辐射度量光度量电子教案.docx
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辐射度量光度量电子教案
任课教师：
高朋
适用专业：
应用物理学
课程类型：
专业选修
学分：
2
总学时：
36
周学时：
2
教材：
《光电检测技术》雷玉堂中国计量出版社2009年第2版
第1,2学时
Ø授课题目（教学章节或主题）：
概论。
本授课单元教学目标或要求：
使学生对光电检测技术的含义、发展及应用有一个宏观的了解，增进学习兴趣及动机。
本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，以及引导学生解决重点难点的方法、例题等）：
教学重点：
对光电检测系统与光电传感器的宏观理解。
*基本内容与教学过程：
引入：
简要介绍光电检测技术的发展
1．光电技术：
新兴的跨学科边缘技术，涉及光、机、电、算（智能化光电系统）
2．应用广泛：
工业、农业、文教、卫生、国防、科研、家庭生活等各领域，这些领域几乎都涉及到将光辐射信息转换为电信息的问题，即光辐射的检测问题。
3．光电检测技术：
非接触测量的高新技术，其实现过程是：
激光、红外、光纤——载荷的光辐射——光电检测器件（接收、转换）——电信号——输入电路、放大滤波——A/D转换接口——计算机处理——显示、打印各被测参数
是计量检测技术的重要发展方向。
一、人的视觉功能及扩展
（一）人的视觉功能
人眼：
近似球体d=23mm，如图
眼球前——后：
角膜：
屈光的作用
虹膜中央的瞳孔：
扩大、缩小，调节光亮
晶状体：
相当于透镜d=9mm
视网膜：
光学成像。
分布着锥状细胞、杆状细胞及其他一些细胞组成感光单元。
人眼分辨物体的过程：
感光单元——视网膜上的锥状细胞和杆状细胞
光刺激——感光单元——神经冲动——视神经——高级视觉中枢——亮度和色彩、物体形状和大小的判断
人眼是一个高灵敏度、高分辨率和极为复杂而精巧的光传感器
视神经细胞的接收器数目为2×108；听觉细胞的接收器数目为3×104；80%信息通过眼睛得到。
人的视觉功能：
1.辨别光亮和颜色的双重功能
明视场：
可同时判断亮度和颜色；
暗视场：
判断来亮度
由锥状细胞和杆状细胞相互配合实现。
锥状细胞——主管明视觉，分布于视网膜中心处中央窝，约650万个，可分辨物体的细节和颜色；
杆状细胞——主管暗视觉，分布于视网膜边缘，约1亿个，可判断亮度，不能分辨景物的细节和颜色。
2．对明暗光的适应能力
瞳孔扩大或缩小：
调节进入眼球的光亮，白昼时直径为2mm，弱光下可扩大到8mm或更大，对光亮的调节可改变10—20倍；
杆状细胞中感光化学物质的变化：
适应暗光，提高只在黑暗中起作用的特殊感光性。
黑色素、眼睑可挡住一部分光：
强光防护
人眼感光范围：
2×10-17W—2×10-5W，灵敏度极高。
3．人的视觉具有很高的分辨能力
人眼区别对象细节的能力称作分辨率，用视力V表示，V=1/αVαV是视角，用分表示，定义如图（教材第2页图1-1）。
视力为1.0的人可以分别1′的视角，像大小与锥状细胞相仿。
4．具有很高的辩色能力
可见光谱：
380-780nm
红（700nm）、橙（620nm）、黄（580nm）、绿（530nm）、青（480nm）、蓝（440nm）、紫（400nm）
视见函数：
人眼对各种波长的光的平均相对灵敏度。
也称为“标准光度观察者”的光谱光视效率V（λ）.此定义是由国际照明委员会（CIE）根据对许多人的大量观察结果，用平均值的方法确定的。
能量相同、波长不同的光，在人眼中引起的视觉强度不同。
对绿光灵敏度最高，红光低。
P2图1-2为明暗视觉两种情况下的人眼视见函数曲线（解释一下）
在整个可见光谱范围内，人眼可分辨一百多种颜色，颜色分辨率与光谱位置有关。
5．人眼的视觉暂留时间与动态响应时间
视觉暂留：
人在观察景物时，光信号传人大脑神经，需经过一段短暂的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，这种残留的视觉称“后像”，视觉的这一现象则被称为“视觉暂留”。
视觉暂留时间：
光对视网膜所产生的视觉在光停止作用后，仍保留一段时间，人眼约为0.1s。
动态响应时间：
从观察到物体到大脑形成感觉和判断所需要的时间，大约为50ms。
6．人眼能在粗略感知大视场内景物的同时能把主要分辨力集中于视力集中的小范围内。
可根据大脑综合判断使眼球活动，以便扫视更宽广的视场或瞄准相对运动的主要目标。
总之，人眼的视觉活动是复杂的生理和心理活动，通过感知明暗、色彩获取光学信息，大脑进行识别、判断、决策。
人工传感器望尘莫及。
（二）光学仪器是人类视觉的扩展
人类生存于光的世界，很早就对光学现象进行了研究，古老而年轻的学科。
经历了漫长的发展道路，光学仪器历经了300多年的发展，随着生产、实践、军事和科学事业的发展，促使光学仪器形成了一个独立的工业部门。
光学仪器：
利用光辐射现象和特性，提取信息实现控制，视觉参与，人类视觉在时间和空间上的延伸和扩展
1．时间上扩展
照片、纪录片、科幻片：
展示过去和未来
2．空间上扩展
如望远镜：
观察远处和看不清的地方
立体测图仪：
可看到整个城市的三维形态和山川形貌
3．识别能力上扩展
光学经纬仪：
分辨能力可以从分精确到秒；
放大镜、显微镜：
分辨人眼看不清或看不到的东西，如医学显微镜可看到细胞。
光学仪器应用领域：
资源勘探、地形测绘、地震预测、气象观察、宇航工程、交通运输、医疗卫生、工程建筑、机械、文化教育、环境保护、公安、国防、各类产品质量控制和科学研究等。
科技高度密集的工业部门，美国、德国、日本和英国光学仪器产值占绝对优势。
出口额76%。
不断涌现新型光学仪器设备，正向高精度、高分辨、多功能、自动解析测量等智能化方向发展。
传统光学仪器的缺陷：
经典光学方法不能满足现代化需要，均需要人的视觉参与，受极窄的可见光谱限制。
现代科技发展的需求：
复杂信息的高速采集和自动控制
如，信息的采集：
静止对象——高速运动或瞬息即逝的过程；
处理对象：
一维变量——二维、三维；宏观——微观；常规——超精细、超远距；可见光——非可见光等。
传统光学仪器难以适应，如太空、深水、核辐射、高温等恶劣环境。
必须走光、机、电、算相结合的道路，实现光学仪器的自动化、智能化，发展光电技术和光电检测技术。
二、光电检测技术与光电传感器
（一）光电检测技术
现代科技发展特点：
学科交叉，相互渗透，涌现出许多边缘学科。
光学现象：
近似线性化，可移植电系统中的一些理论和分析方法。
如，频谱分析——傅里叶光学；随机过程的统计分析——统计光学；
电信号系统中的技术手段如放大、振荡、调制、编码、滤波、反馈……均可由光学方法实现。
无线电雷达——光学雷达；无线电通讯——光通讯；大规模集成电路——光学集成化
光学技术的广泛应用，促进了光学系统和电系统的结合，形成了二者兼备的混合系统。
光电技术——光电结合的桥梁。
光电系统组成：
发射系统：
将光辐射流以一定规律变换，形成具有信息的光信号。
传输介质：
光信号的传送，光纤等
接收装置：
光信号的采集、变换、处理
光电技术主要研究：
能量状态的转换、信息的处理及变换等等。
频谱范围从X射线、紫外、可见光、直至红外波段。
光电产业：
研究、开发、生产各类光电子元器件，和以光电子器件为主体，系统应用光、机、电、算、材等综合应用技术的新兴产业。
受到各国普遍的重视，将成为21世纪的支柱产业、竞争焦点。
光电检测技术：
光电技术核心部分之一，专门研究用光电的方法进行各种检测、变换和处理的原理和方法的技术。
包括：
光电传感检测器件、检测电路的设计，以及与微机接口之间实现光电信号的变换和处理方法等等。
（二）光电传感器
光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。
被测量的变化——光信号的变化——电信号（借助光电元件）
一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。
各种光电检测器件是光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。
如光敏电阻、硅光电池、光电二极管、光敏三极管等等。
有人预测80%的电信号传感器，在未来均可能被光电式传感器取代。
在光电系统中，光电传感器具有如下作用：
1．检测光辐射的平均特性
如，测量背景亮度的平均值，以及被测目标光学信号长时间的变化规律等。
这类传感器的输出信号是投射到传感器光电敏感区域上的光通量的积分结果，是信号光亮的平均值。
这类传感器称作单体传感器或光电检测器件。
如硅光电池
2．检测物体的有无、轮廓、形状等几何尺寸，以及可以变换成光学信号的非光学量（压力、温度、应变等）
如，光开关或光电耦合器：
物体的计数、保护；
象限式光电传感器：
判断物体方位；
坐标传感器：
用模拟信号表示二维坐标。
3．可以检测出物体的亮度等级和空间分布。
器件内部具有自扫描能力，可进行空间亮度分布对时序电信号的分布的转换，称为光电成像器件。
包括电子管摄像器件和固体摄像器件（CCD）。
4．在单项指标上扩大了人的视觉能力
如，光谱灵敏度范围：
0.25μm——数十个μm；
光电倍增管：
逐个计数光子
像增强器：
暗光中观察目标
普通光敏二极管：
响应速度为10-7s
雪崩型光电二极管APD：
响应速度10-9s
电荷耦合器件CCD或CMOS固体摄像器件：
最小像素尺寸可达数微米的微细程度（与锥状细胞直径相仿）
这些光电传感器的应用，大为提高了人的视觉能力。
光电转换器件：
上述器件主要是代替人眼的检测以实现测量，作为系统输入装置（光——电）
电光显示器件：
用于显示数字、文字、图形和电视图像。
LED等
光控器件：
用作信号传送和处理的电光、磁光、声光调制和偏转器件。
三、光电检测系统的组成和特点
（一）光电检测系统的组成
传统光学仪器：
光辐射效应在人的视觉参与下工作的仪器，过分依赖于人的视觉。
光电仪器和系统：
观测对象的信息载荷于光学辐射中，依赖于光辐射对电能的转换。
通常包括精密机械、光学系统、光电信号传感器、电信号处理器、运算控制计算机、输出显示设备等环节。
各环节分别实现各自职能，组成光、机、电、算综合系统。
典型的光电检测系统组成如图。
辐射源:
发出电磁辐射（紫外，可见，红外），作为信息载体
传输媒质：
传输辐射流，存在扰动
检测目标：
载荷被测信息
光学系统：
收集辐射流，根据光谱成分和偏振程度进行光学色散、几何成像、分束、改变辐射流传送方向、辐射通量的求和迭加等。
滤波器：
选择性限制辐射流通过
光电检测器件：
接收到载荷被测物体的信号后，实现光电转换。
（能量转换、二维光强分布转换）。
转换后的电信号是时序串行电流、电压模拟量或数字量。
信息处理：
放大转换、滤波电路。
处理内容和顺序取决于具体系统和任务。
主要包括微型计算机，或将处理软件固化在数字信号处理器（DSP）中。
输出设备：
由系统功能决定，可以是电信号的指令、打印和光学显示、光盘或磁盘记录、绘图设备和图片照片的摄制装置等。
不完全包括上述环节或更为复杂。
（二）光电检测系统的特点
光电检测系统：
分辨率高、灵敏度高，可测多维信号，快速响应。
特点：
1．可以得到直接反应物质基本物理属性的信息
吸收系数、反射率、发光能力以及光强、光谱分布和偏振等本质信息。
2．使光检测系统动作的输入能量小，测量灵敏度高
CCD、弱光传感器灵敏度高。
如自动电梯、自动门可在极弱的光变化下工作。
3．可对广阔的和微细的空间形体进行非接触的远距离测量
人眼视线范围的物体形状、尺寸和位置检测，遥远天体、微观结构。
光纤放入人体器官、危险工作场地检测。
4．可代替人眼和脑的部分功能，使光电检测系统智能化
在计算机参与下，可代替人脑的部分功能，具有判别、识别、学习、预见的能力。
5．有高的可靠性和方法的灵活性
提高信噪比：
混有杂光、噪声等干扰背景下，利用载荷信息的辐射光和光电接收器件的波长对应关系，以及采用滤波片等波长选择方法。
几何光学、物理光学、相干光学等各种光学变换技巧和方法对信号进行检测和处理。
6．可以进行高质量的复杂信息处理和运算。
一维、二维、三维空间光信号的测量
光信号中光谱分布、偏振、投射方向等许多被调制的因素；
有能力进行复杂的多变量的信号处理及运算。
光信号的处理运算：
不同波长光强间的和、差、比例、乘积、微分、积分和函数变换。
第3.4学时：
（辐射度量与光通量）
授课题目（教学章节或主题）：
辐射度量与光通量
本授课单元教学目标或要求：
使学生掌握光辐射度量、光谱辐射度量、光度量的相关概念，并了解辐射度量与光度量的关系。
教学内容：
1．光的基本性质
2．光辐射度量
3．光谱辐射度量（辐射量的光谱密度）
4．光度量
5．辐射度量与光度量的关系
教学重点：
加深学生对辐射度量和光度量相关概念的理解。
教学过程：
（一）光的基本性质
⏹直线传播：
中国古代
很久以前，人们就对光学现象进行了研究，并认识到光有直线传播的特点。
《墨经》中小孔成像实验，是最早记载的光直线传播文献。
⏹微粒说：
反射、折射（牛顿）
17世纪，牛顿根据光直线传播的现象，提出光是由光源飞出的微粒流的假说，认为这些微粒在均匀媒质中沿着直线方向等速飞行，并以微粒流的观点对反射和折射定律作了解释。
⏹波动说：
干涉、衍射、偏振（惠更斯、杨氏、菲涅尔）
随着生产和科学技术的发展，又发现了许多用光的直线传播概念不能解释的较为复杂的光现象，如光的干涉、衍射和偏振等。
于是惠更斯、杨氏和费涅耳等提出了光的波动学说，认为光是发光材料中分子振动的结果，这些振动通过一种假想的弹性媒质，以水波一样的方式传播出去。
⏹电磁波：
1860年，麦克斯韦电磁理论
到1860年，麦克斯韦电磁理论建立后，才认识到光也是一种电磁现象。
原来光和无线电波一样，也是一种电磁波，只不过光的波长比无线电波短得多而已。
电磁波谱如图所示：
范围很广，宇宙射线波长小于几个皮米（1pm＝l0-12m），而广播用的无线电波的波长则达上千米，都属于电磁波的范畴。
光波仅仅是一小部分，波长区间约从几个纳米到1mm左右。
这些光并不是人眼都能看得见的。
其中只有波长从约0.38μm到0.78μm范围内的电磁波，才能引起人眼感光细胞的直接感觉，称为可见光区。
紫外（400nm—10nm）,波长小于200nm的光称为真空紫外，因为这部分光在空气中很快被吸收，所以只能在真空中传播。
⏹波粒二象性：
爱因斯坦
麦克斯韦理论能很好地说明光在传播过程中的反射、折射、干涉、衍射、偏振以及光在各向异性介质中的传播等现象。
但在研究过程中，人们发现在光与物质的互相作用方面，如物质对光的吸收、色散和散射等，用电磁理论仍不能给出令人满意的解释。
1900年普朗克在研究黑体辐射的能量按波长分布这一问题时认为，谐振子辐射是不连续的，提出了辐射的量子论。
1905年，爱因斯坦在解释光电发射现象时也提出了光量子的概念，从而逐渐地形成了新的微粒理论——量子论。
量子论认为，光是由许多光量子组成的，这些光量子具有的能量为hν。
其中h＝（6．6260755±0.0000040）×10-34J·s，称为普朗克常数。
以后的光电效应、x光散射等实验证实了光量子理论，并肯定了光具有粒子性。
然而，光的干涉、衍射等现象又必须肯定光具有波动性。
事实使人们认识到光具有波粒二重性。
后来发展的量子力学、电动力学也较好地反映了光的这种二重性，从而使人们对光的本性有了进一步的认识。
当然这种认识仍然是近似的，但它更接近客观实际了。
（二）光辐射度量
自然界中的一切物体,只要温度在绝对温度零度以上,都以电磁波的形式时刻不停地向外传送热量,这种传送能量的方式称为辐射。
能量转移）
辐射是一种能的形式。
它有电磁本质，又具有量子性质。
在光的发射和吸收以及光电效应现象中，能表现出辐射的量子特性。
在光的衍射、干涉和偏振现象中表现出辐射的波动特性。
热辐射（温度辐射）：
靠加热物体并保持一定温度而使内能不变的持续辐射。
温度低的发射红外光，升高到500oC时开始发射暗红色可见光，升高到1500oC时开始发白光。
热辐射体：
能发射连续光谱，辐射是温度的函数的物体。
（动植物体、太阳、钨丝白炽灯）
发光：
物体不是靠加热保温维持辐射，而是靠外部能量激发的辐射。
是一种非平衡辐射过程，其发光光谱是非连续光谱（线、带），不是温度的函数。
（电致发光、光致发光、化学发光）。
光源：
发光的物体。
光辐射伴随着辐射能的转移。
辐射能及其引起的特性以能量或有效的物理量来测量。
为了研究光辐射现象的规律，测定出供给光源的能量（如电能）转换成光能效率的高低。
通常以下面的一些基本参量来描述光源的辐射特性，这些参量可统称为辐射度量。
1．辐射能Qe
以辐射的形式发射、传播或接收的能量称为辐射能，用Qe表示。
当这些能量被物质吸收时，可以转换成其它形式的能量，如电能、热能等。
象其他任何形式的能一样，辐射能的法定计量单位是焦耳（J），过去曾使用的非法定计量单位卡和尔格与焦耳的关系是：
1cal=4.18J;1J=107erg
过去以辐射能Qe来评价辐射性能比较少。
自激光器出现以后，这个参量才开始普遍应用。
2．辐射能密度
光源在单位体积内的辐射能称为光源的辐射能密度。
它表征辐射能量的空间特性，可以用它的体密度来表示。
其定义式为
式中V为体积。
辐射能密度单位是焦耳／米3（J／m3）。
3．辐射通量φe
在单位时间内通过一定面积的辐射能称为通过该面积的辐射通量。
而光源在单位时间内辐射的总能量称为光源的辐射通量。
辐射通量也可称为辐射功率（用P表示）或辐射能流。
其表示式为φe=dQe/dt
式中dQe是在dt时间内转移的单元能量.
辐射通量的单位为瓦（1W＝1J／s）。
4.辐射强度Ie
从一个点光源发出的，在单位时间内、单位立体角（一个锥体的顶端在球心，底在球面上，底面积等于球半径的平方，这锥体所包的立体角就叫做单位立体角）所辐射出的能量称为辐射强度。
其表达式为Ie=dφe/dω;式中dφe为辐射源在dω立体角内所辐射出来的辐射功率。
辐射强度的单位是瓦／球面度（W／sr）。
5.辐射出射度Me
辐射体在单位面积内所辐射的通量或功率称为辐射出射度或称为辐射发射度（辐射本领）。
这是用来量度物体辐射能力的物理量。
其表达式为Me=dφe/dA;式中，dφe为辐射体面积元dA向一切方向（在2π立体角内）所发出的辐射通量。
辐射出射度的单位是瓦／米2（W／m2）.
6．辐射亮度Le
由辐射表面定向发射的辐射强度称为辐射亮度。
它决定于单位面积的辐射表面所发射的通量的空间分布。
在与辐射表面dA的法线成θ角的方向上，辐射亮度等于该方向上的辐射强度dIe与辐射表面在该方向垂直面上的投影面积之比。
其表达式为Le=dIe/（dAcosθ）
式中,dA为光源的表面元；θ为光源表面的法线与给定方向间的夹角。
辐射亮度的单位为瓦／（米2·球面度）[W／（m2·sr）]。
余弦辐射体：
Le的数值与辐射源的性质有关，并随给定方向而变。
若Le不随方向而变，则Ie正比于cosθ，即Ie=I0cosθ如图所示。
满足上式的特殊光源称为余弦辐射体。
也称均匀漫反射体或朗伯体。
除了黑体、灰体外，实验表明，抛毛乳白玻璃的透视光或反射光，抛毛乳白板的反射光以及氧化镁、硫酸钡等表面的反射光很接近于理想的余弦辐射体。
白雪对阳光的反射也符合余弦辐射体的规律。
对余弦辐射体，即服从朗伯定律的辐射体，可以推算出：
Me=πLe即余弦辐射体的辐射出射度在数值上为其辐射亮度的π倍。
7．辐照度Ee
为了评定辐射体对装置的作用，要引入辐照度的概念，它表示单位面积内所接收到的辐射通量。
其表达式为Ee=dφe/dA
辐照度的单位为瓦／米2（W／m2）。
对于理想的散射面，满足条件Me＝Ee，于是由公式Me=πLe可得Ee=πLe
（三）光谱辐射度量（辐射量的光谱密度）
为了表征辐射，不仅要知道辐射的总通量和强度，还应知道其光谱组份。
因为光源发出的光，往往由许多波长的光组成，为了研究各种波长的光所分别辐射的能量，还需要引入光谱辐射度量的概念。
光谱辐射度量是单位波长间隔内的辐射度量，度量和单位见下表：
光源发出的光在每单位波长间隔内的辐射通量称为光谱辐射通量（曾称辐射通量的光谱密度或单色辐射通量）。
即
φλ=Δφe/Δλ
由于光源发出的各种波长的光谱辐射通量φλ一般是不同的，所以，若在λ到λ+dλ间隔内的辐射通量是dφe，则在波长λ处的光谱辐射通量为
φλ（λ）=dφe（λ）/dλ
若按整个光谱积分该函数，则可求得总的辐射通量值：
与辐射通量的光谱密度函数φλ（λ）类似，我们可写出其它辐射度量的光谱密度函数表示式。
光源发出的光在每单位波长间隔内的辐射出射度称为光谱辐射出射度Mλ：
Mλ（λ）=dMe（λ）/dλ
光源发出的光在每单位波长间隔内的辐射强度称为光谱辐射强度Iλ：
Iλ（λ）=dIe（λ）/dλ
光源发出的光在每单位波长间隔内的辐射亮度称为光谱辐射亮度Lλ：
Lλ（λ）=dLe（λ）/dλ
光源发出的光在每单位波长间隔内的辐照度称为光谱辐照度Eλ：
Eλ（λ）=dEe（λ）/dλ
对这些函数积分，可以得到相应量的总辐射度量值：
（四）光度量
除了特殊用途的光源（如红外光源和紫外光源）外，大量的光源是作为照明用的。
照明光源的特性只用前面所叙述的一些能量参数来描述是不够的，因为能量参数并没有考虑到人眼的作用。
由于照明的效果最终是以人眼来评定的，因此照明光源的光学特性必须用基于人眼视觉的光学参量即光度量来描述。
光度量是人眼对相应辐射度量的视觉强度值。
由第1章人的视觉功能中知，人的视神经对各种不同波长的光的感光灵敏度不一样，能量相同而波长不同的光，在人眼中引起的视觉强度不同。
国际照明委员会（CIE）用平均值的方法，确定了人眼对各种波长的光的平均相对灵敏度，称为光谱光视效率或视见函数V（λ），其最大值在555nm处。
此时，V（λ）=1，其他波长的V（λ）都小于1.
下表列出了基本光度学的量、定义、单位和符号。
下面对这些参量作简要的说明。
1．光通量
光通量是光辐射通量对人眼所引起的视觉强度值。
若在波长λ到λ+dλ间隔内光源的辐射通量为φe,λdλ，则光通量的表示式为
式中Km为辐射度量与光度量之间的比例系数；V（λ）为人眼的光谱光视效率，积分限的变换是由于对波长小于380nm和大于780nm的不可见光，V（λ）＝0。
上式中等号的左边φ是光通量，其单位是流明（lm）；而等号的右边的φe,λdλ是辐射通量，单位是瓦（W）；V（λ）是一个无量纲（即量纲为1）的系数。
所以等号右边引进一个系数Km，从而使两边的单位一致。
显然，Km的单位为流明／瓦，Km称为最大光谱光视效能，过去曾称光功当量或光的力学当量，其值为6831m／W。
它表示在波长为555nm处，即人眼光谱光视效率最大（V（A）＝1）处，与1W的辐射能通量相当的光通量为6831m；换句话说，此时11m相当于l／683W。
2．发光强度I
光源在给定方向上单位立体角内所发出的光通量，称为光源在该方向上的发光强度：
I=dφ/dω
式中，dφ为光源在给定方向上的立体角元dω内发出的光通量。
发光强度的单位为坎德拉（cd）。
坎德拉是国际单位制中7个基本单位之一。
其定义为：
坎德拉（cd）是一光源在给定方向上的发光强度。
该光源发出频率为540×1012赫兹的单色辐射，且在此方向上的辐射强度为1／683瓦特每球面度。
3．光出射度M
光源表面给定点处单位面积向半空间内发出的光通量，称为光源在该点的光出射度：
M=dφ/dA
式中，dφ为给定点处的面元dA发出的光通量（见图）
光出射度的单位为流明每平方米（1m／m2）。
需要指出的是，所研究的光源表面不仅包括
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