具符號及單位之輻射度量

輻射度量以能量的方式描述電磁輻射，與眼睛的敏感度無關 — 在技術應用上，主要用於 UV 輻射及 IR 輻射。四個基本量為輻射通量 Φ，單位為 W；輻照度 E，單位為 W/m² 或 mW/cm²；輻射率 L；以及輻射強度 I。此領域稱為輻射度量學；以眼睛敏感度加權的對應量則稱為光度量。

輻射度量為指涉整體電磁輻射的測量量。在技術應用上，此量用於 UV 輻射或 IR 輻射。此領域稱為輻射度量學。輻射依其波長加以分類。

下圖顯示四種輻射度量。表格針對每一量提供圖示表示、數學定義、單位及簡要說明。

1. 輻射通量 Φ
2. 輻照度 E
3. 輻射率 L
4. 輻射強度 I

下載表格： 輻射度量與單位（XLSX） – 內含轉換係數以及依 DIN/ISO 20473 之光譜範圍。對應之眼睛加權量列於 光度量，與色彩相關之量列於 色度量，波段界限列於 光譜範圍與標準。所有量值 – 含符號、單位及對應之計算工具 – 皆收錄於 光學量詞彙表 中。

輻射通量

輻射通量（也稱為輻射功率）是輻射源在單位時間內向所有方向發射的能量總量。輻射通量的單位為瓦特（W）。

• 公式符號：Φ
• 單位：W
• 定義：所發射之總輻射功率。

範例：

一個消耗功率為 60 W 的標準白熾燈，其輻射通量約為 57 W，其餘則以熱能形式損失。這 57 W 分佈於可見光與紅外光譜範圍內。

輻射通量係以積分球進行量測。

輻照度

輻照度是描述輻射照射於表面之功率密度的物理量，其定義為入射於表面元件之單位面積輻射功率。輻照度的單位為瓦特每平方公尺（W/m²）或毫瓦每平方公分（mW/cm²）。紫外線輻射計適用於量測輻照度。

• 公式符號：E
• 單位：W/m²、mW/cm²
• 定義：入射於表面元件之輻射功率，以其面積為基準。

輻照度表示單位時間內以輻射形式落於特定表面上的能量多寡。斜向入射之輻射則依入射角之餘弦值計算；因此量測頭皆經餘弦校正。
提示：將 W/m² 換算為 mW/cm²

範例：

在晴朗天氣下，太陽於地球表面之平均輻照度約為 1000 W/m²，意味著地球表面每平方公尺可接收到 1000 W 的輻射。

輻照度係以輻射計進行量測。

輻射亮度

輻射亮度是描述輻射源每單位面積、每單位立體角所發射之輻射功率的物理量，其單位為瓦特每平方公尺每立體角（W/(m²-sr)）。

• 公式符號：L
• 單位：W/(sr m²)
• 定義：所發射輻射通量與表面元件及立體角乘積之商。

輻射亮度同時考量輻射源之面積以及輻射發射之立體角。

範例：

太陽具有高輻射亮度，因為其在相對較小的面積上向太空發射大量輻射能量。

輻射強度

輻射強度是描述特定方向上每單位立體角之輻射流量的物理量，用以表示輻射在特定方向上的強度。輻射強度的單位為瓦特每立體角（W/sr）。

• 公式符號：I
• 單位：W/sr
• 定義：於特定方向上所發射輻射通量與立體角元件之商。

輻射強度描述輻射源在特定立體角方向內所發射的能量多寡，係輻射功率方向相依性之量度。

範例：

一個輻射通量為 1 W 的 LED，若其光線以 0.1 sr 之立體角發射，則其輻射強度為 10 W/sr。這表示所發射的能量高度集中於一個較小的立體角範圍內。

輻照度與劑量有何不同？
輻照度 E（W/m² 或 mW/cm²）是每單位面積的瞬時功率；輻射曝露量——俗稱劑量——則是其對時間的積分，H（J/m² 或 mJ/cm²）。在輻照度恆定的情況下，H = E · t。輻照度決定達到劑量的速度；預期效果是否發生，通常取決於劑量。因此這兩個量都應分別記錄於文件中——單獨的時間並不能作為證據。

通量與劑量有何區別？
輻射曝露量是指固定的平面接收面，並以入射角的餘弦來加權斜向入射的輻射。相對地，通量是指可從各個方向接收輻射的物體——例如反應器或風管中的微生物。在定向輻射場中，兩者一致；而在漫射場中，通量可能遠大於在平面上測得的曝露量。這項差異在何處決定製程結果，請參閱紫外線消毒。

為何燈管的電功率不是量測量？
在所消耗的電功率與製程現場的效果之間，存在光電轉換效率、光源的光譜分布、距離與入射角、窗片與保護套管的穿透率，以及污染與老化等因素。這些因素在使用壽命期間皆非恆定不變。因此，功率額定值描述的是光源的運作狀態，而非工件、微生物或樣品所獲得的結果。如何在生產設備中將此轉化為可靠的製程放行，請參閱自動化與製程整合。

輻照度與輻射率有何區別？
輻照度是接收端的量：它描述抵達某表面的輻射量，與方向無關。輻射率則是光源端的量：它描述光源每單位面積及立體角所發出的輻射量。製程放行取決於作用點的輻照度；相對地，依據 IEC 62471 評估延伸光源則取決於輻射率——請參閱職業安全與光生物安全。

何時寬頻量測已足夠，何時需要光譜量測？
若光源已知且光譜穩定，且感測器已針對該光源進行校正，則寬頻量測即已足夠。一旦需要比較不同的光源技術、光譜因老化或調光而偏移、必須套用作用光譜，或需分別評估多個光譜頻段時，就需要進行光譜量測。其背後的誤差來源即為光譜失配。