辐射测量 Radiometry

2022-10-27 15:59:08 浏览:161

定义

测量电磁辐射特性的科学技术,包括光。

辐射测量是量化和测量电磁辐射基本特性的科学技术。这包括可见光、红外光和紫外线以及无线电波和X射线。与光度法相比,辐射的可见性及其感知亮度在该领域并不重要;一种是处理纯粹的物理量,不涉及人眼的特性。

辐射测量提供精确定义的数量作为进一步工作的基础。已经开发了各种辐射测量仪器来测量这些数量。

辐射量

辐射测量的发展导致了一个相当系统和明确定义的辐射量系统。为此,必须修订一些使用的术语及其确切定义。然而,较旧的术语和偏离的含义仍然很普遍,不仅在较早的文献中,而且因为许多主要从事光学和激光技术的专业人员,例如,而不是专门从事辐射测量,没有(或没有完全)采用建议的术语和定义。下表还列出了特别用于光学和激光技术的替代术语:

数量 象征 替代术语 单位 言论
辐射能 Qe 光能、脉冲能 焦耳 (J) 总辐射能量,例如光脉冲
辐射能量密度 we 光能量密度 J/m3 例如应用于黑体辐射
辐射通量 Φe 辐射功率、光功率 W = J/s 单位时间辐射能量
光谱通量 Φe,ν或Φe,λ 光功率光谱密度 W/Hz 或 W/nm 单位频率或波长的辐射通量
辐射强度 Ie,Ω   W/sr 每单位立体角的辐射通量
光谱强度 Ie,Ω,ν或Ie,Ω,λ   W sr−1 Hz−1 或 W sr−1 nm−1 单位频率或波长的辐射强度
光芒 Le,Ω 亮度(不推荐) W sr−1m−2 单位面积辐射通量和单位立体角
光谱辐射 Le,Ω,ν或Le,Ω,λ   W sr−1 m−2 Hz−1 或 W sr−1 m−2 nm−1 单位频率或波长的辐射度
辐射 Ee 通量密度 W/m2 表面上的接收辐射通量
光谱辐照度 Ee,ν或Ee,λ   W m−2 Hz−1 or W m−2 nm−1 单位频率或波长的辐照度
光能传递 Je   W/m2 每单位面积的辐射通量,离开表面(通过发射、反射或透射)
光谱光能传递 Je,ν或Je,λ   W m−2 Hz−1 或 W m−2 nm−1 单位频率或波长的光能传递
辐射出口 Me   W/m2 像光能传递,但只计算发射的辐射
光谱出射 Me,ν或Me,λ   W m−2 Hz−1 或 W m−2 nm−1 单位频率或波长的辐射出射率
辐射曝光 He   J/m2 每单位面积接收到的辐射能,等于时间积分辐照度
光谱曝光 He,ν或He,λ   J m−2 Hz−1 或 J m−2 nm−1 单位频率或波长的辐射暴露
半球发射率 ε     在相同温度下相对于黑体的辐射出口
半球形吸收率 A     表面上吸收的辐射通量分数
半球反射率 R     表面上反射辐射通量的比例
半球透射率 T     表面上透射辐射通量的比例
半球衰减系数 μ   m−1 每单位长度吸收或散射辐射通量的比例

其中许多量的下标“e”(经常被省略)表明它们指的是物理能量,而不是光度学中的视觉印象(“v”)。对于大多数辐射量,都有一个相关的光度量,例如辐射通量光通↔量、辐射强度发光强度、辐射↔亮度↔、辐照↔度照度等。

辐射量不仅可以应用于可见光,还可以应用于红外光、紫外线和其他光谱区域的辐射。

有一个相关的领域叫做Actinformy,它指的是光子数而不是能量。例如,使用光子通量单位m−2 s1 ,其中辐射测量处理以 W/m 为单位的辐射通量W/m2 = J m−2 s−1 

谱和积分量

其中一些量是光谱量,指的是某个单位频率或波长间隔。它们的符号在下标中包含“ν”或“λ”。通过分别对所有光学频率或波长进行积分,可以获得相应的积分量。例如,辐射强度等于频率或波长积分光谱辐射强度。

有关更多详细信息,请参阅有关光谱量的文章。

与立体角相关的量

还有各种数量,例如我e,Ω其中指单位立体角,并且它们在所有立体角上的积分(通常仅在半球形区域,即总立体角为 2π)上得到相应的积分量。请注意,在积分中涉及像 cos θ 这样的因子。

对于某些列出的量,例如半球形吸收量,相应的光谱量或角度分辨量未在上表中列出;它们以完全相似的方式定义。

辐射仪器

各种类型的仪器可用于测量辐射量:

  • 光功率计可用于测量辐射通量,例如由激光产生的光通量,以及用于测量辐射能量的光能计。
  • 对于高度发散的光线,此类设备通常无法使用。在这里,可能需要将积分球与合适的探测器结合使用,例如辐射热计或热释电探测器。
  • 光电二极管可用于测量辐照度,如果它针对某些准单色光的波长进行校准,并且其有效面积足够小以达到所需的空间分辨率。辐照度是辐射通量除以有效面积。为了以高空间分辨率测量较大区域的辐照度,可以使用一种图像传感器。

相关量(例如光源的辐射度)通常根据其他测量值计算,例如根据距光源一定距离的位置的辐照度计算。

术语辐射计可以理解为指任何测量辐射量的仪器。然而,它最常见于测量不可见辐射量的仪器。

光检测和表征

作          者: 泮桥成像光电商城

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