发光强度,简称光强,符号。发光强度表示某一个方向上单位立体角内辐射的光通量的大小,单位为坎德拉(cd),该单位是国际单位制中七大基本单位之一。

当光源发出频率为540×Hz的单色辐射,在给定方向上的辐射强度为1/683W/sr时,其发光强度为1cd。

发光强度对于计算点光源的光通量起着极为重要的作用。发光强度的单位确定后,其他光度量的单位就可以确定了。

光的本性

从本性上讲,光是一种电磁波光场中某点的光强指的是通过该点的平均能流密度。

球面度是一个立体角,其定点位于球心,而他在球面上所截取的面积等于以球的半径为边长的正方形面积。光源辐射是均匀时,则光强为 , Ω为立体角,单位为球面度(sr), F为光通量,单位是流明,对于点光源 。

发光强度是针对点光源而言的,或者发光体的大小与照射距离相比比较小的场合。

这个量是表明发光体在空间发射的汇聚能力的。可以说,发光强度就是描述了光源到底有多亮。

坎德拉的定义

1948年,第9届国际计量大会决定用一种绝对黑体辐射器作标准,给予发光强度以现在的命名:candela(简写为cd,坎德拉)。

1967年第13届国际计量大会定义:坎德拉为“在101,325 Pa的压强下,处于铂凝固点温度的黑体的平方米表面在垂直方向上的发光强度。

1979年第16届国际计量大会通过决议,废除上述定义,规定新定义为:

“坎德拉是发出540E12Hz 频率的光的单色辐射源在给定方向上的发光强度,该方向上的辐射强度为 。”

描述光通量的物理单位:流明和mcd没有直接的关系,就像亮度和流明不能换算一样,mcd相当于亮度指标,流明是光通量指标,投影面积大小不影响流明的值,但同样流明,面积大,亮度就小。

所以mcd要和发射角相关,才能和流明建立关系。

一个简单的算法,可以假设led灯的发光效率是一样的,那么流明和功率就挂钩了,功率大的,流明就大。

当前市场上的led灯,最高可达200流明/瓦。

光强是单位面积的功率流(通)量。它与光波传输的速度 v和电场幅度 E有关,即

;。

因此 光强的大小与光振动的电场幅度的平方和材料折射率的乘积成正比。

公式

光强的公式为:

式中,I表示光学中的光强,v表示光的频率,A为照射区域面积,N为时间间隔t内照到 A上的光子总数。

计算

发光体在给定方向上的发光强度是该发光体在该方向的立体角元dΩ内传输的光通量dΦ除以该立体角元所得之商,即单位立体角的光通量。其公式见右图:

其中,光强 I的单位为坎德拉(cd),。

单位

发光强度的单位为坎德拉,或candela(简写cd),其他单位还有mcd、烛光,支光等。

光强的测定

测定光强的仪器称为光度计,采用光电管将光能转化为电能后、测定光电流值可得到光强大小的相对值,通过校正即得到光强值,一般以W/cm²表示。需要注意的是,由于光电管所用的光电材料(即探头)的光谱灵敏区的限制,所测得的光强只是该光谱灵敏区范围内的值。例如北京师范大学光电仪器厂生产的UV-A和UV-B型光度计,有4种探头可供选择,其最大灵敏波长分别为254nm、297nm、365nm、420nm。

使用光度计测得光强后,就很容易求算得曝光量,因为在光强不随时间变化的情况下,曝光量等于光强和曝光时间的乘积(曝光量=光强X曝光时间)。但在光强不稳定的情况下,要像确切得到一定时间的曝光量,最好直接对曝光量进行测定,有专门的仪器测量曝光量.

参考资料

..2023-12-28

光强、光亮、光照、光通量之间的关系.电子产品世界.2021-09-24