TERMINOLÓGIA A JEDNOTKY OPTICKÉHO ŽIARENIA

Similar documents
Computer Graphics III Radiometry. Jaroslav Křivánek, MFF UK

Computer Graphics III Radiometry. Jaroslav Křivánek, MFF UK

Key objectives in Lighting design

Radiometry and Photometry

Section 22. Radiative Transfer

Section 10. Radiative Transfer

General Information. Vishay Semiconductors. Explanation of Technical Data. Type Designation Code for LEDs

Radiometry. Energy & Power

VI. Terminology for Display

Advanced Heat and Mass Transfer by Amir Faghri, Yuwen Zhang, and John R. Howell

Mathieu Hébert, Thierry Lépine

Optics.

OPAC 101 Introduction to Optics

A*STAR Seminar on LED and Solid State Lighting. Standards and Technologies. Measurements. 05 August LIU Yuanjie National Metrology Centre

= (fundamental constants c 0, h, k ). (1) k

Fundamentals of Rendering - Radiometry / Photometry

Fundamentals of Rendering - Radiometry / Photometry

Numerical Heat and Mass Transfer

LUMINOUS MEASUREMENTS

Radiometry, photometry, measuring color

Module 1 LIGHT SOURCES Lecture 1. Introduction. Basic principles of Light and Vision

Basic Optical Concepts. Oliver Dross, LPI Europe

Optics for Engineers Chapter 12

Light Sources and Illumination. Blackbody. Page 1

ASSESSMENT OF NON-COHERENT LIGHT SOURCES

What are Lasers? Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation LASER Light emitted at very narrow wavelength bands (monochromatic) Light

What are Lasers? Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation LASER Light emitted at very narrow wavelength bands (monochromatic) Light

Radiometry & Photometry

E n = n h ν. The oscillators must absorb or emit energy in discrete multiples of the fundamental quantum of energy given by.

E d. h, c o, k are all parameters from quantum physics. We need not worry about their precise definition here.

Fundamental Concepts of Radiation -Basic Principles and Definitions- Chapter 12 Sections 12.1 through 12.3

Modern Physics. Unit 6: Hydrogen Atom - Radiation Lecture 6.5: Optical Absorption. Ron Reifenberger Professor of Physics Purdue University

ν is the frequency, h = ergs sec is Planck s constant h S = = x ergs sec 2 π the photon wavelength λ = c/ν

Goal: The theory behind the electromagnetic radiation in remote sensing. 2.1 Maxwell Equations and Electromagnetic Waves

3. Horninové prostredie / Rocks

Observation of Atomic Spectra

Kapitola S5. Skrutkovica na rotačnej ploche

Radiometry and Photometry

VPLYV MATERIÁLU A GEOMETRIE VÝMENNÍKA NA PRENOS TEPLA INFLUENCE OF MATERIAL AND GEOMETRY OF EXCHANGER ON HEAT TRANSFER

2. Lighting Terms. Contents

The Sine Wave. You commonly see waves in the environment. Light Sound Electricity Ocean waves

Phys 2310 Fri. Dec. 12, 2014 Today s Topics. Begin Chapter 13: Lasers Reading for Next Time

Fundamentals of Blackbody Radiation

TECHNICAL NOTE. Relating Photochemical and Photobiological Quantities to Photometric Quantities

Radiation Heat Transfer. Introduction. Blackbody Radiation. Definitions ,

Stellar Astrophysics: The Continuous Spectrum of Light

ATMO/OPTI 656b Spring 2009

ANALYSIS OF AN INJECTION-LOCKED BISTABLE SEMICONDUCTOR LASER WITH THE FREQUENCY CHIRPING

Heriot-Watt University

Radiative heat transfer

6 Light from the Stars

The Electromagnetic Spectrum

The ELECTRON: Wave Particle Duality. chapter 4

Univerzita Karlova v Prahe Matematicko-fyzikálna fakulta BAKALÁRSKA PRÁCA. Alexander Pit a. Reliktné žiarenie. Astronomický ústav UK

STUDY OVER LUMINOUS CHARACTERISTICS OF THE TRACER COMPOSITIONS

LIGHT AND THE QUANTUM MODEL

White Paper Luminance & Illuminance. Brief explanation of photometry for the application of tunnel lighting control

Chapter 7: Quantum Statistics

Chapter 18. Fundamentals of Spectrophotometry. Properties of Light

Laser Basics. What happens when light (or photon) interact with a matter? Assume photon energy is compatible with energy transition levels.

LED display s effectiveness and success. Photometry and Radiometry. Optical Measurement Systems

11 Quantum theory: introduction and principles

Instructor: Welcome to. Phys 774: Principles of Spectroscopy. Fall How can we produce EM waves? Spectrum of Electromagnetic Radiation and Light

Atomic Spectra. Eric Reichwein David Steinberg Department of Physics University of California, Santa Cruz. August 30, 2012

Radiometry. Basics Extended Sources Blackbody Radiation Cos4 th power Lasers and lamps Throughput. ECE 5616 Curtis

What is it good for? RT is a key part of remote sensing and climate modeling.

CEGE046 / GEOG3051 Principles & Practice of Remote Sensing (PPRS) 2: Radiation (i)

point, corresponding to the area it cuts out: θ = (arc length s) / (radius of the circle r) in radians Babylonians:

Review of Optical Properties of Materials

Radiation Transport in a Gas

Module 1. Illumination Engineering Basics. Version 2 EE IIT, Kharagpur 1

Hypothetical Superluminal Velocities of Matter-Energy and the Visible Electromagnetic Particle-Wave Spectrum. Charles William Johnson

Solutions Mock Examination

Phys 2310 Mon. Dec. 4, 2017 Today s Topics. Begin supplementary material: Lasers Reading for Next Time

Light Emitting Diode. POSTECH Dept. of Electronic & Electrical Eng.

Chapter 13. Phys 322 Lecture 34. Modern optics

Spectroscopy Lecture 2

Gen. Phys. II Exam 4 - Chs. 27,28,29 - Wave Optics, Relativity, Quantum Physics Apr. 16, 2018

EMERGING DISPLAY CUSTOMER ACCEPTANCE SPECIFICATIONS 162A0(LED TYPES) EXAMINED BY : FILE NO. CAS ISSUE :NOV.18,1999 TOTAL PAGE : 8 APPROVED BY:

L.A.S.E.R. LIGHT AMPLIFICATION. EMISSION of RADIATION

ELECTROMAGNETIC RADIATION

Zdroje žiarenia α. Charakteristika žiarenia Interakcia s látkou. Dozimetria a radiačná ochrana 1

Stimulated Emission Devices: LASERS

Last Lecture. Overview and Introduction. 1. Basic optics and spectroscopy. 2. Lasers. 3. Ultrafast lasers and nonlinear optics

Previewer Tools Show All In View: Hide All Description Atomic Structure

PHYS 172: Modern Mechanics Fall 2009

PHYS General Physics II Lab The Balmer Series for Hydrogen Source. c = speed of light = 3 x 10 8 m/s

1. SOLAR GEOMETRY, EXTRATERRESTRIAL IRRADIANCE & INCIDENCE ANGLES

2. Illustration of Atmospheric Greenhouse Effect with Simple Models

THREE MAIN LIGHT MATTER INTERRACTION

The interaction of light and matter

Atomic Spectroscopy. Objectives

Chemistry 795T. Lecture 7. Electromagnetic Spectrum Black body Radiation. NC State University

Chemistry 795T. Black body Radiation. The wavelength and the frequency. The electromagnetic spectrum. Lecture 7

Homework 1. Property LASER Incandescent Bulb

Radiometry HW Problems 1

The Nature of Light I: Electromagnetic Waves Spectra Kirchoff s Laws Temperature Blackbody radiation

Dr. Linlin Ge The University of New South Wales

Chapter 6: Light-Emitting Diodes

Illumination, Radiometry, and a (Very Brief) Introduction to the Physics of Remote Sensing!

Transcription:

TERMINOLÓGIA A JEDNOTKY OPTICKÉHO ŽIARENIA OEaLT Prednáška 2

Rádiometrické a fotometrické veličiny iny a jednotky Rádiometrická Fotometrická veličina symbol jednotka veličina sym -bol jednotka Energia žiarenia Q e J Svetelná energia Q v lm.s Žiarivý tok (výkon) Φ e W Svetelný tok Φ v lm Ožiarenie E e W.m -2 Osvetlenie E v lx Intenzita žiarenia Žiarivosť I e W.sr -1 Intenzita osvetlenia Svietivosť I v cd lm.sr -1 Žiarenie (vyžarovanie) M e W.m -2 Svetlenie M v lm.m -2 Merná žiarivosť L e W.sr -1.m -2 Merná svietivosť- Jas L v cd.m -2 lx nt

Definicie veličín n a jednotiek Definicie veličín: Φ = dq/dt E = dφ/da M = dφ/da I = dφ/dω L = d 2 Φ/dA.dΩ cosα = dm/dω cosα Definicie jednotiek: lx = lm. m -2 (Lux) Osvetlenie cd = lm.sr -1 (Kandela) Intenzita osvetlenia nt = cd.m -2 (Nit) Jas

Rádiometrické veličiny Energia žiarenia charakterizuje elektromagnetické pole a udáva množstvo žiarenia. označuje sa Q e [J] Žiarivý tok vyjadruje výkon prenášaný žiarením. označuje sa Φ e [W] Φ = dq e e dt Ožiarenie udáva podiel žiarivého toku vyžiareného zdrojom na jednotku plochy označuje sa E e [W.m -2 ] dφ e Ee = da Intenzita žiarenia udáva podiel žiarivého toku vyžiareného zdrojom v smere do elementárneho priestorového uhla a veľkosti tohto priestorového uhla dφ označuje sa I e [W.sr -1 e ] I e = d pre hodnotu priestorového uhla platí Ω d Ω = da 2 r Φ e E e A = 1m 2 Ω = 1sr r = 1m

Rádiometrické veličiny Žiarenie predstavuje žiarivý tok Φ e na jednotku plochy A, ktorá žiarivý tok vyžaruje alebo rozptyľuje po ožiarení iným zdrojom žiarenia (žiarenie vyžaruje) označuje sa M e [W.m -2 ] M e = dφ da Merná žiarivosť je žiarivý tok vyžarovaný alebo rozptyľovaný z povrchu materiálu s jednotkovou plochou A do priestoru ohraničeného jednotkovým priestorovým uhlom Ω. označuje sa L e [W.sr -1 m -2 ] L e = 2 d Φ e dω da cos Θ e

Spektrálne vlastnosti žiarenia Celkový tok žiarenia: Φ e = Φ eλ dλ 0 (W) Monochromatický tok žiarenia: Φ eλ = dφ d λ e (W.m-1)

Veličiny iny charakterizujúce ce zdroj svetla Svetelný tok Φ v [lm] Svetelná účinnosť K = Φ v Φe Monochromatická svetelná účinnosť K vλ λ = Φ Φe λ

Veličiny iny charakterizujúce ce zdroj svetla Ľudské oko - citlivosť závisí na vlnovej dĺžke, maximum pre denné videnie pri vlnovej dĺžke 555 nm je K M = 680 lm/w, maximum pre nočné videnie pri vlnovej dĺžke 507 nm je K M = 1740 lm/w. Pomerná sveteľná účinnosť V λ 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 Vlnová dĺžka [nm] pre denné videnie pre nočné videnie Pomerná svetelná účinnosť ľudského oka je definovaná ako: Svetelný tok je potom možné určiť zo vzťahu: Φ v = V λ = K λ K M K M V λ Φe λ dλ 0 [lm]

Lambertov kosínový zákonz Pre žiarivú energiu emitovanú rovinným povrchom je intenzita žiarenia I (W/sr) určená kosínusom uhla medzi smerom dopadu a kolmicou k povrchu (platí pre Lambertovské resp. difúzne povrchy). I = I N.cos φ (W/sr) Φ [w], I[cd] o φ r r A I A = I N E A [lx] B I B = I N.cos φ E B [lx] E = dφ/da I = dφ/dω

Fotónový tok Fotónový tok -dn p /dt (fotóny/s) Počet fotónov je určený podielom celkovej energie žiarenia Q e k energii jednotlivého fotónu Q p : N p = Q e /Q p = Q e. λ / h.c (fotóny) Počet fotónov pri energii žiarenia 1 Joule potom bude: N p = λ. 5,03. 10 15 (fotóny, nm) Fotónový tok možno vyjadriť nasledovne : d N dt p = dq dt e 15. λ.5, 03. 10 = Φe. λ,..5 03 10 15 (fotóny/s, W, nm)

Zákony absolútne čierneho telesa Planckov distribučný zákon Tento zákon určuje spektrálne rozdelenie žiarenia absolútne čierneho telesa: c1 1 M ( T) = 2 eλ [ W/m. µ m] 5 C2 λ λt e + 1 c 1 = 2π c 2 h = 3,7413.10 8 4 2 [ W. µ m /m ] c 2 = hc k =1,4388.10 4 [ µ m.k] kde c 1 a c 2 sú Planckove konštanty žiarenia absolútne šierneho telesa a M eλ určuje vyžarovanie do priestorového uhlu 2π steradiánov.

Zákony absolútne čierneho telesa Planckov distribučný zákon Tento zákon určuje spektrálne rozdelenie žiarenia absolútne čierneho telesa:

Zákony absolútne čierneho telesa Keďže absolútne čierne teleso je Lambertovský (difúzny) zdroj a jeho žiarenie je konštantné vo všetkých smeroch, platí L = M/λ a teda aj: L = 2c 2 h 1 λ W / m m.sr λ 2 λkt e 1 ( ) [ 2 T. µ ] 5 c Planckov zákon môže byť vyjadrený tiež ako fotónový tok dosadením vzťahu pre energiu fotónu: ( ) [ 2 fotónov / s.m m] h c. µ 4 M T = λ 2 π c λ 1 λ kt e 1

Zákony absolútne čierneho telesa Wienov posuvný zákonz Vlnová dĺžka maxima vyžarovania absolútne čierneho telesa je nepriamo úmerná jeho absolútnej teplote.

Zákony absolútne čierneho telesa Wienov posuvný zákonz

Zákony absolútne čierneho telesa Stefan - Boltzmanov zákon Celkové žiarenie absolútne čierneho telesa je dané súčinom Stefan-Boltzmanovej konštanty a štvrtej mocnine jeho teploty: M = σ T 4 [ W m -2 ] σ - Stefan-Boltzmanova konštanta σ = 5.6704 10 8 J s 1 m 2 K 4

Zákony absolútne čierneho telesa Color Wavelength interval Frequency interval violet ~ 380 to 430 nm ~ 790 to 700 THz blue ~ 430 to 500 nm ~ 700 to 600 THz cyan ~ 500 to 520 nm ~ 600 to 580 THz green ~ 520 to 565 nm ~ 580 to 530 THz yellow ~ 565 to 590 nm ~ 530 to 510 THz orange ~ 590 to 625 nm ~ 510 to 480 THz red ~ 625 to 740 nm ~ 480 to 405 THz The spectrum of visible light in nanometers

Charakteristiky zdrojov žiarenia Rozdelenie zdrojov žiarenia 1. Podľa charakteru vzniku žiarenia Rovnovážne (tepelné) Nerovnovážne (pásmové, čiarové, zmiešané) 2. Podľa spektra žiarenia So spojitým spektrom (tepelné) S čiarovým (pásmovým) spektrom So zmiešaným spektrom

Charakteristiky zdrojov žiarenia Typické spektrum žiarenia žiarovky tepelný zdroj

Charakteristiky zdrojov žiarenia Optical Power Optical Power Laser Optical Power LED Stimulated emission λ λ Spontaneous emission Optical Power Laser 0 I th I λ Typical output optical power vs. diode current (I) characteristics and the corresponding output spectrum of a laser diode. 1999 S.O. Kasap, Optoelectronics (Prentice Hall) LED a polovodičový laser typické zdroje čiarového (pásového) spektra

Charakteristiky zdrojov žiarenia Spektrum žiarenia ortuťovej žiarivky zmiešané spektrum žiarenia

Charakteristiky zdrojov žiarenia Kirchhoffov zákon V každom bode na povrchu tepelného žiariča pri ľubovoľnej teplote a vlnovej dĺžke je spektrálna intenzita vyžarovania v danom smere rovnaká ako absorpcia v opačnom smere. ε (λ, T) = α (λ, T) Emisivita materiálov ε = M real / M abs M real = ε (λ, T) M abs