1.1.2光的常用度量
1)辐射通量
某物体单位时间内发射或接收的辐射能量，或在介质(也可能是真空)中单位时间内传递的辐射能量，称为辐射通量，或称为辐射功率，通常用符号Φe表示，即：
Φe=dQedt(1.5)
在上述定义中，发射、接收或传递的辐射能量并未指明一定是可见光的能量，实际上可以包括任意波长的电感辐射的能量；当辐射的能量用J作为单位，时间用s作为单位，则辐射通量的单位为W。
2)光谱辐射通量及其能量分布
(1)光谱辐射通量
如果辐射源发出的辐射只含有一种波长成分，这样的辐射称为单色辐射。如果这种辐射是指光辐射，则只含一种波长成分的光辐射称为单色光。在照明工程中，实际照明光源发出的往往是含有多种波长成分的复合光。依据复合光中各种波长的辐射通量的分布情况，又可分为具有线光谱的复合光(只包含有限几种波长)和具有连续光谱的复合光(包含无限多种波长)；并用光谱辐射通量来定量地描述复合光中各波长的辐射通量的分布。
光谱辐射通量定义为辐射源在给定波长λ附近取包含该波长的无限小波长范围，辐射源在该范围内产生的辐射通量dΦe与该波长范围dλ之比称为该给定波长处的光谱辐射通量，即Φe，λ=dΦedλ(1.6)若辐射通量dΦe的单位为W，波长范围dλ的单位为m，则光谱辐射通量的基本单位是W/m。
(2)辐射通量的光谱分布
光谱辐射通量实际上可看做是波长的函数，因此，辐射源的辐射能量随波长而变化的规律可以用曲线来表示，并称之为辐射通量的光谱分布，又常称为光谱能量(功率)分布。
但实际辐射源的线光谱成分往往不是理想的，即在其波长附近一定波长范围内均有一定的辐射。在实际测量时，一般不可能也没有必要将每一波长的辐射都测量其辐射通量，而是分成若干波长段，测量其每一波长段的辐射通量。在照明工程的测量中，一般取5nm或10nm作为一波长段。
实际光源的光谱能量分布可能还要复杂一些，例如气体放电光源通常既含有连续光谱成分，又具有线光谱成分。
求辐射通量时，首先要知道光谱辐射通量随波长变化的函数关系，但通常很难用函数式来表示实际辐射源的光谱辐射通量，而只能用光谱能量分布曲线的形式表示。这时可用近似公式求辐射通量。求辐射通量实际上就是求光谱能量分布曲线与横轴之间所围的面积。在实际计算时，可用阶梯形代替原来的曲线，当波长间隔驻λ越小时，阶梯形折线就越接近于曲线，因此计算结果也就越精确。
3)光谱光效率
辐射通量是纯客观的物理量，未计及人的视觉效果。人的视觉器官受到可见光的刺激就会产生视觉。事实证明，光刺激所引起的视觉强度(光亮感觉的大小)不仅与光能量的大小有关，还与光的波长有关，在同样的环境条件下(指环境的明亮或昏暗状况)，人们对辐射通量相同但波长不同的光，具有不同的灵敏度。通常用光谱光效率(或光谱光效能)来表示人眼的视觉灵敏度。
光谱光效能的意义是单位辐射通量产生的视觉强度，用符号K(λ)表示。光谱光效能的单位是lm/W。
实验证明，光谱光效能是波长的函数，且在某一波长下存在最大值。在明视觉条件下(适应亮度约为10cd/m2以上)，当波长为555nm时，光谱光效能最大，称为最大光谱光效能，记作Km。国际光度学和辐射度学咨询委员会规定Km=683lm/W。
光谱光效率的定义为某波长光的光谱光效能K(λ)与最大光谱光效能Km之比，就是该波长光的光谱光效率V(λ)，即：
V(λ)=K(λ)Km(1.9)
式中：K(λ)——给定波长λ的光谱光效能；
Km——最大光谱光效能；
V(λ)——给定波长λ的光谱光效率。
光谱光效率可以看做是光谱光效能的相对值，是波长的函数，其最大值为1，发生在人们具有最大视觉效果的波长处。若偏离该波长时，光谱光效率将小于1。
光谱光效率除了与波长有关以外，还与光刺激强度有关，即同一波长的光，在环境适应亮度明暗不同的情况下，人眼对其敏感性是有差别的。此外，光谱光效率既然是评价人眼的视觉灵敏度的，就不可避免地存在着个人差异，这会给光的度量带来很大的困难，所以必须有一个统一的标淮。国际照明委员会(CIE)根据各国测试和研究的结果，提出了一个标准光度观察者，称为CIE标准光度观察者。根据有关研究，国际照明委员会给出了两种光谱光效率。第一种是在明亮条件下(适应亮度约为10cd/m2以上)获得的，称为明视觉光谱光效率，记作V(λ)，在555nm波长处视觉效果最高。第二种是在昏暗条件下(适应亮度小于10-2cd/m2)获得的，称为暗视觉光谱光效率，记作V忆(λ)，最高视觉效果发生在507nm波长处。
4)光通量
光通量的实质是光源在单位时间内向周围空间辐射出的使眼睛引起光感的能量。显然，光通量和辐射通量所描述的是同一个物理概念，只是辐射通量是从纯物理的角度来度量光，而光通量是通过人的眼睛来描述光。
根据一些国家权威实验室的测量结果，辐射功率为1W、波长为555nm的黄绿光，主观视觉量为683lm，则其他波长的光的辐射功率都为1W时，它们的光通量都小于683lm。
5)发光强度
发光强度简称光强，表示光源向空间某一方向辐射的光通密度。在讨论发光强度之前，先介绍立体角的概念。
(1)立体角
立体角定义为任意一个封闭的圆锥面所围的空间。立体角是以锥的顶点为球心、半径为r的球面被锥面所截得的面积来度量的。当锥面在球面上截得的面积为dA时，则该立体角即为一个单位立体角d棕。
显然，发光强度是光源在指定方向上单位立体角内发出的光通量，或称之为光通量的立体角密度。发光强度可简称为光强，记作I，单位是cd，它是国际单位制中光度学的基本单位。
揖例1.1铱100W普通白炽灯输出的光通量为1250lm，假设光源向四周是均匀发射其光通量的，求光源某方向上的光强。
解根据题意，白炽灯是均匀地向四周发射光通量，因此它向任何方向的光强也是相等的。
白炽灯共发出1250lm光通量，四周空间对白炽灯张的立体角为4π。
6)照度
光通量和光强主要用来表征光源或发光体发射光的强弱，而照度用来衡量落在物体表面上的光通量的多少，即照度是描述被照面被照射的程度的光度量。其定义为：被照物体表面上一点的照度等于入射到该表面包含这一点的面元上的光通量dΦ与面元的面积dA之比。简单地说，就是被照面上单位面积入射的光通量。照度用符号E表示，其表达式为：
E=dΦ/dA(1.14)
照度的国际单位制单位为lx。当1m2被照面上均匀地接收到1lm光通量时，该被照面上的照度值为1lx，即1lx=1lm/m2，也可用lm/m2作单位。若采用cm作长度单位，则照度单位用辐透(ph)来定义，1ph表示1cm2面积上均匀分布1lm光通量的照度值，即1ph=1lm/cm2。辐透的千分之一称为毫辐透(mph)，即1mph=10-3ph。
照度的英制单位是英尺烛光，符号为fc。当1ft2被照面上均匀地接受1lm光通量时，该被照面的照度值为1fc，即1fc=1lm/ft2，而1lx=9.29×10-2fc。
lx是一个较小的单位，如在夏季中午日光下，地面照度可达105lx；在装有100W白炽灯的台灯下，桌面平均照度为200~300lx，月光下的照度只有几lx。
照度可以直接相加。如房间内有3盏灯，它们对桌面上A点的照度分别为E1、E2、E3，则A点的照度EA=E1+E2+E3。
7)出射度
出射度是表征发光面光辐射强弱的物理量。发光面上某点S，在发光面上取包含S点的足够小的面元dA，该面元发射的光通量若为dΦ，则S点的出射度M是面元发射的光通量dΦ(lm)与面元面积dA之比。
M=dΦ/dA(1.15)
出射度的单位为lm/m2。因为出射度与照度有同样的量纲，因此也常用照度的单位勒克斯作为出射度的单位。但光出射度表示发光体发出的光通量表面密度，照度则表示被照物体所接受的光通量表面密度，为了与照度单位相区别，出射度的单位一般改称辐射勒克斯，简称辐勒克斯(rlx)。
8)亮度
亮度是描述发光面或反光面上光的明亮程度的光度量。并且，亮度考虑了光的辐射方向，所以它是表征发光面在不同方向上的光学特性的物理量。
若以某发光面上一点S为研究对象，首先在该发光面上取一包含S点的足够小的面元，面积为dA(m2)，并设面元的法线方向为n。观察者从某一方向观察该发光面，发光面上S点向观察者方向发出的光强为dI(cd)，且该方向与面元法线方向的夹角为θ。发光面上S点在指向观察者方向的亮度是该方向上的光强dI与包含S点的面元dA在垂直于观察方向的平面上的投影dAcosθ之比，记作L，即L=dI/dAcosθ(1.16)
亮度的国际单位制单位是cd/m2。若1m2发光面沿其法线方向发出1cd光强时，该发光面在其法线方向上呈现的亮度为1cd/m2。
式(1.16)表明，亮度与被视物件的发光强度或反光面的反光程度有关，还与发光面或反光面的面积有关。例如，在同一照度下，并排放着的白色和黑色物体，因物体表面对光的反射程度不同，人眼看起来的视觉效果也不同，总觉得白色物件要亮得多；而对两个发光强度完全相向的物体来说，例如功率相同的一个普通白炽灯泡和一个磨砂玻璃灯泡，它们在视觉上引起的明亮程度也不同，后者看起来不及前者亮，这是因为磨砂玻璃表面凹凸不平，发光面积较大的缘故。
1.1.3光的传播和材料的光学性质
光在真空中传播时，总是以直线方向进行传播，当遇到某种物体时，光线可能被反射，或者被吸收、被透射。光投射到非透明的物体时，光的大部分被反射，小部分被吸收；光投射到透明物体时，光除被反射与吸收一部分外，大部分则被透射。
1)吸收比、反射比和透射比
吸收是由于光能转换成能量的其他形态时引起的，一般光能会转换成热能，但也可能转换成不同波长的辐射(如荧光)，而在光电池中就转换成电能，在植物的光合作用中就转换成化学能。物体对光的吸收作用可以用吸收比来表征，吸收比是指被物体吸收的光通量与入射到物体表面的初始光通量之比。
当光从一种物质射向另一种物质时，有一部分光将从两种物质的分界面射回原来的物体材料中，这种现象称为光的反射。对光的反射作用可以用反射比来表征，反射比是指被物体反射的光通量与入射到物体表面的初始光通量之比。
光投射在某物体上，有部分光穿透该物体，这种现象称为光的透射。光穿透物质的能力用透射比来表征。透射比是指从物体穿透的光的光通量与投射到物体表面的初始光通量之比。
影响物体对光的吸收、反射和透射作用的主要因素有如下几种：
(1)物体的性质。物质表面越光滑，反射比就越大；颜色越浅，反射比就越大；透明度越小，反射比就越大。透明材料对光的吸收作用较小，而非透明的表面粗糙且颜色较深的物质对光的吸收作用较大；透明材料的透射比大，非透明材料的透视比为0。
(2)光程，即光在物质中传播的路程长短对光的吸收有影响。一般来说，光程越长，即光在物体中传播的路程越长，则物体对光的吸收就越强，而通过物体透射的光越少。例如，清澈的水是透明度极高的介质，光可透过水直射水底，但当水很深时，例如在深海中，由于光在水中逐渐被吸收，到水下，光已被完全吸收，因此深海的海底就成了黑暗世界。
(3)入射光的波长。也就是物质对光有光谱选择性，当入射光的波长改变时，这3个值也随之改变。所以确定物质的吸收比等值时采用的入射光是等能白光，又称北向天空光，其光谱能量分布曲线为一等值的线，每一种物质在这种复合光下有确定的吸收比、反射比和透射比的值。
2)光的反射
反射光的分布形式有定向反射和扩散反射两大类，扩散反射又可分为定向扩散反射、漫反射和混合反射。在光发生反射现象时，光的传播方向发生了改变，但光的波长成分不会改变，亦即反射光中不会出现入射光中没有的波长成分。
但这并不意味着反射光与入射光具有相同的光谱能量分布，实际上一般都会有所改变。
根据反射光束在空间的扩展情况，光的反射可以分为以下几种情况：
(1)定向反射
光线照射到表面很光滑的不透明材料上，就出现定向反射，又称为镜面反射或规则反射。其特征是光线经过反射之后，仍按一定方向传播，立体角没有变化。
定向反射的规律为：
入射光线与反射光线以及反射表面的法线处于同一平面；
入射光线与反射光线分居法线两侧；
光线的入射角等于反射角。
