第一章光輻射與發光源教學目的1、掌握光波在各種介質中的傳播特性。2、了解光度學基本知識。3、了解熱輻射基本定律教學重點與難點重點：光波在電光晶體、聲光晶體中的傳播特性。難點：光度學基本知識。1電磁波譜與光輻射電磁波的性質與電磁波譜光是電磁波。根據麥克斯韋電磁場理論，若在空間某區域有變化電場E（或變化磁場H），在鄰近區域將產生變化的磁場H（或變化電場E），這種變化的電場和變化的磁場不斷地交替產生，由近及遠以有限的速度在空間傳播，形成電磁波。電磁波具有以下性質：⑴電磁波的電場E和磁場HH都垂直于波的播方向，三者相互垂直，所以電磁波是橫波。E、甘和傳播方向構成右手螺旋系。⑵沿給定方向傳播的電磁波，E和H分別在各自平面內振動，這種特性稱為偏振。⑶空間各點E和H都作周期性變化，而且相位相同，即同時達到最大，同時減到最小。⑷任一時刻，在空間任一點，E和H在量值上的關系為%WE二/H。⑸電磁波在真空中傳播的速度為c=c同，介質中的傳播速度為u=J疝。電磁波包括的范圍很廣，從無線電波到光波，從X射線到y射線，都屬于

電磁波的范疇，只是波長不同而已。目前已經發現并得到廣泛利用的電磁波有波長達104m以上的，也有波長短到10-5nm以下的。我們可以按照頻率或波長的順序把這些電磁波排列成圖表，稱為電磁波譜，如圖1所示，光輻射僅占電波譜的一極小波段。圖中還給出了各種波長范圍（波段）。770—622——597—200—弓10——?圖1IxlO64x1小1.5xl066xlO3—*577—聲須電磁振蕩無線電波＜亳米波紅外光紫外光770—622——597—200—弓10——?圖1IxlO64x1小1.5xl066xlO3—*577—聲須電磁振蕩無線電波＜亳米波紅外光紫外光了射線——芋宙射線電磁輻射波譜TO14—10U—IO10—10S—10s—104—102—104-1O-SMo-10光輻射以電磁波形式或粒子（光子）形式傳播的能量，它們可以用光學元件反射、成像或色散，這種能量及其傳播過程稱為光輻射。一般認為其波長在10nm?1mm,或頻率在3x1016Hz?3x1011Hz范圍內。一般按輻射波長及人眼的生理視覺效應將光輻射分成三部分：紫外輻射、可見光和紅外輻射。一般在可見到紫外波段波長用nm、在紅外波段波長用^m表示。波數的單位習慣用cm』。可見光。通常人們提到的“光”指的是可見光。可見光是波長在390?770nm范圍的光輻射，也是人視覺能感受到“光亮”的電磁波。當可見光進入人眼時，人眼的主觀感覺依波長從長到短表現為紅色、橙色、黃色、綠色、青色、藍色和紫色。紫外輻射。紫外輻射比紫光的波長更短，人眼看不見，波長范圍是1?390nm。細分為近紫外、遠紫外和極遠紫外。由于極遠紫外在空氣中幾乎會被完全吸收，只能在真空中傳播，所以又稱為真空紫外輻射。在進行太陽紫外輻射的研究中，常將紫外輻射分為A波段、B波段和C波段。⑷輻射強度。輻射強度Ie定義為：點輻射源在給定方向上發射的在單位立體角內的輻射通量，用Ie表示，即(1.2-3)單位：瓦特?球面度-1(W.sr/)。由輻射強度的定義可知，如果一個置于各向同性均勻介質中的點輻射體向所有方向發射的總輻射通量是①，則該點輻射體在各個方向的輻射強度I是常量，有I—0(1.2-4)I-e(1.2-4)e4兀⑸輻射亮度。輻射亮度Le定義為面輻射源在某一給定方向上的輻射通量。如圖2所示。dIedSdIedScos0dOdScos0(1.2-5)式中9是給定方向和輻射源面元法線間的夾角。單位：瓦特球面度米2(W/s「m2)。顯然，一般輻射體的輻射強度與空間方向有關。但是有些輻射體的輻射強度在空間方向上的分布滿足(1.2-6)dI=dIcos9(1.2-6)ee0式中I。是面元dS沿其法線方向的輻射強度。符合上式規律的輻射體稱為余弦e0輻射體或朗伯體。(1.2-6)式代入(1.2-5)式得到余弦輻射體的輻射亮度為dI(1.2-7)—eOL(1.2-7)dSe0可見余弦輻射體的輻射亮度是均勻的，與方向角9無關。余弦輻射體的輻射出射度為

TOC\o"1-5"\h\zd①，e=L兀(1.2-8)dSe0(1.2-8)⑹輻射照度。在輻射接收面上的輻照度Ee定義為照射在面元dA上的輻射通量d①e與該面元的面積dA之比。即edA一d①edA(1.2-9)單位：（W/m2）。⑺單色輻射度量對于單色光輻射，同樣可以采用上述物理量表示，只不過均定義為單位波長間隔內對應的輻射度量，并且對所有輻射量X來說單色輻射度量與輻射度量之間均滿足(1.2-10)2.光度的基本物理量由于人眼的視覺細胞對不同頻率的輻射有不同響應，故用輻射度單位描述的光輻射不能正確反應人的亮暗感覺。光度單位體系是一套反映視覺亮暗特性的光輻射計量單位，在光頻區域光度學的物理量可以用與輻度學的基本物理量Qe、①e、Ie、Me、Le、Ee對應的Qv、%、Iv>Mv、￡丫、Ev來表示，其定義完全一一對應，其關系如表1所示。表1常用輻度量和光度量之間的對應關系輻射度物理量對應的光度量物理量名稱符號定義或定義式單位物理量名稱符號定義或定義式單位輻射能QeJ光量QyQ=1①dtyylm?s輻射通量①eQ=dQe/dtW光通量①y①=1idQyyIm輻射出射度MeM=d①edSW/m2光出射度MyM=d①/dSyylm/m2輻射強度IeI=d①/d0eeW/sr發光強度Iy基本量cd輻射亮度LeL=dI/(dScos0)W/m"sr（光）亮度LyLy=dI《(dScos0)cd/m2輻射照度EE=d①/dAW/m2（光）照度EE=d①/dAyylx與輻射度量體系不同，在光度單位體系中，被選作基本單位的不是光量或光通量，而是發光強度，其單位是坎德拉。坎德拉不僅是光度體系的基本單位，而且也是國際單位制（SI）的七個基本單位之一。光視效率。光視效能描述某一波長的單色光輻射通量可以產生多少相應的單色光通量。即光視效能K^定義為同一波長下測得的光通量與輻射通量的比

之，即V^T單位：e入之，即V^T單位：e入流明/瓦特（lm/W）。(1.2-11)通過對標準光度觀察者的實驗測定，在輻射頻率540x1012Hz（波長555nm）處，K^有最大值，其數值為Km=683lm/W。單色光視效率是K^用Km歸一化的結果，其定義為圖3光譜光視效率曲線圖3光譜光視效率曲線(1.2-12)表1-5單色光視效率數值光的顏色入/nm匕光的顏色Z/nm匕3600.00000黃5700.95200紫3800.000045900.757004100.001216100.503004300.01160橙6300.26500