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光电技术期末复习.doc
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2021-10-06
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第一章 光辐射与光源
1.1 辐射度的根本物理量
辐射能 :一种以电磁波的形式发射,传播或接收的能量。单位为 〔焦耳〕。
辐射通量 :又称为辐射功率 ,是辐射能的时间变化率,单位为 〔瓦〕,是单位时间发射,传
播或接收的辐射能, 焦耳每秒
辐射强度 :点辐射源在给定方向上单位立体角的辐射能量单位为 〔瓦每球面度〕
辐射照度 :投射在单位面积上的辐射能量, 单位为〔㎡瓦每平方米〕。 是投射
辐射通量 的面积元。
辐射出射度 :扩展辐射源单位面积所辐射的通量,即 。 是扩展源外表 在各方向
上〔通常为半空间 度立体角〕所发出的总的辐射通量,单位为瓦每平方米〔㎡〕。
,辐射亮度 :扩展源外表一点处的面元在给定方向上单位立体角,单位投影面积发出的辐射通量,
单位为 ㎡瓦每球面度平方米。
光谱辐射量:也叫光谱的辐射量的光谱密度。是辐射量随波长的辐射率。
光辐射量通量:〔 〕:辐射源发出的光在波长为 处的单位波长间隔的辐射通量。
〔 〕 单位为 !" 或 #"。
1.2 明视觉光谱光视效率 V〔λ〕:视觉主要由人眼视网膜上分布的锥体细胞的刺激所引起的。
〔亮度大于 $"
,最大值在 #" 处〕
暗 视 觉 光 谱 光视 效 率 : 视 觉 主 要 由 人 眼 视 网 膜 上 分 布 的 杆 状 细 胞 刺 激 所 引 起 的 。 〔 亮 度 小 于
$"
,最大值在 #" 处〕
1.3 辐射度量和光度量的对照表
辐射度量 符号 单位 光度量 符号 单位
辐射能
光量
% "
辐射通量或
辐射功率
光通量
% &"
辐射照度
㎡ 光照度
%
'&"㎡
辐射出度
㎡ 光出射度
%
"㎡
辐射强度
发光强度
% (&"
辐射亮度
㎡ 光亮度
光谱光视效率
%
)
(㎡
按照人眼的视觉特性 ) 来评价的辐射通量 即为光通量 %:
%*"
780
380
) 式中 *" 为名视觉的最大光谱光谱光视效率函数,也成为光功当量。国际实
用温标理论计算值 *" 为 +&"。
光度量中最根本的单位是发光强度单位——坎德拉,记作 $,它是国际单位制中七个根本单位之一〔其
他几个为:米,千克,秒,安〔培〕,开〔尔文〕,摩〔尔〕〕。光通量的单位是流明〔 &"〕,它是发光
强度为 &" 的均匀电光源在单位立体角发出的光通量。光照度的单位是勒克斯〔&'〕,它相当于 &" 的
光通量均匀的照在 "
的面积上所产生的光照度。
1.4 热辐射的根本物理量〔5 页〕
辐射本领:辐射体外表在单位波长间隔单位面积所辐射的通量
吸收率 -〔 ,.〕/在波长 到 0 间隔被物体吸收的通量与 射通量之比,它与物体的温度和波长
有关,
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绝对黑体:任何物体,只要温度在绝对零度以上,就向外界发出辐射,这称为温度辐射。黑体是一种完
全的温度辐射体,定义为吸收率 -〔 ,.〕 的物体为绝对黑体,其辐射本领为:
物体的发射率 1〔 ,.〕
1.5 热辐射根本上可分为两类:黑体辐射和线状,带状辐射源。主要根本定律:
基尔霍夫定律,兰伯特定律,距离平方反比定律,亮度守恒定律和
1.6 普朗克定律
1.7. 维恩位移定律
每一种温度的 2 ,.3 曲线都有一个峰值,随着温度的升高此峰值向短波方向移动
1.8. 斯忒藩玻耳兹曼定律
1.9 光源的光谱功率分布通常可分为四种情况:
,线性光谱,有假设干条明显分隔的细线组成,如低压汞灯。 ,带状光谱,由一些分开的谱带组成,
每一条谱带中又包含许多细谱线,如高压汞灯,高压钠灯就属于这种分布。,连续光谱,所有热辐射光
源的光谱都是连续的。 混合光谱,由连续光谱与线,带谱混合而成,一般的荧光灯光谱就属于这种分
布,。
10. 光源的色温〔18 页〕
黑体的温度决定了它的发光辐射特性。对非黑体辐射,它的某些特性可用黑体辐射特性来近似表示。对
于一般光源,经常采用分布温度、色温或相关色温表示。
分布温度:辐射源在某一波长围辐射的相对光谱功率分布,与黑体在某一温度下辐射的相对功率分布一
致,那么该黑体的温度就成为该辐射源的分布温度。这种辐射体的光谱辐射亮度可表示为:
色温:辐射源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光的颜色一样,那么黑体的这一温度称为该辐射源
的色温。由于一种颜色可以由多种光谱分布产生,所以色温一样的光源,他们的相对光谱功率分布不一
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定一样。
相关温度:在均匀色度图中,如果色源的色坐标点与某一温度下的黑体辐射的色坐标点最接近,那么该
黑体的温度称为该光源的相关温度。
1.11 光源的颜色:
光源的颜色包含了两方面的含义即色表和显色性。色表:用眼睛直接观察光源时所看到的颜色。例如高
压钠灯的色表成黄色,荧光灯的色表程白色。显色性:当用这种光源照射物体时,物体呈现的颜色〔也
就是物体反射光的在人眼中产生的颜色感觉〕与该物体在完全辐射体照射下所呈现的颜色一致性。
1.12 热辐射光源有三个特点:
,它们的发光特性都可以利用普朗克公式进展准确的估算,即可以准确掌握和控制他们发光或辐射性质;
它们发出的光通量构成连续的光谱,且光谱围很宽,因此使用的适应性强。但在通常温度下,紫外辐射
和可见光幅度含量很少,这有限制了这类光源的适用围; 采用适当的稳压或稳流供电,可使这类光源的
光输出获得很高的稳定度。
1.13 气体放电原理:
密封在泡壳的气体或金属气体在电场的作用下鼓励出电子和离子,电子和离子从电场中获得能量分别向
阴极和阳极运动,它们与气体原子或分子碰撞时会鼓励出新的电子和离子。这一过程中会引起原子的激
发,受激原子回到低能级时就会发射出辐射,这就是气体放电原理。
优点〔与白炽灯相比〕:发光效率高,构造紧凑,寿命长以及光色适应性强等特点。
1.14 发光二级管〔LED〕的工作原理:
45 结上未加电压时有一定的势垒,当加上正向偏压时在外加电场的作用下,在 45 结附近产生导带电
子和价带空穴的复合。一个电子和一个空穴的每一次复合,都将释放出与材料性质有关的一定复合能量
这个能量会以热能,光能,或局部热能和局部光能的形式辐射出来。
1.15 发光二级管的优点;
属于低电压〔4)〕,小电流器件在室温下即可得到足够的亮度 发光响应速度快 性能稳定,寿命
长 易于和集成电路匹配,且驱动简单 与普通光源相比单色性好,其发光的半宽度一般为几十纳米
小型,耐冲击。
主要缺点:功率较小,光色有限,较难获得短波发光,且发光效率低。
1.16 激光器的工作原理:
激光器一般有工作物质,谐振腔和泵浦源组成。常用的泵浦源是辐射源或电源,利用泵浦源能将工作物
质中的离子从低能态激发到高能态,是处于高能态的粒子数大于处于低能态的粒子数,构成粒子数的反
转分布,这是产生激光的必要条件。
1.17 激光器的类型: 气体激光器 固体激光器 染料激光器 半导体激光器。
1.18 激光的特性:单色性,方向性,亮度,相干性。
课后作业 ,,,,+
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gjmm89
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