LED辐射强度空间分布 及半值角的测量 一、实验目的 1. 了解LED发光的空间特性，了解半值角的概念和它的意义； 2. 学会用CIE标准定量测量平均辐射（发光）强度及半值角。
二、实验原理 LED的能量空间分布，涉及到光度学和辐射度学两方面。 光功率：表示光源在单位时间内发射的光能量大小，用瓦(W)作为单位。 辐射通量：发光二极管单位时间内发射的总电磁能量称为辐射通量，它通常表示发光器件单位时间内在整个360o空间发射的能量，但有时也规定在一定角度范围内发射的辐射通量。 如果辐射通量随波长而改变，发光器件在某个波长发射的辐射通量称为单色辐射通量，可以写为由ФE(l)，单位为W/nm，辐射通量可以表示为
辐射通量的概念适用于所有光谱段的光和辐射。在可见光范围内，光源发射的光和辐射将引起人眼的视觉。 光通量：光源发射的辐射通量中能引起人眼视觉的那部分量称作为 (ФV)，单位是流明(lm)。 人眼对不同波长的单色光有不同的灵敏度，其中对555nm的单色光最灵敏，在这个波长上，1W辐射通量等于683lm。与辐射通量类似，光通量通常指光源向整个空间在单位时间内发射的能引起人眼视觉的辐射通量。 人眼对不同波长单色光的灵敏度已经由国际照明委员会总结为人眼标准光度观测者光谱光效率函数V(l)，因此光通量可以写为
发光强度：光源在指定方向上的一个很小的立体角元dΩ内所包含的光通量dΦV。发光强度的单位是坎德拉（candela），符号为cd。 发光强度的概念要求光源是一个点光源，或者要求光源的尺寸和探测器的面积与光源离探测器的距离相比足够小（这种要求被称为远场条件）。 平均发光强度：照射在与LED保持一定距离处的光探测器上的通量ΦV与由探测器构成的立体角的比值。其中立体角可将探测器的面积S除以测量距离d的平方计算得到：
实际应用中，用得较多的是条件B，它适用于大多数低亮度的LED光源，高亮度且发射角很小的LED光源可以使用条件A。 CIE平均LED发光强度测试标准条件 CIE推荐 LED顶端到探测器的距离d(mm) 立体角 平面角(全角) 应用 CIE标准条件A 316 0.001sr 2° 窄视角LED CIE标准条件B 100 0.01sr 6.5° 一般LED 实际应用中，用得较多的是条件B，它适用于大多数低亮度的LED光源，高亮度且发射角很小的LED光源可以使用条件A。 半值角：等于最大光功率一半的两个位置间的夹角。 通常LED的发散角较大，为使出光能量集中，在其头部用树脂加工成圆形，相当于凸透镜。我们对同种红光LED带圆形树脂头的发光功率在水平平面的分布进行测试。
三、实验步骤 1. 半值角测量：找到最大光功率Imax对应的转盘角度，以此角度为基准，顺时针和逆时针旋转转台，找到半最大功率位置的角度a1/2和a’1/2，则半值角为 a1/2+a’1/2 。 2. 辐射强度空间分布曲线测量：计算机采集信号并经软件运算得到实际光功率和光强。以最大光功率为中心，记录多组(I, a)，特别是半最大光功率对应的a1/2和a’1/2。仿照下图由计算机画出LED发光强度的空间分布曲线。
四、思考题 1. 参考光辐射的相关教材，了解辐射度量和光度量之间的关系和区别，熟悉常用光度学物理量的意义。 2. 影响LED能量空间分布的因素有哪些，研究LED的能量空间分布有何意义？