学科发展与专业建设的内涵与未来五年规划

基本物理量测量之发光强度的测量物理实验教学中心一、实验目的了解坎德拉的历史演变过程加深对光强度——坎德拉的定义的理解熟悉常用测量光强度的几种方法掌握利用××法测量光强度的方法物理实验教学中心二、坎德拉的历史第一阶段烛光的诞生与演变用特制的蜡烛作为光度基准复现发光强度单位——烛光1881年国际电工技术委员会批准烛光为国际标准，将烛光定义为1磅鲸脑油制成6支蜡烛，蜡烛以每小时120格令（1格令约等于0.0648克）的速度燃烧时，在火焰水平方向的发光强度为1烛光。19世纪初，出现用菜子油作为燃料的卡索尔灯，用来代替烛光复现光强单位，其发光强度约为10烛光。1884年亥夫纳设计了用醋酸戊脂做燃料的亥夫纳灯作为德国和一些欧洲国家的官方标准。1898年英国用戊烷灯作为国家标准。卡索尔灯第二阶段铂凝固点黑体基准的建立1879年维奥列建议用处于凝固过程的1cm2纯铂表面的发光强度作为标准。这是白炽光度标准的先声，较之火焰标准有了科学依据。1889年国际电工委员会采样维奥列标准，用它的发光强度的1/20作为发光强度的单位，叫做“小数烛光”。1900年普朗克定律的发现，为新的光度标准提供了理论依据。1948年国际照明委员会用坎德拉代替小数烛光。1948年国际计量大会对坎德拉的定义做出决议，坎德拉为发光强度的单位，它的大小是这样确定的，处在铂凝固温度的全辐射体的亮度是60坎德拉每平方厘米。铂凝固点黑体光度基准原理图1967年第13届国际计量大会决定将坎德拉定义改述为：坎德拉是在101325帕的压力下，处于铂凝固温度黑体1/600000平方米表面在垂直方向上的发光强度。第三阶段依据Km值重新定义坎德拉1962年国际光度和辐射度委员会采用固定单色辐射光视效能的办法来确定光度量的单位。为此，根据明视觉最大光谱光视效能值，即Km值重新定义坎德拉。1979年，国际计量大会对坎德拉的定义为：坎德拉是发出频率为540×1012Hz的光源在给定方向的发光强度，该光源在此方向上的辐射强度为1/683W/sr。二、光辐射度量基准的实现方法光辐射度量基准的实现方法标准辐射源法标准探测器法黑体辐射源法电替代绝对辐射法硅光电二极管自校准法量子效率绝对测量法三、光强测量方法微弱光强的测量方法锁相放大法选频放大器相敏检波器PSD移相器低通滤波器输出待测信号参考信号微弱光强光电转换中等光强的测量方法基准器作为光强单位的基准器应满足的条件:１.具有一定的强度和光谱功率分布２.具有很好的重复性，长时间点燃其光强数值保持不变３.制备及使用方便光度学测光强方法：目视法（主观测量法）光电法（客观测量法）目视光度计的制作原理：目视法主要利用人的眼睛对光敏感强，它能精确判断相邻二个表面的亮度是否相同。目视光度计就是基于之一特点而制成的目视法测量的要求：要求两灯的色温相同或相近(相差在100K以下)目视光度计的工作原理：1.结构与原理:如图L1L2为二个光源,L1光强已知,L2待测光源,D为白色漫射屏(涂MgOBaSO4)M1M2为反射镜或全反射棱镜，P为光度头,使L1L2经D反射来的光线在目镜E的视场内造成两个相邻的像.1()LS2()LC1M2MPED目视法测光强：按图将L1、L2和Ｄ均放在光具座上，在定色温的同时，改变L1和L2与漫射屏D的距离,使漫射屏两侧的照度一样(此时图内二个视线的界线消失),若L1L2近似为点光源,则由距离平方反比定律有:2221211222121///EEIrIrIIrr注意:1.目视法作光度测量方便,但只能对同色温灯比较时精度高,异色温误差较大.2.测量时的照度为20-30lx，过高、过低均影响测量精度。3.可同时定色温和测光强。光电法测光强（本实验采用的方法）光电池的工作原理与特性：工作原理:光生伏特效应（内光电效应:光电池受光照射就会产生电势差)最大特点是:不需外加工作电压光电池结构电流计入射光半透明电极环形电极半导体硅金属底板环形电极光电法测光强的方法与步骤：1.示意图如下：xrsrsLxL（）滤光片es光电池标准光源待测光源2.测量原理：Ls照射硒(Se)光电池时有电流表的读数为,Lx照射硒(Se)光电池时有电流表的读数为,若则有即→2/sssEIr2/xxxEIrsxEE22//ssxxIrIr2(/)xsxsIIrrA'A'AA3.测量步骤:①按1中的示意图装好器材②让Ls照射硒(Se)光电池,记下光电流读数A,此时的照度为:③将光电池旋转,让Lx照射硒(Se)光电池调节,使光电流的大小值为A,此时的照度为:④利用公式计算出待测灯光强2/sssEIr2/xxxEIr2(/)xsxsIIrr180xr4.注意事项:①Ls、Lx、V(λ)修正滤光片、Se光电池的光心在同一直线上②rs≥10Lsrx≥10Lx③Ls、Lx灯在额定电压下工作④测量时灯应先通电5-15分钟，光电池半小时漂移至稳定后读数5.光电法测量的特点：①比目视法精度高，仪器适当精度可达0.1%②测量同色温光源也可测量异色温光源的光强③测量时间短，使用方便④但不能确定色温数据处理测量结果的修正：因加V(λ)修正滤光片后Se光电池S(λ)与V(λ)接近但仍有偏离，对异色温光源测量时，要进行修正，经修正后有：修正系数(/)xSxsEdEii780()()()()()3800780()()()()()3800xssxpdpsddpdpsd思考题简述光强单位坎德拉的历史。比较目视法与光电法测量光强的优缺点。光电测量法中滤光片的作用是什么？