【正文】 光電科學(xué)與工程學(xué)院 College Of Optoelectric Science and Engineering 第 01章 光輻射探測的理論基礎(chǔ) 輻射度量學(xué)基礎(chǔ) 半導(dǎo)體基礎(chǔ) 光電探測器概述 掌握 了 解 理 解 光電科學(xué)與工程學(xué)院 College Of Optoelectric Science and Engineering 輻射度學(xué)與光度學(xué)的基礎(chǔ)知識 光的基本概念 輻射度量 兩條基本定律 光度量 光的基本概念 領(lǐng)土安全、領(lǐng)空安全、領(lǐng)海安全、 太空安全、電磁空間安全 國家安全新概念： 電磁空間安全 －－光學(xué)波段 國家安全新概念： 光學(xué)譜區(qū) ~1000μm 可見光區(qū) ~ 紅外區(qū) ~1000μm 紫外區(qū) ~ 光電科學(xué)與工程學(xué)院 College Of Optoelectric Science and Engineering 光電技術(shù) 常用的光波波段 遠(yuǎn)紅外波段 遠(yuǎn)近紫外波段 可見光波段 近紅外波段 中紅外波段 8 導(dǎo)彈羽煙 警用紫外成像 紅外制導(dǎo) 紅外預(yù)警 激光雷達(dá) 激光通信 光電科學(xué)與工程學(xué)院 College Of Optoelectric Science and Engineering 光電技術(shù) 常用的光波波段 遠(yuǎn)紅外波段 遠(yuǎn)近紫外波段 可見光波段 近紅外波段 中紅外波段 已開發(fā)利用波段 待開發(fā)利用波段 8 3．光子能量公式 光既是電磁波（波動(dòng)性）又是光子流（ 粒子性 ） 可見光光子的能量范圍為 ～ 太赫茲波 30～ 3000μm 能量范圍為？～？ eV h c 1 2 4 eV. ()?????太赫茲波 30～ 3000μm 與 X射線比較： 光電科學(xué)與工程學(xué)院 College Of Optoelectric Science and Engineering 輻射度學(xué)與光度學(xué)的基礎(chǔ)知識 光的基本概念 輻射度量 兩條基本定律 光度量 . 2 輻射度量 輻射度學(xué) 是一門研究電磁輻射能測量的學(xué)科。 本課程限于 光學(xué)波段 的研究討論。 輻射度學(xué) 電磁波 客觀 光度學(xué) 可見光 主觀 （生理、心理） 光電科學(xué)與工程學(xué)院 College Of Optoelectric Science and Engineering 電磁波 （ Emission ） 可見光 （ Visible light ） －－輻射度量， Xe －－光度量， Xv . 2 輻射度量 1．輻射能 Qe 2．輻射通量 Φe 又稱輻射功率， 簡稱功率 單位： W 計(jì)算 光電探測器 的光電轉(zhuǎn)換能力常用 輻射功率 分析 強(qiáng)光 對光電探測器破壞機(jī)理常用 輻射能量 單位： J . 2 輻射度量 3．輻射強(qiáng)度 ),( ??eI在給定方向上的立體角元內(nèi)，輻射源發(fā)出的輻射通量與立體角元之比 ? ?ΩΦIdd, ee ???單位： W/sr(瓦 /球面度 ) 輻射強(qiáng)度反映了輻射源能量分布的什么特點(diǎn)？ 3．輻射強(qiáng)度 ),( ??eI輻射源多為各向異性的，即 Ie隨 方向而改變 ),( ??超高壓球形氙燈輻射強(qiáng)度分布 4．輻射出度 Me與輻射亮度 Le 輻射出度 Me SΦMdd ee ?面輻射源元的輻射能力 4．輻射出度 Me與輻射亮度 Le 輻射出度 Me SΦMdd ee ?輻射亮度 Le ? ? ???? c o sdd dc o sd d, e2ee ????? ΩS ΦS IL面輻射源元的輻射能力 面輻射源沿不同方向的輻射能力的差異 5．輻射照度 Ee 輻射接收面上單位面積接受的輻射通量 單位： W/m2 （瓦 /平方米） eeddΦES??? SΦMdd ee ?比 較： 輻射照度 Ee 輻射出度 Me 例：常見的幾種顯示器 為了反映顯示屏的特性，用上述哪個(gè)參數(shù)描述合適？為什么？ 為了描述顯示器的每個(gè)局部面元在各個(gè)方向的輻射能力，最適合的輻射度量是 （ ） A 輻射照度 B 輻射強(qiáng)度 C 輻射出度 D 輻射亮度 6．光譜輻射量 輻射源 －－ 多波長的輻射 氘燈的光譜能量分布圖 6．光譜輻射量 輻射源 －－ 多波長的輻射 熒光燈 的光譜能量分布圖 6．光譜輻射量 光譜輻射量是該輻射量在波長 λ 處的單位波長間隔內(nèi)的大小，又叫輻射量的光譜密度，是輻射量隨波長的變化率。 光譜輻射通量 Φe(λ)： 光譜輻射通量與波長的關(guān)系： 1．輻射能 Qe 2．輻射通量 Φe 3．輻射強(qiáng)度 ),( ??eI4． 輻射出射度 Me與輻射亮度 Le 5．輻射照度 Ee 6．光譜輻射量 光電技術(shù)中最常用： 輻射照度 輻射通量 . 2 輻射度量 光度量 ? 人眼只能感知波長在 ～ 之間的輻射 ? 人眼對不同波長的感光靈敏度不同 1．光譜光視效率 或視見函數(shù) 最大值在 555 nm 表 1－ 1 1．光譜光視效率或視見函數(shù) 2．光度量的基本物理量 光度量的基本物理量與輻射度量一一對應(yīng) 輻射度量 符號 單位名稱 光度量 符號 單位名稱 輻［射］能 Qe 焦耳 (J) 光能 Qv 流明秒 (lms) 輻［射］通量或 輻［射］功率 Φ e 瓦 (W) 光通量或 光功率 Φ v 流明 (lm) 輻［射］照度 Ee 瓦 /平方米 (Wm2) [光 ]照度 Ev 勒克斯 (lx=lmm2) 輻［射］出度 Me 瓦 /平方米 (Wm2) [光 ]出度 Mv 流明 /平方米 (lmm2) 輻［射］強(qiáng)度 Ie 瓦 /球面度 (Wsr1) 發(fā)光強(qiáng)度 Iv 坎德拉 (cd=lmsr1) 輻［射］亮度 Le 瓦 /平方米球面度 (Wm2 sr1) [光 ]亮度 Lv 坎德拉 /平方米 (cdm2) 發(fā)光強(qiáng)度單位 —坎德拉（ Candela），記作 cd。 即 λ=555 nm時(shí)，有 W / s r6831srlm 1cd1v ???I國際單位制中七個(gè)基本單位之一 ： 3．輻射度量與光度量間的換算關(guān)系 λ=555 nm時(shí) 1 W 6 8 3 l m?λ=？ nm時(shí) ? ?1 W 6 8 3 l mV ??3．輻射度量與光度量間的換算關(guān)系 λ=555 nm時(shí) 1 W 6 8 3 l m?λ=？ nm時(shí) ? ?1 W 6 8 3 l mV ??ve( ) 6 8 3 ( ) ( )Φ V Φ? ? ???任意波長： －－其光度量 3．輻射度量與光度量間的換算關(guān)系 日元 美元 W/ s r6 8 31srlm 1cd1v ???Ive( ) 6 8 3 ( ) ( )Φ V Φ? ? ???光度量 輻射度量 光度量 單位舉例： 例 2： 無月夜天光 照度 ～ 3 104lx （微光夜視） 白天辦公室光 照度 2～ 100lx 對 CCD攝像機(jī) 黑白圖像 照度 ≥ 彩色圖像 照度 ≥2lx 例 3： 海平面太陽光平均 亮度 109 10mW氦－氖激光器 亮度 例 1： 教室投影儀器 光通量 2022lm～ 2500lm 高檔的 光通量 3500lm 光電科學(xué)與工程學(xué)院 College Of Optoelectric Science and Engineering 輻射度與光度量 總結(jié)： Φ e M e I e L e S Ω Φ v M v I v L v S Ω ve( ) 6 8 3 ( ) ( )Φ V Φ? ? ???cos ? cos ? 光電科學(xué)與工程學(xué)院 College Of Optoelectric Science and Engineering 輻射度學(xué)與光度學(xué)的基礎(chǔ)知識 光的基本概念 輻射度量 兩條基本定律 光度量 光電科學(xué)與工程學(xué)院 College Of Optoelectric Science and Engineering 1．輻射強(qiáng)度余弦定律 2．距離平方反比定律 1．輻射強(qiáng)度余弦定律 “余弦輻射體 ” 或 “ 朗伯輻射體 ” 特點(diǎn)： 各方向的輻射亮度是一樣的 0d d co sI ILSS ??? ? 0 co s