光通量與光強度什么關(guān)系？光源光通量怎么測量？

光通量與光強度是光源兩個重要的參數(shù)，其中光通量表示光源的輻射功率的物理量，光強度表示光源輻射強弱的物理量。那么，光通量與光強度什么關(guān)系？光源光通量怎么測量？本文為大家做了介紹，對此感興趣的朋友可以了解一下！

什么是光通量？

1.光通量的定義

光通量Ф：度量光源在單位時間內(nèi)向某立體角內(nèi)輻射的相對視見率的光能量，即人眼所能感覺到的光的輻射功率（輻射能量流速率）的物理量。

Φ=I·Ω

即單位時間某立體角內(nèi)的光輻射能量與相對視見率的乘積，亦即單位時間某立體角內(nèi)各波段的輻射能量與該波段相對視見率的乘積之和。

2.光通量的單位

（1）光通量的單位為流明lm（lumen）：發(fā)光強度為1cd且各方向發(fā)光強度均相同的點光源，在1球面度的單位立體角內(nèi)所發(fā)射出的光通量為1流明=1坎德拉·球面度，即1lm = 1cd·sr。

1cd點光源的總光通量為4π流明（因空間立體角共有4π球面度）。

若光源為均勻發(fā)光體，則該光源總光通量中Φ總為：

Φ=Ι·Ω=4π·Ι

（2）由于人眼對不同波長之光的相對視見率不同，故此不同波長之光的輻射功率相等時，其光通量并不相等。

例如，波長555nm與650nm之光的輻射功率相等時，前者為后者光通量的10倍。

（3）不計相對視見率的輻射通量的單位為瓦（W）。

若某光源僅輻射555nm波長的光能，且輻射能量為1瓦，則該光源所發(fā)出的光通量為683流明。（因1cd為1/683W/st，所以1W相當于683cd·sr即683lm）。

顯然實際光源輻射的光譜絕非單一波長，而非555nm波長之光的視見函數(shù)又小于1，所以實際光源的光通量一般遠比683lm為小。

什么是光強度？

1.光強度的定義

（1）光強度：光源在一定方向范圍內(nèi)輻射出的可見電磁輻射能——光能的強度，即發(fā)出之可見光輻射的強弱程度，為表示光源發(fā)光特性的物理量。

（2）過去以光通量為基準定義發(fā)光強度I=dΦ/dΩ。

光源在某方向上的發(fā)光強度：光源或光源的一部分發(fā)光面在某一方向上“立體角元”內(nèi)所發(fā)射的光通量除以該“立體角元”，為該光源在這一方向上的發(fā)光強度（“立體角元“指垂直于光線方向的”面積元“對光源所張的立體角）。

一光源在某方向上微小立體角dΩ內(nèi)所通過的光通量dΦ與該立體角之比，稱為該光源在該方向上的發(fā)光強度。

若為均勻發(fā)光光源，則I=Φ/Ω。

（3）平均發(fā)光強度：光源發(fā)出的總光通量Φ總除以空間的總立體角4π，稱為該光源的平均發(fā)光強度。

1=Φ總/4π

（4）單位立體角中全部輻射通量：不計相對視見率（即不考慮人眼對色光的敏感差異）的光源輻射強度，稱為單位立體角中全部輻射通量。單位：瓦特每球面度W/sr。

2.發(fā)光強度的單位

光強度的單位為坎德拉cd（candela）：一個光源發(fā)出頻率為540×1012赫茲的單色輻射時（折合波長為λ=c/v=555.5nm），若在一定方向上的輻射強度為1/683瓦特每球面度（W/sr），則此光源在該方向上的發(fā)光強度為1cd（坎德拉為1979年10月16屆國際計量大會制訂）。

1881年國際電工技術(shù)委員會定義：1/6英磅鯨腦油制成之蠟燭（07/8"），以120格令/小時（gr/h中g(shù)r為1粒麥粒重、1磅=7000gr）的速度燃燒時，沿水平方向的發(fā)光強度為1燭光。

光通量與的光強度關(guān)系：

由于人眼對等能量的不同波長的可見光輻射能所產(chǎn)生的光感覺是不同的，因此按人眼函數(shù)V（λ）來評價的輻射通量Φ（λ）即為光通量Φ，即：

式中：Km為明視覺的最大光譜光視效率函數(shù)，亦稱為光功當量，它表示人眼對波長為555nm處光輻射產(chǎn)生光感覺的效能，按國家實用溫標IPTS-168的理論計算，其值為680lm/w。

光度學中最基本的單位是發(fā)光強度，單位為坎德拉（cd），它是國際單位制中7個基本單位之一。其定義為555nm的單色輻射在給定方向上的輻射強度為1/683W·sr時，在該方向上的發(fā)光強度為1cd。

光通量的單位為流明（lm），它是發(fā)光強度為1cd的均勻點光源在單位立體角（1sr）內(nèi)發(fā)出的光通量。

如果光源為點光源，并且是均勻發(fā)光體，那么光強（I）與光通量（Φ）符合距離反比平方定律。距離平方反比定律來自于點光源向空間發(fā)射球面波的特性，即點光源在傳播方向某點的輻照度與該點到點光源的距離平方成反比。

在任一錐立體角內(nèi)，假設(shè)在傳輸路徑上沒有光能損失或分束，那么點光源向空間發(fā)出的輻射通量是不變的。然而位于球心的均勻點光源所張開的立體角所截的表面積卻和球半徑的平方成正比，這樣在球面上的輻照度就和點光源到該面的距離平方成反比，即：Φ=4πI。

光源光通量的測量方法：

光源的發(fā)光強度是光度學中的基本量，而且由發(fā)光強度可以導出其他光度量。但要表征光源的特性，單以光源的發(fā)光強度來表示是不完全的，這是因為一般光源在各個方向上的的發(fā)光強度并不一致，故只有用總光通量來說明更為合適。

對各向同性的點光源，其光通量Φ=4πI，所以只要測得發(fā)光強度，乘以4π，即為光通量Φ。但是實際光源都有一定的尺寸，而且在各個方向上又不均勻，故不能用Ф=4πI計算得到。

光通量的測量方法：在積分球內(nèi)用已知光通量的標準燈與被測燈作比較測量，從而定出被測燈的光通量。

用積分球測量光通量，通常采用比較法（代替法），為此需要光通量標準燈。先將標準燈（其光通量為Φs）放入積分球內(nèi)，點燃后，在窗口測得的照度Es應符合下列式子：

放入待測燈點然后，可測得的照度為Ec為：

比較以上兩個式子，可得待測燈的光通量為：

采用比較法測量光通量可以大為減少由球壁漫反射層的不均勻性、球壁涂料和窗口材料的非中性（即涂料的漫反射比和窗口的透射比與波長有關(guān)）等因素造成的影響，但是不能消除由于標準燈的尺寸和結(jié)構(gòu)與待測燈的不相同而造成的對球內(nèi)壁漫射光的吸收情況不同的影響，也不能消除標準燈與待測燈的相對光譜功率分布及空間分布不同產(chǎn)生的影響等等，在測量時應考慮采取修正的辦法。