2022-2023學(xué)年高二物理競賽課件：光輻射與發(fā)光源

光輻射與發(fā)光源

光輻射與發(fā)光源本章概述▲電磁波譜與光輻射

（§1-1）掌握電磁波的性質(zhì)和光輻射的特點▲輻射度學(xué)與光度學(xué)基本知識（§1-2）理解七個輻射量和光度量的概念▲熱輻射基本定律

（§1-3）掌握三個定律和三個公式▲激光原理

（§1-4）掌握激光產(chǎn)生的物理機制▲典型激光器

（§1-5）了解幾種常見激光器。對于光輻射的探測和計量，存在著兩套體系:輻射度量:只與輻射客體有關(guān)的量,基本量是輻射通量

（又稱為輻射功率）或者輻射能.基本單位

是瓦特（W）或者焦耳(J)。適用于整個電

磁波段。光度量:反映人眼對不同波長電磁波的視覺靈敏度，

基本量的是發(fā)光強度，基本單位是坎德拉

(cd)。只適用于可見光波段。

兩類計量體系中的物理量一一對應(yīng)。用下標“e”表示輻射度量，下標“v”表示光度量。

⑴輻射能Qe

定義：以輻射形式發(fā)射或傳輸?shù)碾姶挪芰俊?/p>

單位：焦耳（J）。一、輻射量

⑵輻射通量（輻射功率）定義：為單位時間內(nèi)流過某面積的輻射能量

單位：瓦特（W）

⑶輻射出射度（輻射功率密度）定義：輻射體單位面積向半空間發(fā)射的輻射通量

單位：W/m2。⑷輻射強度定義：點輻射源在給定方向上發(fā)射的在單位立體角內(nèi)的輻射通量.單位：瓦特/球面度（W/sr）。R

d

已知各向同性均勻介質(zhì)中的點輻射體向所有方向發(fā)射的總輻射通量是，求各個方向的輻射強度？⑸

輻射亮度

(

是給定方向與輻射面元dS法線間的夾角)定義：面輻射源的單位表觀面積在某一給定方向上的輻射強度。單位：(瓦特/球面度)/米2,即W/(sr·m2)。S

d

dSd

圖1-2輻射亮度示意圖余弦輻射體（朗伯體）:輻射強度在空間方向上的分布滿足(Ie0是面元dS法線方向的輻射強度)S

d

dSd

圖1-2輻射亮度示意圖余弦輻射體:(1-6)式代入(1-5)式得:

余弦輻射體的輻射亮度:輻射亮度

余弦輻射體的輻射亮度是均勻的，與方向角

無關(guān)。⑹輻射照度⑺單色輻射度量（對應(yīng)于某波長）定義：照射在單位面積上的輻射通量。單位：W/m2。ddA定義為該波長附近單位波長間隔內(nèi)對應(yīng)的輻射度量，單色輻射度量

與輻射度量

之間均滿足:黑體輻射單色輻射出射度的波長分布Me為輻射體單位面積向半空間發(fā)射的輻射通量,包括所有波長,相當于曲線下的面積.

不僅與輻射源的輻射強弱有關(guān),而且與人眼對不同波長的光的視覺靈敏度有關(guān)，與輻射度量一一對應(yīng)。二、

光度量

輻射度物理量光度物理量物理量定義式單位物理量定義式單位輻射能輻射通量輻射出射度輻射強度輻射亮度輻射照度dQe＝edt

e(基本量)Me=de/dSIe=de/dLe=dIe/(dScos)Ee=de/dAJ=W

sWW/m2W/sr(W/sr)/m2W/m2光量光通量光出射度發(fā)光強度(光)亮度(光)照度dQv=

vdtdv=IvdMv=dv/dSIv(基本量)Lv=dIv/(dScos)Ev=dv/dAlm

slm=cd

srlm/m2cdcd/m2lx=lm/m2坎德拉定義：點光源沿某方向發(fā)出555nm的光，其輻射強度為(1/683)W/sr時,其發(fā)光強度就是1cd.為了描述一定的光輻射通量可以產(chǎn)生多少的光通量，定義光視效能和光視效率。三、光度量與輻射度量之間的關(guān)系光視效能:含義：1W的單色輻射通量所對應(yīng)的單色光通量

(即功光當量,是兩套單位的換算因子)單位：流明/瓦特（lm/W）。

(對比:J＝W/Q=4.1868焦／卡稱為熱功當量,表示1卡熱量對應(yīng)的功。)

對標準光度觀察者，在輻射頻率540

1012Hz(波長555nm)處，K

有最大值，