光電技術期末復習

1、第1章光輻射與光源光輻射與光源1.11.1輻射度的基本物理量輻射度的基本物理量1.輻射能Qe：一種以電磁波的形式發(fā)射，傳播或接收的能量。單位為J（焦耳）。2輻射通量Φe：又稱為輻射功率Pe，是輻射能的時間變化率，單位為W（瓦），是單位時間內(nèi)發(fā)射，傳播或接收的輻射能，Φe=dQedt(JS焦耳每秒)3輻射強度Ie：點輻射源在給定方向上單位立體角內(nèi)的輻射能量單位為Wsr（瓦每球面度）Ie=dΦedΩ.4輻射照度Ee：投射在單位面積上的輻射能

2、量，Ee=dΦedA單位為（W㎡瓦每平方米）。dA是投射輻射通量dΦe的面積元。5輻射出射度Me：擴展輻射源單位面積所輻射的通量，即Me=dΦdS。dΦ是擴展源表面dS在各方向上（通常為半空間360度立體角）所發(fā)出的總的輻射通量，單位為瓦每平方米（W㎡）。6，輻射亮度Le：擴展源表面一點處的面元在給定方向上單位立體角，單位投影面積內(nèi)發(fā)出的輻射通量，單位為Wsr㎡(瓦每球面度平方米)。7光譜輻射量：也叫光譜的輻射量的光譜密度。是輻射量隨波

3、長的輻射率。光輻射量通量：Φe（λ）：輻射源發(fā)出的光在波長為λ處的單位波長間隔內(nèi)的輻射通量。Φe（λ）=dΦedλ單位為Wum或Wnm。1.21.2明視覺光譜光視效率明視覺光譜光視效率V（λ）：）：視覺主要由人眼視網(wǎng)膜上分布的錐體細胞的刺激所引起的。（亮度大于3cdm2，最大值在555nm處）暗視覺光譜光視效率：視覺主要由人眼視網(wǎng)膜上分布的桿狀細胞刺激所引起的。（亮度小于0.001cdm2，最大值在507nm處）1.31.3輻射度量和光

4、度量的對照表輻射度量和光度量的對照表輻射度量符號單位光度量符號單位輻射能QeJ光量QvLms輻射通量或輻射功率ΦeW光通量Φvlm輻射照度EeW㎡光照度EvLx=lm㎡輻射出度MeW㎡光出射度MvLm㎡輻射強度IeWsr發(fā)光強度IvCd=lmsr輻射亮度LeWsr㎡光亮度光譜光視效率LvV(λ)Cd㎡按照人眼的視覺特性V(λ)來評價的輻射通量Φe即為光通量Φv：Φv=Km780380?Φe(λ)V(λ)dλ式中Km為名視覺的最大光譜光譜

5、光視效率函數(shù)，也成為光功當量。國際實用溫標理論計算值Km為680lmW。光度量中最基本的單位是發(fā)光強度單位——坎德拉，記作cd，它是國際單位制中七個基本單位之一（其他幾個為：米，千克，秒，安（培），開（爾文），摩（爾））。光通量的單位是流明（lm）它是發(fā)光強度為1lm的均勻電光源在單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量。光照度的單位是勒克斯（lx），它相當于1lm的光通量均勻的照在1m2的面積上所產(chǎn)生的光照度。1.41.4熱輻射的基本物理量（熱輻射的

6、基本物理量（5頁）頁）1輻射本領：輻射體表面在單位波長間隔單位面積內(nèi)所輻射的通量2吸收率α（λ，T）:在波長λ到λdλ間隔內(nèi)被物體吸收的通量與λ射通量之比，它與物體的溫度和波長有關，3絕對黑體：任何物體，只要溫度在絕對零度以上，就向外界發(fā)出輻射，這稱為溫度輻射。黑體是一種完壓鈉燈的色表成黃色，熒光燈的色表程白色。顯色性顯色性：當用這種光源照射物體時，物體呈現(xiàn)的顏色（也就是物體反射光的在人眼中產(chǎn)生的顏色感覺）與該物體在完全輻射體照射下所呈

7、現(xiàn)的顏色一致性。1.121.12熱輻射光源有三個特點：熱輻射光源有三個特點：1，它們的發(fā)光特性都可以利用普朗克公式進行精確的估算，即可以精確掌握和控制他們發(fā)光或輻射性質(zhì)；2它們發(fā)出的光通量構成連續(xù)的光譜，且光譜范圍很寬，因此使用的適應性強。但在通常溫度下，紫外輻射和可見光幅度含量很少，這有限制了這類光源的適用范圍；3采用適當?shù)姆€(wěn)壓或穩(wěn)流供電，可使這類光源的光輸出獲得很高的穩(wěn)定度。1.131.13氣體放電原理：氣體放電原理：密封在泡殼內(nèi)的

8、氣體或金屬氣體在電場的作用下激勵出電子和離子，電子和離子從電場中獲得能量分別向陰極和陽極運動，它們與氣體原子或分子碰撞時會激勵出新的電子和離子。這一過程中會引起原子的激發(fā)，受激原子回到低能級時就會發(fā)射出輻射，這就是氣體放電原理。優(yōu)點（與白熾燈相比）：發(fā)光效率高，結(jié)構緊湊，壽命長以及光色適應性強等特點。1.141.14發(fā)光二級管（發(fā)光二級管（LEDLED）的工作原理：）的工作原理：PN結(jié)上未加電壓時有一定的勢壘，當加上正向偏壓時在外加電場

9、的作用下，在PN結(jié)附近產(chǎn)生導帶電子和價帶空穴的復合。一個電子和一個空穴的每一次復合，都將釋放出與材料性質(zhì)有關的一定復合能量，這個能量會以熱能，光能，或部分熱能和部分光能的形式輻射出來。1.151.15發(fā)光二級管的優(yōu)點發(fā)光二級管的優(yōu)點1.屬于低電壓（12V），小電流器件在室溫下即可得到足夠的亮度2.發(fā)光響應速度快3.性能穩(wěn)定，壽命長4.易于和集成電路匹配，且驅(qū)動簡單5.與普通光源相比單色性好，其發(fā)光的半寬度一般為幾十納米6小型，耐沖擊。主

10、要缺點：功率較小，光色有限，較難獲得短波發(fā)光，且發(fā)光效率低。1.161.16激光器的工作原理：激光器的工作原理：激光器一般有工作物質(zhì)，諧振腔和泵浦源組成。常用的泵浦源是輻射源或電源，利用泵浦源能將工作物質(zhì)中的離子從低能態(tài)激發(fā)到高能態(tài)，是處于高能態(tài)的粒子數(shù)大于處于低能態(tài)的粒子數(shù)，構成粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)分布，這是產(chǎn)生激光的必要條件。1.171.17激光器的類型：激光器的類型：1氣體激光器2固體激光器3染料激光器4半導體激光器。1.181.18激光