Transcript 第五讲光

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
South China Normal University
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。
South China Normal University
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
South China Normal University
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
South China Normal University
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
South China Normal University
2、光的产生：热辐射、发光
(2) 发光
强 度
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。
E
D
C
B
A
思考：为什么物理呈现黑色绿色？
400
500
600
波长 (nm)
South China Normal University
3、光度学：光的性能、质量、效能
(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
350 400 450 500 550 600 650
发光波长(nm)
South China Normal University
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
470nm:0.091
520nm:0.710
600nm:0.631
640nm:0.175
紫
蓝
绿
黄
红
South China Normal University
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
South China Normal University
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
South China Normal University
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。
South China Normal University
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]
South China Normal University