辐射度量与光度量(精品).ppt

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1、第一章第一章 光电信号检测光电信号检测技术基础技术基础第一节第一节 辐射度量与光度量辐射度量与光度量一、光的本质一、光的本质一、光的本质一、光的本质二、光辐射度量二、光辐射度量二、光辐射度量二、光辐射度量三、光谱辐射度量三、光谱辐射度量三、光谱辐射度量三、光谱辐射度量四、光度量四、光度量四、光度量四、光度量一、光的本质一、光的本质n n光具有波粒二象性，既是电磁波，又是光光具有波粒二象性，既是电磁波，又是光子流。子流。n n历史上的重要人物历史上的重要人物n n惠更斯（惠更斯（惠更斯（惠更斯（1629-16951629-1695）、牛顿（）、牛顿（）、牛顿（）、牛顿（1643-17271643

2、-1727）n n托马斯托马斯托马斯托马斯 杨（杨（杨（杨（1773-18291773-1829）、费涅耳（）、费涅耳（）、费涅耳（）、费涅耳（1778-1778-18271827）n n麦克斯韦（麦克斯韦（麦克斯韦（麦克斯韦（1831-18791831-1879）n n普朗克（普朗克（普朗克（普朗克（1858-19471858-1947）n n爱因斯坦（爱因斯坦（爱因斯坦（爱因斯坦（1879-19551879-1955）、波尔（）、波尔（）、波尔（）、波尔（1885-19621885-1962）一张凝结了一张凝结了一张凝结了一张凝结了2020世纪全人类三分之一智慧的照片世纪全人类三分之一智慧

3、的照片世纪全人类三分之一智慧的照片世纪全人类三分之一智慧的照片 牛顿牛顿牛顿牛顿-微粒说微粒说微粒说微粒说光是直线传播的微粒流光是直线传播的微粒流光是直线传播的微粒流光是直线传播的微粒流。1717世纪世纪-两种对立的学说。两种对立的学说。三：发现了三：发现了“牛顿环牛顿环”“微粒说微粒说：微粒从光源飞出，质量极小，忽略重微粒从光源飞出，质量极小，忽略重力作用，在真空或均匀媒质中做惯性运动，并且力作用，在真空或均匀媒质中做惯性运动，并且走的是最快速的直线运动路径。走的是最快速的直线运动路径。二：公元二：公元16681668年，他制成了年，他制成了第一架反射望远镜样机第一架反射望远镜样机三大贡献三

4、大贡献:一：发现了白光是由各种一：发现了白光是由各种不同颜色的光组成的不同颜色的光组成的惠更斯惠更斯：波动说：波动说,光是在以太中传播的波动。光是在以太中传播的波动。波动学说，打破了当时流行的光的微粒学说，提波动学说，打破了当时流行的光的微粒学说，提出了光波面在媒体中传播的惠更斯原理。出了光波面在媒体中传播的惠更斯原理。惠更斯设想传播光的以太惠更斯设想传播光的以太粒子非常之硬，有极好的弹性粒子非常之硬，有极好的弹性，光的传播就像振动沿着一排，光的传播就像振动沿着一排互相衔接的钢球传递一样，当互相衔接的钢球传递一样，当第一个球受到碰撞，碰撞运动第一个球受到碰撞，碰撞运动就会以极快的速度传到最后一

5、就会以极快的速度传到最后一个球。个球。提出光是发光体中微小粒子的提出光是发光体中微小粒子的振动在弥漫于宇宙空间的以太中的振动在弥漫于宇宙空间的以太中的传播过程。光的传播方式与声音类传播过程。光的传播方式与声音类似，不是微粒说所设想的像子弹或似，不是微粒说所设想的像子弹或箭那样的运动。箭那样的运动。微粒说在解释光微粒说在解释光微粒说在解释光微粒说在解释光线从空气进入水中线从空气进入水中线从空气进入水中线从空气进入水中的折射现象时，需的折射现象时，需的折射现象时，需的折射现象时，需要假设；要假设；要假设；要假设；C C C C水水水水CCCC空气空气空气空气 这两种学说都可以解释这两种学说都可以解

6、释一定的光学现象（光的一定的光学现象（光的反射和折射）。反射和折射）。而波动说需而波动说需要假设要假设 C C水水CC空气空气 当时，人们还不能准确地用实验方法当时，人们还不能准确地用实验方法测定光速，因而无法根据折射现象去测定光速，因而无法根据折射现象去判断它们的优劣。判断它们的优劣。19191919世纪，光的世纪，光的世纪，光的世纪，光的干涉、衍射和干涉、衍射和干涉、衍射和干涉、衍射和偏振等现象，偏振等现象，偏振等现象，偏振等现象，与微粒说格格与微粒说格格与微粒说格格与微粒说格格不入，不入，不入，不入，增透膜薄膜干涉镜面检测圆屏衍射圆孔衍射钢针的衍射光的干涉和衍射现象表明光确实是一种波惠更

7、斯的波动说惠更斯的波动说 发展了波动理论。但是由于他把光看成像发展了波动理论。但是由于他把光看成像声波一类的纵波，因此不能解释偏振现象、干声波一类的纵波，因此不能解释偏振现象、干涉和衍射现象。涉和衍射现象。麦克斯韦电磁理论的发展麦克斯韦电磁理论的发展确认光是一种电磁波，不是惠确认光是一种电磁波，不是惠更斯的机械波。更斯的机械波。19世纪中叶，光的波动说已经得到了公认，但是光波的本质到底是什么，是像水波？还是像声波呢？热辐射是十九世纪发展起来的一热辐射是十九世纪发展起来的一个物理学新领域，它的研究得到了热个物理学新领域，它的研究得到了热力学和光谱学的支持。十九世纪末，力学和光谱学的支持。十九世纪

8、末，物理学正是从这个领域打开了一个缺物理学正是从这个领域打开了一个缺口，导致了量子论的诞生。口，导致了量子论的诞生。在热辐射的研究中，热辐射的辐射在热辐射的研究中，热辐射的辐射能量，特别是这一辐射的能量随波长分能量，特别是这一辐射的能量随波长分布的特性，往往是物理学家研究的重点。布的特性，往往是物理学家研究的重点。1919世纪末，人们用经典物理学解释黑体辐射世纪末，人们用经典物理学解释黑体辐射实验的时候，出现了所谓的实验的时候，出现了所谓的“紫外灾难紫外灾难”。瑞利、。瑞利、金斯和维恩分别提出了两个公式，但是和实验相金斯和维恩分别提出了两个公式，但是和实验相比，瑞利比，瑞利金斯公式只在低频范围

9、符合，而维恩金斯公式只在低频范围符合，而维恩公式只在高频范围符合。公式只在高频范围符合。19001900年，普朗克使用插值法将两个公式合年，普朗克使用插值法将两个公式合二为一提出了普朗克公式。为了与实验相符，二为一提出了普朗克公式。为了与实验相符，必须必须假定假定物质辐射（或吸收）的能量不是连续物质辐射（或吸收）的能量不是连续地、而是一份一份地进行的，只能取某个最小地、而是一份一份地进行的，只能取某个最小数值的整数倍。这个最小数值就叫能量子，辐数值的整数倍。这个最小数值就叫能量子，辐射频率是射频率是的能量的最小数值的能量的最小数值E E=hh。普朗克。普朗克当时把它叫做基本作用量子，当时把它叫

10、做基本作用量子，h h普朗克常数。普朗克常数。19181918年诺贝尔物理学奖授予普朗克，以承年诺贝尔物理学奖授予普朗克，以承认由于他发现能量子对物理学的进展所作的认由于他发现能量子对物理学的进展所作的贡献。贡献。爱因斯坦康普顿光电效应以及康普顿效应等无可辩驳的证实了光是一种粒子 光不仅在发射中，光不仅在发射中，而且在传播过程中以而且在传播过程中以及在与物质的相互作及在与物质的相互作用中，都可以看成能用中，都可以看成能量子。爱因斯坦称之量子。爱因斯坦称之为光量子，也就是后为光量子，也就是后来所谓的光子来所谓的光子(photon)(photon)。光子是人类继光子是人类继电子后认识到的第电子后认

11、识到的第二个基本粒子，不二个基本粒子，不带电，呈中性。因带电，呈中性。因为电磁场是一种恒为电磁场是一种恒以光速以光速c c运动的物运动的物质，它的静止质量质，它的静止质量为零。为零。实物具有微粒结构，电磁场也具有微实物具有微粒结构，电磁场也具有微粒结构，构成电磁场的基本粒子就是光子。粒结构，构成电磁场的基本粒子就是光子。电磁场可以被看做是波动性和粒子电磁场可以被看做是波动性和粒子性矛盾的统一体。它是一系列的波，同性矛盾的统一体。它是一系列的波，同时又是光子的集合。时又是光子的集合。体现其粒子性的能量和动量，与体现其粒子性的能量和动量，与体现其波动性的频率和波长不可分割体现其波动性的频率和波长不

12、可分割地联系在一起。地联系在一起。结论：结论：爱因斯坦的光子论非爱因斯坦的光子论非牛顿微粒说的复旧，而是牛顿微粒说的复旧，而是人类对于光和电磁场这类人类对于光和电磁场这类物质认识上的一个飞跃。物质认识上的一个飞跃。在反射、折射、在反射、折射、干涉、衍射、色散干涉、衍射、色散等现象中，波动性等现象中，波动性往往成为主要矛盾往往成为主要矛盾方面，光便表现出方面，光便表现出像波。像波。在黑体辐射、光在黑体辐射、光致发光、光电效应，致发光、光电效应，以及其他一些有关光以及其他一些有关光的产生和转化的现象的产生和转化的现象中，粒子性往往成为中，粒子性往往成为主要矛盾方面，光便主要矛盾方面，光便表现出像粒

13、子。表现出像粒子。不同条件下主要矛不同条件下主要矛盾方面会发生转化盾方面会发生转化 人类关于波粒二象性的认识并没有停人类关于波粒二象性的认识并没有停留于此，留于此，19241924年爱因斯坦提出光子概念后年爱因斯坦提出光子概念后不到不到2020年，年轻的法国物理学家年，年轻的法国物理学家德布罗意提出了德布罗意提出了“物质波物质波”概概念。念。论证了微观粒子也具有波动性论证了微观粒子也具有波动性。正是人们认识到了微观粒子正是人们认识到了微观粒子所具有的波粒二象性的特征，所具有的波粒二象性的特征，才建立起了描述其运动状态才建立起了描述其运动状态变化规律的量子力学理论。变化规律的量子力学理论。他的观

14、点得到电他的观点得到电子衍射等实验的子衍射等实验的证实。证实。他认为不仅光具有波粒二象性，他认为不仅光具有波粒二象性，所有的实物粒子，都具有波粒所有的实物粒子，都具有波粒二象性。二象性。波动理论：波动理论：波动理论：波动理论：光是频率为光是频率为光是频率为光是频率为的的的的电磁波；电磁波；电磁波；电磁波；量子理论：量子理论：一一定定频频率率的的光光对对应应一定能量的光子；一定能量的光子；光的波、粒二重性光的波、粒二重性,统一起来。统一起来。E=h 之间的关系之间的关系；完全彻底的认识了?射线的光子可以变成两个带相反射线的光子可以变成两个带相反射线的光子可以变成两个带相反射线的光子可以变成两个带

15、相反电荷的电子和阳电子，表明光子与电荷的电子和阳电子，表明光子与电荷的电子和阳电子，表明光子与电荷的电子和阳电子，表明光子与电子之间存在着某种联系电子之间存在着某种联系电子之间存在着某种联系电子之间存在着某种联系?否定否定 光子是否像原子和分子那样，具有光子是否像原子和分子那样，具有内部结构内部结构?对光的本质的认识，还远远没有完结。对光的本质的认识，还远远没有完结。从从涌涌现现出出来来的的新新现现象象和和规规律律的的研研究究中中，逐逐步深化对光的本质的认识。步深化对光的本质的认识。光子是否真的没有静质量光子是否真的没有静质量?可以认为，光电系统是工作于电磁波波谱图上可以认为，光电系统是工作于

16、电磁波波谱图上最后一个波段最后一个波段光频段的电子系统。光频段的电子系统。二、光辐射度量二、光辐射度量 任何固体或液体在任何固体或液体在高于高于0K以上以上任何温度任何温度下都向外辐射电磁波下都向外辐射电磁波,这种由于物体中的分子、这种由于物体中的分子、原子受到热激发而产生的辐射称为原子受到热激发而产生的辐射称为热辐射热辐射。1400K800K1000K1200K 将一块铁加热物体的颜色从暗淡的，后来渐渐变成暗将一块铁加热物体的颜色从暗淡的，后来渐渐变成暗红到发黄再到亮得耀眼。红到发黄再到亮得耀眼。光辐射度量的对象光辐射度量的对象n n光电检测技术的任务是将光辐射转换成为光电检测技术的任务是将

17、光辐射转换成为电能，从而获得光辐射特征信息，为此需电能，从而获得光辐射特征信息，为此需要了解辐射特征的定义。要了解辐射特征的定义。n n辐射能量特征的研究即为辐射度量学辐射能量特征的研究即为辐射度量学Radiometry。1869186918691869年，基尔霍夫从理论上提出了关于辐射年，基尔霍夫从理论上提出了关于辐射年，基尔霍夫从理论上提出了关于辐射年，基尔霍夫从理论上提出了关于辐射传播过程的重要定律：在同样的温度下，任何物体传播过程的重要定律：在同样的温度下，任何物体传播过程的重要定律：在同样的温度下，任何物体传播过程的重要定律：在同样的温度下，任何物体对相同波长的单色辐射出射度与单色吸

18、收比之比值对相同波长的单色辐射出射度与单色吸收比之比值对相同波长的单色辐射出射度与单色吸收比之比值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，等于该温度下黑体对同一波长的单色辐射都相等，等于该温度下黑体对同一波长的单色辐射都相等，等于该温度下黑体对同一波长的单色辐射都相等，等于该温度下黑体对同一波长的单色辐射出射度。即出射度。即出射度。即出射度。即基尔霍夫辐射定律基尔霍夫辐射定律式中：式中：Mb（，T）为黑体）为黑体的单色辐射出射度。的单色辐射出射度。这一定律指出了物体的辐射出射度这一定律指出了物体的辐射出射度这一定律指出了物体的辐射出射度这一定律指出了物体的辐射出射度和吸收比之间的内

19、在联系，表明：和吸收比之间的内在联系，表明：和吸收比之间的内在联系，表明：和吸收比之间的内在联系，表明：（1 1）一个好的吸收体也是一个好的辐射体；）一个好的吸收体也是一个好的辐射体；）一个好的吸收体也是一个好的辐射体；）一个好的吸收体也是一个好的辐射体；（2 2）任何物体的辐射出射度都小于同温度、）任何物体的辐射出射度都小于同温度、）任何物体的辐射出射度都小于同温度、）任何物体的辐射出射度都小于同温度、同同同同 波长的黑体的辐射出射度；波长的黑体的辐射出射度；波长的黑体的辐射出射度；波长的黑体的辐射出射度；（3 3）黑体的辐射出射度摆脱了对具体物体的）黑体的辐射出射度摆脱了对具体物体的）黑体

20、的辐射出射度摆脱了对具体物体的）黑体的辐射出射度摆脱了对具体物体的依赖关系，显然是最简单的依赖关系，显然是最简单的依赖关系，显然是最简单的依赖关系，显然是最简单的，也更便于研究。也更便于研究。也更便于研究。也更便于研究。这样，只要知道黑体的辐射出射这样，只要知道黑体的辐射出射度，便能了解一般物体的辐射性质。度，便能了解一般物体的辐射性质。因此，黑体辐射理论的探索，是热因此，黑体辐射理论的探索，是热辐射领域的中心问题。辐射领域的中心问题。辐射度学物理量辐射度学物理量n n 1.辐射能辐射能 以辐射形式发射或传输的电磁波能量。辐射能一般用符号Q表示，其单位是焦耳(J)。n n 2.辐射通量辐射通量

21、 辐射通量P又称为辐射功率，定义为单位时间内流过某一定面积的辐射能，即辐射通量的单位是瓦特(W)或焦耳/秒(J/s)辐射度量以下标辐射度量以下标辐射度量以下标辐射度量以下标e e表示表示表示表示n n3.辐射出射度辐射出射度 辐射出射度辐射出射度MM是用来反映是用来反映面辐射源面辐射源物体辐射能力物体辐射能力的物理量。定义为辐射体在单位面积内所辐射的的物理量。定义为辐射体在单位面积内所辐射的通量，即通量，即单位是单位是W/mW/m2 2。dSrdP.dA 源面积发射不一定源面积发射不一定均匀，面上各点附近均匀，面上各点附近单位面积发射的功率单位面积发射的功率也不一样，故也不一样，故M M 通常

22、通常是源上位置的函数。是源上位置的函数。4.辐射强度辐射强度 辐射强度辐射强度I I定义为：点辐射源在给定方向上发射的定义为：点辐射源在给定方向上发射的在单位立体角内的辐射通量，用在单位立体角内的辐射通量，用I I表示，即表示，即辐射强度的单位是瓦特辐射强度的单位是瓦特/球面度球面度 (W/(W/sr sr)n n如果一个置于各向同性、均匀介质中的点辐射体向所有方向发射的总辐射通量是P，则该点辐射体在各个方向的辐射强度I是常量，有 由辐射通量和辐射强度之间的关系式由辐射通量和辐射强度之间的关系式我们知道，一个辐射强度为我们知道，一个辐射强度为1W/sr的点光源，的点光源，总辐射通量等于总辐射通

23、量等于4W。n n5.辐射亮度辐射亮度辐射亮度辐射亮度L L定义为面辐射源在某一定义为面辐射源在某一给定方向上的辐射强度，如图所示。给定方向上的辐射强度，如图所示。式中式中 是给定方向和辐射源面元法线间的夹角。辐射是给定方向和辐射源面元法线间的夹角。辐射亮度的单位是瓦特亮度的单位是瓦特/球面度球面度 米米2 2(W/sr(W/sr mm2 2)。dP 由辐射表面定向发射的辐射强度，与辐射体表由辐射表面定向发射的辐射强度，与辐射体表面所发射通量的空间分布有关。面所发射通量的空间分布有关。n n余弦辐射体（朗伯体余弦辐射体（朗伯体余弦辐射体（朗伯体余弦辐射体（朗伯体 均匀漫反射体）：均匀漫反射体）

24、：均匀漫反射体）：均匀漫反射体）：辐射体辐射体的辐射强度在空间方向上的分布满足：的辐射强度在空间方向上的分布满足：I I0 0是是辐射体辐射体面元面元dSdS沿其法线方向的辐射强度。沿其法线方向的辐射强度。余弦辐射体的辐射亮度为余弦辐射体的辐射亮度为 可见余弦辐射体的辐射亮度是均匀的，与方向角可见余弦辐射体的辐射亮度是均匀的，与方向角 无关。无关。n n余弦辐射体的辐射出射度为余弦辐射体的辐射出射度为6.辐射照度辐射照度n n为了评定辐射体对装置的作用，在辐射接收面上的辐射照度E定义为照射在面元上的辐射通量dP与该面元的面积dA之比。即 单位是W/m2。照度与距离平方反比定理照度与距离平方反比

25、定理 n n设点源的辐射强度为设点源的辐射强度为I，它与被照面上，它与被照面上x点点处面积元处面积元dA的距离为的距离为R，dA的法线与的法线与I的夹的夹角为角为，则投射到，则投射到dA上的辐射功率为上的辐射功率为:n n所以，点光源在被照面上点处的辐射照度所以，点光源在被照面上点处的辐射照度为：为：n n 基本辐射度量的名称、符号和定义方程基本辐射度量的名称、符号和定义方程名称名称符号符号定定义义方程方程单单位位符号符号辐辐射能射能Q,Q,焦耳焦耳J J辐辐射能密度射能密度焦耳立方米焦耳立方米JmJm-3-3辐辐射通量，射通量，辐辐射功率射功率瓦特瓦特WW辐辐射射强强度度瓦特球面度瓦特球面度

26、W/W/sr sr辐辐射亮度射亮度 瓦特球面度瓦特球面度平方米平方米WmWm-2-2 sr sr-1-1辐辐射出射度射出射度瓦特平方米瓦特平方米W/mW/m2 2辐辐射照度射照度瓦特平方米瓦特平方米W/mW/m2 2光谱辐射度量光谱辐射度量n n给定波长给定波长给定波长给定波长 o o处极小波长间隔处极小波长间隔处极小波长间隔处极小波长间隔dd内的辐射通量内的辐射通量内的辐射通量内的辐射通量dde e()()称为单色辐射通量。称为单色辐射通量。称为单色辐射通量。称为单色辐射通量。n n()=d()=de e()/d()/d，()()称为光谱辐射称为光谱辐射称为光谱辐射称为光谱辐射通量。通量。通

27、量。通量。n n总辐射通量：总辐射通量：总辐射通量：总辐射通量：n n可以用频率表示光谱分布。可以用频率表示光谱分布。可以用频率表示光谱分布。可以用频率表示光谱分布。n n可以类推其余的光谱辐射度量。可以类推其余的光谱辐射度量。可以类推其余的光谱辐射度量。可以类推其余的光谱辐射度量。光谱光辐射的名称、符号及单位四、光度量四、光度量n n由于人眼的视觉细胞对不同频率的辐射有不同由于人眼的视觉细胞对不同频率的辐射有不同响应，对绿光最灵敏，对红光灵敏度最低，故响应，对绿光最灵敏，对红光灵敏度最低，故用辐射度单位描述的光辐射不能正确反映人的用辐射度单位描述的光辐射不能正确反映人的亮暗感觉。亮暗感觉。n

28、 n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。n n在光频区域光度学物理量在光频区域光度学物理量Q Q，P P，I I，MM，L L，E E相相对应的对应的QvQv，PvPv，Iv Iv，MvMv，LvLv，EvEv来表示，其定义来表示，其定义完全一一对应，其关系如表完全一一对应，其关系如表2 2所示。所示。表表2 常用辐度量和光度量之间的对应关系常用辐度量和光度量之间的对应关系辐射度物理量对应的光度量物理量名称符号定义式单位物理量名称符号定义式单位辐射能QJ光量QvQv=Pvdtlms辐射通量PP=dQ/dtW光通量vv=Ivdlm辐射出射度MM=d/dSW/m2光出射度MvMv=

29、dPv/dSlm/m2辐射强度II=d/dW/sr发光强度Iv基本量cd辐射亮度LL=dI/(dScos)W/m2sr(光)亮度LvLv=dIv/(dScos)cd/m2辐射照度EE=d/dAW/m2(光)照度EvMv=dPv/dAlxn n光度量的单位是国际计量委员会(CIPM)规定的。在光度单位体系中，被选作基本单位的不是相应的光量或光通量而是发光强度，其单位是坎德拉。n n坎德拉不仅是光度体系的基本单位，而且也是国际单位制(SI)的七个基本单位之一。n n它的定义是“一个光源发出频率为5401012 Hz的单色辐射，若在一给定方向上的辐射强度为1/683 (W/sr)，则该光源在该方向上

30、的发光强度为1cd”。人人人人眼眼眼眼对对对对不不不不同同同同波波波波长长长长的的的的单单单单色色色色光光光光，产产产产生生生生相相相相同同同同的的的的视觉响应，要有不同的辐射功率。视觉响应，要有不同的辐射功率。视觉响应，要有不同的辐射功率。视觉响应，要有不同的辐射功率。在在引引起起相相同同的的视视觉觉响响应应条条件件下下，若若在在附附近近所所需需要要的的光光谱谱辐辐射射功功率率为为dPdP，而而对对=555nm=555nm所所需需要要的光谱辐射功率为的光谱辐射功率为dPdP555555，则定义，则定义 V V=dP=dP555555/dP/dP 光谱光视效率光谱光视效率 人人人人眼眼眼眼对对

31、对对波波波波长长长长为为为为555nm555nm555nm555nm的的的的光光光光的的的的视视视视见见见见函函函函数数数数为为为为1 1 1 1，其其其其它它它它波波波波长长长长的的的的视视视视见见见见函函函函数数数数值值值值都都都都小小小小于于于于1 1，不不可可见区的视见函数值都等于零。见区的视见函数值都等于零。白白白白昼昼昼昼视视视视觉觉觉觉指指指指人人人人眼眼眼眼在在在在明明明明亮亮亮亮环环环环境境境境(3 3 3 3坎坎坎坎德德德德拉拉拉拉米米米米2 2 2 2的的的的亮亮亮亮度度度度)中中中中，对对对对不不不不同波长可见光的视觉。同波长可见光的视觉。同波长可见光的视觉。同波长可见

32、光的视觉。白昼视觉和黄昏视觉白昼视觉和黄昏视觉 黄黄昏昏视视觉觉指指人人眼眼在在黑黑暗暗环环境境(3 310105 5坎坎德德拉拉米米2 2的的亮亮度度中中，对不同波长可见光的视觉。对不同波长可见光的视觉。黄昏视觉黄昏视觉V V-曲线的曲线的最大值相对白昼视觉最大值相对白昼视觉向短波长方向移动了向短波长方向移动了50nm50nm。黄昏视觉黄昏视觉白昼视觉白昼视觉n所有光度计量均以明所有光度计量均以明视觉的视觉的V()为基础。为基础。光度量的最基本单位光度量的最基本单位 光通量v：光通量对人眼所引起的视觉强度值。光谱光视效能K定义为同一波长下测得的光通量与辐射通量的比值，即单位是流明/瓦特(lm

33、/W)n n通过对标准光度观察者的实验测定，在辐射频率5401012Hz(波长555nm)处，其数值为Km683 lm/W。n n它表示与1W的辐射通量相当的光通量为683lm；换句话说，此时的1lm相当于1/683Wn发光强度发光强度I：发出波长为：发出波长为555nm555nm的单色辐射，的单色辐射，在给定方向上的发光强度规定为在给定方向上的发光强度规定为1cd1cd。单位：单位：坎德拉（坎德拉（CandelaCandela）cdcd，它是国际单位制它是国际单位制中七个基本单位之一。中七个基本单位之一。n光照度光照度E：单位面积所接受的入射光通量单位面积所接受的入射光通量 ，单位：勒克斯单

34、位：勒克斯lx lx，相当于相当于 1 1平方米面积上平方米面积上接受到接受到1 1个流明的光通量。个流明的光通量。n光出射度光出射度M:光源表面给定点处单位面积向半光源表面给定点处单位面积向半空间发出的光通量。空间发出的光通量。作业作业n n1 1、推导余弦辐射体辐射出射度和辐射亮度的关、推导余弦辐射体辐射出射度和辐射亮度的关系式：系式：n n2 2、已知一点辐射源在上半空间的辐射通量为、已知一点辐射源在上半空间的辐射通量为62.8W62.8W，求该辐射源在上半空间的平均辐射强度。，求该辐射源在上半空间的平均辐射强度。n n3 3、一支氦氖激光器（波长、一支氦氖激光器（波长632.8nm)632.8nm)发出的激光发出的激光的功率为的功率为3mW3mW，激光器的放电毛细管直径为，激光器的放电毛细管直径为1mm1mm，求出该激光束的光通量和光出射度。（视，求出该激光束的光通量和光出射度。（视见函数见函数V V632.8nm632.8nm=0.235)=0.235)n n4 4、一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离、一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面地面1.5m1.5m的高处，用照度计测得正下方地面上的的高处，用照度计测得正下方地面上的照度为照度为30lx30lx，求出该白炽灯的光通量。，求出该白炽灯的光通量。