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辐射度学和光度学

时间：2011-12-31 22:39:55  来源： 打印本文

辐射度学和光度学

2005/5/27/10:17    对电磁辐射能量进行客观计量的学科称辐射度学；在可见光波段内，考虑到人眼的主观因素后的相应计量学科称为光度学。光度学和辐射度学除了要定义一些物理量并确定相应的测量单位外，还要研究测量仪器的设计、制造和测量方法。对各种光源进行光度和辐射度的特性测量广泛应用于光学工业、照明工业、遥感遥测、色度学和大气光学等领域。对各种光敏和热敏探测器也需要运用光度和辐射度的测量技术来确定其灵敏度及响应特性。
    
   




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       辐射度学 通常引进下述物理量来描述发射、传递或接收的辐射能：①辐射通量。单位时间内通过某一截面的辐射能，又称辐射功率（Φ0），SI单位为瓦。其中波长为λ的辐射通量与λ值有关。②辐射强度。点辐射源在某方向上单位立体角内传送的辐射通量，记作!!!F0967_3e ，即!!!F0967_4e ＝dΦe／dΩ，式中dΦe是dΩ立体角元内的辐射通量。辐射强度的SI单位为瓦／球面度。多数辐射源的辐射强度随方向而变。③辐射亮度。表示面辐射源上某点在一定方向上的辐射强弱的物理量。如下图，考虑面辐射源上的面元dS，其法线方向为n  ，迎着r方向观察面元 dS ，r与n的夹角为 θ。设r方向dΩ立体角元内的辐射通量为dΦe，则面元dS在r 方向的辐射亮度定义为

!!!F0967_5

    式中dIe为面元dS在r方向的辐射强度 。辐射亮度的SI单位为瓦／( 球面度.米2 ) 。Le一般与观察方向和dS的位置有关。④辐射通量密度。通过单位面积的辐射通量，SI单位为瓦／米2。⑤辐射照度。简称辐照度，投射到单位接收面积的辐射通量。⑥辐射出射度。简称辐出度，从辐射源表面单位面积发射出的辐射通量，其中单位波长间隔内的辐射出射度称光谱辐出度。其值一般与波长有关。
   




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    光度学 有关各量的定义如下：①光通量。辐射通量以光谱光视函数V（λ）（即视见函数，见可见光）为权重因子的对应量。设波长为λ的光的辐射通量为Φe（λ）。对应的光通量为
   Φv（λ）＝KmV（λ）Φe（λ）

    式中Km为比例系数，是波长为5550埃的光谱光视效能，也叫最大光谱光视效能，由Φe和Φv的单位决定。光通量的SI单位为流明，Km＝683流明／瓦。复色光的光通量需对所有波长的光通量求和。②发光强度。点光源在某方向上单位立体角内的光通量，记作Iv，即Iv＝dΦv／dΩ。发光强度的SI单位为坎德拉，是光度学中的基本单位，1979年第十六届国际大会通过的坎德拉的定义为：坎德拉是发出频率为540×1012赫兹的单色辐射源在给定方向上的发光强度，该方向上的辐射强度为1／683瓦／球面度。③光亮度。辐射亮度的光度学对应量，其定义为



!!!F0967_6

    式中dS为面光源上的面积元，θ为面元法线与观察方向间的夹角，dIv是面元在观察方向的发光强度。光亮度的SI单位为坎德拉／米2。光亮度的其他常用单位有熙提和朗伯，
    
    1熙提＝104坎德拉／米2，
   1朗伯＝104/π坎德拉／米2。

    光亮度一般随观察方向而变，若一辐射体的光亮度是与方向无关的常量，则其发光强度与cosθ成正比，此规律称为朗伯定律，这种辐射体称为朗伯辐射体或余弦辐射体。黑体是理想的余弦辐射体。④光照度。单位受照面积上接收到的光通量，单位为流明／米2   ，称勒克斯。发光强度为Iv的点光源在离光源的距离为r处的照度为


!!!F0967_7

    式中!!!F0967_8为光沿r方向射到受照面的入射角（见下图），入射光垂直入射时，!!!F0967_9＝0，Ev＝Iv／r2  ，此即光照度的平方反比律。⑤光出射度。从辐射源单位表面积发出的光通量。漫反射面受光照后，其光出射度与光照度成正比，比例系数小于1，称漫反射系数。