[科普中国]-光谱分布

光源及其光谱分布光源

光是由光源发出的。凡能发射紫外线、可见光、红外线等各种电磁辐射的物质都可称为光源。其中又有自然光源和人造光源之分。常见的自然光源有太阳、昼空、夜空、月和星等。人造光源的范围很广，包括热辐射或温度辐射光源、气体放电光源、同体发光光源、激光器等各种类型。还有蜡烛、油灯、火焰、电弧等也属于人造光源。

光谱分布定义不管是自然光源还是人造光源大都是由单色光组成的复色光。光源的辐射能按波长分布的规律随着光源的不同而变化。设以波长λ为中心的微小波长宽度dλ范围内的辐射量为dX，则单位波长问隔所对应的辐射量称为光谱密度Xλ，即Xλ=dX/dλ。

式中的辐射量可以是辐射通量、辐射强度、辐射亮度、辐射照度等。一般而言．波长不同，其对应的光谱密度也不同。将光源的光谱密度与波长之间的对应关系用函数来表示时，称此函数为该光源的光谱分布Xλ(λ)。

光谱功率分布光源的光谱能量分布或光谱功率分布常用直角坐标系的光谱功率分布曲线来表示。此时，横坐标表示波长λ，纵坐标表示单位波长间隔内的辐射功率。在色度学研究中，常常关心的是各波长辐射功率的相对比例而非光源的绝对光谱功率分布。这时，可令光谱分布函数的最大值为1，将函数的其他俩进行归化，经过归化后的光谱分布称为相对光谱功率分布，其各波长对应值仍保持和绝对光谱功率分布相一致。

光谱分类根据光谱功率分布的不同，光源的典型光谱大致可以分为以下几种情况．即线光谱、带状光曙、连续光谱和混合光潜。

线光谱只在某几个波长处发射狭窄的漕线．如低压汞灯和低压钠灯的光潜分布就是由若干条明硅分隔的细线组成的。这种光谱称为线光谱。

带状光谱由一些分开的谱带构成，每个谱带又包含许多紧靠的细线。这种光谱称为带状光谱。如碳弧和高压汞灯的光谱就属于这种分布。

连续光谱在整个光谱范围内．不同波长的光发射出强度不等的连续光谱．所有热辐射光源的光谱都是连续光谱，这是光源中最常见的一种光谱分布。如日光和白炽钨丝灯即属此类。

混合光谱将前三种光谱进行组合．称为混合光谱．如日常生活中常用的荧光灯就属于这种情况1。

光源的光潜分布不仅决定了其本身的光色参数，还将影响在其照明下观察物体时的颜色外貌。

光谱分布图光波：波长为10—106nm的电磁波

可见光：波长380—780nm

紫外线：波长10—380nm， 波长300—380nm称为近紫外线
波长200—300nm称为远紫外线
波长10—200nm称为极远紫外线，

红外线：波长780—106nm
波长3μm（即3000nm）以下的称近红外线
波长超过3μm 的红外线称为远红外线。
光谱分布如图所示2。

太阳光谱的功率分布太阳是能量最强、天然稳定的自然辐射源，其中心温度为1.5*10^7K，压强约为10^16Pa。内部发生由氢转换成氦的聚核反应。

太阳聚核反应释放出巨大能量，其总辐射功率为3.8*10^26W，其中被地球接收的部分约为1.7*10^17W。太阳的辐射能量用太阳常数表示，太阳常数是在平均日地距离上、在地球大气层外测得的太阳辐射照度值。从1900年有测试数据以来，其测量值几乎一直为1350W/㎡。对大气的吸收和散射进行修正后的地球表面值约为这个值的2/3。

通常假定太阳的辐射温度为5900K，则其辐射温度随波长的增加而降低。根据黑体辐射理论，当物体温度升高时，发出的辐射能量增加，峰值波长向短波方向移动。

太阳辐射的波长范围覆盖了从X射线到无线电波的整个电磁波普。在大气层外，太阳和5900K黑体的光谱分布曲线相近。受大气中各种气体成分吸收的影响，太阳光在穿过大气层到达地球表面时某些光谱区域的辐射能量受到较大的衰减而在光谱分布曲线上产生一些凹陷。