發光強度(Luminous intensity),在光度學中簡稱光強或光度。用于表示光源給定方向上單位立體角內光通量的物理量,國際單位為坎德拉,符號:cd。發光強度的定義考慮人的視覺因素和光學特點,是在人的視覺基礎上建立起來的。該單位是國際單位制中七大基本單位之一。
當光源發出頻率為540×Hz的單色輻射,在給定方向上的輻射強度為1/683W/sr時,其發光強度為1cd。
發光強度對于計算點光源的光通量起著極為重要的作用。發光強度的單位確定后,其他光度量的單位就可以確定了。
光的本性
從本性上講,光是一種電磁波,光場中某點的光強指的是通過該點的平均能流密度。
球面度是一個立體角,其定點位于球心,而他在球面上所截取的面積等于以球的半徑為邊長的正方形面積。光源輻射是均勻時,則光強為 , Ω為立體角,單位為球面度(sr), F為光通量,單位是流明,對于點光源 。
發光強度是針對點光源而言的,或者發光體的大小與照射距離相比比較小的場合。
這個量是表明發光體在空間發射的匯聚能力的。可以說,發光強度就是描述了光源到底有多亮。
坎德拉的定義
1948年,第9屆國際計量大會決定用一種絕對黑體輻射器作標準,給予發光強度以現在的命名:candela(簡寫為cd,坎德拉)。
1967年第13屆國際計量大會定義:坎德拉為“在101,325 Pa的壓強下,處于鉑凝固點溫度的黑體的平方米表面在垂直方向上的發光強度。
1979年第16屆國際計量大會通過決議,廢除上述定義,規定新定義為:
“坎德拉是發出540E12Hz 頻率的光的單色輻射源在給定方向上的發光強度,該方向上的輻射強度為 。”
描述光通量的物理單位:流明和mcd沒有直接的關系,就像亮度和流明不能換算一樣,mcd相當于亮度指標,流明是光通量指標,投影面積大小不影響流明的值,但同樣流明,面積大,亮度就小。
所以mcd要和發射角相關,才能和流明建立關系。
一個簡單的算法,可以假設led燈的發光效率是一樣的,那么流明和功率就掛鉤了,功率大的,流明就大。
當前市場上的led燈,最高可達200流明/瓦。
光強是單位面積的功率流(通)量。它與光波傳輸的速度 v和電場幅度 E有關,即
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因此 光強的大小與光振動的電場幅度的平方和材料折射率的乘積成正比。
公式
光強的公式為:
式中,I表示光學中的光強,v表示光的頻率,A為照射區域面積,N為時間間隔t內照到 A上的光子總數。
計算
發光體在給定方向上的發光強度是該發光體在該方向的立體角元dΩ內傳輸的光通量dΦ除以該立體角元所得之商,即單位立體角的光通量。其公式見右圖:
其中,光強 I的單位為坎德拉(cd),光通量單位為流明(lm),立體角單位為sr,故1cd=1 lm/sr。
單位
發光強度的單位為坎德拉,或candela(簡寫cd),其他單位還有mcd、燭光,支光等。
光強的測定
測定光強的儀器稱為光度計,采用光電管將光能轉化為電能后、測定光電流值可得到光強大小的相對值,通過校正即得到光強值,一般以W/cm2表示。需要注意的是,由于光電管所用的光電材料(即探頭)的光譜靈敏區的限制,所測得的光強只是該光譜靈敏區范圍內的值。例如北京師范大學光電儀器廠生產的UV-A和UV-B型光度計,有4種探頭可供選擇,其最大靈敏波長分別為254nm、297nm、365nm、420nm。
使用光度計測得光強后,就很容易求算得曝光量,因為在光強不隨時間變化的情況下,曝光量等于光強和曝光時間的乘積(曝光量=光強X曝光時間)。但在光強不穩定的情況下,要像確切得到一定時間的曝光量,最好直接對曝光量進行測定,有專門的儀器測量曝光量.
參考資料 >