辐射度光度色度第六章(辐射测量基本仪)

1、辐射度、光度与色度辐射度、光度与色度及其测量及其测量廖宁放廖宁放 吴文敏吴文敏颜色科学与工程国家专业实验室颜色科学与工程国家专业实验室仪器与实验篇仪器与实验篇内内 容容 提提 要要第第7 7章章 光辐射测量系统的性能及其测量光辐射测量系统的性能及其测量(2(2h)h) 第第8章章 光度量的测量光度量的测量(4(4h)h) 第第9章章 辐射度量的测量辐射度量的测量 (2h)第第6章章 辐射测量的基本仪器辐射测量的基本仪器( (4h)4h) 第第11章章 辐射度、光度与色度的应用辐射度、光度与色度的应用 第第10章章 色度的测量及其仪器色度的测量及其仪器(8(8h)h) 第六章第六章 辐射测量的基

2、本仪器辐射测量的基本仪器6.1 6.1 光度导轨光度导轨 6.2 6.2 积分球积分球6.3 6.3 单色仪单色仪 6.4 6.4 分光光度计和光谱辐射计分光光度计和光谱辐射计预备知识光度量预备知识光度量预备知识预备知识预备知识辐射度量预备知识辐射度量6.1 光度导轨光度导轨第第6章章本节要点本节要点光度导轨的用途光度导轨的用途? ?6.1 光度导轨光度导轨第第6章章在光度导轨上用在光度导轨上用标准标准光源来标定光源来标定待测光源待测光源、探测器探测器和和光辐射测量系统光辐射测量系统第第6章章6.1 光度导轨光度导轨目视光度计目视光度计6.2 6.2 积分球积分球第第6章章本节要点本节要点积分

3、球的用途？积分球的用途？积分球内壁积分球内壁(或开口处或开口处)的辐射照度与什么参数有关的辐射照度与什么参数有关?照度计算公式照度计算公式E? ?6.2 6.2 积分球积分球和光源、探测器装在一起，作为和光源、探测器装在一起，作为理想漫射光源理想漫射光源和和匀光器匀光器，广泛地用于光辐射测量中，广泛地用于光辐射测量中 第第6章章6.2 6.2 积分球积分球 第第6章章总辐照度总辐照度6.2 6.2 积分球积分球 第第6章章6.2 6.2 积分球积分球 第第6章章6.2 6.2 积分球积分球 第第6章章6.2 6.2 积分球积分球 第第6章章6.3 单色仪单色仪第第6章章本节要点本节要点什么是单

4、色仪什么是单色仪Monochromator /Monochrometer ? 什么是光谱仪什么是光谱仪spectrometer或摄谱仪或摄谱仪spectrograph ? 二者的关系二者的关系? (多色仪多色仪polychromator )单色仪的基本原理？单色仪的基本原理？单色仪的用途？单色仪的用途？单色仪的分类？单色仪的分类？单色仪的性能单色仪的性能: 角色散角色散?线色散线色散?光谱分辨率光谱分辨率?棱镜单色仪的光路结构？棱镜单色仪的光路结构？棱镜单色仪的棱镜单色仪的最小偏向角？最小偏向角？6.3 单色仪单色仪第第6章章本节要点本节要点光栅单色仪的光路结构？光栅单色仪的光路结构？光栅常数

5、光栅常数:b?定向光栅定向光栅或或闪耀光栅闪耀光栅?光栅单色仪的光谱重叠光栅单色仪的光谱重叠?光栅单色仪的自由光谱范围的计算光栅单色仪的自由光谱范围的计算?单色仪的谱线弯曲现象单色仪的谱线弯曲现象?6.3 单色仪单色仪第第6章章定义定义将具有将具有宽谱段宽谱段辐射的光源分成一系列辐射的光源分成一系列谱线很窄谱线很窄的单色光的单色光 用途用途既可作为一个可调波长的既可作为一个可调波长的单色光源单色光源，也可作为，也可作为分光器构建光谱仪分光器构建光谱仪原理原理单色仪是利用色散元件单色仪是利用色散元件( (棱镜、光栅等棱镜、光栅等) )对不同波长的光对不同波长的光具有不同色散角的原理，将光辐射能的

6、光谱在空间分开具有不同色散角的原理，将光辐射能的光谱在空间分开 分类分类棱镜、光栅、窄带滤色片、傅立叶变换干涉仪棱镜、光栅、窄带滤色片、傅立叶变换干涉仪6.3 单色仪单色仪( (光谱仪光谱仪) )第第6章章FFT-10-50510光程差 mm干涉图干涉图500550600650700750800波长 nm光谱光谱X1X2X = X1 - X2CCDFourier SpectroscopyJean Baptiste Joseph Fourier (1768 - 1830)强度6.3 单色仪单色仪第第6章章6.3.1 6.3.1 棱镜单色仪棱镜单色仪6.3 单色仪单色仪第第6章章单色仪中棱镜以单色

7、仪中棱镜以最小偏向角最小偏向角状态工作状态工作. .最小偏向角最小偏向角:即即由入射狭缝出来的单色光入射到棱镜与由棱镜射出的由入射狭缝出来的单色光入射到棱镜与由棱镜射出的光与棱镜两棱边具有相同光与棱镜两棱边具有相同( (或近似相同或近似相同) )的夹角的夹角 6.3.1 6.3.1 棱镜单色仪棱镜单色仪6.3 单色仪单色仪第第6章章6.3.1 6.3.1 棱镜单色仪材料棱镜单色仪材料6.3 单色仪单色仪 6.3.1 6.3.1 棱镜单色仪材料棱镜单色仪材料第第6章章6.3 单色仪单色仪6.3.1 6.3.1 棱镜单色仪光路棱镜单色仪光路第第6章章单色仪中棱镜以单色仪中棱镜以最小偏向角最小偏向角

8、状态工作状态工作 6.3 单色仪单色仪6.3.1 6.3.1 棱镜单色仪棱镜单色仪第第6章章6.3 单色仪单色仪6.3.1 6.3.1 棱镜单色仪棱镜单色仪第第6章章根据方孔衍射极限角分辨率根据方孔衍射极限角分辨率d d = = / /a0，则棱镜的则棱镜的最大理论分辨率最大理论分辨率由于物镜有一定的像差以及要得到一定出射光能量，狭缝需要有一定的宽度，由于物镜有一定的像差以及要得到一定出射光能量，狭缝需要有一定的宽度，加上杂散光等的影响，实际单色仪的分辨率比加上杂散光等的影响，实际单色仪的分辨率比R Rmaxmax小小。 6.3 单色仪单色仪6.3.1 6.3.1 棱镜单色仪棱镜单色仪第第6章

9、章要获得最大分辨率，使谱线有满意的辐照度，要获得最大分辨率，使谱线有满意的辐照度，入射缝宽入射缝宽应使谱线如图应使谱线如图6-13(6-13(c)c)要获得最大的光谱分辨率和较大的辐照度，应使出射狭缝宽等于入射狭缝宽的要获得最大的光谱分辨率和较大的辐照度，应使出射狭缝宽等于入射狭缝宽的像像 入射缝宽入射缝宽增加增加入射缝宽入射缝宽减小减小两条相邻谱线两条相邻谱线6.3 单色仪单色仪6.3.1 6.3.1 棱镜单色仪棱镜单色仪第第6章章6.3 单色仪单色仪6.3.2 6.3.2 光栅单色仪光栅单色仪第第6章章光栅特点光栅特点1.条纹密度很大，使谱线分开。条纹密度很大，使谱线分开。2.条纹数目很多

10、，使谱线很细。条纹数目很多，使谱线很细。6.3.2 6.3.2 光栅单色仪光栅单色仪第第6章章光栅方程（反射式、非零度角入射）光栅方程（反射式、非零度角入射）6.3.2 6.3.2 光栅单色仪光栅单色仪第第6章章光栅常数光栅常数:b(间距间距)单位毫米刻线数量（密度）单位毫米刻线数量（密度）:n总刻线数量总刻线数量:N光束口径：光束口径：a0=b总刻线数量总刻线数量cosd =/a0R= /d （ d /d ）a06.3 单色仪单色仪6.3.2 6.3.2 光栅单色仪光栅单色仪第第6章章光谱重叠现象！光谱重叠现象！中央零级产生在中央零级产生在P1-P2=0处，此时各色光重叠在一起，不能被利用处

11、，此时各色光重叠在一起，不能被利用 6.3 单色仪单色仪6.3.2 6.3.2 光栅单色仪光栅单色仪如果对应某一波长，使i= (列德洛自准直式安装)，且使i0，则(6-16)式 d /d=m/b第第6章章注意，N=总刻线数，a0=N b cos6.3 单色仪单色仪6.3.2 6.3.2 光栅单色仪光栅单色仪第第6章章定向光栅、闪耀光栅、炫耀光栅定向光栅、闪耀光栅、炫耀光栅入射、出射光线同处于入射、出射光线同处于法线一侧，取正号法线一侧，取正号6.3 单色仪单色仪6.3.2 6.3.2 光栅单色仪光栅单色仪第第6章章适当选择炫耀角适当选择炫耀角 ，可以使当，可以使当sini-sin sini-s

12、in =0时，时，(6-20)式不为式不为零，波长为零，波长为 的光能都集中在第的光能都集中在第m级光谱上，且由于级光谱上，且由于b近似等于近似等于s，其它级光谱的能量相当少其它级光谱的能量相当少(图图6-19)。与炫耀角。与炫耀角 对应的在对应的在m级级光谱能量有最大值的波长称为炫耀波长，记为光谱能量有最大值的波长称为炫耀波长，记为 B 6.3 单色仪单色仪6.3.2 6.3.2 光栅单色仪光栅单色仪第第6章章6.3 单色仪单色仪6.3.2 6.3.2 光栅单色仪光栅单色仪第第6章章6.3 单色仪单色仪6.3.2 6.3.2 光栅单色仪光栅单色仪第第6章章6.3 单色仪单色仪6.3.2 6.

13、3.2 光栅单色仪光栅单色仪第第6章章6.3 单色仪单色仪6.3.2 6.3.2 光栅单色仪光栅单色仪第第6章章6.3.3 6.3.3 使用单色仪问题使用单色仪问题 第第6章章 入射狭缝像的弯曲（谱线弯曲入射狭缝像的弯曲（谱线弯曲),),弯曲方向如图弯曲方向如图 杂散光的影响杂散光的影响 波长的标定波长的标定主截面主截面棱镜光谱棱镜光谱光栅光谱光栅光谱6.4 6.4 分光光度计和光谱辐射计分光光度计和光谱辐射计 第第6章章(1)(1)分光光度计的组成结构分光光度计的组成结构? ?用途用途? ?(2) 光谱辐射计的组成结构光谱辐射计的组成结构?用途用途?6.4 6.4 分光光度计和光谱辐射计分光

14、光度计和光谱辐射计第第6章章分光光度计分光光度计: : 主要用于测量材料主要用于测量材料( (反射体反射体/ /透射体透射体) )光谱反射比或光谱透射比光谱反射比或光谱透射比的仪器的仪器.光谱辐射计光谱辐射计:主要主要测量光源测量光源( (自发光体自发光体) )光谱辐射度光谱辐射度量的仪器量的仪器. .它们通常由比较光路、单色仪和探测它们通常由比较光路、单色仪和探测/ /显示系统组成显示系统组成分光光度计分光光度计第第10章章分光辐射计分光辐射计第第10章章分光光度计分光光度计 单光路单光路: 双光束法双光束法:分光光度计分光光度计第第10章章 第第6章章6.4 6.4 分光光度计和光谱辐射计

15、分光光度计和光谱辐射计 6.4 6.4 分光光度计和光谱辐射计分光光度计和光谱辐射计 第第6章章6.5 傅里叶变换光谱辐射计或分光光度计傅里叶变换光谱辐射计或分光光度计要要 点点(1)(1)傅里叶变换傅里叶变换(FFT)干涉光谱仪的性能优势干涉光谱仪的性能优势?(2)(2)傅里叶变换傅里叶变换(FFT)干涉光谱仪的光路结构？干涉光谱仪的光路结构？第第7章章6.5 傅里叶变换光谱辐射计或傅里叶变换光谱辐射计或分光光度计分光光度计傅里叶变换傅里叶变换(FFT)干涉光谱仪的光路结构干涉光谱仪的光路结构第第7章章FFTFFT6.5 傅里叶变换光谱辐射计傅里叶变换光谱辐射计第第7章章6.5 傅里叶变换光谱辐射计傅里叶变换光谱辐射计第第7章章6.5 傅里叶变换光谱辐射计傅里叶变换光谱辐射计空间调制干涉空间调制干涉第第7章章6.5 傅里叶变换光谱辐射计傅里叶变换光谱辐射计第第7章章FFTFFT6.5 傅里叶变换光谱辐射计傅里叶变换光谱辐射计第第7章章=2f=2/T=2f=2/T为圆频率为圆频率 , , =1/=1/ 为波数为波数 , ,k=2k=2 / / 为圆波数为圆波数 6.5 傅里叶变换光谱辐射计傅里叶变换光谱辐射计第第7章章6.5 傅里叶变换光谱辐射计傅里叶变换光谱辐射计第第7章章根据余弦变换的反演算法根据余弦变换的反演算法 6.5 傅里叶变换光谱辐射计傅里叶变换光谱辐射计第