不同辐射亮度之间转换

我在学习的时候发现,辐射亮度之间如何转换,尤其是L_\lambdaL_{\nu}之间的转换每次都需要推导。今天我就在这里记录一下,防止以后忘记,也可以有地方可以查。 

常见的几种辐射亮度及单位:

辐射亮度(radiance)L,单位:W\cdot cm^{-1}\cdot sr^{-1};

光谱辐射亮度(spectral radiance)L_\lambda,单位:W\cdot cm^{-2}\cdot sr^{-1}\cdot{\mu}m^{-1},其中\lambda指波长;

光谱辐射亮度(spectral radiance)L_{\nu},单位:W\cdot cm^{-2}\cdot sr^{-1}\cdot cm ,其中\nu指波数(注意这里不是频率)。我看到好多国外的软件计算的光谱辐射亮度都是后面这个L_{\nu}。国内比较常用L_\lambda,所以我需要推一下二者之间的转换。


辐射亮度:

辐射亮度是指辐射面元在辐射传输方向上的单位立体角内,通过垂直于该方向单位面积的辐射通量(辐射功率):

L=\frac{\partial ^2\Phi}{cos \theta \partial A\partial \Omega}

光谱辐射亮度:

辐射面元在辐射传输方向上的单位立体角内,通过垂直于该方向单位面积、单位波长间隔的辐射通量(辐射功率):

L_\lambda=\frac{\mathrm{d} L }{\mathrm{d} \lambda}

辐射面元在辐射传输方向上的单位立体角内,通过垂直于该方向单位面积、单位波数间隔的辐射通量(辐射功率):

L_\nu=\frac{\mathrm{d} L}{\mathrm{d} \nu}

1. 波数和波长之间的转换:

\nu=\frac{1}{\lambda}

在红外波段,波长单位一般是\mu m,而波数单位是cm^{-1},所以有:

\nu (cm^{-1})=\frac{1}{\lambda (\mu m)}\cdot 10^4.

2.  L_\lambdaL_{\nu}之间的转换

L=\int_{0}^{\infty} L_\lambda \mathrm{d} \lambda=\int_{\infty}^{0} L_\nu \mathrm{d}\nu=-\int_{0}^{\infty} L_\nu \mathrm{d}\nu

所以

L_\lambda \mathrm{d} \lambda=- L_\nu \mathrm{d}\nu

所以

L_\lambda=-L_\nu \frac{\mathrm{d}\nu}{\mathrm{d}\lambda}=L_\nu\frac{1}{\lambda ^2}

同样的,考虑各物理量单位之间的转换,为:

L_\lambda (W\cdot cm^{-2}\cdot sr^{-1}\cdot \mu m^{-1})=L_\nu (W\cdot cm^{-2}\cdot sr^{-1}\cdot cm) \cdot \frac{1}{\lambda (\mu m))^2}\cdot 10^4

如果上式将波长换为波数,应该为 

L_\lambda (W\cdot cm^{-2}\cdot sr^{-1}\cdot \mu m^{-1})=L_\nu (W\cdot cm^{-2}\cdot sr^{-1}\cdot cm) \cdot \nu (cm^{-1})^2\cdot 10^{-4}

 

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