1、第第章章 光辐射与发光源光辐射与发光源本本 章章 概概 述述 电磁波谱与光辐射 （1-1）掌握电磁波的性质和光辐射的特点 辐射度学与光度学基本知识 （1-2）理解七个辐射量和光度量的概念 热辐射基本定律 （1-3） 掌握三个定律和三个公式 激光原理 （1-4）掌握激光产生的物理机制 典型激光器 （1-5）了解几种常见激光器1. 3 热辐射基本定律热辐射基本定律热辐射热辐射: 任何任何0K以上温度的物体都会发射各种波长以上温度的物体都会发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到热激热激发发而发射电磁波的现象称为而发射电磁波的现象称为热辐射热辐射。
2、热辐射具有连续的辐射谱，辐射能按波长的分布主热辐射具有连续的辐射谱，辐射能按波长的分布主要要取决于物体的温度取决于物体的温度。 当辐射从外界入射到不透明的物体表面上时，一当辐射从外界入射到不透明的物体表面上时，一部分能量被部分能量被吸收吸收，另一部分能量从表面，另一部分能量从表面反射反射.（如果物体是透明的，则还有一部分能量透射）。（如果物体是透明的，则还有一部分能量透射）。1.单色单色吸收比与单色反射比吸收比与单色反射比 1. 3 热辐射基本定律热辐射基本定律对于不透明的物体，单色吸收比和单色反射比之对于不透明的物体，单色吸收比和单色反射比之和等于和等于1，即，即绝对黑体绝对黑体(简称黑体简
3、称黑体): 在任何温度、任何波长的辐在任何温度、任何波长的辐射能的吸收比都等于射能的吸收比都等于1:1)( T 单色吸收比单色吸收比 =被物体吸收的能量被物体吸收的能量/ /入射的能量入射的能量)(T 单色反射比单色反射比 =反射的能量反射的能量/ /入射的能量入射的能量 )(T )151(1)()( TT 1. 3 热辐射基本定律热辐射基本定律2. 基尔霍夫辐射定律基尔霍夫辐射定律(辐射能力辐射能力与与吸收能力吸收能力的关系的关系)在同样的温度下，各种不同物体对相同波长的在同样的温度下，各种不同物体对相同波长的单色辐射出射度单色辐射出射度Me 与单色吸收比与单色吸收比 e 的的比值都比值都相
4、等相等, 即即:表明表明：辐射能力越强的物体，其吸收能力也越强。：辐射能力越强的物体，其吸收能力也越强。)161()()()()()(2211 TMTTMTTMbeeeee (黑体黑体)1. 3 热辐射基本定律热辐射基本定律3. 普朗克公式普朗克公式)181()mW/cm(11)171()1(2)(2/51/522 TCTkhcbeeCehcTMB黑体处于温度黑体处于温度T时，在波长时，在波长 处的单色辐射出射度：处的单色辐射出射度：式中式中h为普朗克常数，为普朗克常数，c为真空中的光速，为真空中的光速，kB为波尔为波尔兹曼常数。兹曼常数。 第一辐射常数第一辐射常数第二辐射常数第二辐射常数cm
5、W10)000020. 0741832. 3(21221 hcC Km10)000045. 0438786. 1 (/42 BkhcC1918年年Planck获得诺贝尔物理学奖。获得诺贝尔物理学奖。 1. 3 热辐射基本定律热辐射基本定律不同温度条件不同温度条件T下黑体的单色辐射出射度下黑体的单色辐射出射度Me b- 曲线曲线: 01234560102030401000K1200K1400K1600K1800K2000K (m )单色 辐射 出射 度 Mvb(W/cm2m)1. 3 热辐射基本定律热辐射基本定律01234560102030401000K1200K1400K1600K1800K2
6、000K (m)单色 辐射 出射 度 Mvb(W/cm2m)黑体辐射特点：黑体辐射特点： 单峰结构单峰结构, 由由温度温度唯一确定单色辐射出唯一确定单色辐射出射度射度Me 的光谱分布的光谱分布和辐射出射度和辐射出射度Me (即即曲线下的面积曲线下的面积)。单色辐射出射度单色辐射出射度Me 和辐射出射度和辐射出射度Me均随温度的升高而增大：均随温度的升高而增大：Meb(T)= T4=(5.67 10-8)T4 (W/m2) (斯忒藩斯忒藩-玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律)单色辐射出射度的峰值随温度的升高向短波长方向移单色辐射出射度的峰值随温度的升高向短波长方向移动：动： mT=a=2897.9 mK(
7、维恩位移定律维恩位移定律),0eeMM d4. 瑞利瑞利-琼斯公式琼斯公式 2/51( )CTe bMTCe(1-21)当当 很小时，很小时， ，可得到适，可得到适合于短波长区的合于短波长区的维恩公式维恩公式TCTCee/221T5. 维恩公式维恩公式412( )e bCMTTC(1-20)TCeTC2/12T当当 很大时，很大时， ，可得到适合于长，可得到适合于长波长区的波长区的瑞利瑞利-琼斯公式琼斯公式(,)T 实验实验瑞利瑞利-琼斯琼斯维恩维恩T=1646k获得获得19111911年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖18961896年年, , 维恩根据经典热力学得出：维恩根据经典热力学得出：
8、19001900年年, , 瑞利和琼斯用能量均分定理瑞利和琼斯用能量均分定理和电磁理论和电磁理论( (驻波法驻波法) ) 得出：得出：获得获得19041904年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖1. 3 热辐射基本定律热辐射基本定律小结：小结：Planck公式公式0 维恩维恩公式公式 瑞利瑞利-琼斯琼斯公式公式Planck公式公式维恩维恩位移定律位移定律斯忒藩斯忒藩玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律0dd1. 3 热辐射基本定律热辐射基本定律4. 色温色温 为了表示一个热辐射光源所发出的光色性质，常为了表示一个热辐射光源所发出的光色性质，常用到色温这个量用到色温这个量，单位为，单位为K。色温度色温度是指在规
9、定两波长处具有与热辐射光源的是指在规定两波长处具有与热辐射光源的辐射比率相同的黑体的温度。辐射比率相同的黑体的温度。)()(3,2,3,2,TMTMMMebebee 例如例如: 规定两波长为规定两波长为2 和和3 , 若热辐射光源的若热辐射光源的辐射比辐射比: 则热辐射光源的色温为则热辐射光源的色温为T.1. 3 热辐射基本定律热辐射基本定律定性理解定性理解：如果热辐射体的光色与温度为如果热辐射体的光色与温度为T的黑体的黑体的光色相同或相近，则称该热辐射体的色温为的光色相同或相近，则称该热辐射体的色温为T。一般来说，色温高代表蓝、绿光成分多些，色温低一般来说，色温高代表蓝、绿光成分多些，色温低则表示橙、红光的成分多些。则表示橙、红光的成分多些。色温度并非热辐射光色温度并非热辐射光源本身的温度。源本身的温度。常见光源的色温：常见光源的色温：蜡烛蜡烛:1900K;日出、日落日出、日落:20003000K; 白炽灯白炽灯:2300-3000K;月光月光:4000K; 中午阳光中午阳光:5000-5400K ;日光灯日光灯:5500-6000K(气体放电灯气体放电灯: 2300-10000K ）；）；阴天阴天: 6800-9000K ;蓝天蓝天:19000-25000K 。T蓝蓝1. 3 热辐射基本定律热辐射基本定律课后思考题课后思考题
