光電子學(xué)(一)光度量光輻射度量朗伯定律與輻射量計算匯總

光電子學(xué)教材光電信號檢測原理與技術(shù)趙遠(yuǎn)編機(jī)械工業(yè)出版社參考教材

光電技術(shù)江文杰等科學(xué)出版社光電檢測技術(shù)蒲昭邦機(jī)械工業(yè)出版社紅外物理張建奇等西安電子科技大學(xué)出版社授課教師趙遠(yuǎn)靳辰飛聯(lián)系引言：近代科學(xué)技術(shù)的特點(diǎn)是對物質(zhì)運(yùn)動變化進(jìn)展定量的描述和掌握，必需對物理量進(jìn)展測量直接測量：利用已有確實(shí)定標(biāo)準(zhǔn)完成，如：米尺、卡尺、千分尺光的變化強(qiáng)度變化，頻率變化，位相變化，偏振變化。檢測光的變化古代只能依靠人眼的直接觀看。間接測量：利用物理規(guī)律〔物理量之間的變化規(guī)律〕完成測量如：邁克爾遜干預(yù)儀測量精度到達(dá)波長量級10-5—10-7m。3×1014Hz～3×1011Hz300G～300MHz300M～300HzΓ射線X射線紫外線可見光紅外線無線電波微波10-810-610-410-210-111010210410610810101012波長/μm102050102200500103200050001042×104波長λ(毫微米nm)近中遠(yuǎn)極遠(yuǎn)遠(yuǎn)近390～770nm770nm～1mm10～390nm電磁波譜光電子技術(shù)：光電子技術(shù)主要爭論光的產(chǎn)生、掌握、傳輸及其探測技術(shù)。光子技術(shù)和電子技術(shù)的結(jié)合。光的產(chǎn)生：激光原理光的掌握、傳輸：光學(xué)設(shè)計大氣光學(xué)光纖技術(shù)光與物質(zhì)的相互作用非線性光學(xué)散射光學(xué)光的探測光電檢測技術(shù)，統(tǒng)計光學(xué)光電檢測及處理技術(shù)的含義：利用光探測器件的檢測把光輻射轉(zhuǎn)化成電信號，經(jīng)過一系列電信號的處理，提取某些必需的信息。光電檢測利用的根本原理—光電效應(yīng)、光熱效應(yīng)光電探測系統(tǒng)的構(gòu)成和原理

光源掌握及傳輸路徑目標(biāo)及背景光電轉(zhuǎn)換顯示記錄計算機(jī)及信號處理1、對光源輸出光的傳輸變化進(jìn)展掌握2、光輻射與目標(biāo)相互作用產(chǎn)生信息載體〔信號光〕3、光輻射〔信號光〕的探測過程，利用光探測器把光輻射轉(zhuǎn)換為電學(xué)量4、利用電子學(xué)和計算機(jī)技術(shù)提取信息光電檢測技術(shù)的主要應(yīng)用范圍

1．輻射度量和光度量的檢測〔光輻射能量的檢測〕承受光電檢測的方法來測定光度量和輻射度量。方法簡便，能到達(dá)很高的精度。目前常用的這類儀器有：光強(qiáng)度計、光亮度計、輻射計、以及光測高溫計和輻射測溫儀等。

2．光學(xué)材料、元件的檢測

光學(xué)儀器及測量技術(shù)中所涉及的材料、元件的光學(xué)特性測量，如：材料、元件的光譜特性；都需要借助于光電檢測的方法來實(shí)現(xiàn)測量。3．非光物理量的光電檢測和掌握所能完成的檢測對象特別廣泛。包括:把非光物理量轉(zhuǎn)換為光信號。再對帶有待測信息的光信號進(jìn)展光電檢測，實(shí)現(xiàn)對待測非光物理量的檢測。

各種幾何量如尺度、坐標(biāo)；各種機(jī)械量如重量、應(yīng)力、壓強(qiáng)、位移、速度、加速度、轉(zhuǎn)速、振動、流量，以及材料的硬度和強(qiáng)度等參量。光電探測系統(tǒng)的應(yīng)用激光雷達(dá)，測距，定位，夜視光通信，寬帶網(wǎng)DVD,VCD，數(shù)碼相機(jī)，公安交通監(jiān)測，森林防火報警醫(yī)學(xué)影像，微光電視航空、衛(wèi)星遙感，深海測量傅立葉光譜，天文干預(yù)光譜儀光電探測系統(tǒng)的構(gòu)成和原理1．防盜報警系統(tǒng)放大報警鑒別后處理透鏡探測器光電探測系統(tǒng)的構(gòu)成和原理2.紅外測溫系統(tǒng)光電探測系統(tǒng)的構(gòu)成和原理A/D計算機(jī)D/A打印譜圖白光探測器A/D計算機(jī)D/A打印譜圖白光A/D計算機(jī)D/A打印譜圖白光動鏡M2探測器A/D計算機(jī)D/A打印譜圖白光光源探測器A/D計算機(jī)D/A打印譜圖A/D計算機(jī)D/A打印譜圖固定鏡M1動鏡M2探測器樣品3.傅立葉變換光譜議光電探測系統(tǒng)的構(gòu)成和原理4.單脈沖激光測距雷達(dá)光電探測系統(tǒng)的構(gòu)成和原理5.紅外3D激光成像雷達(dá)光電探測系統(tǒng)的分類和應(yīng)用范圍光電系統(tǒng)光譜可見光光電系統(tǒng)紅外光電系統(tǒng)照明被動照明系統(tǒng)主動照明系統(tǒng)功能用途光學(xué)計量測試系統(tǒng)光電掌握系統(tǒng)搜尋、跟蹤、距離和方位的系統(tǒng)溫差分布、熱成像系統(tǒng)天文、醫(yī)學(xué)光電系統(tǒng)光電探測技術(shù)的進(jìn)展方向3、光電檢測系統(tǒng)的進(jìn)展：在不轉(zhuǎn)變被測物性質(zhì)的條件下，檢測非接觸化，遠(yuǎn)程化。多信息量：多光譜、多變量、多像素。集成化、自動化、“智能”化。1、“光子挑戰(zhàn)電子，電子聯(lián)盟光子”利用光子技術(shù)可望突破電子技術(shù)中規(guī)律門器件運(yùn)行速度的“瓶頸效應(yīng)”，可以大大提高信息處理的速度和擴(kuò)大信息傳輸?shù)娜萘俊?、光電子材料的爭論得到了快速進(jìn)展，特殊是半導(dǎo)體超晶格材料和量子阱構(gòu)造與器件的爭論進(jìn)展，使垂直腔面放射激光器得以實(shí)現(xiàn)。光子晶體半導(dǎo)體新型光子器件、有機(jī)聚合物光子晶體、光子晶體光纖和光子晶體光纖放大器均取得了肯定的進(jìn)展。光電探測器件向著高靈敏度和高性能方向進(jìn)展，其工作波長范圍也向紅外、紫外方向擴(kuò)展。第一章：光輻射物理其次章：光輻射探測器第三章：光輻射直接探測和外差探測第四章：光電信號的前置放大電路和濾波第五章：微弱信號檢測第六章：典型的光電信號檢測系統(tǒng)《光電子學(xué)》課程內(nèi)容一、光輻射的度量

1.輻射度量的根本物理量1〕輻射能量Q以電磁波的形式放射、傳輸或接收的能量2)輻射能密度ω

輻射場單位體積中的能量(J/m3)3〕輻射功率P單位時間內(nèi)放射傳輸接收的輻射能量(J)第一章光輻射物理根底(W)點(diǎn)源與擴(kuò)展源當(dāng)不使用光學(xué)系統(tǒng)時，相對觀測者輻射源的最大尺寸小于觀測距離十倍以內(nèi)時，一般都可稱為點(diǎn)輻射源，否則，即為擴(kuò)展源。當(dāng)使用光學(xué)系統(tǒng)時，布滿光學(xué)系統(tǒng)視場的輻射源作擴(kuò)展源處理，而未布滿視場的則算作點(diǎn)源。立體角：半徑為R的局部球面△A的邊緣各點(diǎn)對球心連線所包圍的空間△A'ΩOR4)輻出度M輻射源單位外表積向半球空間放射的功率

(W/m2)5)輻射強(qiáng)度I

點(diǎn)輻射源在某方向單位立體角的輻射功率(W/Sr)dA'dΩSn'qr6)輻射亮度L

擴(kuò)展源在某方向單位投影面積和單位立體角發(fā)射的輻射功率

(W/m2Sr)

7)輻射照度E入射到單位接收外表上的輻射功率

(W/m2)dAqdWrn光譜輻射度量和光子輻射度量

光譜輻射量指定波長四周單位波長間隔內(nèi)的輻射量，光子輻射量單位時間放射或接收的光量子數(shù)定義的各輻射量光度學(xué)：以“標(biāo)準(zhǔn)人眼”的視覺響應(yīng)對輻射量進(jìn)展度量人眼的視覺響應(yīng)存在生理、心理影響，光度學(xué)不是客觀標(biāo)準(zhǔn)1924年國際照明委員會，依據(jù)200多位觀看者的測定，給出平均人眼對可見光的平均靈敏度，稱為人眼視覺函數(shù)視覺函數(shù)〔光效函數(shù)〕V(λ)明視V(λ)，峰值波長555nm〔綠光〕，錐體細(xì)胞的強(qiáng)光反響暗視V’(λ)，峰值波長505nm，桿體細(xì)胞的弱光反響1.0400505555750l

/nmV(l)明視暗視2.光度量的根本物理量1〕光能量Q以電磁波的形式放射、傳輸或接收的能量〔只考慮可見光〕

2〕光能密度ω輻射場單位體積中的光能量流明

(lm)3〕光通量F單位時間內(nèi)放射、傳輸、接收的光能量光度量與輻射度量間的對應(yīng)關(guān)系在明視狀況下，波長λ＝0.555μm的V(λ)=1.，c=683Ｌｍ/Ｗ1W輻射功率=683Lm光通量。

對于λ＝0.555μm以外的光輻射1W輻射功率

=683·V(λ)Lm光通量4〕光出射度M面光源單位外表積向半球空間放射的光通量〔lm/m2)5〕光強(qiáng)度I點(diǎn)輻射源在某方向單位立體角的光通量(lm/Sr=cd)

坎德拉1Candela〔坎德拉〕＝1流明/單位立體角，在英制cd=燭光cd是光度學(xué)的根本單位，1979年國際計量大會通過決議：“cd是一光源在給定方向上的發(fā)光強(qiáng)度，該光源發(fā)出的頻率為540×1012Hz的單色輻射，且在此方向上的輻射強(qiáng)度為〔1/683〕W/sr”7〕光照度E入射到單位接收外表上的光通量〔lm/m2=lx)勒克斯6〕光亮度L擴(kuò)展源在某方向單位投影面積和單位立體角放射的光通量〔lm/m2Sr=nt〕〔尼特〕2.朗伯余弦定律與小面源輻射特性1〕朗伯余弦定律：輻射源〔反射體〕單位外表積向某一方向單位立體角放射〔或反射〕的輻射功率，與該方向與外表法線的余弦成正比2〕朗伯輻射源的輻射亮度3〕朗伯輻射源L與M的關(guān)系△Ωqn△AnΘdAdΩ△A4〕小面元