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光的产生 : 热辐射、发光

光、光度学和色度学. 光的本质. 光的产生 : 热辐射、发光. 光度学：光的性能、质量、效能. 色度学. 光学常数. 1 、光的本质. (1) 光的波动性. 电磁波、干涉、衍射； 光在真空中的速度： c =λυ(λ ：波长， υ ：频率 ) ； 光在真空中传播速度： 3×108 米 / 秒 光在介质中的速度： v= c/n ； n: 介质的折射率（水： 1.33, 玻璃： 1.5 ） 光的强度（平均能流密度） I∝DA 2 A ：振幅， D ：系数。. 1 、光的本质. (2) 光的粒子性.

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光的产生 : 热辐射、发光

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Presentation Transcript

  1. 光、光度学和色度学 • 光的本质 • 光的产生: 热辐射、发光 • 光度学：光的性能、质量、效能 • 色度学 • 光学常数

  2. 1、光的本质 (1) 光的波动性 • 电磁波、干涉、衍射； • 光在真空中的速度：c =λυ(λ：波长，υ：频率)； • 光在真空中传播速度： 3×108米/秒 • 光在介质中的速度：v= c/n； • n:介质的折射率（水：1.33, 玻璃：1.5） • 光的强度（平均能流密度）I∝DA2 A：振幅，D：系数。

  3. 1、光的本质 (2) 光的粒子性 光电效应：入射光高于一定频率，才能发射光电子。光电子的动能与入射光强度无关，与频率有关。 光是由光子组成，光以光子形式一份份的传输的； 光子是光的最小能量单位 E= hυ，单位：电子伏特（eV）；υ：频率，h：普朗克常数 6.626x10-34J·s；4.14x10-15 eV·s； λ=c/υ=hc/E=1240/E（nm）=1.24/E (µm) 例：光子能量为 2.7eV时，发光波长：459nm

  4. 1、光的本质 (3) 可见光范围 紫：380nm-455nm 蓝：455nm-492nm 绿: 493nm-577nm 黄：577nm-597nm 橙：598nm-622nm 红：623nm-770nm 红外光: 波长长于760nm 紫外光: 波长短于380nm X光：波长介于10nm-0.1nm 宇宙射线：波长短于 10-4nm

  5. 2、光的产生：热辐射、发光 (1) 热辐射 • 物质在高温下辐射 出热能。如白炽灯、 铸造铁块、石墨。 • 黑体：某一温度下， 所有波长上为最大温 度辐射的物体。 称为黑体辐射。 • 光源：光强、色温

  6. 2、光的产生：热辐射、发光 E D 强 度 C B A 400 500 600 波长 (nm) (2) 发光 • 发光：物体依靠除温度以外的原因发出光的现象。 （一般指可见光）； • 生物发光：萤火虫、海洋生物等； • 化学发光：由于物质发生化学反应产生的发光； • 光致发光：由可见光、紫外线等激发引起的发光，例如荧光灯，发光光谱； • 电致发光：发光二极管、激光器等。 • 思考：为什么物理呈现黑色绿色？

  7. 3、光度学：光的性能、质量、效能 350 400 450 500 550 600 650 发光波长(nm) (1) 发光器件的光谱分布 • 发光器件的光谱分布:发光器件的辐射能量随波长 而变化的情况。 • 辐射功率： • p(λ)=∫pλdλ • 单位：瓦，毫瓦

  8. 3、光度学：光的性能、质量、效能 (2) 视见函数 视见函数：人眼响应随波长变化的函数关系。只能感受380nm-760nm的可见光。 • 明视觉：555nm，暗视觉：510nm。 • 视见度：Kλ：一定波长的光每瓦辐射功率可以产生多少流明的光通量。单位lm/W • K(550nm)=680lm/W=Km • Kλ= Km*Vλ，相对视见度 Vλ= Kλ/ Km 380nm：0.00004 紫 470nm:0.091 蓝 520nm:0.710 绿 600nm:0.631 黄 640nm:0.175 红

  9. 3、光度学：光的性能、质量、效能 (3) 光度量及单位 光通亮F：流明（lm） Fλ= Kλpλ= Km Vλpλ F= Km∫Vλpλdλ 日光灯：80lm/W 白炽灯：25lm/W 发光强度： 光源在单位立体角内所发出的光通亮。坎德拉（cd）：一单位立体角内发出一流明的光为1cd。 I=dF/dω 点光源： F=4πI 芯片：mcd， LED：cd

  10. 4、色度学 (1)三原色理论 三原色理论：任意颜色的光都是由红、绿、蓝三色合成。 红+绿+蓝=白 红+蓝=紫 红+绿=黄 C=XR+YG+ZB 归一化： x=X/（X+Y+Z） y=Y/（X+Y+Z） z=Z/（X+Y+Z） x+ y+ z=1 三色系数

  11. 4、色度学 (2)三原色标准 • 三原色标准：X、Y、Z的光谱分布曲线，590nm: X=1.0263; Y=0.7570; Z=0.0011 • x=0.5752; • y= 0.4242; • z= 0.0006 • 标准白色：x,y,z均为1/3 • 色纯度：标准白色为点W，光源在CIE图中的坐标为F，自W向F作一直线，与单色光轴交于G，距离WF与WG的比为色纯度，PF=WF/WG • 主波长：点G对应的波长。

  12. 5、光学常数 • 光的反射、光的折射 • 吸收系数：α • I= I0e-αx 吸收系数可实验测得。 • I=I0exp（-2 ωkx/c） • ω：角频率 2πc/λ α=-2ωk/c=4πk/λ • k= αλ/4π; 消光系数：k，可根据吸收系数计算得到。 复折射率N =n+ik。 • n：普通折射率， • k：消光系数，决定光的衰减，与α有关 。 • 反射系数：R，反射光强度/入射光强度。光线垂直入射时，有： R= [(n-1)2+k2]/[(n+1)2+k2]

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