辐射度量及探测基础知识

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1、第三讲第三讲 辐射辐射度量及探测度量及探测基础知识基础知识广学 明德 海纳 厚为1.11.1 辐射度量与光度量及其单位辐射度量与光度量及其单位辐射度量学描述整个电磁波谱范围的电磁辐射，以辐射度量学描述整个电磁波谱范围的电磁辐射，以辐射能量辐射能量或或辐射功率辐射功率为基本量。而光度学描述可见光谱范围的电磁辐射，为基本量。而光度学描述可见光谱范围的电磁辐射，以以光强光强为基本单位。光只是电磁波谱范围内一小段波谱。为基本单位。光只是电磁波谱范围内一小段波谱。一、辐射度量及其单位一、辐射度量及其单位1、辐射能和单位、辐射能和单位辐射能指传播的电磁波的能量，用辐射能指传播的电磁波的能量，用Qe表示，单

2、位为焦耳，表示，单位为焦耳，符号为符号为J。它是辐射度量学的基本量之一。它是辐射度量学的基本量之一.辐射能用于度量脉冲辐射较方便。每个脉冲的能量。辐射能用于度量脉冲辐射较方便。每个脉冲的能量。（一）、复色辐射度量及单位（一）、复色辐射度量及单位2、辐射功率（通量）和单位、辐射功率（通量）和单位辐射功率（通量）定义为单位时间内辐射的电磁波能量，单位辐射功率（通量）定义为单位时间内辐射的电磁波能量，单位为焦耳为焦耳/秒，即瓦特，符号秒，即瓦特，符号w。辐射通量用于度量连续辐射较。辐射通量用于度量连续辐射较方便。数学表示：方便。数学表示：)(WdtdQee3、辐射强度和单位、辐射强度和单位辐射强度是

3、对点光源而言的，它定义为点发光源在给定方向上辐射强度是对点光源而言的，它定义为点发光源在给定方向上单位立体角内的辐射功率，单位单位立体角内的辐射功率，单位W/Sr。数学表示：。数学表示：)W/Sr(),(2dtdQdddIeee式中式中 ， 为球坐标系中的方位角。为球坐标系中的方位角。4、辐射出射度和单位、辐射出射度和单位辐射出射度是对扩展发射源定义的。它定义为单位面积辐射源辐射出射度是对扩展发射源定义的。它定义为单位面积辐射源所辐射的辐射通量。单位为：瓦所辐射的辐射通量。单位为：瓦/米米2（W/M2)。数学表示：。数学表示：)/(),(22MWdtdAQddAdyxMeee5、辐射亮度和单位

4、、辐射亮度和单位辐射亮度也是对扩展光源定义的。它定义为在给定方向上由单位辐射亮度也是对扩展光源定义的。它定义为在给定方向上由单位投影面积辐射源向单位立体角内辐射的通量。单位为瓦投影面积辐射源向单位立体角内辐射的通量。单位为瓦/米米2/球面度，球面度，符号为符号为W/Sr/M2。数学表示：。数学表示：)/(cos),(22SrMWdAddLee6、辐射照度和单位、辐射照度和单位辐射照度对辐射接受体定义，它定义为单位接收面积上所接受辐射照度对辐射接受体定义，它定义为单位接收面积上所接受到的辐射通量，单位为瓦到的辐射通量，单位为瓦/米米2，符号，符号W/M2。数学表示：。数学表示：)/(),(2*m

5、wdAdyxEee 光谱辐射度量光谱辐射度量：光谱辐射度量也叫辐射量：光谱辐射度量也叫辐射量的的光谱密度光谱密度。辐射源所辐射的能量往往由许。辐射源所辐射的能量往往由许多不同波长的单色辐射所组成，为了研究各多不同波长的单色辐射所组成，为了研究各种波长的辐射通量，需要对某一波长的单色种波长的辐射通量，需要对某一波长的单色光的辐射能量作出相应的定义。光的辐射能量作出相应的定义。光谱辐射度光谱辐射度量是单位波长间隔内的辐射度量。量是单位波长间隔内的辐射度量。 （二）、光谱辐射度量及单位（二）、光谱辐射度量及单位1、单色辐射能和单位、单色辐射能和单位定义为某一波长处单位波长间隔内的辐射能。单位为定义为

6、某一波长处单位波长间隔内的辐射能。单位为J/M，数学表示：，数学表示：)/()()(MJQQee2、单色辐射通量和单位、单色辐射通量和单位定义为某一波长处单位波长间隔内的辐射通量，单位为定义为某一波长处单位波长间隔内的辐射通量，单位为W/M，数学表示：数学表示：)/()()()(mwdtdQeee3、单色辐射强度和单位、单色辐射强度和单位定义为某一波长处单位波长间隔内的辐射强度，单位为定义为某一波长处单位波长间隔内的辐射强度，单位为W/Sr/M，数学表示：数学表示：)/()(),(),(MSrWddIIeee4、单色辐射出射度和单位、单色辐射出射度和单位定义为某一波长处单位波长间隔内的辐射出射

7、度，单位为定义为某一波长处单位波长间隔内的辐射出射度，单位为W/M3，数学表示：数学表示：)/()(),(),(3MWdAdyxMyxMeee5、单色辐射亮度和单位、单色辐射亮度和单位定义为某一波长处单位波长间隔内的辐射亮度，单位为定义为某一波长处单位波长间隔内的辐射亮度，单位为W/Sr/M3，数学表示：数学表示：)/(cos)(),(),(32MSrWdAddLLeee6、单色辐射照度和单位、单色辐射照度和单位定义为某一波长处单位波长间隔内的辐射照度，单位为定义为某一波长处单位波长间隔内的辐射照度，单位为W/M3，数学表示：数学表示：)/()(),(),(3*MWdAdyxEyxEeee（三

8、）、光谱辐射度量及积分（复色）辐射度量的关系（三）、光谱辐射度量及积分（复色）辐射度量的关系任一光谱辐射度量任一光谱辐射度量Xe( )与其对应的复色辐射度量与其对应的复色辐射度量Xe之间通过积分之间通过积分关系连接：关系连接：0)(dXXee所谓光度量指描述人眼可见电磁波段范围的电磁辐射的量。可所谓光度量指描述人眼可见电磁波段范围的电磁辐射的量。可见电磁辐射通常称为见电磁辐射通常称为“光光”，所以，把描述可见电磁辐射的量，所以，把描述可见电磁辐射的量称为光度量。光度量采用与辐射度量完全不同的另一套单位。称为光度量。光度量采用与辐射度量完全不同的另一套单位。二、光度量及其单位二、光度量及其单位

9、由于大部分光源是作为照明用的，而且照明的效果最由于大部分光源是作为照明用的，而且照明的效果最终是以人眼来评定的终是以人眼来评定的 ，因此照明光源的光学特性必须用，因此照明光源的光学特性必须用基于人眼视觉的光学参数量即光度量来描述。基于人眼视觉的光学参数量即光度量来描述。 光度量是人眼对相应辐射度量的视觉强度值。能量相光度量是人眼对相应辐射度量的视觉强度值。能量相同而波长不同的光，对人眼引起的视觉强度是不相同的。同而波长不同的光，对人眼引起的视觉强度是不相同的。（一）、人眼的视觉特征（一）、人眼的视觉特征人眼就象一个探测器，它对不同波长的电磁辐射具有不同的灵敏人眼就象一个探测器，它对不同波长的电

10、磁辐射具有不同的灵敏度。研究发现人眼对度。研究发现人眼对540*1012Hz或或555nm的电磁辐射最灵敏，即的电磁辐射最灵敏，即人眼对这一波长的单位辐射通量所产生的响应最大。国际照明委人眼对这一波长的单位辐射通量所产生的响应最大。国际照明委员会规定这一最大响应值为员会规定这一最大响应值为683（流明（流明/瓦）瓦）1、光视效能、光视效能人眼对不同波长的单位辐射通量的响应，称为光视效能，用人眼对不同波长的单位辐射通量的响应，称为光视效能，用K( )表示，其最大值为表示，其最大值为Km=683（流明（流明/瓦）瓦）(lm/W)。2、光视效率、光视效率归一化光视效能称为光视效率，记为归一化光视效能

11、称为光视效率，记为V ( )，V ( )= K( )/ Km 如果把能量相等的各种波长的光引向眼睛，则会发现：如果把能量相等的各种波长的光引向眼睛，则会发现：对波长为对波长为555555纳米的黄绿色纳米的黄绿色光看上去最亮，黄光和青光较亮光看上去最亮，黄光和青光较亮，而红光和紫光就很弱。这就是说，人眼对黄绿色光感觉最，而红光和紫光就很弱。这就是说，人眼对黄绿色光感觉最灵敏，对黄、青光还相当灵敏，而对红、紫光就不灵敏。灵敏，对黄、青光还相当灵敏，而对红、紫光就不灵敏。 人眼的这种感觉特性可以用曲线表示出来，如图所示，人眼的这种感觉特性可以用曲线表示出来，如图所示，称为眼睛的光谱相对灵敏度曲线，我