第六章光能及其计算(2)

1、第六章光能及其计算(2)。回顾一下，辐射通量是在单位时间内通过一个区域的辐射能量，它被称为该区域的辐射通量。它是每单位时间的能量，是功率、瓦特和千瓦的单位。让任何一种波长的光和黄绿色的光产生相同的明暗感觉所需的辐射通量相加，那么光源表面上能引起人眼视觉的那部分辐射通量就称为光通量，其表示为。光通量等于辐射通量和视觉功能的乘积。光通量的单位是流明，写为。555nm处1瓦特的单色辐射通量等于683流明，或者555nm处1流明的单色辐射通量等于1/683瓦特的辐射通量。单色光的其他波长是：发光效率：由辐射器或光源发出的总光通量与总辐射能之比称为发光效率，用下式表示。它代表每瓦特辐射通量的光通量。由于

2、和很难用函数形式表示，可以用下面的公式计算：以立体角的顶点为球心，做一个半径为R的球面，用球面上立体角的边界所切的面积ds除以半径的平方来标记立体角的大小。立体角的单位是球度，它被记录为Sr，即整个空间的立体角球度。如果在立体角范围内传输的光通量为，则：称为点光源在该方向的发光强度。发光强度的单位是坎德拉，它被记录为钙。照度e是投射在接收表面上的ds面板上的总光通量与面板的比值。照度在数值上等于物体每单位面积的总光通量。照度的单位是勒克斯，它被写成。2.表面发光强度(光出射度)，有限尺寸的表面光源在光源的表面上具有单一的区域，其向所有方向辐射光通量。如果这个面元在所有方向辐射的总光通量为：m称

3、为表面发光强度，也称为光出射度，其单位为。第4节：光源的亮度。设该微区发射的光通量与表面法线的立体角为，则I方向上的发光强度为：定义为I方向上微区的发光强度与该微区在垂直于该方向的平面上的投影面积之比，即，该公式表明I方向上的发光强度为I方向上单位面积上投影的发光强度。I方向上的亮度可以通过替换为投射到单位面积中的光通量和I方向上的立体角来获得。亮度的单位是坎德拉每平方米(cd/m2)，即1m2的均匀发光表面。当垂直方向上的发光强度(i=0)为1cd时，表面的亮度为1cd/m2。过去，亮度的单位名称是Siti (sb)。定义为1sb=1cd/cm2，因此1sb=104cd/m2。西堤在现行国家

4、标准中已被废除。一般来说，各种发光表面的亮度与I有关，并且是空间角度的函数，但是有一些特殊光源的亮度不随方向而改变，即对于任何I角度它都是恒定的。其中是面板法线方向的亮度。上述公式表明，恒定亮度的光源的发光强度随所有方向的方向角的余弦而变化。适用于向内旋转3600。满足上述公式的发光强度定律的表面发光体称为余弦辐射体或朗伯发光体。余弦辐射表面可以是它自身发光的指示，或者它可以是不发光的表面，并且在被外部光照射后被漫射透射或漫射反射。一般漫反射表面具有类似于余弦辐射的特性。镜面反射具有余弦辐射的特征吗？绝对黑体是理想的余弦辐射体。第五部分是通过介质传输的光能的损失。首先，吸收损耗在介质中传输，光

5、学材料不能完全透明。当光束通过时，一部分光能被材料吸收。此外，材料内部的杂质和气泡会散射光束，因此当光能通过光学材料时，总会有吸收和散射损失。lo入射光通量，每厘米吸收光通量，透明度：通过1cm厚玻璃后的光通量与入射光通量之比。入射光通量，即每厘米透射的光通量，入射光通量是通过几厘米的光学材料后发出的光通量，那么，在可见光波段对各种波长具有相等透明度且接近1的玻璃称为无色光学玻璃。所有波长的透明度是相等的，但其值在0和1之间，这被称为中性密度过滤器。无色光学玻璃对白光的平均吸收率约为0.015，透明度约为0.985。更详细的数据可以在相关手册中找到。一些光学材料对各种波长的吸收率不相等，这被称

6、为选择性吸收。(2)界面光能损失。当光从一种介质通过界面进入第二种介质时，肯定会有能量损失，这主要是由反射引起的。在界面中，当入射角较小时，反射率为：入射到界面上的光通量和反射到界面上的光通量。如果通过界面传输的光通量为，则通过界面传输的光通量为：通过k个界面后，反射损耗不仅削弱了通过系统的能量，还会导致杂散光产生背景光，严重影响图像的对比度和观察效果以及测量仪器。为了降低有害的反射损耗，可以涂一层减反射膜来降低反射损耗。3.金属反射面损失。有时光学系统中有镜子。通常，玻璃表面涂有金属层，如银或铝。该反射表面由于金属表面的吸收而损失光能。金属表面反射的光通量为：全反射棱镜无反射损耗，但在棱镜的

7、入射面和出射面有反射损耗，在玻璃介质中有吸收损耗，吸收损耗的厚度为棱镜扩展成玻璃板的厚度。4.光学系统中光能损失的计算。光学系统中光能损失的原因有三个：1 .光学材料的内部吸收损耗取决于光学材料的吸收系数；2.光学玻璃界面处的反射损耗取决于界面的透射率和透射界面的数量。3.金属反射面的吸收损耗取决于金属表面的反射率和金属反射面的数量。进入光学系统的光通量为，通过光学系统后出射的光通量为：K:即整个系统的通过系数。特别注意：如果不同的界面不同，不同的金属反射面应分别计算，不同的光学玻璃也应分别计算。第6节光能在光学系统中的传输，1。光通量在光导管中的传输。我们用光的几何近似模型来研究光能流传输，该模型将光视为几何光的光能流，并遵守几何光的能量守恒。2。光通量从物平面到像平面的传输可分为三个部分：1 .计算从物平面元件传输到入射光瞳2的光通量。计算从入瞳到出瞳3的光通量。计算从出瞳到像面3的光通量。像面亮度，近轴小视场，近轴小物体，像面亮度与物面亮度的关系。第四章。像面的照度，光屏或感光材料上的照度为：可得为：其中。如果光学系统较大，图像平面的照明较小。用于摄影和望远镜物镜，相对孔径。底片的照度与物镜相对孔径的