Transcript LED辐射强度空间分布及半值角的测量

LED辐射强度空间分布
及半值角的测量
一、实验目的
1. 了解LED发光的空间特性，了解半
值角的概念和它的意义；
2. 学会用CIE标准定量测量平均辐射
（发光）强度及半值角。
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二、实验原理
LED的能量空间分布，涉及到光度学和辐射度学两方面。
光功率：表示光源在单位时间内发射的光能量大小，用瓦
(W)作为单位。
辐射通量：发光二极管单位时间内发射的总电磁能量称为
辐射通量，它通常表示发光器件单位时间内在整个360o 空
间发射的能量，但有时也规定在一定角度范围内发射的辐
射通量。
如果辐射通量随波长而改变，发光器件在某个波长发射的
辐射通量称为单色辐射通量，可以写为由ФE(l)，单位为
W/nm，辐射通量可以表示为
E   E  l  d l
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辐射通量的概念适用于所有光谱段的光和辐射。在可见光
范围内，光源发射的光和辐射将引起人眼的视觉。
光通量：光源发射的辐射通量中能引起人眼视觉的那部分
量称作为 (ФV)，单位是流明(lm)。
人眼对不同波长的单色光有不同的灵敏度，其中对555nm
的单色光最灵敏，在这个波长上，1W辐射通量等于683lm。
与辐射通量类似，光通量通常指光源向整个空间在单位时
间内发射的能引起人眼视觉的辐射通量。
人眼对不同波长单色光的灵敏度已经由国际照明委员会总
结为人眼标准光度观测者光谱光效率函数V(l)，因此光通
量可以写为
780
V  683  E  l V  l  d l
380
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发光强度：光源在指定方向上的一个很小的立体角元dΩ内
所 包 含 的 光 通 量 dΦV 。 发 光 强 度 的 单 位 是 坎 德 拉
（candela），符号为cd。
发光强度的概念要求光源是一个点光源，或者要求光源的
尺寸和探测器的面积与光源离探测器的距离相比足够小
（这种要求被称为远场条件）。
平均发光强度：照射在与LED保持一定距离处的光探测器
上的通量ΦV与由探测器构成的立体角的比值。其中立体角
可将探测器的面积S除以测量距离d的平方计算得到：
I
V


V
S d2
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CIE平均LED发光强度测试标准条件
CIE推荐
LED顶端到
探测器的距
离d(mm)
立体角
平面角(全角)
应用
CIE标准条件A
316
0.001sr
2°
窄视角LED
CIE标准条件B
100
0.01sr
6.5°
一般LED
实际应用中，用得较多的是条件B，它适用于大多数低
亮度的LED光源，高亮度且发射角很小的LED光源可以
使用条件A。
半值角：等于最大光功率一半的两个位置间的夹角。
通常LED的发散角较大，为使出光能量集中，在其头部用
树脂加工成圆形，相当于凸透镜。我们对同种红光LED带
圆形树脂头的发光功率在水平平面的分布进行测试。
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三、实验步骤
1. 半值角测量：找到最大光功率Imax对应的转盘角度，以此
角度为基准，顺时针和逆时针旋转转台，找到半最大功率
位置的角度a1/2和a’1/2，则半值角为 a1/2+a’1/2 。
2. 辐射强度空间分布曲线测量：计算机采集信号并经软件
运算得到实际光功率和光强。以最大光功率为中心，记录
多组(I, a)，特别是半最大光功率对应的a1/2和a’1/2。仿照下
图由计算机画出LED发光强度的空间分布曲线。
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四、思考题
1. 参考光辐射的相关教材，了解辐射度量和光度量之间的
关系和区别，熟悉常用光度学物理量的意义。
2. 影响LED能量空间分布的因素有哪些，研究LED的能量
空间分布有何意义？
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