(基础篇)光学学课学光学光学课光学课光学光学课学绪论辐射度学是一门研究电磁辐射能测量的科学。辐射度学的基本概念和定律适用整个电磁波段的辐射测量，但对于电磁辐射的不同频段，由于其特殊性，又往往有不同的测量手段和方法。本书主要限于阐述电磁辐光学谱段内辐射能的计算与测量。光学谱段一般是指包括从波长为0.1nm左右的x射线到哟0.1cm的极远红外的范围（图0-1）。波长小于0.lm是y射线，波长大于0.1cm则属于微波和无线电波。在光学谱段内，可按照波长分为x射线、远紫外、近紫外、可见光、近红外、短波红外、中波红外、长波红外和远红外。可见光谱段，即辐射能对人眼能产生目视刺激而形成光亮感和色感的谱段，一般是指波长从0.38-0.76um。光学谱段可见光微波y射线红外EHF SHF UHF VHF HF MF LF VLF10m1m100km100图0-1电磁频谱使人眼产生总的目视刺激的度量是光度学的研究范畴。光度学除了包括光辐射能的客观度量外，还应考虑人眼视觉的生理和感觉印象等心理因素。就光度量作为物理量度量来说，可认为光度量是用具有“标准人眼”视觉响应的探测器对辐射能的度量。但仅仅把光度测量局限在“物理量的度量”这一点是不够的，人眼的生理、心理因素常常对光度测量有着很大的影响。使人眼产生色感刺激的度量是色度学的研究范畴，研究人眼辨认物体的明亮程度、颜色类别和颜色的纯洁度（明度、色调、饱和度），是一门以光学、光化学、视觉生理和视觉心理等学科为基础的综合性科学，也是一门以大量实验为基础的实验性科学，解决对颜色的定量描述和测量问题。辐射度学和光度学系统的研究可认为是从18世纪中期研究光辐谢的目视效应开始。法国的Bougu©r在1727年提出光度学的概念，为光度学的实践奠定了基础。1760年Lamber提出了光度学的基本定律，如照明可加性定律，照度的平方反比定律，余弦定律等。光度学的发展是与当时照明光源的进步密切相关的。光源由蜡烛、戊烷气灯到1879年Eds发明的白炽灯，积极推动了光度学的发展。光度基准也由火焰灯发展到Violle提出的用凝固温度时的铂作为光强度的基准，并为1889年国际电工会议所采纳。在这期间，Hershel在1800年测量太阳光通过棱镜色散在不同光谱位置上目视和液体温长的效应而发现了红外辐射，次年Ritr发现了紫外辐射，这样，辐射度学的研究领域逐步扩大。19世纪上半叶制造出第一个热电偶，并用于测量辐谢热。Becguerel发现了光伏效应。I9世纪中叶，Kirchhoff和Stewart提出了黑体的概念。直到1900年，在大量实验和理论分析的基础上，才由Planck导出了描述黑体辐射能量和光谱分布的物理定律。此后，随着温度测量精度的提高，普朗克常数和玻尔兹曼Boltzma-nn)常数已可准确地求到仅有1%的误差了。除了普朗克定律和量子理论这两个辐射度学对物理学最基本的贡献外，在19世纪的后20年，Langley研制了辐射热计，开始研究大气辐谢。当时热电偶的响应度也大大地提高，Angstrom于1893年做出了第一台标准探测计一电标定辐射热计。许多科学家用它来测量黑体总辐谢能和温度的关系。20世纪初，辐射度学和光度学在许多科学研究和应用领域，如分子物理、光谱化学分析、视觉、照明等，得到了广泛的应用，使其明显地从物理学中分支出来。当时气体放电灯、充气白炽灯等相继问世，白炽灯在1914年也已用作辐照度标准光源。1920年在光度学中已使用具有一定色温的标准灯。此后，人眼明视觉光谱光视效率和色度系统都有了国际标准。20世纪中期，光电探测器开始应用到光辐射探测：开始研究光辐射在吸收、散射介质中的传输。辐射度学在大气物理，红外、紫外分光光度测量，色度的质量检查中都有广泛的应用。色度学最早开创于牛顿的颜色环概念。19世纪，Grassmann、Maxwell、Helmholtz等对色度学的发展作出了巨大的贡献。Guild、.Judd、Macadam、Stiles、Wright和Wyszecki等科学家的研究莫定了现代色度学基础。从1931年建立国际照明委员会CE色度学系统建立以来，色度学在工业、农业、科学技术和文化事业等部门获得广泛的应用，指导着彩色电视、彩色摄影、彩色印刷、染料、纺织、造纸、交通信号和照明技术的发展和应用。近年来辐射度学、光度学和色度学的发展特别迅速。光源的种类日新月异地发展着，其发光效率与颜色得到了很大的改善，光辐射探测器品种大大增加，性能显著提高，各种测试方法、技术以及仪器不断提出并得到实现，使辐射度量和光度量物理测量的精确度大为提高，应用领域也不断扩展。在信息技术飞速发展的今天，辐射度量、光度量以及色度量的评价和测量已成为光电信息获取的基础，因此，光电技术不论是军事领域，还是在空间技术、医学和生命科学、工业和农业等领域均具有重要的地位，获得了广泛的应用，同时这些应用也对学科的发展不断提出新的课题，大大促进有关的研究以及在测量技术、设备、方法上的进步。我国在辐射度学、光度学以及色度学的理论和计量技术方面已取得了显著的成绩，国家和国防计量部门已建立了光通量、光强度、照度、亮度、色度等一系列标准，在一些研究所、大学和企业均有相关的专业实验室正在进行专门的研究。有关的标准以及计量和测量手段己达到/接近国际水平，很多方面己实现了与国际标准的接轨。更为重要的是，随着信息技术的发展，与信息化改造机械化的步伐不断加大，国防、工业、医学等领域的技术进步迫切需要有关测试和计量技术的进步，推动了我国辐射度/光度以及色度计量的标准化，提高计量的精确性以及计量对科学研究、生产的监督等起到越来越大的作用，同时，社会需求也为企业和个人的发展提供了广泛的空间和舞台。在这种背景下，学习和掌握辐射度学、光度学以及色度学的理论和有关测量技术更显重要和迫切。