《红外技术应用2》解析.ppt

1、第二讲 辐射度量学基础,1.辐射度量学 2.基本辐射量的定义 3.光谱辐射量的定义 4.光子辐射量的定义 5.朗伯余弦定律 6.辐射在传输媒质中的衰减 7.辐射量的计算举例,是一门度量电磁辐射能的科学技术，是红外物理与红外技术的基础。在红外物理与技术中经常遇到各种辐射量的基本概念，彼此之间的相互关系以及辐射在传输过程中各种辐射量的计算问题等。,辐射度量学,假设：辐射源是非相干的； 辐射的传输可用几何光学的规律处理； 若辐射源在透明介质中传输，能量不被吸收,1.辐射度量学,辐射度量学与光度学的区别,1.辐射度量学,测量误差大，即使采用较好的测量技术，一般误差也在3左右。 误差大的原因很多，其一是

2、辐射能具有扩散性，它与位置、方向、波长、时间、偏振态等有关；其次，辐射与物质的相互作用(发射、吸收、散射、反射、折射等)也都与辐射参量有关；此外，仪器参量和环境参量也都影响测量结果。,1.辐射度量学,辐射度量学用于测量的不足,（1）辐射能 Q 定义：以电磁波的形式发射、传输和接收的能量称为辐射能，单位焦耳（J）。 物理意义：在给定的时间间隔由辐射源发射出去的全部电磁能量（也可表示被阻挡物体表面所接收到的能量）,2.基本辐射量的定义,（2）辐射能密度 定义： 辐射场中单位体积的辐射能，单位为(Jm-3) 。,2.基本辐射量的定义,（3）辐射通量（辐射功率） 定义：单位时间内通过某一面积的辐射能。

3、单位瓦（W）。,2.基本辐射量的定义,（4）辐射强度 I 定义：点辐射源在某方向上单位立体角内所发射的辐射能通量，称为辐射强度，单位瓦 /球面度（W/ sr）。 物理意义：描述点辐射源发射的辐射通量的空间分布特性。,2.基本辐射量的定义,(5)辐射亮度 L 定义：扩展源在某方向上单位投影面积A向单位立体角发 射的辐射能通量。单位瓦 /球面度米2（W/ sr m 2 ） 物理意义：描述扩展源发射的辐射通量的空间分布特性。,2.基本辐射量的定义,2.基本辐射量的定义,(6) 辐射出射度 M 定义：扩展源在单位面积上向半球空间发射的辐射能通量。单位瓦 /米2（W/ m 2 ） 物理意义：描述扩展源表

4、面所发射的辐射通量沿表面位置 的分布特性。,(7) 辐照度 E 定义：被照物体表面单位面积上接收到的辐射能通量。单位瓦 /米2（W/ m 2 ）物理意义： 描述一个物体被辐照的情况。,2.基本辐射量的定义,3.光谱辐射量的定义,定义：在波长附近，取一小的波长间隔，若该波长间隔内的辐射量X（泛指、I、L、M、E）的增量X为，则X与的极限值就是光谱辐射量。,4.光子辐射量的定义,对红外辐射的探测，常用光子探测器，他们对入射辐射的响应是以每秒接受（发射/通过）的光子数计量。,定义：用每秒接受（发射/通过）的光子数定义的辐射量称为光子辐射量,例如：太阳、荧光屏、毛玻璃灯罩、坦克表面等都近似于这种光源,

5、(1) 漫辐射源 辐射亮度L与方向无关的辐射源,5. 朗伯余弦定律,凡辐射强度曲线服从余弦定律的光源称为朗伯光源。漫反射体的辐射强度分布遵从朗伯余弦定律，自身发射的黑体辐射源也遵从朗伯余弦定律。 定律表述： 由于漫反射源在各方向的辐亮度相等，有：,5. 朗伯余弦定律,(2) 朗伯余弦定律,1、朗伯辐射源各方向的辐亮度相等,5. 朗伯余弦定律,(3) 朗伯辐射源的辐射特性,2、辐射出射度为辐射亮度的倍,3、朗伯辐射源在法线方向的辐射强度等于辐亮度乘以源面积,5. 朗伯余弦定律,5、理想漫反射体的辐亮度等于它的辐照度除以,4、朗伯辐射源的总辐射能通量等于辐射源在法向辐射,投射到某介质表面上的辐射功率i分为三部分被表面反射，被介质吸收，从介质中透射过去。根据能量守恒定律有 反射率为 吸收率为 透射率为,6. 辐射在传输媒质中的衰减,（1）点源向圆盘发射的辐射能通量计算,射能通量。,7. 辐射量的计算举例,（2）小面源产生的辐照度计算 当红外探测器或光学系统接收在一定距离上辐射源的辐射时，若源尺寸与源到接收系统的距离相比较小，则可将源视作小面源，面探测器表面或光学系统接收孔