2022-2023学年高二物理竞赛课件：光辐射与发光源

光辐射与发光源

光辐射与发光源本章概述▲电磁波谱与光辐射

（§1-1）掌握电磁波的性质和光辐射的特点▲辐射度学与光度学基本知识（§1-2）理解七个辐射量和光度量的概念▲热辐射基本定律

（§1-3）掌握三个定律和三个公式▲激光原理

（§1-4）掌握激光产生的物理机制▲典型激光器

（§1-5）了解几种常见激光器。对于光辐射的探测和计量，存在着两套体系:辐射度量:只与辐射客体有关的量,基本量是辐射通量

（又称为辐射功率）或者辐射能.基本单位

是瓦特（W）或者焦耳(J)。适用于整个电

磁波段。光度量:反映人眼对不同波长电磁波的视觉灵敏度，

基本量的是发光强度，基本单位是坎德拉

(cd)。只适用于可见光波段。

两类计量体系中的物理量一一对应。用下标“e”表示辐射度量，下标“v”表示光度量。

⑴辐射能Qe

定义：以辐射形式发射或传输的电磁波能量。

单位：焦耳（J）。一、辐射量

⑵辐射通量（辐射功率）定义：为单位时间内流过某面积的辐射能量

单位：瓦特（W）

⑶辐射出射度（辐射功率密度）定义：辐射体单位面积向半空间发射的辐射通量

单位：W/m2。⑷辐射强度定义：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（W/sr）。R

d

已知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通量是，求各个方向的辐射强度？⑸

辐射亮度

(

是给定方向与辐射面元dS法线间的夹角)定义：面辐射源的单位表观面积在某一给定方向上的辐射强度。单位：(瓦特/球面度)/米2,即W/(sr·m2)。S

d

dSd

图1-2辐射亮度示意图余弦辐射体（朗伯体）:辐射强度在空间方向上的分布满足(Ie0是面元dS法线方向的辐射强度)S

d

dSd

图1-2辐射亮度示意图余弦辐射体:(1-6)式代入(1-5)式得:

余弦辐射体的辐射亮度:辐射亮度

余弦辐射体的辐射亮度是均匀的，与方向角

无关。⑹辐射照度⑺单色辐射度量（对应于某波长）定义：照射在单位面积上的辐射通量。单位：W/m2。ddA定义为该波长附近单位波长间隔内对应的辐射度量，单色辐射度量

与辐射度量

之间均满足:黑体辐射单色辐射出射度的波长分布Me为辐射体单位面积向半空间发射的辐射通量,包括所有波长,相当于曲线下的面积.

不仅与辐射源的辐射强弱有关,而且与人眼对不同波长的光的视觉灵敏度有关，与辐射度量一一对应。二、

光度量

辐射度物理量光度物理量物理量定义式单位物理量定义式单位辐射能辐射通量辐射出射度辐射强度辐射亮度辐射照度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发光强度(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坎德拉定义：点光源沿某方向发出555nm的光，其辐射强度为(1/683)W/sr时,其发光强度就是1cd.为了描述一定的光辐射通量可以产生多少的光通量，定义光视效能和光视效率。三、光度量与辐射度量之间的关系光视效能:含义：1W的单色辐射通量所对应的单色光通量

(即功光当量,是两套单位的换算因子)单位：流明/瓦特（lm/W）。

(对比:J＝W/Q=4.1868焦／卡称为热功当量,表示1卡热量对应的功。)

对标准光度观察者，在辐射频率540

1012Hz(波长555nm)处，K

有最大值，