几个光学术语的解释以及换算关系

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1、经常在QQ群里听到到大家问起这些类似的问题，或者看到大家混淆这些术语，所以特意整理 了下，以方便大家了解：1.发光强度（光度）的含义是什么？答：发光强度（光度，I）定义为：点光源在某一方向上的发光强度，即是发光体在单位时间内所 射出的光量，也简称为光度，常用单位为烛光（cd，坎德拉），一个国际烛光的定义为以鲸鱼油 脂制成的蜡烛每小时燃烧120格冷（grain）所发出的光度，一格冷等于0.0648克2.发光强度（光度）的单位是什么？答：发光强度常用单位为烛光（cd，坎德拉），国际标准烛光（led）的定义为理想黑体在铂凝 固点温度（1769 ）时，垂直于黑体（其表面积为1m2 ）方向上的60万分之

2、一的光度，所谓 理想黑体是指物体的放射率等于1，物体所吸收的能量可以全部放射出去，使温度一直保持均匀 固定，国际标准烛光（candela ）与旧标准烛光（candle ）的互换关系为 1candela=0.981candle关于发光强度的最新定义请参考： ml3. 什么叫做光通量？光通量的单位是什么？答：光通量（中）的定义是：点光源或非点光源在单位时间内所发出的能量，其中可产生视觉者 （人能感觉出来的辐射通量）即称为光通量。光通量的单位为流明（简写lm），1流明（lumen 或lm）定义为一国际标准烛光的光源在单位立体弧角内所通过的光通量，由于整个球面面积为 4nR2,所以一流明光通量等于一烛

3、光所发出光通量的1/4n，或者说球面有4n,因此按照流明 的定义可知一个cd的点光源会辐射4n流明，即e （流明）=4nI （烛光），假定 Q为很小的 立体弧角，在 Q立体角内光通量，则有 e=QI4. 一英尺烛光的含义是什么？答：一英尺烛光是指距离一烛光的光源（点光源或非点光源）一英尺远而与光线正交的面上的光 照度，简写为1ftc （1 lm/ft2，流明/英尺2），即每平方英尺内所接收的光通量为1流明时的照度，并且 1ftc=10.76 lux5. 一米烛光的含义是什么？答：一米烛光是指距离一烛光的光源（点光源或非点光源）一米远而与光线正交的面上的光照度， 称为勒克斯（lux，也有写成lx

4、），即每平方公尺内所接收的光通量为1流明时的照度（流明/米2）6. 1 lux的含义是什么？答：每平方公尺内所接收的光通量为1流明时的照度7.照度的含义是什么？答：照度（E）的定义为：被照物体单位受照面积上所接受的光通量，或者说受光照射的物体在 单位时间内每单位面积上所接受的光度，单位以米烛光或英尺烛光（ftc）表示8.照度与光度、距离之间有什么关系？答：照度与光度、距离间的关系是：E（照度）= 1（光度）/r2（距离平方）9.被照体的照度大小与哪些因素有关？答：被照体的照度与光源的发光强度及被照体和光源之间的距离有关，而与被照体的颜色、表面 性质及表面积大小无关1881年，烛光的定义为：1磅

5、鲸脑油制成之蜡烛，以120mg/h的速度水平燃烧的水平方向上的发光强度后来又使用过以醋酸戊脂、白炽灯、戊烷灯等做过定义1948年，以铂凝固点的黑体辐射来定义1967年，candela是在101325Pa下，处于铂凝固温度的黑体的1/600000m八2表面在垂直方向上的发光强度1979年，candela是发出单色辐射的频率为 540*10八12Hz的单色辐射的光谱光视效能K=683lm/W好象经常大家把烛光和坎德拉等同起来，实际上两者是有偏差的这些单位的换算好像都没有太大的实际意义。人们普遍关心的是1lm= ？ cd1cd = ？ W的换算关系，以下请大家参考：为cd、lm、w的一些换算系数波长

6、（nm）CIE适应光的光度有效系数适应光流明/瓦特的换算因子3800.00000.053900.00010.134000.00040.274100.00120.824200.00402.734300.01167.914400.023015.74500.038025.94600.060040.94700.091062.14800.139094.84900.2080142.05000.3230220.05100.5030343.05200.7100484.05300.8620588.05400.9540650.05500.9950679.05551.0000683.05600.9950679.05

7、700.9520649.05800.8700593.05900.7570516.06000.6310430.06100.5030343.06200.3810260.06300.2650181.06400.1750119.06500.107073.06600.061041.46700.032021.86800.017011.66900.00825.597000.00412.787100.00211.437200.00100.7167300.00050.3557400.00030.1707500.00010.0827600.00010.041发光强度的基本单位一一坎德拉发光强度的基本单位坎德拉是国

8、际单位制的基本单位之一.本文较详细叙述了它的定义及其历史 演变，简单介绍了该定义的复现原理、方法和实验装置.我国于 1982年用电校准辐射计复现 发光强度单位坎德拉，其总的不确定度为0. 28%.最后，对坎德拉的发展方向作了简要的说 明.坎德拉是发光强度单位，是国际单位制（SI）七个基本单位之一，用符号“cd表示.众所周知，光是人类、生物以至自然界赖以生存和发展的一种重要物质.科学家研究发现，人的 眼睛等感觉器官，从外界接收的全部信息中，有百分之七十以上来自光.人类对光的认识，也经 历了由现象到本质的发展过程，光学计量也正是伴随着这一认识过程而产生和发展的.本文仅将 发光强度的定义、演变及其复

9、现作一扼要的介绍.一. 发光强度的原始定义一一烛光发光强度的原始计量是通过人眼的感觉进行的.大约二百年前，已经使用烛光”作为发光强度的 单位.它是一支蜡烛在水平方向上的发光强度.如 1860年，英国都市气灯法规所采用的 鲸 蜡”.后来相继使用的标准光源还有菜油灯、戊烷灯和纯乙酸戊酯灯等.与此同时，科学家从理论上探讨了发光强度.1727年，P.鲍吉尔发表他的著作关于光分度 的光学实验，这无疑可认为是目视光度测量的第一个重要尝试.1760年，朗白在他的一部专 著中，详细阐述和定义了光通量、发光强度、照度、亮度等重要的光度学参数，还阐明了它们之 间的数学联系.这些研究工作对光度计量的发展具有重要意义

10、.1881年，国际电工技术委员会根据科学技术的发展和要求，把 烛光”规定为国际性单位，并定 义如下：将一磅鲸鱼油脂制成六支蜡烛，以每小时120格令的速度燃烧时，在水平方向的发光强度为1 烛光.上述定义中的格令为质量单位.从这个定义可以看出，发光强度不仅与燃料有关，而且还与灯芯、 火焰高度等因素有关，因此它的复现性和稳定性都不理想.1879年，维奥列为了避免火焰标准的不方便，建议采用凝固过程的纯白金槽一平方厘米表面发 出的光强度作为发光强度标准.由于各种原因（例如铂的纯度不高等），使得其重复性较差，未 能采用.但这种想法对后来的光度的发展有一定的影响.1879年，爱迪生发明白炽灯，人工照明变成现

11、实，同时也促进了光度计量的发展.1909年英 国、法国和美国的有关研究机构，为了统一和提高国际范围的发光强度，协议采用炭丝白炽灯定 义发光强度，即由戊烷灯导出并用一组45个炭丝白炽灯所组成的平均发光强度.并称之为 国际烛光”.炭丝白炽灯的稳定性较好，但复现性较差，几乎无法制出两个发光强度一样的白炽灯，因此这个 基准不完全令人满意，只能是暂时性的.二、发光强度的新定义一一坎德拉1908年，Waiolner和Burgess提出用浸没在盛有凝固铂的槽中的黑体作为发光强度标 准.1933年，黑体的性质提供一个从理论上解决发光强度的方法，采用这个原理，新的光度单 位将建立在铂凝固点温度时的黑体的光辐射上

12、.于是，1937年，国际照明委员会（CIE）和国 际计量委员会决定从1940年起使用新烛光”为发光强度单位，并定义如下：全辐射体在铂凝固温度下的亮度为60新烛光每平方厘米.也就是说在铂凝固点(2042. 15K) 上,绝对黑体的1cm2面积的1/ 60部分的发光强度为1 烛光.由于第二次世界大战的耽搁，这一标准没有执行.1946年，国际计量委员会根据1933年第8届国际计量大会授予的权力，决定颁布：1旧烛光=1. 005新烛光.1948年，第9届国际计量大会通过用拉丁文一一candela (坎德拉)取代新烛光，坎德拉意为 用兽油制作的蜡烛.1967年，第13届国际计量大会考虑到这个定义的措辞还

13、欠严密，决定将坎德拉定义为：坎德拉是在101325牛顿每平方米压力下，处于铂凝固温度的黑体的1/600000m2表面在垂 直方向上的光强度.1971年，第14届国际计量大会，通过了压力的单位牛顿每平方米的专门名称 帕斯卡”，符号 为Pa.这样，坎德拉的定义改为：坎德拉是在101325Pa压力下，处于钳凝固温度的黑体的1/ 600O00m2表面在垂直方向 上的光强度.这个定义有两个名词需要解释一下：1. 铂的凝固点：我们在常识上可以理解的固体熔化就为液体，而后又形成蒸气，在这个过程中， 虽然它们共存时的温度是固定的，但它们却不能固定在任何一个状态上，在给定固体加热的过程 中，其温度逐渐上升，在刚

14、一熔化时温度是固定的，固体完全熔化后又开始升温，在它们的交接 处就是凝固点2. 黑体：黑体是一种假想的能量辐射源，在评价其他辐射源时，用它作为比较光源和参考光源， 它是一种其辐射仅依赖于温度的辐射体.这样的一种物体，它能够在任何温度下将辐射到它表面 上的任何波长的能量全部吸收.换言之，在辐射体的任何温度下，绝对黑体光谱吸收率都等于1.例如，如果给完全封闭的房间打上小孔射入光，光就不断地反射到墙壁上，然而都不能返回到原 来的孔中，而全部辐射到里面了.如果将炽化的金属块放入空洞里，就是辐照内部，光也不会反 射到外面.若将这个金属块换为在凝固点的铂放入空洞，它又辐射又不辐射，则可将这种空洞定 义为黑

15、体.具有很小的窥视孔的空洞大体接近于黑体.实际上，根据物理学的表现形式，完全的发光体也就是完全的黑体.按照这个发光强度定义，世界许多国家都建立了坎德拉的黑体辐射基准，并进行了国际比对.三、坎德拉的最新定义70年代，几个国家实验室利用黑体辐基准复现的坎德拉，其数据差异较大，从几次国际比对的 结果来看，相差约为1 %.这表明各国在复现坎德拉时，可能还存在着尚未发现的某种系统误 差，从而也暴露了上述坎德拉定义存在的问题.于是，人们重新开始考虑坎德拉的定义.与此同 时，辐射计量技术迅速发展，有些国家已经利用它复现了坎德拉，并达到同样的准确度.1975 年，W. R. Blevin等人提出重新定义坎德拉

16、，得到了国际计量委员会和辐射度咨询委员会（CCPR）的支持，并鼓励有条件的国家用实验方法测量Km值（明视觉最大光谱光视效能，其 值为6831m / W）.至IJ 1977年为止，已有10个国家（包括中国）的计量研究部门将自己的 测量值通知该委员会，大多数国家的测量值接近6831m /W，从理论计算的Km值恰好也为 此数.于是，CCPR决定采纳6831m / W作为Km值，这样可以保持光度单位的延续性.于 是，1979年10月8日在巴黎召开的第16届国际计量大会上废除了国际计量委员会根据1933 年第8届国际计量大会授权，于1946年决定并经1948年第9届国际计量大会批准和第13 届国际计量大

17、会修订的坎德拉定义.同时，通过了一项关于重新定义坎德拉的重要决定.新定义 为：坎德拉是一光源在给定方向上的发光强度，该光源发出频率为540x1012赫兹的单色辐射，而 旦在此方向上的辐射强度为1 / 683瓦特每球面度.定义中的540x1012赫兹辐射波长约为555nm，它是人眼感觉最灵敏的波长.这个定义的优点是容易复现，因发光强度与辐射量之间的关系按定义固定不变，而光强度单位与 其他功率单位（如瓦特），采用简单的关系就能研制出各种实验方法，并能较好地控制实验的准 确度四、坎德拉的复现目前，各国复现坎德拉的主要方法有两种：一是电校准辐射计法，二是光谱辐射法.前者复现准 确度高，后者则由于分光后

18、信号很弱，不易测准，故误差较大.下面简单介绍一下电校准辐射计 法复现坎德拉的原理及其主要实验装置.1 .坎德拉的复现原理由光度学基本原理可知，光源在固定距离下的光照度Ev与相应的光谱辐照度Ee,A的关系为Ev = v（ 式中Km为明视觉最大光谱效能，V （入）为CIE标准光度观察的光谱效率.当放入V （入）滤光器时，在限制光阑处得到的辐照度由下式计算:式中t555为滤光器在555nm处的透射比，t （入）为相对光谱透射比，l为光源到限制光阑的 距离，为光线通过滤光器后的光程修正.由上面两个公式可以看出，不放滤光器时辐射计限制光阑处的光照度为式中Ek,入为光源的相对光谱功率分布.因为在两个积分中

19、，有绝对光谱辐照度 Ek,入共同的因 子，所以不需要对它进行计算，而用相对光谱功率分布Ek,入所代替.EV求得后，根据距离平方反比定律，即可算出光源的发光强度IV：IV=L2EV.这就是复现发光强度坎德拉主要原理.2.复现坎德拉的实验装置装置如图1所示，它放在6m长的光轨上，辐射计置于一个特制的滑车支架上，其位置可精密 调整.下面把实验装置中主要部分介绍如下：锥腔型辐射计3是测量辐射功率的基准，将它置 于热屏蔽箱内，使锥型辐射计避免环境温度变化而产生热电势的漂移.在本实验中，用它测量标 准灯在辐射计的限制光阑表面上所产生的辐照度.V （入）滤光器4是由四片有色玻璃组成，用 以修正辐射计光谱灵敏度，使其与明视觉光谱光视效率V （入）相接近.挡屏7是用以阻挡杂散 辐射进入辐射计内12 3./4 5 6 7 S n 1011 12图复现光强度单位实验装置示意图13昂鼾昧其.准直我将灯丝平面，通水快门光闸5, 6,法光器4,辐射计的限制光阑的中心精确调整在同一测量轴 线上，且让灯丝平面和限制光阑垂直于该轴线，辐射计在热屏蔽箱内放置 10h左右，待其温度 分布均匀后，即可开始测量.