辐射度与光度学基础知识
1.1 光的基本性质
牛顿——微粒说 根据光直线传播现象，对反射和折射做了解释 不能解释较为复杂的光现象：干涉、衍射和偏振
波动理论 惠更斯、杨氏和费涅耳等 1690年 解释光的干涉和衍射现象 法拉第猜测光与电磁的存在一定关系 麦克斯韦电磁理论：光是一种电磁波
1.1 光的基本性质
Eb
c15
ec2 (T) 1
m T2.897 1 6 0 3m K
图1-4 普朗克定律图示
1.4 黑体辐射
（2）斯忒藩—玻尔兹曼定律
E b0 E bd0 ec2c(1 T )51dT4
式中，σ= 5.67×10-12 w/(cm2K4)，是Stefan-Boltzmann常数。
黑体辐射函数 ✓黑体在波长λ1和λ2区 段内所发射的辐射度， 如图1-5所示。
•晴天阳光直射地面照度约为100000lx •晴天背阴处照度约为10000lx •晴天室内北窗附近照度约为2000lx •晴天室内中央照度约为200lx •晴天室内角落照度约为20lx •阴天室外50—500lx •阴天室内5—50lx •月光（满月）2500lx •日光灯5000lx •电视机荧光屏100lx •阅读书刊时所需的照度50~60lx •在40W白炽灯下1m远处的照度约为30lx •晴朗月夜照度约为0.2lx •黑夜0.001lx
1.2 辐射度的基本物理量
S dΩ
d Φe
图1-1 点辐射源的辐射强度
若点辐射源是各向同性的，即其辐射强度在所有方向 上都相同，则该辐射源在有限立体角内发射的辐射通 量为Φe=Ie ×Ω；
在空间所有方向上发射的辐射通量为Φe=Ie ×4π
1.2 辐射度的基本物理量
辐射出射度Ｍe 扩展辐射源单位面积所辐射的通量（也称辐射本领）。
黑体模型
图1-3 黑体模型
1.4 黑体辐射
既然现实世界不存在这种理想的黑体，那么用什么来 刻画这种差异呢?
对任一波长，定义发射率为该波长的一个微小波长间 隔内，真实物体的辐射能量与同温下的黑体的辐射能量 之比。
显然发射率为介于0与1之间的正数，一般发射率依赖 于物质特性、 环境因素及观测条件。如果发射率与 波长无关，那么可把物体叫作灰体(grey body)， 否 则叫选择性辐射体。
光量子说 1900年普朗克在研究黑体辐射时，提出辐射的 量子论。 1905年，爱因斯坦在解释光电发射现象时提出 光量子的概念。 ✓光子的能量与光的频率成正比 ✓光具有波粒二象性
1.2 辐射度的基本物理量
辐射能Qe 一种以电磁波形式发射、传播或接收的能量。单位：焦 耳[J] 辐射通量Φe 单位时间内通过一定面积发射、传播或接收的能量，又 称辐射功率Pe，是辐射能的时间变化率。单位：瓦［Ｗ］ 辐射强度Ｉe 点辐射源在给定方向上通过单位立体角内的辐射通量。 单位：瓦每球面度［W/Sr］
量。 单位： ［W/μm］
Φe（λ）
Φe(λ)=d Φe / d λ
图1-2 光谱辐射通量与波长关系 0
λ λ +d λ
基本辐射度量的名称、符号和定义方程
1.3 光度量的基本物理量
发光强度Iv 发出波长为555nm的单色辐射，在给定方向上的辐 射强度为1/683（Wsr-1）时，在该方向上的发光强度 规定为1cd。单位：坎德拉（Candela）［cd］，它是 国际单位制中七个基本单位之一。
例：太阳可以看成黑体，地球上测出其峰值波长 为 m=5100Å，则其表面温度和辐出度为多少？
Tm b
b 2.898103
T m 51001010 5700(K )
M 0(T ) T 4 5.67 108 (5700)4
6.00107 w / m2
1.4 黑体辐射
黑体炉优点：
1、温度范围广：- 80 ～ 1600℃， 发射率优于0.995； 2、实用性强：主要用于校准、检 定辐射温度计、红外测温、红外热 像仪和辐射温度传感器、探测器等； 3、可溯源性：外部配备标准铂电阻（或热电偶）及独立的显示 表做为标准器显示黑体腔内实际温度值，这样只需将标准铂电 阻（或热电偶）送上级计量部门检定，这将最大限度的减少了 溯源传递过程中所造成的不确定度，不需将整台仪器送检，方 便工作； 4、体积小巧，便于携带。
光通量Φv 光强度为1cd的均匀点光源在1sr内发出的光通量。 单位：流明［lm］。 光照度Ev 单位面积所接受入射光的量 ，单位：勒克斯 lx，相 当于 1平方米面积上接受到1个流明的光通量。
1.3 光度量的基本物理量
结论
光度量和辐射度量的定义及表达式是一一对应的。 辐射度量下标为e，例如Qe，Φe，Ie，Me，Ee，光 度量下标为v，Qv，Φv，Iv，Lv，Mv，Ev。 光度量只在可见光区（３８０－７８０nm)才有意 义。 辐射度量和光度量都是波长的函数。
图1-5 特定波长区段内的黑体辐射
1.4 黑体辐射
（3）维恩位移定律 峰值光谱辐射出度Me,s, λm所对应的波长λm与绝对温 度T的关系。
m28/T 9(8 m )
M e ,s , m 1 .3 T 5 0 1 1 9 ( W 0 5 c 2 .m m 1 .K 5 )
1.4 黑体辐射
1.4 黑体辐射
黑体辐射（black-body radiation） 什么是黑体？ （1）在任何条件下，完全吸收任何波长的外来辐射而 无任何反射的物体 （2）吸收比为1的物体 （3）在任何温度下，对入射的任何波长的辐射全部吸 收的物体
1.4 黑体辐射
1.黑体概念 黑体：是指能吸收投 入到其面上的所有热辐 射能的物体，是一种科 学假想的物体，现实生 活中是不存在的。但却 可以人工制造出近似的 人工黑体。
单位：［W/m2］
辐射照度 Ee 投射在单位面积上的辐射通量。单位:［W/m2］
注意：辐射出射度和辐射照度的表达式和单位完全相同， 其区别在于前者描述面辐射源向外发射的辐射特性，而 后者描述辐射接收面所接收的辐射特性。
1.2 辐射度的基本物理量
辐射亮度Ｌe 辐射表面定向发射的辐射强度。单位:［W/m2．Sr］ 光谱辐射通量Φe（λ） 辐射通量的光谱密度，即单位波长间隔内的辐射通

1.4 黑体辐射
2.黑体辐射的三个基本定律 （1）普朗克辐射定律
式中，λ— 波长，m ； T — 黑体温度，K ；
c1 — 第一辐射常数，3.742×10-16 Wm2； c2 — 第二辐射常数，1.4388×10-2 WK；
图1-4是根据上式描绘的黑体光谱 辐射度与波长和温度的变化关系。 λm与T 的关系由Wien位移定律给 出，