第二章光電檢測(cè)中的常用光源

1、既念，如光電傳感器、光電技術(shù)及光電器件基礎(chǔ)復(fù)習(xí)總結(jié)了解光電檢測(cè) 光電系統(tǒng)基本模型、光電檢測(cè)系統(tǒng)主要框圖等等了解輻射度學(xué)和光度學(xué)基本物理量，并注意其單 位表不1=掌握半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)，如電子共有化、能帶、禁 帶、N型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體、本征吸收、雜質(zhì) 吸收、長(zhǎng)波限等等了解相關(guān)的黑體輻射定律，能根據(jù)公式進(jìn)行計(jì)算掌握光電效應(yīng)的概念，如光電發(fā)射效應(yīng)、光電導(dǎo) 效應(yīng)、光伏效應(yīng)掌握光電器件的分類(lèi)及其特點(diǎn)了解光電器件特性參數(shù)，能根據(jù)公式進(jìn)行計(jì)算第二章光電檢測(cè)中的常用光源一切能產(chǎn)生光輻射的輻射源，無(wú)論是天然，還是人造的， 都稱(chēng)為光源。電光源：電能產(chǎn)生光輻射。光電檢測(cè)中常用的光源利用光波在時(shí)間、空間上的相位特性：

2、相干光源：光波的頻率相同、振動(dòng)方向相同和相位差恒 定是能夠產(chǎn)生干涉的必要條件。滿(mǎn)足干涉條件的光波稱(chēng)為 相干光波，相應(yīng)光源稱(chēng)為相干光源。如激光、非線(xiàn)形光學(xué) 器件等 非相干光源：照明光源、顯示光源、信息處理用光源。發(fā)光機(jī)理：熱輻射光源、氣體發(fā)光光源、固體發(fā)光光源、激光器2.1光源的特性參數(shù) 2.1.1輻射效率和發(fā)光效率在給定波長(zhǎng)范圍內(nèi)，某一輻射源發(fā)出的輻通量 與產(chǎn)生這些輻射通量的電功率之比n=pP某一光源所發(fā)射的光通量與產(chǎn)生這些光通量所需的電功率之比光譜光譜哪里來(lái)？ 1稠密物質(zhì)，包括高壓氣體和等離子體，按 黑體輻射發(fā)出連續(xù)光譜. 2 低壓氣體發(fā)出離散亮譜線(xiàn)，亮度隨氣體溫 度升高而增加. 3.具有連

3、續(xù)光譜的光線(xiàn)通過(guò)低壓氣體，對(duì)應(yīng) 圖2）中位置出現(xiàn)離散黑線(xiàn).卜午太陽(yáng)仰角24度傍晚太陽(yáng)仰角0.5度太陽(yáng)是黑體輻射，所以太陽(yáng)光譜主要是連續(xù)譜，但是上面有黑線(xiàn)，即著名的夫瑯和費(fèi)線(xiàn)(Fraunhofer lines).光線(xiàn)通過(guò)太陽(yáng)表面大氣和地球大氣被 選擇性吸收而形成的.照片里看見(jiàn)數(shù)條黑線(xiàn)：深紅色里的C(氫H-alpha, 656nm),桔黃色里的 D(鈉,589nm),綠色里的E(鐵,527nm) 和15b2518nm)5天藍(lán)色里的F(氫 H-beta, 86nm),紫色里的G(鐵和鈣，431 nm).有趣的是中午的陽(yáng)光和太陽(yáng)落山時(shí)的 陽(yáng)光光譜不同！白熾燈是普通燈泡,鴿絲 加熱發(fā)光,按黑體輻射發(fā) 出

4、連續(xù)光譜，所以從紅到 紫一片連續(xù)，和太陽(yáng)光譜 相比少了那些黑線(xiàn).桔黃色的高壓鈉燈被廣泛用于晚間照明有趣的是它的光譜也計(jì)算機(jī)CRT顯示器白色屏nr;幕的光譜紅色是離散譜 線(xiàn)，但綠，藍(lán)則是連續(xù)光譜.筆記本電腦液晶顯示屏 和CRT顯示器發(fā)光原理顯 然不同.Oentrl這種綠，紫色霓虹燈光譜主要是熒光粉不同.DE b2-1FG用鉛絲蘸食鹽燃燒則黃色鈉線(xiàn)很明顯， 來(lái)源自然是氯化鈉里的鈉鈉應(yīng)該是雙線(xiàn)，藍(lán)色霓虹燈是氮和水 銀，還是有熒光粉在 里面紅色霓虹燈光 譜明顯的是氛(neon)常用光源的發(fā)光效率光源種類(lèi)發(fā)光效率(lm/w)普通鑄絲燈8-18鹵鑄燈14-30普通熒光燈35-60三基色熒光 燈55-90光

5、源種類(lèi)發(fā)光效率(lm/w)高壓汞燈30-40高壓鈉燈90-100球形氤燈30-40金屬鹵化 物燈60-80 212光譜功率分布 線(xiàn)狀光譜：若干條明顯分隔的細(xì)線(xiàn) 帶狀光譜：每一譜帶中又包含許多連續(xù)的細(xì)譜線(xiàn) 連續(xù)光譜：光源譜線(xiàn)連成一片 混合光譜：由連續(xù)光譜與線(xiàn)、帶光譜混合而成。目視光學(xué)系統(tǒng)：可見(jiàn)光譜輻射比較豐富的光源。如果攝影用的光源光譜成分的變化會(huì)引起人所觀察的物體的 顏色發(fā)生變化，具有連續(xù)光譜的光源顯色性好。由于汞燈等新光源的光譜不是連續(xù)的，光譜中缺少某些單色光的成分,在它們下面觀察物體時(shí)，某些顏色就會(huì)發(fā)生變色。 2.1.3空間光強(qiáng)分布般光源（燈具）在空間各方向上的發(fā)光強(qiáng)度都不一樣，我 們可以

6、用數(shù)據(jù)或圖形把光源發(fā)光強(qiáng)度在空間的分布狀況記 錄下來(lái)，通常我們用縱坐標(biāo)來(lái)表示光源的光強(qiáng)分布,以坐標(biāo) 原點(diǎn)為中心，把各方向上的發(fā)光強(qiáng)度用矢量標(biāo)注出來(lái)，連接 矢量的端點(diǎn),即形成光強(qiáng)分布曲線(xiàn)，也叫配光曲線(xiàn)。提高光的利用率，選擇發(fā)光強(qiáng)度高的方向作為照明方向。進(jìn)一步利用背面方向的輻射，還可以在光源的背面安裝反光罩，焦點(diǎn)位于光源的發(fā)光中心。 2.1.4光源的顏色色表和顯色性用眼睛直接觀察光源時(shí)所看到的顏色稱(chēng)為光源的色表。顯色性：當(dāng)用這種光源照射物體時(shí)，物體呈現(xiàn)的顏色（物體反射光在人眼內(nèi)產(chǎn)生的顏色感覺(jué)）與該物體在完全輻射體照射下所呈現(xiàn)的顏色的一致性。光源對(duì)于物體顏色呈現(xiàn)的程度稱(chēng)為顯色性。通常叫做“顯色指數(shù)(

7、Ra)顯色性是指事物的真實(shí)顏色（其自身的色澤）與某一標(biāo)準(zhǔn)光源下所顯示的顏色關(guān)系。色差越小則表明被測(cè)光源顏色的顯色性越好。通過(guò)光源的混合可以提高光源的顯色性。例如白 熾燈跟高壓汞燈的混光、高壓鈉燈跟高壓汞燈的 混光等?；旃夤庠炊季哂休^高的光效，同時(shí)，能 使其顯色性有一定程度的提高由幾個(gè)特定顏色光組成的混合光源也具有很好的 顯色效果。如光譜450 nm （藍(lán)），540nm （綠）,610nm （橘紅）波長(zhǎng)區(qū)的輻射，對(duì)提高光源的顯色性具有特殊效果。2.1.5III黑體的溫度與它的輻射特性是一一對(duì)應(yīng)的。從光源的顏色與溫 度關(guān)系，引出顏色溫度的概念，簡(jiǎn)稱(chēng)色溫。色溫：如果輻射源發(fā)出的光的顏色與黑體在某一溫

8、度下輻射出 的光顏色相同，則黑體的這一溫度成為該輻射源的色溫。色溫相同的光源，它們的相對(duì)光譜功率分布不一定相同。相關(guān)色溫：若與任何溫度下的黑體輻射的顏色都不相同，但與 某一溫度下的黑體輻射的色坐標(biāo)點(diǎn)最接近。則稱(chēng)該黑體的溫度為這個(gè)光源的相關(guān)色溫。III分布溫度：輻射源在某一波長(zhǎng)范圍內(nèi)輻射的相對(duì)光譜分布，與 黑體在某一溫度下輻射的相對(duì)光譜功率分布一致，那么該黑體2.2熱輻射源物體只要大于絕對(duì)零度，都會(huì)向外輻射能量，其輻射特性與溫度的四次方有關(guān)。鐵加熱:暗紅色熾白，發(fā)光也更明亮物體由于溫度較高而向周?chē)鷾囟容^低環(huán)境IIIIII發(fā)射能量的形式稱(chēng)為熱輻射，這種物體稱(chēng)為熱輻射源。 2.2.1太陽(yáng) 太陽(yáng)光能量

9、能量分布相當(dāng)于5900k左右的黑體輻射。紫外區(qū): 可見(jiàn)光：紅外區(qū)：輻射到地球上的陽(yáng)光， 穿過(guò)大氣層，在光譜、 空間分布、能量大小、 偏振狀態(tài)等方面發(fā)生變 化。大氣在不同程度上 吸收太陽(yáng)輻射。實(shí)際應(yīng)用中，基準(zhǔn)輻射源稱(chēng)為黑體hi最高工作溫度3000k,實(shí)際應(yīng)用 222黑體輻射器吸收比等于1、能發(fā)射所有波長(zhǎng)的輻射源叫絕對(duì)黑體, 絕對(duì)黑體是一種理想輻射源。需要一種輻射源，它的溫度特性和光譜特性酷似理 想黑體的特性，這種輻射源常稱(chēng)為黑體模擬器，也稱(chēng)基準(zhǔn)輻射源，其溫度可以很精確地控制在設(shè)定值o爐，由石磨制成，外壁包上較厚一 層可長(zhǎng)時(shí)間承受工作高溫的熱絕緣 材料勿以利用保溫。2000k2.2.3白熾燈光電測(cè)

10、量中最常用的光源之一。白熾燈發(fā)射的是連續(xù)光譜。發(fā) 光特性穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)和量值復(fù)現(xiàn)方便，因而也廣泛用作各種輻 射度量和光度量的標(biāo)準(zhǔn)光源。真空磚絲燈：2300-2800k,發(fā)光效率10lm/w鴿熔點(diǎn)3680k, 進(jìn)一步增加白熾燈的工作溫度會(huì)導(dǎo)致餌的蒸發(fā)率急劇上升從而 使壽命驟減充氣鵠絲燈：氨、氮等惰性氣體。鵠蒸發(fā)原子，惰性原子與磚 原子碰撞，返回一些鵠原子，提高工作溫度2700-3000k,發(fā)光 效率17lm/wIII鹵鵠燈：沖入鹵鵠劑。鵠和玻璃殼附近的鹵素合成鹵餌化合物, 擴(kuò)散到溫度較高的鵠絲邊，分解成鹵素和鉤，鑄又沉積在燈絲 上，而鹵素?cái)U(kuò)散到溫度較低的燈泡壁區(qū)域再繼續(xù)與鑄化和。提 高效率，色溫達(dá)

11、到3200k,發(fā)光效率30IR1/W1 2.3氣體發(fā)光電源利用氣體放電原理制成的光源成為氣體放電光源。如，氨 氛氤氟或金屬蒸汽，如汞、鈉等，在電場(chǎng)作用下電離出電 子和離子，奔向陽(yáng)極和陰極，電場(chǎng)中加速，與氣體原子或 分子高速碰撞時(shí)會(huì)激勵(lì)出新的電子和離子。在碰撞過(guò)程中 有些電子會(huì)越遷到高能級(jí)，引起原子的激發(fā)。受激原子回 到低能級(jí)時(shí)就會(huì)發(fā)射出相應(yīng)的輻射。特點(diǎn):發(fā)光效率高，比同瓦數(shù)的白熾燈發(fā)光效率高210倍不靠燈絲發(fā)光，無(wú)電絲可以做的牢固緊湊，耐震，抗沖擊壽命長(zhǎng)，一般比白熾燈壽命長(zhǎng)210倍光色適應(yīng)性強(qiáng)，可以在很大范圍內(nèi)變化。 2.3.1脈沖燈極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)出很強(qiáng)的光輻射。工作時(shí)，高的脈沖電壓使燈內(nèi)產(chǎn)生

12、電離火花線(xiàn)，火花線(xiàn)大大減小燈的內(nèi)阻，使燈“著火”。電容C中儲(chǔ)存的大量能量可在極短的時(shí)間內(nèi)通過(guò)脈沖燈，產(chǎn)生極強(qiáng)的閃光。除激光外，脈沖燈是最亮的光源。由于高亮度，可以廣泛用作攝影光源、激光器的光泵和印刷制版的光源。如照像用的萬(wàn)次閃光燈，脈沖氤燈，光譜連續(xù)，與日光的光譜能量分布接近。色溫6000可左右，顯色指數(shù)90以上?！靶√?yáng)”之稱(chēng)圖29另外還有氛燈 232原子光譜燈又稱(chēng)空心陰極燈，工作時(shí)窗口投射出放電輝光，主要是陰極金屬的原子光譜?？招年帢O放電的電流密度比正常輝光 高出100倍以上，電流大，溫度不高，因此發(fā)光譜線(xiàn)強(qiáng)度 大，波長(zhǎng)寬度小。金屬鈣的原子光譜波長(zhǎng)為42267nm,帶寬33mm左右, 輸出

13、的光穩(wěn)定。原子光譜燈的主要作用是引出標(biāo)準(zhǔn)譜線(xiàn)的光束，確定標(biāo)準(zhǔn)譜線(xiàn)的分光位置，以及確定吸收光譜中的特征波長(zhǎng)等。用 于元素，特別是微量元素光譜分析的裝置中。汞燈低壓汞燈235.7nm的紫外線(xiàn)，高壓汞燈的發(fā)光效 率約64lm/w,高壓汞燈內(nèi)的氣壓有1-5Pa,超高 壓汞燈內(nèi)的氣壓有10-200Pa o- Openratlrg Va Hoge： 220-240V/5 OH： loading: 1000VMax. 1 COWPotiag：IP65Type of tamp holder:EdO口捎 Groh2.4固體發(fā)光光源平板發(fā)光器件,也稱(chēng)平板顯示器。厚度較薄按發(fā)光類(lèi)型分：主動(dòng)發(fā)光型和被動(dòng)發(fā)光型，前者媒

14、質(zhì)自己發(fā)光,后者則靠媒質(zhì)調(diào)制外部光源實(shí)現(xiàn)信息顯示。按媒質(zhì)和工作原理分：液晶顯示(LCD),等離子顯示(PDP),電致發(fā)光顯示(ELD)和場(chǎng)致發(fā)光顯示(FED)等。2.4.1場(chǎng)致發(fā)光光源固體在電場(chǎng)作用下將電能直接轉(zhuǎn)換為光能的發(fā)光現(xiàn)象，也稱(chēng)電致發(fā)光。兩電極之間的固體發(fā)光材料在電場(chǎng)激發(fā)下發(fā)光的電光源。又稱(chēng)本征電致發(fā)光光源。1936年，法國(guó)學(xué)者G德斯垂發(fā)現(xiàn)，摻有銅雜質(zhì)的ZnS熒光粉具有場(chǎng)致發(fā)光的功能。1950年，E.C.佩恩等解決了SnOx透明導(dǎo)電膜電極和ZnS熒光粉發(fā)光層之間的有機(jī)粘結(jié)問(wèn)題，制成第一只實(shí)用的平面狀交流粉末場(chǎng)致發(fā)光源。但 是其光效低，壽命短。80年代研制成采用薄膜場(chǎng)致發(fā)光材料的光源，它

15、有 著亮度高、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，因此得到迅速發(fā)展。場(chǎng)致發(fā)光光源的結(jié)構(gòu)象一個(gè)平板電容。在兩個(gè)緊靠的平板電極中，有一個(gè)是透明的導(dǎo)電膜電極。兩電極之間夾有熒光粉發(fā)光層和介質(zhì)層。電極間施 加工作電壓約為100250V o在外加強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，熒光粉發(fā)光層晶體中的電子被加速，達(dá)到較高能量，并與發(fā)光中心碰撞離化。當(dāng)受激的發(fā)光中心退回到基態(tài)，或者電子與空穴復(fù)合時(shí)，高速電子釋放出能量而發(fā)光。薄膜場(chǎng)致發(fā)光層是用真空薄膜技術(shù)制成的, 厚度約1pmo交流薄膜發(fā)光層與各電極之間有一層絕緣薄膜,如 丫2。3、Si3N4 AI2O3和Si。?等。直流薄膜發(fā)光層與電極直接接觸，工作電 壓只需20多伏就有良好的發(fā)光，由于其壽命較

16、短，尚處于實(shí)驗(yàn)階段。場(chǎng)致發(fā)光光源的發(fā)光亮度隨激勵(lì)電壓的增加而迅速提高， 隨電壓頻率的提高呈線(xiàn)性增大，約到數(shù)千赫時(shí)，出現(xiàn)飽和趨勢(shì)，甚至亮度下降。如影劇場(chǎng)、醫(yī)院病房夜間照明， 以及飛機(jī)、車(chē)輛等的儀表照明； 符號(hào)、文字的顯示以及大屏幕電 存貯或轉(zhuǎn)換。交流場(chǎng)致發(fā)光光源的最大發(fā)光效率已達(dá)1014lm/W,壽 命在1萬(wàn)小時(shí)以上，它是一種低照度的面光源，主要用作 特殊環(huán)境的指示和照明， 軍事訓(xùn)練夜間環(huán)境模擬， 還可以作為數(shù)字、圖像、 視，或者用于圖像增強(qiáng)、2.42其他平板顯示器件 1、液晶的電光效應(yīng)和液晶顯示至今已成為由物理學(xué)家、化學(xué)家、生物學(xué)家、工程技術(shù)人 員和醫(yī)藥工作者共同關(guān)心與研究的領(lǐng)域，在物理、化學(xué)

17、、 電子、生命科學(xué)等諸多領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。如：光導(dǎo)液晶光閥、光調(diào)制器、液晶顯示器件、各種傳感器、微量毒氣監(jiān)測(cè)、夜視仿生等，尤其液晶顯示器件早已廣為人知，獨(dú)占了電子表、手機(jī)、筆記本電腦等領(lǐng)域。其中液晶顯示器件、光導(dǎo)液晶光閥、光調(diào)制器、光路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等均是利用液晶電光效應(yīng)的原理制成的。年，奧地利植物學(xué)家Reinitzer在做有機(jī)物溶解實(shí)驗(yàn)時(shí)，在一定的溫度范圍內(nèi)觀察到液晶。1961年美國(guó)RCA公司的Heimeier發(fā)現(xiàn)了液晶的一系列電光效應(yīng)，并制成了顯示器件。從70年代開(kāi)始，日本公司將液晶與集成電路技術(shù)結(jié)合，制 成了一系列的液晶顯示器件，并至今在這一領(lǐng)域保持領(lǐng)先地位。液晶顯示器件由于具有驅(qū)動(dòng)電壓低（一

18、般為幾伏）, 功耗極小，體積小，壽命長(zhǎng)，環(huán)保無(wú)輻射等優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)今各種顯示器件的競(jìng)爭(zhēng)中有獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷之勢(shì)。液晶電光效應(yīng)液晶態(tài)是一種介于液體和晶體之間的中間態(tài)，既有液體的流動(dòng)性、粘度、形變等機(jī)械性質(zhì)，又有晶體的熱、光、電、磁等物理性質(zhì)。液晶與液體、晶體之間的區(qū)別是：液體是各向同性的，分子取向無(wú)序;液晶分子有取向序,但無(wú)位置序;晶體則既有取向序又有位置就形成液晶方式而言，液晶可分為熱致液晶和溶致液晶。 液晶分子是在形狀、介電常數(shù)、折射率及電導(dǎo)率上具有各 向異性特性的物質(zhì)，如果對(duì)這樣的物質(zhì)施加電場(chǎng)（電流）， 隨著液晶分子取向結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，它的光學(xué)特性也隨之變 化，這就是通常說(shuō)的液晶的電光效應(yīng)。液晶的電光效

19、應(yīng)種類(lèi)繁多，主要有動(dòng)態(tài)散射型(DS)、扭曲向列相型(TN)、超扭曲向列相型(STN)、有源矩陣液晶顯示(TFT)、電控雙折射 (ECB)等。其中應(yīng)用較廣的有：TFT型一主要用于液晶電視、 筆記本電腦等高檔產(chǎn)品；STN型一主要用于手機(jī) 屏幕等中檔產(chǎn)品；TN型一要用于電子表、計(jì)算器、 儀器儀表、家用電器等中低檔產(chǎn)品，是目前應(yīng)用 最普遍的液晶顯示器件。TN型液晶顯示器件顯示 原理較簡(jiǎn)單，是STN、TFT等顯示方式的基礎(chǔ)。 2等離子體顯示（PDP）什么是等離子體？由大量的帶電粒子組成的非束縛態(tài)的宏觀體系非束縛性：異類(lèi)帶電粒子之間相互“自由”，等離子體的基本粒子元 是正負(fù)荷電的粒子（電子、離子），而不是

20、其結(jié)合體。粒子與電磁場(chǎng)的不可分割性：等離子體中粒子的運(yùn)動(dòng)與電磁場(chǎng)（外場(chǎng) 及粒子產(chǎn)生的自洽場(chǎng)）的運(yùn)動(dòng)緊密耦合，不可分割。集體效應(yīng)起主導(dǎo)作用：等離子體中相互作用的電磁力是長(zhǎng)程的。等離子體是物質(zhì)第四態(tài)PDP(Plasma Display Panel )即等離子體顯示技術(shù)。PDP于1964年由美國(guó)的伊利諾斯大學(xué)的兩位教授發(fā)明。等離子體(Plasma)是指正負(fù)電荷共存，處于電中性的放電 氣體的狀態(tài)。PDP屬于自發(fā)光型顯示器。PDP有六大關(guān)鍵部件即等離子顯示屏體(PANEL)、驅(qū) 動(dòng)電路、屏蔽玻璃(EMI filter) 電源(PS)、接口 電路(VSC)和外殼Cover組成。等離子顯示屏一種利用氣體放電

21、激發(fā)熒光粉發(fā)光的顯示裝 置，其工作機(jī)理類(lèi)似普通日光燈，由相距幾百微米的兩塊 玻璃板，中間排列大量的等離管密封組成的。就等離子電視的顯示方式而言，其顯示畫(huà)面并不是利 用傳統(tǒng)CRT掃描方式構(gòu)成影像，圖像清晰穩(wěn)定無(wú)閃爍, 長(zhǎng)時(shí)間觀賞畫(huà)面眼睛也不會(huì)疲勞。而且等離子電視不 存在X射線(xiàn)輻射問(wèn)題，某種程度上可以將其稱(chēng)之為真 正意義上的綠色環(huán)保顯示產(chǎn)品。由于它采用的是高科 技玻璃屏具有環(huán)保特性，同時(shí)能降低環(huán)境光反射帶來(lái) 的畫(huà)面干擾。相對(duì)于采用CRT模擬技術(shù)的電視產(chǎn)品而言，等離子電視釆用的是完全的數(shù)字驅(qū)動(dòng)方式，是真正的數(shù)字電視。3真空熒光屏顯示(VFD)VFD為 Vacuum Fluorescent Displ

22、ay 的縮寫(xiě)，通常稱(chēng)之為“真空熒光顯示屏”VFD是從真空管發(fā)展而來(lái)的顯示元件，利用陽(yáng)極上熒光體受電子的沖擊而發(fā)光，是一種自發(fā)光顯示元件。VFD具有自發(fā)光、視角廣、輝度亮的顯示特性，工作溫度范圍 寬、壽命長(zhǎng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用在家用電器、辦公自動(dòng)化設(shè)備、工業(yè)儀器儀表及汽車(chē)等各種領(lǐng)域中。4、電致變色顯示(ECD)自然界中的一些物質(zhì)在熱、光、電的刺激下其顏色會(huì)發(fā)生變化。所謂電致變色是指在電的作用下,OHM物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使物質(zhì)顏色發(fā)生可逆性 變化的現(xiàn)象。利用一現(xiàn)象制作的顯示器件就叫做 電致變色顯示。良好的存儲(chǔ)特性，電路斷開(kāi)后顯示內(nèi)容可以保持幾天以上。響應(yīng)速度慢，達(dá)秒的量級(jí)，重復(fù)壽命

23、不高。5、電泳顯示(EPD)電泳顯示(Electrophoretic, E-Paper)技術(shù)由于結(jié)合了普通紙張和電子顯示器的優(yōu)點(diǎn)，因而是最有可能實(shí)現(xiàn)電子紙張產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)。目前它已從眾多顯示技術(shù)中脫穎而出，成為極具發(fā)展?jié)摿Φ娜嵝噪娮语@示 技術(shù)之一。何為電泳技術(shù)？照字面意味著“在一定的電壓下可泳 動(dòng)”，其顯示的工作原理是靠浸在透明或彩色液體之 中的電離子移動(dòng)，即通過(guò)翻轉(zhuǎn)或流動(dòng)的微粒像素變亮 或變暗，并可以被制作在玻璃、金屬或塑料襯底上電泳技術(shù)具有幾大優(yōu)勢(shì): 一是能耗低。由于具有雙穩(wěn)定性，在電源被關(guān)閉之后，仍然在顯示器上將圖像保留幾天或幾個(gè)月二是電泳技術(shù)生產(chǎn)的顯示器屬于反射型，因此具有良好的日光可讀

24、性，同樣也可以跟前面或側(cè)面的光線(xiàn)結(jié)合在一起,用于黑暗環(huán)境。三是具有低生產(chǎn)成本的潛力，因?yàn)樵摷夹g(shù)不需要嚴(yán)格的封裝，并且采用溶液處理技術(shù)如印刷是可行的。四是電泳顯示器以形狀因子靈活為特色，容許它們被制造在塑料、金屬或玻璃表面上，所以它是柔性顯示技術(shù)的最佳選擇。缺點(diǎn)一是響應(yīng)速度比較慢。因?yàn)殡娪炯夹g(shù)依賴(lài)于粒子的運(yùn)動(dòng)， 用于顯示的開(kāi)關(guān)時(shí)間非常長(zhǎng)，長(zhǎng)達(dá)幾百毫秒，這個(gè)速度對(duì) 視頻應(yīng)用是不夠的。目前用于電泳顯示的使開(kāi)關(guān)時(shí)間達(dá)到 幾十毫秒的更快的材料正在開(kāi)發(fā)之中。二是顯示的雙穩(wěn)態(tài)、以及轉(zhuǎn)換速度慢，也影響了其連續(xù)顯示色彩的性能。一些電泳顯示器在兩種色彩之間切換，如 果彩色顯示還需要一個(gè)彩色濾光片。該技術(shù)的驅(qū)動(dòng)器正

25、因 雙穩(wěn)定性問(wèn)題而面臨挑戰(zhàn)，雙穩(wěn)定性對(duì)顯示有利，但它也 給帶來(lái)了挑戰(zhàn)，因?yàn)樗枰捎靡环N獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)器架構(gòu), 從而導(dǎo)致顯示器的成本上升。三是制造工藝復(fù)雜，對(duì)材料要求高，成本較高。2.4.3結(jié)型發(fā)光光源一發(fā)光二極管和激光二極管勢(shì)壘：兩種材料或同一種材料的兩個(gè)不同區(qū)域之間 的接觸電勢(shì)差。勢(shì)壘層：起勢(shì)壘作用的空間電荷層。發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱(chēng)為L(zhǎng)ED。由稼(Ga)與碑(AS)、磷(P)的化合物制成的二極管，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見(jiàn)光，因而可以用來(lái)制成發(fā)光二極在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字磷碑化稼二極管發(fā)紅光，磷化稼二極管發(fā)綠光，碳 化硅二極管發(fā)黃光。發(fā)光二極管的特性參數(shù)量子效率描述復(fù)合發(fā)出

26、的光子究竟在整個(gè)復(fù)合過(guò)程中 占多大的比例，稱(chēng)為內(nèi)量子效率產(chǎn)生的光子數(shù)并不能全部射出器件之外。外 量子城率襄征能窮皿多少晃子。內(nèi)量子效率很高，但外量子效率低，其原因在于全反射，引起光能損失發(fā)光與電流的關(guān)系發(fā)綠色的發(fā)光二極管的發(fā)光出射度與電流密度近似的正比增 加，紅光的易達(dá)到飽和。發(fā)光二極管的發(fā)光出射度與工作溫度也有關(guān)。溫度較高或工 作電流過(guò)大時(shí)，容易出現(xiàn)熱飽和現(xiàn)象。光譜特性響應(yīng)時(shí)間：指注入電流后發(fā)光二極管點(diǎn)亮（上升） 或熄滅（衰減）的時(shí)間。發(fā)光二極管的上升時(shí)間 隨著電路的增大近似地稱(chēng)指數(shù)減小壽命：發(fā)光二極管的壽命一般很長(zhǎng)，在1 A/cm2的 情況下，可達(dá)106,即可以連續(xù)工作一百余年。亮度隨著時(shí)

27、間的增加而衰減，老化。快慢與電流 密度和老化時(shí)間有關(guān)。優(yōu)點(diǎn)：P452.5激光器光纖中的激光半導(dǎo)體激光向cd中注入信息光纖中的激光半導(dǎo)體激光向cd中注入信息Maiman和他的第一臺(tái)紅寶石激光器光纖中的激光半導(dǎo)體激光向cd中注入信息光纖中的激光半導(dǎo)體激光向cd中注入信息光纖中的激光半導(dǎo)體激光向cd中注入信息2.5.1激光原理1光與物質(zhì)的三種共振相互作用過(guò)程巧，心說(shuō)明:與這三種共振相互作用過(guò)程相關(guān)的是物質(zhì) 的兩個(gè)能級(jí)。即能量分別為E2和E1，粒子數(shù)密度分別為心和心 的激光上能級(jí)和激光下能級(jí)。耳 1）、自發(fā)輻射躍遷EiEi自發(fā)輻射光處于高能級(jí)E2上的一個(gè)原子自發(fā)地躍遷到曰上并 發(fā)射出一個(gè)能量為hv的光

28、子的過(guò)程入射光自發(fā)輻射光頻率滿(mǎn)足2）受激吸收躍遷Eq *艮市吸收入射光子 耳4遷到高能級(jí)處于低能級(jí)E上的一個(gè)原子，在頻率為乙的 輻射場(chǎng)激勵(lì)下，吸收一個(gè)能量為hu的光子 并向E2能級(jí)上躍遷的過(guò)程。3）受激輻射躍遷/AA* 入射光hu = E2-El入射光hu = E1-E受激輻射光kuE.-E, 為受激吸收躍遷的反過(guò)程。處于高能級(jí)E2上的一個(gè) 原子，在頻率為的輻射場(chǎng)激勵(lì)下，輻射出一個(gè)能量 為hu的光子并向曰能級(jí)上躍遷的過(guò)程N(yùn)g按波爾茲曼分布:%上式說(shuō)明熱平衡條件下原子主要處于低能態(tài)，即N1N2因而EE2兩能級(jí)相差越大，v21就越高,自發(fā)輻射越容易，受激輻射越困難。 一般在熱平衡下，主要是自發(fā)輻射

29、。愛(ài)因斯坦關(guān)系熱平衡狀態(tài)下,結(jié)論:2：形成激光的三個(gè)條件產(chǎn)生激光 必要條件1實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)-2 使原子被激發(fā)3 要實(shí)現(xiàn)光放大-一工作物質(zhì) 一激勵(lì)能源 光學(xué)諧振腔全反射鏡激勵(lì)能源激光輸岀部分反射鏡L光學(xué)諧振腔卜一!粒子數(shù)反轉(zhuǎn)一個(gè)誘發(fā)光子不僅能引起受激輻射，而且它也能引起受激吸收, 所以只有當(dāng)處在高能級(jí)的原子數(shù)目比處在低能級(jí)的還多時(shí)，受激 輻射躍遷才能超過(guò)受激吸收，而占優(yōu)勢(shì)。為使光源發(fā)射激光，而不是發(fā)出普通光的關(guān)鍵是發(fā)光原子處在 高能級(jí)的數(shù)目比低能級(jí)上的多，這種情況，稱(chēng)為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。但在熱平衡條件下，原子幾乎都處于最低能級(jí)（基態(tài)）。因此, 如何從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)則是產(chǎn)生激光的必要條件。泵浦源必

30、須用外界能量來(lái)激勵(lì)工作物質(zhì)，建立粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)。將粒子從低能級(jí)抽運(yùn)到高能級(jí)態(tài)的裝置,稱(chēng)為泵浦源。它是形成激光的外因。激光器是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換器件，它將泵浦源輸入的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榧す饽芰俊闹苯油瓿闪Ｗ訑?shù)反轉(zhuǎn)的方式來(lái)分，泵浦方式可分為：光激勵(lì)方式，氣體輝光放電或高頻放電方式，直接注入電子方式，化學(xué)反應(yīng)方式還有熱激 勵(lì)、沖擊波、電子束、核能等方式。諧振腔諧振腔的作用是限制輸出模式，同時(shí)還對(duì)激光 頻率、功率、光束發(fā)散角及相干性都有影響。光學(xué)諧振腔光學(xué)諧振腔結(jié)構(gòu)諧振腔的作用(1) 使激光具有極好的方向性(沿軸線(xiàn))(2) 增強(qiáng)光放大作用(延長(zhǎng)了工作物質(zhì))(3) 使激光具有極好的單色性(選頻)(4) 光學(xué)共振

31、腔是激光器的重要部件，其作用一 是使工作物質(zhì)的受激輻射連續(xù)進(jìn)行；二是不斷給 光子加速；三是限制激光輸出的方向。 2.5.2激光器的結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程激勵(lì)能源全反射鏡 L 一 I一光學(xué)諧振腔b I激光輸出部分反射鏡 2.5.3激光器的類(lèi)型氣體激光器最常見(jiàn)的有氨-氛激光器、氮離子激光器、 二氧化碳激光器、氨鎘激光器和銅蒸氣激光 器等。這是一類(lèi)以氣體為工作物質(zhì)的激光器。 多數(shù)釆用高壓放電方式泵浦。氨氛激光器是最早出現(xiàn)也是最為常見(jiàn)的氣 體激光器之一。輸出功率在05100毫瓦之 間，具有非常好的光束質(zhì)量。氨-氛激光器是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的激光器之一，可用于外 科醫(yī)療、激光美容、建筑測(cè)量、準(zhǔn)直指示、 照排印刷、

32、激光陀螺等。不少中學(xué)的實(shí)驗(yàn)室 也在用它做演示實(shí)驗(yàn)。比氨-氛激光器晚3年由帕特爾（Patel）發(fā)明的二氧化碳激光器是一種能量轉(zhuǎn)換效率溜袈篇體激光器。輸出功率工業(yè)上用于多種材料的加工，包括打孔、切割、焊接、退火、熔合、改性、涂覆等;ri醫(yī)學(xué)上用于各種外科手術(shù)；軍事上用于激光測(cè)距、激光雷達(dá)，乃至定向能武器。與發(fā)明二氧化碳激光器同年，發(fā)明了幾種 惰性氣體離子激光器，其中最常見(jiàn)的是氮 離子激光器。它以離子態(tài)的氮為工作物質(zhì), 大多數(shù)器件以連續(xù)方式工作，但也有少量 脈沖運(yùn)轉(zhuǎn)。連續(xù)輸出功率可達(dá)100瓦。氮離子激光器的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括眼疾治療、血細(xì)胞計(jì)數(shù)、 平版印刷及作為染料激光器的泵浦源。固體激光器實(shí)現(xiàn)激光的核心主要是激光器中可以實(shí)現(xiàn)粒子數(shù) 反轉(zhuǎn)的激光工作物質(zhì)（即含有亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)的工作 物質(zhì)）。如工作物質(zhì)為晶體狀的或者玻璃的激光 器，分別稱(chēng)為晶體激光器和玻璃激光器，通常把 這兩類(lèi)激光器統(tǒng)稱(chēng)為固體激光器。在激光器中以固體激光器發(fā)展最早，這種激光器體積小，輸出功