光電技術(shù)基礎(chǔ)

光電技術(shù)基礎(chǔ)1第一頁，共五十頁，2022年，8月28日光電子技術(shù)一、學(xué)好本門課所需的知識內(nèi)容、本門課將會學(xué)到哪些知識不同專業(yè)方向要求不同二、本門課在光信息科學(xué)技術(shù)與電子信息科學(xué)技術(shù)兩個專業(yè)中的作用和地位本科階段、研究生階段三、《光電子技術(shù)》課程介紹1、從金屬、半導(dǎo)體、絕緣體三種特性材料來看光電子技術(shù)2、光學(xué)＝》電子學(xué)＝》光電子學(xué)＝》光子學(xué)四、引入兩個例子氣體濃度分析儀－1五、本門課與其它學(xué)科之間的聯(lián)系六、光的特性和基本參數(shù)介紹2第二頁，共五十頁，2022年，8月28日《光電子技術(shù)》課程介紹1、光學(xué)Optics（可追溯到2000多年前）以幾何光學(xué)為基礎(chǔ)各種光學(xué)儀器和設(shè)備（顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡、照相機(jī)、光譜儀）。以物理光學(xué)、電磁輻射為研究對象（黑體輻射）以光與物質(zhì)相互作用為主要研究內(nèi)容（光電效應(yīng)、光探測器、新型光源）。3第三頁，共五十頁，2022年，8月28日光學(xué)發(fā)展歷史：公元1590年到17世紀(jì)初，詹森和李普希同時獨(dú)立地發(fā)明顯微鏡；一直到17世紀(jì)上半葉，才由斯涅耳和笛卡兒將光的反射和折射的觀察結(jié)果，歸結(jié)為今天大家所慣用的反射定律和折射定律。

1665年，牛頓進(jìn)行太陽光的實(shí)驗(yàn)，它把太陽光分解成簡單的組成部分，這些成分形成一個顏色按一定順序排列的光分布——光譜。

牛頓還發(fā)現(xiàn)了把曲率半徑很大的凸透鏡放在光學(xué)平玻璃板上，形成牛頓環(huán)。認(rèn)為光是一種微粒流，微粒從光源飛出來。4第四頁，共五十頁，2022年，8月28日惠更斯是光的微粒說的反對者，他創(chuàng)立了光的波動說。托馬斯·楊圓滿地解釋了雙狹縫干涉現(xiàn)象。菲涅耳于1818年以楊氏干涉原理補(bǔ)充了惠更斯原理，由此形成了今天為人們所熟知的惠更斯-菲涅耳原理。1860年前后，麥克斯韋的指出，電場和磁場的改變，不能局限于空間的某一部分，而是以一定速度傳播著，光就是這樣一種電磁現(xiàn)象。1900年，普朗克從物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)理論中借用不連續(xù)性的概念，提出了輻射的量子論。他認(rèn)為各種頻率的電磁波，包括光，只能以各自確定分量的能量從振子射出，這種能量微粒稱為量子，光的量子稱為光子。5第五頁，共五十頁，2022年，8月28日1905年，愛因斯坦運(yùn)用量子論解釋了光電效應(yīng)。他給光子作了十分明確的表示，特別指出光與物質(zhì)相互作用時，光也是以光子為最小單位進(jìn)行的。

1960年，梅曼用紅寶石制成第一臺可見光的激光器；同年制成氦氖激光器。激光出現(xiàn)以后，光學(xué)出現(xiàn)非線性光學(xué)分支，發(fā)展非常迅速，應(yīng)用非常廣泛。6第六頁，共五十頁，2022年，8月28日2、電子學(xué)Electronics(1910年)

研究電子運(yùn)動的各種物理過程和物理現(xiàn)象并加以廣泛利用的科學(xué)。研究電磁波的振蕩、傳播，電信號的放大、變換，頻率的穩(wěn)定，混合，檢波等等半導(dǎo)體微電子學(xué)。3、光電子學(xué)Opto-electronics(1955年)

光學(xué)與電子學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物。將電子學(xué)使用的電磁波頻率提高到光頻，產(chǎn)生電子學(xué)所不可能產(chǎn)生的許多新功能。以前由電子方法實(shí)現(xiàn)的任務(wù)現(xiàn)在用光學(xué)方法來完成光電子技術(shù)。7第七頁，共五十頁，2022年，8月28日光電子學(xué)optoelectronics由光學(xué)和電子學(xué)結(jié)合形成的技術(shù)學(xué)科。電磁波范圍包括X射線、紫外光、可見光和紅外線。光電子學(xué)涉及將這些輻射的光圖像、信號或能量轉(zhuǎn)換成電信號或電能，并進(jìn)行處理或傳送；有時則將電信號再轉(zhuǎn)換成光信號或光圖像。以光波代替無線電波作為信息載體，實(shí)現(xiàn)光發(fā)射、控制、測量和顯示等。通常有關(guān)無線電頻率的幾乎所有的傳統(tǒng)電子學(xué)概念、理論和技術(shù)，如放大、振蕩、倍頻、分頻、調(diào)制、信息處理、通信、雷達(dá)、計算機(jī)等，原則上都可延伸到光波段。在激光領(lǐng)域中，激光器提供光頻的相干電磁振蕩源，光電子學(xué)是指光頻電子學(xué)。光電子學(xué)有時也狹義地指光-電轉(zhuǎn)換器件及其應(yīng)用的領(lǐng)域。光電子學(xué)還包括光電子能譜學(xué)，它利用光電子發(fā)射帶出的信息研究固體內(nèi)部和表面的成分和電子結(jié)構(gòu)。光電子學(xué)及其系統(tǒng)的發(fā)展，依賴于光-電和電-光轉(zhuǎn)換、光學(xué)傳輸、加工處理和存儲等技術(shù)的發(fā)展，其關(guān)鍵是光電子器件。光電子器件主要有作為信息載體的光源（半導(dǎo)體發(fā)光二極管、半導(dǎo)體激光器等）、輻射探測器(各種光-電和光-光轉(zhuǎn)換器)、控制與處理用的元器件（各種反射鏡、透鏡、棱鏡、光束分離器，濾光片第八頁，共五十頁，2022年，8月28日、光柵、偏振片、斬光器、電光晶體和液晶等）、光學(xué)纖維（一維信息傳輸光纖波導(dǎo)、二維圖像傳輸光纖束、光能傳輸光纖束、光纖傳感器等）以及各種顯示顯像器件（低壓熒光管、電子束管、白熾燈泡、發(fā)光二極管、場致發(fā)光屏、等離子體和液晶顯示器件等）。將各類元器件按各種可能方式組合起來可構(gòu)成各種具有重大應(yīng)用價值的光電子學(xué)系統(tǒng)，如光通信系統(tǒng)、電視系統(tǒng)、微光夜視系統(tǒng)等。由光學(xué)和電子學(xué)相結(jié)合而形成的新技術(shù)學(xué)科。第九頁，共五十頁，2022年，8月28日

光電子學(xué)是近代光學(xué)和近代電子學(xué)的融合，光電子學(xué)的發(fā)展得益于固體物理學(xué)、材料科學(xué)、微電子學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、微機(jī)械加工技術(shù)、近代化學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，以光和電的能量與信息的轉(zhuǎn)換、傳播、接收為目標(biāo)，以光通信、光計算、光存儲、光傳感、激光醫(yī)療、激光武器等等為應(yīng)用領(lǐng)域，集“光、機(jī)、電、計、材”于一身，是一種先進(jìn)、前沿、實(shí)用的高新技術(shù)。10第十頁，共五十頁，2022年，8月28日4、光子學(xué)Photonics(1970)

關(guān)于光子的科學(xué)及其應(yīng)用?！皬碾娮訉W(xué)類推，光子學(xué)一詞描述光子在信息傳輸中的應(yīng)用，包括光子束的產(chǎn)生、導(dǎo)波、偏轉(zhuǎn)、調(diào)制、放大，圖象處理、存儲和探測”。激光光子時代的領(lǐng)銜主角。11第十一頁，共五十頁，2022年，8月28日二氧化硫氣體濃度分析儀

例1：引入兩個例子12第十二頁，共五十頁，2022年，8月28日一、引入兩個例子氣體濃度分析儀－2二、本門課與其它學(xué)科之間的聯(lián)系三、光的波粒二象性和電磁波譜四、輻射度學(xué)和光度學(xué)的參數(shù)

1、與光源有關(guān)的參數(shù)

2、與接收器有關(guān)的參數(shù)五、光譜輻射分布與量子流速率13第十三頁，共五十頁，2022年，8月28日紅外線氣體分析儀結(jié)構(gòu)原理圖

例2：分析儀由紅外線輻射光源、氣室、紅外檢測器及電路等部分組成。光源由鎳鉻絲通電加熱發(fā)出3～10μm的紅外線，切光片將連續(xù)的紅外線調(diào)制成脈沖狀的紅外線，以便于紅外線檢測器信號的檢測。測量氣室中通入被分析氣體，參比氣室中封入不吸收紅外線的氣體（如N2等）。14第十四頁，共五十頁，2022年，8月28日光電子學(xué)與光電子技術(shù)傅立葉光學(xué)激光與紅外物理學(xué)非線性光學(xué)強(qiáng)光光學(xué)效應(yīng)電光效應(yīng)磁光效應(yīng)彈(聲)光效應(yīng)半導(dǎo)體光電子學(xué)光電轉(zhuǎn)換效應(yīng)發(fā)光效應(yīng)非線性光學(xué)效應(yīng)導(dǎo)波光學(xué)非線性光學(xué)效應(yīng)介質(zhì)導(dǎo)波效應(yīng)光電子學(xué)復(fù)用傳感調(diào)制偏轉(zhuǎn)開關(guān)光信號加載反饋中繼偏振隔離耦合波導(dǎo)光信號傳輸存儲全息濾波共軛頻譜卷積相關(guān)邏輯延遲放大補(bǔ)償整形解調(diào)光信號處理探測顯示光信號接收光電子技術(shù)光載波源混頻移頻鎖模調(diào)激光

Q本門課與其它學(xué)科之間的聯(lián)系15第十五頁，共五十頁，2022年，8月28日光電子器件光源器件光傳輸器件光控制器件光探測器件光存儲器件光盤光驅(qū)調(diào)制器偏轉(zhuǎn)器光開關(guān)光雙穩(wěn)器件光電導(dǎo)型光伏型熱伏型各種傳感器相干光源非相干光源光學(xué)元件光波導(dǎo)光纖16第十六頁，共五十頁，2022年，8月28日光線數(shù)學(xué)電荷物體材料幾何光學(xué)現(xiàn)代光學(xué)光子學(xué)初等數(shù)學(xué)高等數(shù)學(xué)計算科學(xué)電學(xué)電子學(xué)微電子學(xué)機(jī)械學(xué)微細(xì)加工微米加工納米加工晶體學(xué)材料科學(xué)外延生長材料工程計算器計算機(jī)光電子學(xué)集成電路光電子集成納米管光子晶體人工智能光計算機(jī)激光器探測器19世紀(jì)50年代80年代20世紀(jì)20年代40年代50年代60年代70年代80年代90年代21世紀(jì)光電子技術(shù)發(fā)展概圖17第十七頁，共五十頁，2022年，8月28日1、光電技術(shù)最基本的理論是光的波粒二象性。即光是以電磁波方式傳播的粒子。

以牛頓為代表的一些人提出了微粒說，認(rèn)為光是按照慣性定律沿直線飛行的微粒流。這一學(xué)說直接說明了光的直線傳播定律，并能對光的反射（reflection）和折射（refraction）作一定的解釋。光的微粒說差不多統(tǒng)治了十七、十八兩世紀(jì)（一）、光的波粒二象性18第十八頁，共五十頁，2022年，8月28日和牛頓同時代的惠更斯（1629-1695）從聲和光某些現(xiàn)象的相似性出發(fā)，認(rèn)為光是在一種特殊彈性媒質(zhì)中傳播的機(jī)械波。這個理論也能解釋光的反射和折射等現(xiàn)象。但惠更斯沒有指出光現(xiàn)象的周期性，沒有提到波長的概念，而且認(rèn)為光是縱波。因而他的理論是很不完善的。十九世紀(jì)初，托馬斯·楊（1773-1829）和菲涅耳（1788-1827）等人的實(shí)驗(yàn)和理論工作，解釋了光的干涉和衍射現(xiàn)象，初步測定了光的波長，并根據(jù)光的偏振現(xiàn)象，確認(rèn)光是橫波。十九世紀(jì)六十年代，麥克斯韋建立了電磁理論，預(yù)言了電磁波的存在，指出電磁波的速度與光速相同。因此麥克斯韋確信光是一種電磁波。這個理論在1888年被赫茲的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。19第十九頁，共五十頁，2022年，8月28日為了解釋黑體輻射，1900年普朗克（1858-1947）提出了光的量子假說，認(rèn)為各種頻率的電磁波，只能象粒子似的以一定最小份額的能量發(fā)生（稱為能量子）。另一個顯示光的微粒性的重要現(xiàn)象是光電效應(yīng)，即愛因斯坦的光子說。最后人們認(rèn)識到波動性和粒子性是光的客觀屬性，一方面光是電磁波，具有波動的性質(zhì)，有一定的頻率和波長；另一方面光是光子流，光子是具有一定能量和動量的物質(zhì)粒子。在一定條件下某種特性占優(yōu)勢，條件改變后，另一種特性表現(xiàn)較為明顯。例如：20第二十頁，共五十頁，2022年，8月28日光在傳播過程中表現(xiàn)出來的干涉、衍射現(xiàn)象中波動性較為明顯，這時光可看成一列一列的光波組成；而當(dāng)光與實(shí)物相互作用時，粒子性較為明顯，此時光看成一個個光子組成的粒子流（二）、光波是電磁波均勻介質(zhì)中21第二十一頁，共五十頁，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)表明，光對人眼、膠片、光電池、光化學(xué)作用、光合作用等起作用的主要是電矢量。因此習(xí)慣上把電矢量叫做光矢量，主要討論電矢量的振動和傳播。光速、頻率和波長的關(guān)系：C：光在真空中的傳播速度（3×108m·s-1）；V：光的頻率(s-1)；光矢量每秒振動的次數(shù)，光振動的周期T是完成一次振動所需的時間,二者關(guān)系為：：光在真空中的波長。振動狀態(tài)經(jīng)歷一個周22第二十二頁，共五十頁，2022年，8月28日期在真空中傳播的距離。三者之間關(guān)系為：光子具有動量與能量，并分別表示為與，h為普朗克常數(shù)（6.626×10-34J·s）；E為一個光子的能量，光的能量就是所有光子能量的總和，光與物質(zhì)（原子或分子）交換能量時，光子只能整個的被吸收或發(fā)射。上述二式把表征粒子性的動量和能量與表征波動性的頻率和波長聯(lián)系起來，體現(xiàn)了光的波粒二象性23第二十三頁，共五十頁，2022年，8月28日

圖1-1為電磁波按波長的分布及各波長區(qū)域的定義（稱為電磁波譜）。電磁波譜的頻率范圍很寬，涵蓋了由宇宙射線到無線電波（102～1025Hz）的寬闊頻域。光輻射僅僅是電磁波譜中的一小部分，它包括的波長區(qū)域從幾納米到幾毫米，即10-9～10-3m的范圍。在這個范圍內(nèi)，只有0.38～0.78μm的光才能引起人眼的視覺感，故稱這部分光為可見光。紅外紫外可見光10156182191210101010101010324f/Hz圖1-1電磁波譜的分布X射線Γ射線近紅外遠(yuǎn)紅外電磁波24第二十四頁，共五十頁，2022年，8月28日波長/m無線電波微波紅外線紫外線可見光X射線射線宇宙射線1m103m106mm10910-310-610-9nm波長/nm106102003904554925775976227605x1036x1034x104300極遠(yuǎn)遠(yuǎn)近極遠(yuǎn)遠(yuǎn)中近紅橙黃綠藍(lán)紫電磁波譜圖25第二十五頁，共五十頁，2022年，8月28日通常所說的光學(xué)區(qū)域或光學(xué)頻譜包括：紅外線、可見光和紫外線。由于光的頻率極高1012～1016Hz，一般采用波長表征，光譜區(qū)域的波長范圍約從1mm到10nm。

遠(yuǎn)紅外 (1mm~20m)紅外線(1mm~0.76m) 中紅外 (20m~1.5m)

近紅外 (1.5m~0.76m)

紅色 (760nm~630nm)

橙色 (630nm~600nm)

黃色 (600nm~570nm)可見光

(760~380nm)

綠色 (570nm~490nm)

青色 (500nm~450nm)

藍(lán)色 (450nm~430nm)

紫色 (430nm~380nm)

近紫外 (380nm~300nm)紫外光(380~10nm)

中紫外 (300nm~200nm)

真空紫外(200nm~10nm)26第二十六頁，共五十頁，2022年，8月28日輻射度學(xué)（radiometry）和光度學(xué)（photometry）基本知識單色光的顏色可以用波長來表征，波長不同，顏色不同；那么，光的強(qiáng)弱用什么來表征呢？從輻射度學(xué)和光度學(xué)中提出一些物理量來表征。輻射在本質(zhì)上是一種能量的形式，如光輻射、熱輻射、磁輻射。輻射過程伴隨著能量的轉(zhuǎn)移。輻射度學(xué)(客觀)

是對各種波長的輻射能進(jìn)行定量評價的一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)。適用于整個電磁波段。在輻射度學(xué)中使用的單位與其它形態(tài)能量單位一致。

光電子技術(shù)基礎(chǔ)27第二十七頁，共五十頁，2022年，8月28日輻射度學(xué)主要研究頻率為3×1011～3×1016Hz的光輻射，對應(yīng)于0.01~1000μm的波長。波段范圍包括紅外、可見光、紫外線。與輻射度學(xué)類似，光度學(xué)只處理人眼可感知的光，即可見光，波長范圍為380～780nm，超過這個范圍，光度學(xué)參數(shù)沒有意義。用下標(biāo)e和v來區(qū)別光度學(xué)（主觀）

是研究光度測量的科學(xué)。在光度學(xué)中根據(jù)人類視覺器官的生理特性和某些約定的規(guī)范來評價輻射所產(chǎn)生的視覺效應(yīng)，使用單位與人眼生理特性有關(guān)（同一功率的不同顏色的可見光引起的視覺效果不同）。28第二十八頁，共五十頁，2022年，8月28日

1.輻（射）能和光能

以輻射形式發(fā)射、傳播或接收的能量稱為輻（射）能，用符號Qe表示，其計量單位為焦耳（J）。光能是光通量在可見光范圍內(nèi)對時間的積分，以Qv表示，其計量單位為流明秒（lm·s）。

1.1、輻射度學(xué)和光度學(xué)的參數(shù)1.1.1與光源有關(guān)的輻射度參數(shù)與光度參數(shù)29第二十九頁，共五十頁，2022年，8月28日2.輻（射）通量和光通量輻（射）通量或輻（射）功率是以輻射形式發(fā)射、傳播或接收的功率；或者說，在單位時間內(nèi)，以輻射形式發(fā)射、傳播或接收的輻（射）能稱為輻（射）通量，以符號Φe表示，其計量單位為瓦（W），即30第三十頁，共五十頁，2022年，8月28日對可見光，光源表面在無窮小時間段內(nèi)發(fā)射、傳播或接收的所有可見光譜，光能被無窮短時間間隔dt來除，其商定義為光通量Φv，即

（1-3）若在t時間內(nèi)發(fā)射、傳播或接收的光能不隨時間改變，則式（1-3）簡化為

（1-4）

Φv的計量單位為流(明)（lm）。顯然，輻（射）通量對時間的積分稱為輻（射）能，而光通量對時間的積分稱為光能。

光通量，指人的眼睛所能感覺的光輻射功率,它等于單位時間的光輻射能量和視見函數(shù)的乘積。由于人眼對不同波長的光的視見函數(shù)不同,所以不同波長的光的輻射功率相等時,其光通量并不相等。31第三十一頁，共五十頁，2022年，8月28日3.輻(射)出(射)度和光出(射)度

對有限大小面積A的輻射源，表面某點(diǎn)處的面元向空間內(nèi)發(fā)射的輻通量dΦe與該面元面積dA之比，定義為輻(射)出(射)度Me，即

（1-5）

Me的計量單位是瓦（特）每平方米[W／m2]。輻射源A向空間內(nèi)發(fā)射的總輻通量為

（1-6）

32第三十二頁，共五十頁，2022年，8月28日

對于可見光，面光源A表面某一點(diǎn)處的面元向空間發(fā)射的光通量dΦv、與面元面積dA之比稱為光出(射)度Mv，即

（1-7）

其計量單位為勒(克司)[lx]或[lm/m2]。對均勻發(fā)射輻射的面光源有

（1-8）

由式（1-7），面光源向空間發(fā)射的總光通量為（1-9）33第三十三頁，共五十頁，2022年，8月28日4.輻(射)強(qiáng)度和發(fā)光強(qiáng)度

對點(diǎn)輻射源在給定方向的立體角元dΩ內(nèi)發(fā)射的輻通量dΦe，與該方向立體角元dΩ之比定義為點(diǎn)輻射源在該方向的輻(射)強(qiáng)度Ie，即輻(射)強(qiáng)度的計量單位為瓦每球面度

[W／sr]。

（1-10）34第三十四頁，共五十頁，2022年，8月28日輻射源在有限立體角Ω內(nèi)發(fā)射的輻通量為各向同性的輻射源向所有方向發(fā)射的總輻通量為

（1-11）（1-12）輻射源被看成點(diǎn)時，用面積來度量不太適合，而是用立體角(solidangle)來描述。立體角的度量單位為球面度sr(steradians)。立體角是平面角向三維空間的推廣。在二維空間，2π角度覆蓋整個單位圓。在三維空間，4π的球面度立體角覆蓋整個單位球面。35第三十五頁，共五十頁，2022年，8月28日對可見光，與式（1-9）類似，定義發(fā)光強(qiáng)度為對各向同性的點(diǎn)光源向所有方向發(fā)射的總光通量為

一般點(diǎn)光源是各向異性的，其發(fā)光強(qiáng)度分布隨方向而異。發(fā)光強(qiáng)度的單位是坎德拉（candela），簡稱為坎[cd]。1979年第十六屆國際計量大會通過決議，將坎德拉重新定義為：在給定方向上能發(fā)射540×1012Hz的單色輻射源，在此方向上的輻強(qiáng)度為（1/683）W/sr，其發(fā)光強(qiáng)度定義為一個坎德拉[cd]。

由式（1-13），對發(fā)光強(qiáng)度為1cd的點(diǎn)光源，向給定方向1球面度(sr)內(nèi)發(fā)射的光通量定義為1流明（lm）。發(fā)光強(qiáng)度為1cd的點(diǎn)光源在整個球空間所發(fā)出的總光通量為=4πIＶ＝12.566lm。

（1-13）（1-14）36第三十六頁，共五十頁，2022年，8月28日5.輻(射)亮度和亮度

輻射源表面某一點(diǎn)處的面元在給定方向上的輻強(qiáng)度除以該面元在垂直于給定方向平面上的正投影面積，稱為輻射亮度Le，即

式中，為所給方向與面元法線之間的夾角。輻亮度Le的計量單位為瓦每球面度平方米[W／（sr·m2）]。

（1-15）37第三十七頁，共五十頁，2022年，8月28日一般輻射體的輻射強(qiáng)度的數(shù)值隨給定方向而變。有些輻射體的輻射強(qiáng)度在空間方向上的分布滿足滿足上式的特殊光源稱為余弦輻射體。余弦輻射體也稱均勻漫反射體或朗伯體。除了黑體、灰體外，實(shí)驗(yàn)表明，拋毛乳白玻璃的透視光或反射光，拋毛乳白板的反射光以及氧化鎂、硫酸鋇等表面的反射光很接近于理想的余弦輻射體。白雪對陽光的反射也符合余弦輻射體的規(guī)律。對余弦輻射體，即服從朗伯定律的輻射體，可以推算出：

即余弦輻射體的輻射出射度在數(shù)值上為其輻射亮度的π倍38第三十八頁，共五十頁，2022年，8月28日（1-16）對可見光，亮度Lv定義為光源表面某一點(diǎn)處的面元在給定方向上的發(fā)光強(qiáng)度除以該面元在垂直給定方向平面上的正投影面積，即

Lv的計量單位是坎德拉每平方米[cd／m2]。6.輻(射)效率與發(fā)光效率

輻射源所發(fā)射的總輻射通量Φe與外界提供給輻射源的功率P之比稱為輻射源的輻(射)效率ηe；光源發(fā)射的總光通量Φv與提供的功率P之比稱為發(fā)光效率ηv。39第三十九頁，共五十頁，2022年，8月28日它們分別為

輻效率ηe無量綱，發(fā)光效率ηv的計量單位是流明每瓦[lm·W-1]。對限定在波長λ1～λ2范圍內(nèi)的輻效率

Φeλ稱為光源輻射通量的光譜密集度，簡稱為光譜輻射通量。

（1-19）（1-20）（1-21）40第四十頁，共五十頁，2022年，8月28日1.1.2與接收器有關(guān)的輻射度參數(shù)與光度參數(shù)

從接收器的角度討論輻射度學(xué)與光度學(xué)的參數(shù)。接收光源發(fā)射輻射的接收器可以是探測器，也可以是反射輻射的反射器，或兩者兼有。與接收器有關(guān)的輻射度學(xué)參數(shù)與光度學(xué)參數(shù)有以下2種。

1.輻照度與照度

輻照度Ee是照射到物體表面某一點(diǎn)處面元的輻通量dΦe除以該面元的面積dA的商，即Ee的計量單位是瓦（特）每平方米[W／m2]。

（1-22）41第四十一頁，共五十頁，2022年，8月28日若輻通量是均勻地照射在物體表面上，則式（1-22）簡化為注意，不要把輻照度Ee與輻出度Me混淆起來。雖然兩者單位相同，但定義不一樣。輻照度是從物體表面接收輻射通量的角度來定義的，輻出度是從面光源表面發(fā)射輻射的角度來定義的。

(1-23)42第四十二頁，共五十頁，2022年，8月28日

本身不輻射的反射體接收輻射后，吸收一部分，反射一部分。若把反射體當(dāng)做輻射體，則光譜輻出度Mer（λ）（r

代表反射）與輻射體接收的光譜輻照度Ee（λ）的關(guān)系為式中,ρe（λ）為輻射度光譜反射比，是波長的函數(shù)。對式（1-24）的波長積分，得到反射體的輻出度

(1-25)

(1-24)43第四十三頁，共五十頁，2022年，8月28日

對可見光，照射到物體表面某一面元的光通量dΦv除以該面元面積dA稱為光照度Ev，即（1-26）Ev的計量單位是勒（克司）[lx]。

對接收光的反射體，同樣有

（1-27）（1-28）式中，ρv（λ）為光度光譜反射比，是波長的函數(shù)。

44第四十四頁，共五十頁，2022年，8月28日2.輻照量和曝光量

輻照量與曝光量是光電接收器接收輻射能量的重要度量參數(shù)，光電器件的輸出信號常與所接收的入射輻射能量有關(guān)。照射到物體表面某一面元的輻照度Ee在時間t內(nèi)的積分稱為輻照量He，即

（1-29）輻照量He的計量單位是焦?fàn)柮科椒矫?/p>

[J/m2]。

如果面元上的輻照度Ee與時間無關(guān)，式（1-29）可簡化為

（1