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1、1.2 辐射度量与光度量辐射度量与光度量第一节第一节 辐射度量与光度量辐射度量与光度量一、光的本质一、光的本质二、光辐射度量二、光辐射度量三、光度量三、光度量一、光的本质一、光的本质n n 光具有波粒二象性，既是电磁波，光具有波粒二象性，既是电磁波，又是光子流。又是光子流。 n历史上的重要人物历史上的重要人物n n牛顿牛顿牛顿牛顿n n惠更斯、杨、费涅耳惠更斯、杨、费涅耳惠更斯、杨、费涅耳惠更斯、杨、费涅耳n n麦克斯韦麦克斯韦麦克斯韦麦克斯韦n n普朗克普朗克普朗克普朗克n n爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦 牛顿牛顿n n光的粒子说（光的粒子说（1717世纪的微粒流的假说）世纪的微粒流的假
2、说） 认为这些微粒在均匀媒质中沿直线方向等速飞行认为这些微粒在均匀媒质中沿直线方向等速飞行认为这些微粒在均匀媒质中沿直线方向等速飞行认为这些微粒在均匀媒质中沿直线方向等速飞行n n直线传播直线传播直线传播直线传播n n反射与折射反射与折射反射与折射反射与折射n n衍射、干涉、偏振？衍射、干涉、偏振？衍射、干涉、偏振？衍射、干涉、偏振？惠更斯、杨、费涅耳惠更斯、杨、费涅耳n光的波动学说光的波动学说 光是发光材料中分子振动的结果。这些振动光是发光材料中分子振动的结果。这些振动通过一种假象的弹性媒质，以水波一样的方通过一种假象的弹性媒质，以水波一样的方式传播出去。式传播出去。n n衍射衍射n n干涉
3、干涉n n偏振偏振麦克斯韦麦克斯韦n1860年提出光是电磁波年提出光是电磁波18601860年，麦克斯韦电磁理论建立后，才认识到光是一种电磁现象，原来光和无线电波年，麦克斯韦电磁理论建立后，才认识到光是一种电磁现象，原来光和无线电波一样，也是一种电磁现象，只不过光的波长比无线电波短的多而已。一样，也是一种电磁现象，只不过光的波长比无线电波短的多而已。反射、折射、衍射、干涉与偏振反射、折射、衍射、干涉与偏振光在各向异性介质中的传播光在各向异性介质中的传播物质对光的吸收，色散和散射，以及光与物质互相作用方面物质对光的吸收，色散和散射，以及光与物质互相作用方面? ? 光速光速v=lnln/n，l l
4、波长，波长，n n频率、频率、n折射率折射率普朗克与爱因斯坦普朗克与爱因斯坦n n辐射的量子理论（辐射的量子理论（辐射的量子理论（辐射的量子理论（19001900年）年）年）年） 普朗克在研究黑体辐射的能量按波长分布这一问题普朗克在研究黑体辐射的能量按波长分布这一问题普朗克在研究黑体辐射的能量按波长分布这一问题普朗克在研究黑体辐射的能量按波长分布这一问题时认为，谐振子辐射是不连续的，并提出了辐射的时认为，谐振子辐射是不连续的，并提出了辐射的时认为，谐振子辐射是不连续的，并提出了辐射的时认为，谐振子辐射是不连续的，并提出了辐射的量子理论。量子理论。量子理论。量子理论。n n光量子理论（光量子理论
5、（光量子理论（光量子理论（19051905年）年）年）年） 爱因斯坦在解释光电发射现象时提出了光量子的概念，爱因斯坦在解释光电发射现象时提出了光量子的概念，爱因斯坦在解释光电发射现象时提出了光量子的概念，爱因斯坦在解释光电发射现象时提出了光量子的概念，从而逐渐形成了新的微粒理论：光量子理论从而逐渐形成了新的微粒理论：光量子理论从而逐渐形成了新的微粒理论：光量子理论从而逐渐形成了新的微粒理论：光量子理论 光量子理论光量子理论光是由光子组成的，光子的能量正比于其光是由光子组成的，光子的能量正比于其频率频率e=hn n，h为planck常数=6.626x10-34js左边表示光为微粒性质（光子能量）
6、，右边表示光为波动性左边表示光为微粒性质（光子能量），右边表示光为波动性质（电磁波频率或波长）质（电磁波频率或波长） 二、光辐射度量二、光辐射度量n n光是电磁波，表明其具有辐射特征光是电磁波，表明其具有辐射特征n n光辐射具有量子性：光的发射与吸收、光电效应光辐射具有量子性：光的发射与吸收、光电效应光辐射具有量子性：光的发射与吸收、光电效应光辐射具有量子性：光的发射与吸收、光电效应n n光辐射具有波动性：光的衍射、干涉与偏振光辐射具有波动性：光的衍射、干涉与偏振光辐射具有波动性：光的衍射、干涉与偏振光辐射具有波动性：光的衍射、干涉与偏振n n辐射与辐射源、光与光源辐射与辐射源、光与光源n n
7、自然光源：太阳、星辰、天雷地火自然光源：太阳、星辰、天雷地火自然光源：太阳、星辰、天雷地火自然光源：太阳、星辰、天雷地火n n人造光源：灯具、激光、发光器件人造光源：灯具、激光、发光器件人造光源：灯具、激光、发光器件人造光源：灯具、激光、发光器件辐射度量与单位辐射度量与单位辐射度量与单位辐射度量与单位n n辐射度量以下标辐射度量以下标e表示表示n n辐射能辐射能qen n以辐射形式发射、接受、传播的能量以辐射形式发射、接受、传播的能量以辐射形式发射、接受、传播的能量以辐射形式发射、接受、传播的能量n n这些能量被物质吸收时，可以转化成其他形这些能量被物质吸收时，可以转化成其他形这些能量被物质吸
8、收时，可以转化成其他形这些能量被物质吸收时，可以转化成其他形式的能量，如电能式的能量，如电能式的能量，如电能式的能量，如电能n n焦耳，焦耳，焦耳，焦耳，j jn n辐射能密度辐射能密度wen n单位体积内的辐射能，单位体积内的辐射能，单位体积内的辐射能，单位体积内的辐射能， w we e = = d dq qe e /d /dv vn n焦耳焦耳焦耳焦耳/ /米米米米3 3， j j mm-3-3辐射度量与单位辐射度量与单位n n辐射通量辐射通量f fen n单位时间通过某一面积的辐射能称为通过该面单位时间通过某一面积的辐射能称为通过该面单位时间通过某一面积的辐射能称为通过该面单位时间通过某
9、一面积的辐射能称为通过该面积的辐射通量（功率），而光源在单位时间辐积的辐射通量（功率），而光源在单位时间辐积的辐射通量（功率），而光源在单位时间辐积的辐射通量（功率），而光源在单位时间辐射的总能量称为光源的辐射通量。射的总能量称为光源的辐射通量。射的总能量称为光源的辐射通量。射的总能量称为光源的辐射通量。f ff fe e= d= dq qe e /d /dt tn n瓦，瓦，瓦，瓦，w=j/sw=j/sn n辐射强度辐射强度ien n点光源发出，单位时间、单位立体角所辐射出点光源发出，单位时间、单位立体角所辐射出点光源发出，单位时间、单位立体角所辐射出点光源发出，单位时间、单位立体角所辐射出
10、的能量，的能量，的能量，的能量，i ie e=d=df ff fe e /d /dw w w wn n瓦瓦瓦瓦/ / / /球面度，球面度，球面度，球面度，ww srsr-1-1辐射度量与单位辐射度量与单位n n辐射出射度辐射出射度men n辐射体在单位面积内所辐射的通量或功率，辐射体在单位面积内所辐射的通量或功率，辐射体在单位面积内所辐射的通量或功率，辐射体在单位面积内所辐射的通量或功率，mme e= d= df ff fe e /d /da a a an n瓦瓦瓦瓦/ / / /平方米，平方米，平方米，平方米， wwmm-2-2n n辐射亮度辐射亮度len n由辐射表面定向发射的辐射强度，
11、与辐射体表由辐射表面定向发射的辐射强度，与辐射体表由辐射表面定向发射的辐射强度，与辐射体表由辐射表面定向发射的辐射强度，与辐射体表面所发射通量的空间分布有关，面所发射通量的空间分布有关，面所发射通量的空间分布有关，面所发射通量的空间分布有关， l le e = d= di ie e /d/da a a a coscosq q q qn n瓦瓦瓦瓦/ / / /（平方米（平方米（平方米（平方米 球面度），球面度），球面度），球面度）， wwmm-2-2 srsr-1-1辐射度量与单位辐射度量与单位n辐照度辐照度een n单位面积接收到的辐射通量，单位面积接收到的辐射通量， ee=df fe /d
12、a an n瓦瓦/ /平方米，平方米， wm-2三、光度量三、光度量n n除了特殊用途的光源外，大量的光源是作除了特殊用途的光源外，大量的光源是作为照明用的，照明光源的特性只用前面所为照明用的，照明光源的特性只用前面所叙述的一些能量参数来描述是不够的。因叙述的一些能量参数来描述是不够的。因为能量参数并没有考虑到为能量参数并没有考虑到人眼人眼的作用，由的作用，由于照明的效果最终是由人眼来评定的，因于照明的效果最终是由人眼来评定的，因此，照明光源的光学特性必须用基于此，照明光源的光学特性必须用基于人眼人眼视觉视觉的光学参量即光度量来描述。的光学参量即光度量来描述。三、光度量三、光度量n n原因：原
13、因：原因：原因：n n1 1、人的视神经对各种不同波长的、人的视神经对各种不同波长的、人的视神经对各种不同波长的、人的视神经对各种不同波长的光的感光灵敏度是不一样的，对光的感光灵敏度是不一样的，对光的感光灵敏度是不一样的，对光的感光灵敏度是不一样的，对绿光最灵敏，对红光的灵敏度要绿光最灵敏，对红光的灵敏度要绿光最灵敏，对红光的灵敏度要绿光最灵敏，对红光的灵敏度要低的多。低的多。低的多。低的多。n n2 2、由于不同的人的视觉生理和心、由于不同的人的视觉生理和心、由于不同的人的视觉生理和心、由于不同的人的视觉生理和心理作用不一样，不同的人对各种理作用不一样，不同的人对各种理作用不一样，不同的人对
14、各种理作用不一样，不同的人对各种波长的光的灵敏度也有差别。波长的光的灵敏度也有差别。波长的光的灵敏度也有差别。波长的光的灵敏度也有差别。视见函数视见函数n n国际照明委员会根据对许多人的大量观察国际照明委员会根据对许多人的大量观察结果，用平均值的方法，确定了人眼对各结果，用平均值的方法，确定了人眼对各种波长的光的相对灵敏度称为种波长的光的相对灵敏度称为“标准光度标准光度观察者观察者” 的光谱光视效率的光谱光视效率v() ，或视见函，或视见函数。数。 v()的最大值在的最大值在555nm处，此时，处，此时， v()=1，其他波长的，其他波长的v()都小于都小于1。视见函数视见函数n n图中实线为
15、在图中实线为在视场较亮时测视场较亮时测得的，称为明得的，称为明视觉视觉v()曲线；曲线；虚线为在视场虚线为在视场较暗时测得的，较暗时测得的，称为暗视觉称为暗视觉v()曲线。曲线。光度量及单位光度量及单位光度量及单位光度量及单位n光通量光通量n n光辐射通量对人眼所引起的视觉强度值。若在波长光辐射通量对人眼所引起的视觉强度值。若在波长光辐射通量对人眼所引起的视觉强度值。若在波长光辐射通量对人眼所引起的视觉强度值。若在波长 到到到到 d d间隔内光源的辐射通量为间隔内光源的辐射通量为间隔内光源的辐射通量为间隔内光源的辐射通量为e e ，则光通量的表示式为：，则光通量的表示式为：，则光通量的表示式为
16、：，则光通量的表示式为：n n单位：流明（单位：流明（单位：流明（单位：流明（lmlm）n发光强度发光强度in n光源在给定方向上单位立体角内所发出的光通量，称为光源光源在给定方向上单位立体角内所发出的光通量，称为光源光源在给定方向上单位立体角内所发出的光通量，称为光源光源在给定方向上单位立体角内所发出的光通量，称为光源在该方向上发光强度在该方向上发光强度在该方向上发光强度在该方向上发光强度n n单位：坎德拉（单位：坎德拉（单位：坎德拉（单位：坎德拉（cdcd）光度量及单位光度量及单位n光出射度光出射度mn n光源表面给定点处单位面积向半空间内所发出的光源表面给定点处单位面积向半空间内所发出的
17、光源表面给定点处单位面积向半空间内所发出的光源表面给定点处单位面积向半空间内所发出的光通量，称为光源在该点的光出射度光通量，称为光源在该点的光出射度光通量，称为光源在该点的光出射度光通量，称为光源在该点的光出射度 n n单位：流明单位：流明单位：流明单位：流明/ /米米米米2 2 lm/m lm/m 2 2 n光照度光照度en n被照明物体给定点处单位面积上的入射光通量称被照明物体给定点处单位面积上的入射光通量称被照明物体给定点处单位面积上的入射光通量称被照明物体给定点处单位面积上的入射光通量称为该点的光照度为该点的光照度为该点的光照度为该点的光照度 n n靳克斯靳克斯靳克斯靳克斯 （lxlx
18、）（）（）（）（ lm/m lm/m 2 2 ）光度量及单位光度量及单位n光亮度光亮度ln n光源表面一点处的面元光源表面一点处的面元光源表面一点处的面元光源表面一点处的面元dada在给定方向上的发光强在给定方向上的发光强在给定方向上的发光强在给定方向上的发光强度度度度didi与该面元在垂直于给定方向的平面上的投影与该面元在垂直于给定方向的平面上的投影与该面元在垂直于给定方向的平面上的投影与该面元在垂直于给定方向的平面上的投影面积之比，称为光源在该方向上的亮度。面积之比，称为光源在该方向上的亮度。面积之比，称为光源在该方向上的亮度。面积之比，称为光源在该方向上的亮度。n n式中：式中：式中：式
19、中： 为给定方向与面元法线方向的夹角。为给定方向与面元法线方向的夹角。为给定方向与面元法线方向的夹角。为给定方向与面元法线方向的夹角。n n单位：坎德拉每平方米单位：坎德拉每平方米单位：坎德拉每平方米单位：坎德拉每平方米 （cd/mcd/m2 2）n光量光量qn n光通量光通量光通量光通量对时间的积分，称为光量。对时间的积分，称为光量。对时间的积分，称为光量。对时间的积分，称为光量。n n单位：流明单位：流明单位：流明单位：流明 秒（秒（秒（秒（lmlm s s）常见环境下的光度值常见环境下的光度值本节重点本节重点n光的波粒二象性光的波粒二象性n辐射特性的定义辐射特性的定义n辐射度量：定义与单位辐射度量：定义与单位n光度量：光度量： 人眼特性人眼特性