：单独使单独使用

31、时不标。用时不标。e e ：光谱：光谱辐射量辐射量 P P 光子辐射量；光子辐射量；P P ：光谱光子：光谱光子辐射量。辐射量。V V：光度量；：光度量；V V：光谱光度量。：光谱光度量。现在学习的是第39页，共117页2.5 2.5 朗伯余弦定律朗伯余弦定律一、漫反射与理想漫反射体一、漫反射与理想漫反射体理想漫反射体：反射亮度在空间各方向上没有理想漫反射体：反射亮度在空间各方向上没有理想漫反射体：反射亮度在空间各方向上没有理想漫反射体：反射亮度在空间各方向上没有 差别。差别。差别。差别。镜面反射与漫反射镜面反射与漫反射镜面反射与漫反射镜面反射与漫反射二、朗伯余弦定律二、朗伯余弦定律 理想漫反

32、射体单位表面积向空间指定方向单位立体角内理想漫反射体单位表面积向空间指定方向单位立体角内理想漫反射体单位表面积向空间指定方向单位立体角内理想漫反射体单位表面积向空间指定方向单位立体角内发射（或反射）的辐射功率和该指定方向与表面法线夹角的发射（或反射）的辐射功率和该指定方向与表面法线夹角的发射（或反射）的辐射功率和该指定方向与表面法线夹角的发射（或反射）的辐射功率和该指定方向与表面法线夹角的余弦成正比。余弦成正比。余弦成正比。余弦成正比。现在学习的是第40页，共117页 描述这种反射的空描述这种反射的空间分布的特性公式为：间分布的特性公式为：B B常数常数常数常数 辐（反）射法线与观察方辐（反）

33、射法线与观察方辐（反）射法线与观察方辐（反）射法线与观察方向夹角向夹角向夹角向夹角AA辐（反）射源面积辐（反）射源面积辐（反）射源面积辐（反）射源面积 辐（反）射立体角辐（反）射立体角辐（反）射立体角辐（反）射立体角朗伯面：凡遵守朗伯余弦定律的辐射表面。朗伯面：凡遵守朗伯余弦定律的辐射表面。朗伯源（漫辐射源）：遵从朗伯余弦定律的辐射源。朗伯源（漫辐射源）：遵从朗伯余弦定律的辐射源。图2-10现在学习的是第41页，共117页 朗伯辐射源的辐射亮度与观测方向无关。朗伯辐射源的辐射亮度与观测方向无关。朗伯余弦定律是理想情形。朗伯源是辐射源的一种理想朗伯余弦定律是理想情形。朗伯源是辐射源的一种理想朗伯

34、余弦定律是理想情形。朗伯源是辐射源的一种理想朗伯余弦定律是理想情形。朗伯源是辐射源的一种理想模型。实际辐射源的辐射大多数在一定的范围内十分接近朗模型。实际辐射源的辐射大多数在一定的范围内十分接近朗模型。实际辐射源的辐射大多数在一定的范围内十分接近朗模型。实际辐射源的辐射大多数在一定的范围内十分接近朗伯余弦定律。伯余弦定律。伯余弦定律。伯余弦定律。大多数绝缘材料：当大多数绝缘材料：当 时，服从朗伯余弦定律；时，服从朗伯余弦定律；绝缘材料：当绝缘材料：当 时，基本适用朗伯余弦定律。时，基本适用朗伯余弦定律。三，朗伯辐射源的辐射亮度三，朗伯辐射源的辐射亮度朗伯辐射源：朗伯辐射源：现在学习的是第42页

35、，共117页 朗伯辐射源的辐射亮度与观测方向无关图解朗伯辐射源的辐射亮度与观测方向无关图解朗伯辐射源的辐射亮度与观测方向无关图解朗伯辐射源的辐射亮度与观测方向无关图解观测方向观测方向观测方向观测方向图2-11图2-12现在学习的是第43页，共117页四，朗伯辐射源的特征四，朗伯辐射源的特征法向亮度法向亮度:方向亮度：方向亮度：对于面积对于面积 很小的小面朗伯源：很小的小面朗伯源：朗伯源朗伯源L是常数：是常数：朗伯源各方向亮度相等：朗伯源各方向亮度相等：（朗伯余弦定律的原始形式）（朗伯余弦定律的原始形式）图2-13现在学习的是第44页，共117页五，朗伯辐射源的五，朗伯辐射源的L L与与M M的

36、关系的关系L L与与M M的普遍关系式：的普遍关系式：朗伯源各方向朗伯源各方向L=LL=L为常数为常数图2-14现在学习的是第45页，共117页六，朗伯小面源的六，朗伯小面源的I、L、M的相互关系的相互关系联系联系单位立体角内单位立体角内单位投影面积单位投影面积2半球空间半球空间 单位立体角内单位立体角内描述辐射描述辐射特点特点面源面源面源面源点源点源、小面源、小面源源特点源特点辐射亮度辐射亮度L辐射出射度辐射出射度 M辐射强度辐射强度I现在学习的是第46页，共117页【例】1小面源的辐射功率辐射亮度为辐射亮度为 的小面源的小面源 的辐射功率的辐射功率另：另：现在学习的是第47页，共117页2

37、.6 2.6 辐射度量中的基本规律辐射度量中的基本规律一、距离平方反比定律一、距离平方反比定律描述点辐射源（或小面源）产生的照度的规律。描述点辐射源（或小面源）产生的照度的规律。点辐射源的辐射强度为点辐射源的辐射强度为 I,求：点辐射源在点求：点辐射源在点x处产生的照度处产生的照度辐射强度：辐射强度：辐射照度：辐射照度：图2-15现在学习的是第48页，共117页如如 （垂直照射），则（垂直照射），则如如距离平方反比定律：距离平方反比定律：点辐射源在距离点辐射源在距离l处所产生的照度，与辐射源的辐处所产生的照度，与辐射源的辐射强度射强度I成正比，与距离的平方成反比。成正比，与距离的平方成反比。照

38、度的余弦法则照度的余弦法则现在学习的是第49页，共117页二，立体角投影定理二，立体角投影定理 点辐射源产生的照度由距离平方反比定律决定：点辐射源产生的照度由距离平方反比定律决定：而小面源也可以有辐射强度而小面源也可以有辐射强度.小面源的辐射强度等于该面小面源的辐射强度等于该面源的辐射亮度乘以小面源在该方源的辐射亮度乘以小面源在该方向上的投影面积：向上的投影面积：图2-15现在学习的是第50页，共117页立体角投影定理：小面源在立体角投影定理：小面源在立体角投影定理：小面源在立体角投影定理：小面源在x x处所产生的辐射照度，处所产生的辐射照度，处所产生的辐射照度，处所产生的辐射照度，等于源的辐

39、射亮度与源对等于源的辐射亮度与源对等于源的辐射亮度与源对等于源的辐射亮度与源对x所张开的立体角以及被照所张开的立体角以及被照面法线和照射方向的夹角的余弦三者的乘积。面法线和照射方向的夹角的余弦三者的乘积。面法线和照射方向的夹角的余弦三者的乘积。面法线和照射方向的夹角的余弦三者的乘积。图2-16现在学习的是第51页，共117页立体角投影定理图解立体角投影定理图解图2-17图2-18现在学习的是第52页，共117页 在相同的辐照方向上，相同的立体角产生相同的在相同的辐照方向上，相同的立体角产生相同的辐射照度，和辐射照度，和 的形状无关的形状无关.图2-19现在学习的是第53页，共117页三，三，S

40、umpner定理定理SumpnerSumpner定理：球形腔内，内壁上某一面积元辐射的能量定理：球形腔内，内壁上某一面积元辐射的能量定理：球形腔内，内壁上某一面积元辐射的能量定理：球形腔内，内壁上某一面积元辐射的能量均匀地照射在整个球形腔内壁上。均匀地照射在整个球形腔内壁上。均匀地照射在整个球形腔内壁上。均匀地照射在整个球形腔内壁上。腔内壁面积元腔内壁面积元 从另一面积元从另一面积元 接收的辐射接收的辐射功率与功率与 在球面上的位置无关。在球面上的位置无关。从从 接收的辐射功率接收的辐射功率:图2-20现在学习的是第54页，共117页和和 的位置无关的位置无关.对朗伯面对朗伯面腔壁面积腔壁面积

41、在腔壁上产生的辐射照度在腔壁上产生的辐射照度:球形腔内，内壁上某一面积元辐射的能量均匀地照射球形腔内，内壁上某一面积元辐射的能量均匀地照射在整个球形腔内壁上。在整个球形腔内壁上。图2-21现在学习的是第55页，共117页四，互易定理四，互易定理和和 是两个均匀朗伯辐射面是两个均匀朗伯辐射面从从 接收到的辐射功率为接收到的辐射功率为图2-22图2-23现在学习的是第56页，共117页从从 接收到的辐射功率为接收到的辐射功率为对对 和和 对对 和和 互易定理：两朗伯辐射面之间传递的辐射功率之比互易定理：两朗伯辐射面之间传递的辐射功率之比互易定理：两朗伯辐射面之间传递的辐射功率之比互易定理：两朗伯辐

42、射面之间传递的辐射功率之比等于两辐射面的辐射亮度之比。等于两辐射面的辐射亮度之比。等于两辐射面的辐射亮度之比。等于两辐射面的辐射亮度之比。现在学习的是第57页，共117页五，角系数的基本概念五，角系数的基本概念1，微面源的角系数，微面源的角系数根据前面的讨论根据前面的讨论:现在学习的是第58页，共117页对于朗伯源对于朗伯源:微面源微面源 发出的总功率发出的总功率微面源微面源 发出的总功率发出的总功率现在学习的是第59页，共117页定义角系数：从一个微面源发出，被另一微面源接收定义角系数：从一个微面源发出，被另一微面源接收的辐射功率与该微面源发射的总辐射功率的比值。的辐射功率与该微面源发射的总

43、辐射功率的比值。微面源微面源1对对2的角系数：的角系数：微面源微面源2对对1的角系数：的角系数：微面源对微面源的角系数互换性关系式微面源对微面源的角系数互换性关系式现在学习的是第60页，共117页2 2，有限朗伯面的角系数，有限朗伯面的角系数，有限朗伯面的角系数，有限朗伯面的角系数对于有限朗伯辐射面对于有限朗伯辐射面 和和微面源：微面源：现在学习的是第61页，共117页有限朗伯辐射面的角系数互换性关系式：有限朗伯辐射面的角系数互换性关系式：3，相同的立体角有相同的角系数，相同的立体角有相同的角系数现在学习的是第62页，共117页例：平行圆盘间的角系数例：平行圆盘间的角系数的亮度为的亮度为 ，求

44、，求 上的辐射照度上的辐射照度（很小）（很小）现在学习的是第63页，共117页1对对2的角系数：的角系数：现在学习的是第64页，共117页2 对对1的角系数：的角系数：接收接收 的辐射功率：的辐射功率：（很小）（很小）上的辐射照度上的辐射照度:现在学习的是第65页，共117页2.72.7、辐射量计算举例、辐射量计算举例1、圆盘的辐射强度和辐射功率圆盘的辐射强度和辐射功率设圆盘的辐射亮度为设圆盘的辐射亮度为L，面积为，面积为A，如图所示。圆盘，如图所示。圆盘在与其法线成在与其法线成角的方向上的辐射强度为：角的方向上的辐射强度为：式中式中I0=LA，为圆盘在其法，为圆盘在其法线方向上的辐射强度。线

45、方向上的辐射强度。圆盘向半球空间发射的辐射功率为圆盘向半球空间发射的辐射功率为P，按辐射，按辐射亮度的定义有亮度的定义有现在学习的是第66页，共117页根据辐射强度的定义：根据辐射强度的定义：朗伯源的辐射规律朗伯源的辐射规律M=L，同样可得，同样可得:现在学习的是第67页，共117页二、球面的辐射功率和辐射强度二、球面的辐射功率和辐射强度设球面的辐射亮度为设球面的辐射亮度为L，球半径为，球半径为R，球面积为，球面积为A，球面上的小面元：球面上的小面元：小面元在小面元在 的方向的方向上的辐射强度：上的辐射强度：整个球面在整个球面在 方向上方向上的辐射强度：的辐射强度：现在学习的是第68页，共11

46、7页球面在各方向上的辐射强度相等球面在各方向上的辐射强度相等:球面向整个空间发射的辐射功率为球面向整个空间发射的辐射功率为:现在学习的是第69页，共117页三、半球面的辐射功率和辐射强度三、半球面的辐射功率和辐射强度半球球面在各方向上的辐半球球面在各方向上的辐射强度是不同的。射强度是不同的。现在学习的是第70页，共117页四、点源产生的辐射照度四、点源产生的辐射照度就是距离平方反比定律：就是距离平方反比定律：半球球面向整个空间发射的辐射功率半球球面向整个空间发射的辐射功率:现在学习的是第71页，共117页例例 圆盘的半径为圆盘的半径为 R，在圆盘的中心法线上，距离为，在圆盘的中心法线上，距离为

47、 的地方有一辐射强度为的地方有一辐射强度为 I 的点源，试计算圆盘截取的点源，试计算圆盘截取的辐射功率。的辐射功率。现在学习的是第72页，共117页现在学习的是第73页，共117页五、小面源产生的辐射照度五、小面源产生的辐射照度小面源产生的辐射照度可以参照点源：小面源产生的辐射照度可以参照点源：小面源的辐射强度：小面源的辐射强度：辐射照度：辐射照度：也可以根据立体角投影定理：也可以根据立体角投影定理：现在学习的是第74页，共117页六、大面积朗伯源产生的辐射照度六、大面积朗伯源产生的辐射照度相当于圆盘对圆盘：相当于圆盘对圆盘：探测器半视场角：探测器半视场角：探测器面积：探测器面积：视场范围（辐

48、射源面积）：视场范围（辐射源面积）：现在学习的是第75页，共117页辐射源辐射源 辐射的总功率：辐射的总功率：辐射源辐射源 辐射并被探测器辐射并被探测器 接收的功率：接收的功率：大面积朗伯源在探测器表面产生的辐射照度：大面积朗伯源在探测器表面产生的辐射照度：现在学习的是第76页，共117页扩展源当作小面源的误差扩展源当作小面源的误差小面源产生的辐射照度：小面源产生的辐射照度：大面积朗伯源产生的辐射照度：大面积朗伯源产生的辐射照度：当当 时时现在学习的是第77页，共117页七、线状源产生的辐射照度七、线状源产生的辐射照度1,1,1,1,线状源垂直方向的辐射强度线状源垂直方向的辐射强度线状源垂直方

49、向的辐射强度线状源垂直方向的辐射强度线状源：圆柱型辐射源的直径远小于其长度，且辐线状源：圆柱型辐射源的直径远小于其长度，且辐 射亮度均匀、各方向相同。射亮度均匀、各方向相同。射亮度均匀、各方向相同。射亮度均匀、各方向相同。线状源的长度为线状源的长度为 ，半径为，半径为 ，辐射亮度为，辐射亮度为现在学习的是第78页，共117页2,2,线状源任意方向的辐射强度线状源任意方向的辐射强度线状源单位长度线状源单位长度法向辐射强度：法向辐射强度：在法向的辐射强度：在法向的辐射强度：或者：或者：某一方向某一方向 ：现在学习的是第79页，共117页3 3，线状源的辐射功率，线状源的辐射功率线状源表面积：线状源

50、表面积：4 4，线状源的辐射照度，线状源的辐射照度在在 P P 点产生的照度点产生的照度其中其中现在学习的是第80页，共117页在在 P P 点总的照度点总的照度现在学习的是第81页，共117页当当 时时当当 时可以看成点源时可以看成点源当当 时时现在学习的是第82页，共117页八、简单几何形状辐射源的辐射特性八、简单几何形状辐射源的辐射特性半球面的辐射强度半球面的辐射强度:半球球面向整个空间发射的辐射功率半球球面向整个空间发射的辐射功率:有球面顶（底）圆柱的辐射特性有球面顶（底）圆柱的辐射特性现在学习的是第83页，共117页圆柱面的辐射强度：圆柱面的辐射强度：圆柱面的辐射功率：圆柱面的辐射功