光通量與光強度什么關系？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，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(guang)通量(liang)(liang)Ф：度(du)量(liang)(liang)光(guang)源(yuan)在單位時間內(nei)向某立體(ti)角內(nei)輻(fu)射的相對視(shi)見率的光(guang)能(neng)量(liang)(liang)，即人(ren)眼(yan)所(suo)能(neng)感覺到的光(guang)的輻(fu)射功率（輻(fu)射能(neng)量(liang)(liang)流速率）的物理(li)量(liang)(liang)。

Φ=I·Ω

即單位(wei)時間某立體角內(nei)的(de)光輻射能量(liang)與(yu)相對(dui)(dui)視見(jian)率的(de)乘積，亦即單位(wei)時間某立體角內(nei)各波段(duan)的(de)輻射能量(liang)與(yu)該波段(duan)相對(dui)(dui)視見(jian)率的(de)乘積之和。

2.光通量的單位

（1）光通量(liang)的單位為流明lm（lumen）：發(fa)光強(qiang)度(du)為1cd且各方向(xiang)發(fa)光強(qiang)度(du)均相(xiang)同的點光源，在1球面(mian)度(du)的單位立體角內所發(fa)射出的光通量(liang)為1流明=1坎德拉·球面(mian)度(du)，即1lm = 1cd·sr。

1cd點光源的總光通量為4π流(liu)明（因空間立體角共有4π球面度）。

若光(guang)(guang)源為均勻發光(guang)(guang)體，則該光(guang)(guang)源總光(guang)(guang)通(tong)量中(zhong)Φ總為：

Φ=Ι·Ω=4π·Ι

（2）由于人眼對不同波長(chang)(chang)之光(guang)(guang)的(de)相對視見率不同，故此不同波長(chang)(chang)之光(guang)(guang)的(de)輻(fu)射功率相等(deng)時，其(qi)光(guang)(guang)通量(liang)并不相等(deng)。

例如，波長555nm與650nm之光的輻(fu)射功率相等時，前者為(wei)后(hou)者光通(tong)量的10倍。

（3）不計相對(dui)視見(jian)率的輻射通量的單位(wei)為瓦（W）。

若某光(guang)源僅(jin)輻射555nm波長(chang)的(de)光(guang)能，且輻射能量為1瓦，則該(gai)光(guang)源所發出的(de)光(guang)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(guang)(guang)源(yuan)輻射的光(guang)(guang)譜絕非單一波長(chang)，而非555nm波長(chang)之光(guang)(guang)的視見函數又小于1，所以實際光(guang)(guang)源(yuan)的光(guang)(guang)通量一般遠比683lm為(wei)小。

什么是光強度？

1.光強度的定義

（1）光(guang)(guang)強度：光(guang)(guang)源在一定方向范圍(wei)內輻射(she)出的可(ke)見(jian)電磁輻射(she)能——光(guang)(guang)能的強度，即(ji)發出之可(ke)見(jian)光(guang)(guang)輻射(she)的強弱程度，為表示(shi)光(guang)(guang)源發光(guang)(guang)特性的物理(li)量。

（2）過(guo)去以(yi)光(guang)通量為(wei)基(ji)準定義發光(guang)強度I=dΦ/dΩ。

光(guang)(guang)(guang)(guang)源在(zai)某方向(xiang)(xiang)上的(de)發(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)強度(du)：光(guang)(guang)(guang)(guang)源或光(guang)(guang)(guang)(guang)源的(de)一(yi)(yi)部分發(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)面(mian)(mian)在(zai)某一(yi)(yi)方向(xiang)(xiang)上“立(li)體(ti)角(jiao)(jiao)元(yuan)”內所發(fa)射的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)通量除(chu)以(yi)該(gai)“立(li)體(ti)角(jiao)(jiao)元(yuan)”，為(wei)該(gai)光(guang)(guang)(guang)(guang)源在(zai)這一(yi)(yi)方向(xiang)(xiang)上的(de)發(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)強度(du)（“立(li)體(ti)角(jiao)(jiao)元(yuan)“指垂(chui)直于光(guang)(guang)(guang)(guang)線方向(xiang)(xiang)的(de)”面(mian)(mian)積元(yuan)“對光(guang)(guang)(guang)(guang)源所張的(de)立(li)體(ti)角(jiao)(jiao)）。

一光(guang)源(yuan)在某方(fang)向上微(wei)小立體角dΩ內所通(tong)過的(de)(de)光(guang)通(tong)量dΦ與該立體角之比，稱為該光(guang)源(yuan)在該方(fang)向上的(de)(de)發光(guang)強度。

若為均勻發(fa)光光源，則I=Φ/Ω。

（3）平均(jun)發光(guang)強(qiang)度：光(guang)源(yuan)發出(chu)的總(zong)光(guang)通量Φ總(zong)除(chu)以(yi)空間的總(zong)立(li)體(ti)角4π，稱為該光(guang)源(yuan)的平均(jun)發光(guang)強(qiang)度。

1=Φ總/4π

（4）單(dan)位立體(ti)(ti)角(jiao)中全部輻射通(tong)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(dan)位立體(ti)(ti)角(jiao)中全部輻射通(tong)量。單(dan)位：瓦特每球面度W/sr。

2.發光強度的單位

光(guang)強度的(de)單位為(wei)(wei)坎德拉cd（candela）：一個光(guang)源發出頻率為(wei)(wei)540×1012赫茲(zi)的(de)單色輻(fu)(fu)射時（折合波長為(wei)(wei)λ=c/v=555.5nm），若在一定方(fang)向(xiang)上(shang)的(de)輻(fu)(fu)射強度為(wei)(wei)1/683瓦特每(mei)球(qiu)面度（W/sr），則此光(guang)源在該方(fang)向(xiang)上(shang)的(de)發光(guang)強度為(wei)(wei)1cd（坎德拉為(wei)(wei)1979年10月16屆(jie)國(guo)際計量(liang)大會制(zhi)訂）。

1881年(nian)國(guo)際(ji)電工技術委員(yuan)會定義：1/6英磅(bang)鯨腦油制成之蠟燭(zhu)（07/8"），以120格令/小時（gr/h中gr為1粒麥粒重、1磅(bang)=7000gr）的速度燃(ran)燒時，沿水(shui)平(ping)方向的發光強度為1燭(zhu)光。

光通量與的光強度關系：

由于人眼對等能(neng)(neng)量的(de)不同波長的(de)可見光輻射(she)能(neng)(neng)所產生的(de)光感覺是不同的(de)，因(yin)此按(an)人眼函數V（λ）來評價的(de)輻射(she)通量Φ（λ）即為光通量Φ，即：

式中：Km為(wei)(wei)明視覺的(de)(de)最大(da)光(guang)譜光(guang)視效(xiao)率函數(shu)，亦(yi)稱為(wei)(wei)光(guang)功當量，它表示人眼對波長為(wei)(wei)555nm處光(guang)輻射(she)產生光(guang)感覺的(de)(de)效(xiao)能，按國家實用溫標IPTS-168的(de)(de)理(li)論計算，其值為(wei)(wei)680lm/w。

光度學中最基(ji)(ji)本(ben)的單(dan)(dan)位(wei)(wei)(wei)是(shi)(shi)發光強(qiang)度，單(dan)(dan)位(wei)(wei)(wei)為坎德拉（cd），它是(shi)(shi)國際單(dan)(dan)位(wei)(wei)(wei)制(zhi)中7個基(ji)(ji)本(ben)單(dan)(dan)位(wei)(wei)(wei)之一。其(qi)定義為555nm的單(dan)(dan)色(se)輻射(she)在給定方向(xiang)上(shang)的輻射(she)強(qiang)度為1/683W·sr時(shi)，在該方向(xiang)上(shang)的發光強(qiang)度為1cd。

光(guang)通量(liang)的(de)(de)(de)單(dan)位(wei)為(wei)流明(ming)（lm），它是發光(guang)強度為(wei)1cd的(de)(de)(de)均勻點光(guang)源在(zai)單(dan)位(wei)立體角(jiao)（1sr）內發出的(de)(de)(de)光(guang)通量(liang)。

如果光(guang)(guang)(guang)源為點(dian)(dian)(dian)光(guang)(guang)(guang)源，并且是均勻發(fa)光(guang)(guang)(guang)體，那么光(guang)(guang)(guang)強(qiang)（I）與光(guang)(guang)(guang)通量（Φ）符合距離(li)反比平方定(ding)律(lv)。距離(li)平方反比定(ding)律(lv)來自于(yu)點(dian)(dian)(dian)光(guang)(guang)(guang)源向空間發(fa)射(she)球面波的特(te)性，即點(dian)(dian)(dian)光(guang)(guang)(guang)源在傳播方向某點(dian)(dian)(dian)的輻照度與該點(dian)(dian)(dian)到點(dian)(dian)(dian)光(guang)(guang)(guang)源的距離(li)平方成反比。

在任一錐立體角內，假設在傳輸路徑(jing)上沒有光能損失或分束，那么點(dian)光源向空間發(fa)出的(de)(de)(de)(de)輻射通量是不變的(de)(de)(de)(de)。然而位于球心的(de)(de)(de)(de)均勻點(dian)光源所(suo)張開的(de)(de)(de)(de)立體角所(suo)截的(de)(de)(de)(de)表面(mian)積卻和(he)球半徑(jing)的(de)(de)(de)(de)平方成正(zheng)比，這樣在球面(mian)上的(de)(de)(de)(de)輻照度就和(he)點(dian)光源到該面(mian)的(de)(de)(de)(de)距離(li)平方成反比，即(ji)：Φ=4πI。

光源光通量的測量方法：

光(guang)(guang)源(yuan)的(de)發光(guang)(guang)強(qiang)度(du)是光(guang)(guang)度(du)學中的(de)基本(ben)量(liang)，而且由(you)發光(guang)(guang)強(qiang)度(du)可(ke)以(yi)導(dao)出其他光(guang)(guang)度(du)量(liang)。但要表征(zheng)光(guang)(guang)源(yuan)的(de)特性(xing)，單(dan)以(yi)光(guang)(guang)源(yuan)的(de)發光(guang)(guang)強(qiang)度(du)來表示是不完全(quan)的(de)，這是因(yin)為一般光(guang)(guang)源(yuan)在各個方向上的(de)的(de)發光(guang)(guang)強(qiang)度(du)并不一致(zhi)，故(gu)只有(you)用總光(guang)(guang)通量(liang)來說(shuo)明更為合適。

對各向同性(xing)的點光(guang)源，其光(guang)通(tong)量Φ=4πI，所以只要(yao)測得發光(guang)強度，乘(cheng)以4π，即(ji)為光(guang)通(tong)量Φ。但是實(shi)際光(guang)源都有一定的尺寸(cun)，而且在各個方向上又不(bu)均(jun)勻(yun)，故不(bu)能用Ф=4πI計算得到。

光通(tong)量(liang)的測(ce)量(liang)方法(fa)：在積分球內用已(yi)知光通(tong)量(liang)的標準燈與被測(ce)燈作比(bi)較(jiao)測(ce)量(liang)，從(cong)而定出被測(ce)燈的光通(tong)量(liang)。

用積(ji)分球測(ce)量(liang)(liang)光(guang)通量(liang)(liang)，通常(chang)采用比較法（代替法），為此需(xu)要光(guang)通量(liang)(liang)標準燈。先將標準燈（其光(guang)通量(liang)(liang)為Φs）放(fang)入(ru)積(ji)分球內，點燃(ran)后，在(zai)窗口測(ce)得的照度(du)Es應符(fu)合下列(lie)式子：

放入(ru)待測(ce)燈點然后，可測(ce)得(de)的照(zhao)度為Ec為：

比較以上兩個式子，可得待測(ce)燈的(de)光通量(liang)為：

采用比(bi)較法測(ce)(ce)量光通量可以大為減少由(you)球(qiu)壁漫反射層的(de)(de)(de)不(bu)均勻性(xing)、球(qiu)壁涂(tu)料和(he)窗口(kou)材(cai)料的(de)(de)(de)非中性(xing)（即涂(tu)料的(de)(de)(de)漫反射比(bi)和(he)窗口(kou)的(de)(de)(de)透射比(bi)與波長有關）等因素造成的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)，但是(shi)不(bu)能(neng)消除由(you)于標準燈的(de)(de)(de)尺(chi)寸和(he)結(jie)構與待測(ce)(ce)燈的(de)(de)(de)不(bu)相同(tong)(tong)而造成的(de)(de)(de)對球(qiu)內壁漫射光的(de)(de)(de)吸收情況不(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)，也不(bu)能(neng)消除標準燈與待測(ce)(ce)燈的(de)(de)(de)相對光譜功率分(fen)布及(ji)空(kong)間分(fen)布不(bu)同(tong)(tong)產生的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)等等，在測(ce)(ce)量時應考慮采取修正(zheng)的(de)(de)(de)辦(ban)法。