光电子汇总

2011/12/271第1章光辐射与发光源1.1电磁波谱与光辐射1.2辐射度学与光度学基本知识1.3热辐射基本定律1.4激光原理1.5典型激光器1.6其他光源与照明技术1.7光频电磁波的基本理论和定律第1章光辐射与发光源1.1电磁波谱与光辐射HE1.电磁波的性质电磁波的形成(1)E、H、传播方向相互垂直，构成右手螺旋系，是横波；(2)空间各点的E、H相位相同；(3)E、H总满足关系(4)传播速度：真空中为介质中为001c1v1.1.1电磁波的性质与电磁波谱第1章光辐射与发光源1.1电磁波谱与光辐射1.电磁波的性质电磁波的形成1.1.1电磁波的性质与电磁波谱(5)在介质的界面上发生反射、折射现象(6)在传播中出现干涉、衍射、偏振现象2.电磁波谱电磁波的范围很广，从无线电波到光波，再到射线，仅仅是波长不同而已。按照波长或频率的顺序把电磁波排列起来，即是电磁波谱。2.电磁波谱金属探伤、研究核结构医用、探伤、分析晶体结构医用、照相制版雷达、光纤通信导航电视、雷达、无线电导航广播、电视导航、通讯第1章光辐射与发光源1.1电磁波谱与光辐射1.1.2光辐射人眼能感觉的光，实质上是电磁波的一种；对人眼和感光仪器起作用的是E，光波中的振动矢量通常指E。光电子技术中涉及到的是从更为广泛的电磁波段，即“光学波段”，包含紫外、可见光、红外辐射；波长范围在10nm~1mm(频率在31016Hz~31011Hz)。fv2011/12/272第1章光辐射与发光源1.2辐射度学与光度学基本知识自由电子激光武器葡萄牙建世界上最大太阳能发电厂第1章光辐射与发光源1.2辐射度学与光度学基本知识红外透镜Infraredlens像元Detector温度为T的目标物体ObjectwithtemperatureofT第1章光辐射与发光源1.2辐射度学与光度学基本知识对于光辐射的探测和计量，存在辐射度单位和光度单位两套不同的体系。辐射量特点：只与辐射客体有关基本量：辐射通量、辐射能。单位：W或J/s、J适应范围：整个电磁波段光度量特点：与人眼的视觉特性有关基本量：发光强度单位：Cd适应范围：可见光，波长范围为380～780nm纳米第1章光辐射与发光源1.2辐射度学与光度学基本知识1.2.1辐射量1.辐射能(Qe)：以辐射形式发射或传输的电磁波能量，单位是焦耳(J)。下标e表示辐射度物理量下标表示光度物理量第1章光辐射与发光源1.2辐射度学与光度学基本知识1.2.1辐射量1.辐射能(Qe)：以辐射形式发射或传输的电磁波能量。单位：焦耳(J)。2.辐射通量(e)：单位时间内流过的辐射能量，又称辐射功率。单位：瓦特(W)，焦耳/秒(J/s)。dtdQee第1章光辐射与发光源1.2辐射度学与光度学基本知识1.2.1辐射量3.辐射出射度(Me)：辐射体单位面积向半空间发射的辐射通量，反映物体的辐射能力。单位：瓦特/米2(W/m2)。dSdMee2011/12/273第1章光辐射与发光源1.2辐射度学与光度学基本知识1.2.1辐射量3.辐射出射度(Me)：辐射体单位面积向半空间发射的辐射通量，反映物体的辐射能力。单位：瓦特/米2(W/m2)。4.辐射强度(Ie)：点辐射源在给定方向上发射的在单位立体角内的辐射通量。单位：瓦特.球面度-1(W.sr-1)。ddIeedSdMee第1章光辐射与发光源1.2辐射度学与光度学基本知识1.2.1辐射量3.辐射出射度(Me)：辐射体单位面积向半空间发射的辐射通量，反映物体的辐射能力。单位：瓦特/米2(W/m2)。4.辐射强度(Ie)：点辐射源在给定方向上发射的在单位立体角内的辐射通量。单位：瓦特.球面度-1(W.sr-1)。ddIeedSdMee如果一个放在各向同性均匀介质中的点辐射体向所有方向发射的总辐射量为e，则该点辐射体在各个方向的辐射强度Ie是常量，即4eeeddI第1章光辐射与发光源1.2辐射度学与光度学基本知识1.2.1辐射量SddSd辐射亮度示意图5.辐射亮度(Le)：辐射亮度是描述扩展源最重要、最常用的物理量。其定义为，扩展源在某一方向的辐射亮度，就是扩展源在该方向上的单位投影面积向单位立体角发射的辐射通量。ddSddSdILeee.cos.cos.2单位：瓦特/球面度-1.米2(W/sr.m2)。00cos.eeeeLdSdIdSdIL可见辐射亮度是均匀的。余弦辐射体余弦辐射体的亮度一般辐射体的辐射强度与空间方向有关，若辐射体的辐射强度在空间方向上的分布满足dIe=dIe0cos(Ie0是面元dS沿其法线方向的辐射强度)，则称为余弦辐射体。第1章光电技术基础1.1光辐射的度量SddSd辐射亮度示意图0eeLLddSddSdILeee.cos.cos.2由dSLddSLdeee00cosddrrddrrdSdsinsin22得(1)(2)(3)因此0eeeLdSdM余弦辐射体的辐射出射度：eedMdS2011/12/274第1章光辐射与发光源1.2辐射度学与光度学基本知识1.2.1辐射量6.辐射照度(Ee)：照射在接收面元上的辐射通量de与该面元的面积dA之比。单位：瓦特/米2(W/m2)。dAdEee第1章光辐射与发光源1.2辐射度学与光度学基本知识1.2.1辐射量6.辐射照度(Ee)：照射在接收面元上的辐射通量de与该面元的面积dA之比。单位：瓦特/米2(W/m2)。dAdEee•均匀点光源在空间中任一点的辐射照度与辐射强度成正比，与距离平方成反比。第1章光辐射与发光源1.2辐射度学与光度学基本知识1.2.1辐射量7.单色辐射度量(光谱辐射分布)：辐射量在波长处的单位波长间隔内的大小，又叫辐射量的光谱密度，是辐射量随波长的变化率。0,dXXee0e,λedλΦΦ如：单色辐射通量ddXXee,dλdΦΦee,λ0,dMMee如：单色辐射出射度ddMMee,1.辐射能(Qe)：以辐射形式发射或传输的电磁波能量。单位：焦耳(J)。2.辐射通量(e)：单位时间内流过的辐射能量，又称辐射功率。单位：瓦特(W)，焦耳/秒(J/s)。3.辐射出射度(Me)：辐射体单位面积向半空间发射的辐射通量，反映物体的辐射能力。单位：瓦特/米2(W/m2)。4.辐射强度(Ie)：点辐射源在给定方向上发射的在单位立体角内的辐射通量。单位：瓦特.球面度-1(W.sr-1)。5.辐射亮度(Le)：扩展源在某一方向的辐射亮度，就是扩展源在该方向上的单位投影面积向单位立体角发射的辐射通量。单位：W/(sr.m2)。6.辐射照度(Ee)：照射在接收面元上的辐射通量de与该面元的面积dA之比。单位：瓦特/米2(W/m2)。7.单色辐射度量：单位波长间隔内对应的辐射度量。1.2.1辐射量第1章光辐射与发光源1.2辐射度学与光度学基本知识1.2.2光度量1.人眼的视觉特性(1)人眼能在相当大的视场亮度范围内适应；(2)人眼的视细胞有椎状细胞和杆状细胞两种；(3)人眼对不同波长的光具有不同的灵敏度；(4)人眼具有有限的分辨力，并且与视角有关；2011/12/275第1章光辐射与发光源1.2辐射度学与光度学基本知识1.2.2光度量2.光度量单位体系光度量单位体系是一套反映视觉亮暗特性的辐射计量单位。对应辐射度学的基本单位，光度学中分别如下单位描述。辐射能(Qe)辐射通量(e)辐射出射度(Me)辐射强度(Ie)辐射亮度(Le)辐射照度(Ee)，光量(Q)光通量()光出射度(M)发光强度(I)(光)亮度(L)(光)照度(E)第1章光辐射与发光源1.2辐射度学与光度学基本知识1.2.2光度量3.光度量的单位的一些说明(1)光度量的所有单位是由光强度的基本单位推导出来的。CIPM规定，光强度的单位是坎德拉(Cd)，其定义是“一个光源发出频率为5401012Hz的单色辐射，若在一定方向上的辐射强度为1/683W.sr-1，则该光源在该方向上的光强度为1Cd。第1章光辐射与发光源1.2辐射度学与光度学基本知识1.2.2光度量3.光度量的单位的一些说明(1)光度量的所有单位是由光强度的基本单位推导出来的。CIPM规定，光强度的单位是坎德拉(Cd)，其定义是“一个光源发出频率为5401012Hz的单色辐射，若在一定方向上的辐射强度为1/683W.sr-1，则该光源在该方向上的光强度为1Cd。(2)光通量的单位是流明(lm)，是按人眼视觉来度量的辐射通量。(3)光照度的单位是勒克司(lx)，它是1lm光通量均匀地照射在1m2面积上产生的光照度。(4)光亮度单位是坎德拉.米-2(Cd.m-2)，它是1m2表面沿其法线方向发出1Cd的光强度的亮度。4.辐射度量与光度量之间的关系：(1)辐射度量与光度量间的关系用光视效能与光视效率表示。单色光视效能(K)：同一波长下测得的光通量与辐射通量之比。eK单位：流明.瓦-1WlmKKnmm/683555单色光视效率(V)：又称相对光谱光视效率，视见函数mKKV―一个光源发出频率为5401012Hz的单色辐射，若在一定方向上的辐射强度为1/683W.sr-1，则该光源在该方向上的光强度为1Cd。光通量的单位是流明(lm)，1lm它是光强度为1Cd的均匀点光源在单位立体角内发出的光通量。3.辐射度量与光度量之间的关系：(1)辐射度量与光度量间的关系用光视效能与光视效率表示。单色光视效能(K)：同一波长下测得的光通量与辐射通量之比。eK单位：流明.瓦-1WlmKKnmm/683555单色光视效率(V)：又称相对光谱光视效率，视见函数mKKV光视效率(K)：00ddVKKeme2011/12/276Wlm17.1AAK21WmK第1章光辐射与发光源1.2辐射度学与光度学基本知识例1.一束波长为0.46m的蓝光的光通量是620lm,其视见函数V=0.06，入射到一个屏幕上，求在1min时间内该屏所接收的辐射能量。第1章光辐射与发光源1.2辐射度学与光度学基本知识例2.一功率为3mW的He-Ne激光器，发射0.6328m波长的光，光束发散角为0.001rad，放电毛细管的直径为1mm，试求该激光管发出的光通量和光束亮度。若人眼只能观察1104Cd/m2的亮度，则观看此激光束时需要戴透过率为多少的保护镜？2011/12/277第1章光辐射与发光源1.2辐射度学与光度学基本知识例1.一束波长为0.46m的蓝光的光通量是620lm,其视见函数V=0.06，入射到一个屏幕上，求在1min时间内该屏所接收的辐射能量。解：dtdQeetQee第1章光辐射与发光源1.2辐射度学与光度学基本知识例1.一束波长为0.46m的蓝光的光通量是620lm,其视见函数V=0.06，入射到一个屏幕上，求在1min时间内该屏所接收的辐射能量。解：dtdQeetQeeeKVKKmemKKV，第1章光辐射与发光源1.2辐射度学与光度学基本知识例1.一束波长为0.46m的蓝光的光通量是620lm,其视见函数V=0.06，入射到一个屏幕上，求在1min时间内该屏所接收的辐射能量。解：dtdQeetQeeeKVKKmemKKV，JWlmslmVKttQmee90806.0/68360620第1章光辐射与发光源1.2辐射度学与光度学基本知识例2.一功率为3mW的He-Ne激光器，发射0.6328m波长的光，光束发散角为0.001rad，放电毛细管的直径为1mm，试求该激光管发出的光通量和光束亮度。若人眼只能观察1104Cd/m2的亮度，则观看此激光束时需要