光電檢測(cè)技術(shù)第7-8節(jié)課

1、各位同學(xué)下午好！各位同學(xué)下午好！光電檢測(cè)技術(shù)內(nèi)蒙古大學(xué)2012.3光電檢測(cè)技術(shù)光電檢測(cè)技術(shù)門克內(nèi)木樂(lè)E_mail: py_Office: 綜合樓610室（Tel:4991463）Lab: 綜合樓812室第一章 光電檢測(cè)物理基礎(chǔ) 1.1 光電檢測(cè)技術(shù)概論（1學(xué)時(shí)） 1.2 光輻射物理基礎(chǔ)（1學(xué)時(shí)） 1.4 光在介質(zhì)中的傳輸（4學(xué)時(shí)） 1.5 常用光學(xué)系統(tǒng)（4學(xué)時(shí)） 1.6 光學(xué)變換器件（調(diào)制器，4學(xué)時(shí)） 1.7 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)與光電效應(yīng)（4學(xué)時(shí)）第二章 光電轉(zhuǎn)換技術(shù)（探測(cè)器） 2.1 光電探測(cè)器（點(diǎn)，8學(xué)時(shí)） 2.2 熱電探測(cè)器（點(diǎn)， 4學(xué)時(shí)） 2.3 光電成像器件（面， 4學(xué)時(shí)）第三章 光電檢

2、測(cè)電路設(shè)計(jì)（4學(xué)時(shí)）第四章 非相干與相干系統(tǒng)（8學(xué)時(shí)）第五章 典型光電檢測(cè)應(yīng)用系統(tǒng)（其它2學(xué)時(shí)）課程內(nèi)容光電檢測(cè)系統(tǒng)的組成光電檢測(cè)系統(tǒng)的組成1.3 常用光源（2學(xué)時(shí)）光源光學(xué)系統(tǒng)被測(cè)對(duì)象傳輸介質(zhì)光電轉(zhuǎn)換電信號(hào)處理光學(xué)變換hvhvhvss+nhvs+ne存儲(chǔ)顯示控制eee上一節(jié)課內(nèi)容回顧1.3. 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)1能帶理論2熱平衡態(tài)下的載流子3半導(dǎo)體對(duì)光的吸收4非平衡態(tài)下的載流子5載流子的輸運(yùn) 擴(kuò)散與漂移絕緣體、半導(dǎo)體、金屬的能帶圖絕緣體、半導(dǎo)體、金屬的能帶圖a) 絕緣體 b) 半導(dǎo)體 c) 金屬1.2 本征半導(dǎo)體與雜質(zhì)半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體與雜質(zhì)半導(dǎo)體晶體、非晶體、N、P型半導(dǎo)體Ix=I0(1-R)e

3、-x本征吸收與非本本征吸收與非本征吸收：征吸收：hEg電注入、光注入電注入、光注入nnnn0+nnpnpn0+pnnnpn壽命壽命漂移：漂移：載流子在外電場(chǎng)作用下，電子向載流子在外電場(chǎng)作用下，電子向正電極方向運(yùn)動(dòng)，空穴向負(fù)電極方正電極方向運(yùn)動(dòng)，空穴向負(fù)電極方向運(yùn)動(dòng)稱為漂移。向運(yùn)動(dòng)稱為漂移。J=EPnpenej=-DdN(x)/dx D=(kT/q)上一節(jié)課內(nèi)容回顧二、光電導(dǎo)效應(yīng)二、光電導(dǎo)效應(yīng)Pndepen00暗電導(dǎo)率暗電導(dǎo)率Plnllepen)(Pndlpne光致電導(dǎo)率的變化量光致電導(dǎo)率的變化量亮電導(dǎo)率亮電導(dǎo)率LAg光電導(dǎo)光電導(dǎo)Ugi光電流光電流GhvPeis)(221tjmsmemGhvPe

4、i上一節(jié)課內(nèi)容回顧三、光伏效應(yīng)三、光伏效應(yīng)光生伏特效應(yīng)簡(jiǎn)稱為光伏效應(yīng)，指光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬組合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。內(nèi)建電場(chǎng)、擴(kuò)散電流、漂移電流：內(nèi)建電場(chǎng)、擴(kuò)散電流、漂移電流：光生電場(chǎng)、光生電流：（只考慮少光生電場(chǎng)、光生電流：（只考慮少數(shù)載流子運(yùn)動(dòng)）數(shù)載流子運(yùn)動(dòng)）光伏探測(cè)器在光照下的總電流(從n到p)為其中，在沒(méi)有電流內(nèi)增益時(shí)，上一節(jié)課內(nèi)容回顧三、光伏效應(yīng)三、光伏效應(yīng)第二章 常用光源2.1 光源的基本參量光源的基本參量1. 發(fā)光效率 2. 光譜功率譜分布 3. 空間光強(qiáng)分布特性 4. 光源的溫度和顏色2.2 光電檢測(cè)中常用光源光電檢測(cè)中常用光源在給定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，某一光

5、源所發(fā)出的光通量與產(chǎn)生該光通量所需要的功率之比，成為該光源的發(fā)光效率，單位lm/W，表示為式中，l1l2為該光電測(cè)量系統(tǒng)的光譜范圍。應(yīng)用中宜采用發(fā)光效率高的光源以節(jié)省能源。 PdPV21)(llll1. 發(fā)光效率發(fā)光效率 2.1 光源的基本參量光源的基本參量2.光譜功率譜分布光譜功率譜分布 光源輸出的功率與光譜有關(guān)，即與光的波長(zhǎng)有關(guān)，成為光譜功率分布。常見的有四種典型的分布，如圖所示。(a) (b) (c) (d)圖2-9 典型光源功率譜分布：(a)線狀光譜；(b)帶狀光譜；(c)連續(xù)光譜；(d)復(fù)合光譜圖中(a)為線狀光譜，如低壓汞燈光譜；(b)為帶狀光譜，如高壓汞燈光譜；(c) 為連續(xù)光譜

6、，如白熾燈、鹵素?zé)簦?d) 為復(fù)合光譜，它由連續(xù)光譜、線狀光譜和帶狀光譜組合而成，如熒光燈光譜。l0Pll0Pll0Pll0Pl在選擇光源的時(shí)候，為了最大限度的利用光能，應(yīng)選擇光功率分布的峰值波長(zhǎng)與光電器件的靈敏波長(zhǎng)相一致；對(duì)于目視測(cè)量，一般可以選用可見光譜輻射比較豐富的光源；對(duì)于目視瞄準(zhǔn)，為了減輕人眼的疲勞，以選用綠光光源；對(duì)于彩色攝像則應(yīng)該采用白熾燈、鹵素?zé)糇鞴庠?。同樣?duì)于紫外和紅外測(cè)量，也宜選用相應(yīng)的紫外燈（氙燈、紫外汞燈）和紅外燈。由于光源發(fā)光的各向異型，許多光源的發(fā)光強(qiáng)度在各個(gè)方向是不同的。若在光源輻射光的空間某一截面上，將發(fā)光強(qiáng)度相同的點(diǎn)連線，就得到該光源在該截面的發(fā)光強(qiáng)度曲線，成

7、為配光曲線配光曲線。為提高光的利用率，一般選擇發(fā)光強(qiáng)度高的方向作為照明方向。為了充分利用其他方向的光，可以用反光罩，反光罩的焦點(diǎn)應(yīng)位于光源的發(fā)光中心。 3. 空間光強(qiáng)分布特性空間光強(qiáng)分布特性 4. 光源的溫度和顏色光源的溫度和顏色 任何具有一定溫度的物體都能轉(zhuǎn)換本身的熱能而自發(fā)地向外輻射能量，這種輻射稱為溫度輻射，也叫熱輻射，物體本身稱為溫度輻射體溫度輻射體。 溫度輻射是一種能量交換的熱平衡過(guò)程熱平衡過(guò)程。任何溫度輻射體能夠輻射能量，也能吸收輻射能量。 溫度為T的物體吸收入射輻射功率的比率，稱為物體對(duì)輻射的吸收比吸收比，在熱平衡狀態(tài)下，物體發(fā)射的輻射功率等于吸收的輻照功率。亦即M(l,T)=a

8、 (l,T) E （基爾霍夫定律） 表明，吸收比越大的物體吸收比越大的物體，輻出度也越大輻出度也越大，所以好的輻射吸收體，必然也是好的輻射源。 黑體黑體黑體是一種理想的、完全的溫度輻射體，它吸收全部的入射光輻射而一點(diǎn)也不反射（a=1）。是一種輻射僅取決于它的溫度的輻射體，它在給定的溫度下比在同樣溫度下的任何實(shí)際物體輻射出更多的能量。故也稱之為“完全輻射體”或“理想的溫度輻射體”或“普朗克輻射體”。Mb(l,T) = E自然界中并不實(shí)際存在黑體，所有具有一定溫度的物體都是溫度輻射體，但不能完全吸收入射輻射的功率，因此稱為非黑體。非黑體與同溫度黑體的輻出度之比，稱為物體的發(fā)射率e:),(),(),

9、(TMTMTbllle),(Tla4. 光源的溫度和顏色光源的溫度和顏色課外話題黑體與黑洞1) 黑體輻射的光譜分布普朗克定律 ) 1(/512TCTeCElll2) 黑體輻射的積分表達(dá)式斯忒藩波爾茲曼定律 40TdEETTll3) 維恩位移定律 lmax = A / TW/cm3 球面角波長(zhǎng)（微米）W/cm3 球面角波長(zhǎng)（微米）4. 光源的溫度和顏色光源的溫度和顏色C13.74151016 （瓦特/米3）C21.4388102（米開爾文） 5.6697 10-8（瓦/米2 開爾文4） A2.896 10-3 (米開爾文) 黑體的溫度決定了它的光輻射特性。對(duì)于一般的光源，它的某些特性常用黑體輻射

10、特性近似地表示，其溫度常用色溫表示其溫度常用色溫表示。色溫是輻射源發(fā)射光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光的顏色相同，則黑體的這一溫度稱為該輻射源的色溫色溫。由于一種顏色可以有多種光譜成分產(chǎn)生，所以色溫相同的光源，它們的相對(duì)光譜功率分布不一定相同。在光電檢測(cè)中為了減少光源溫度對(duì)測(cè)量的影響，應(yīng)采用冷光源或設(shè)法減少熱輻射的影響。4. 光源的溫度和顏色光源的溫度和顏色光源的顏色與發(fā)光波長(zhǎng)有關(guān)，復(fù)色光源如太陽(yáng)光、白熾燈、鹵素?zé)簟㈢C燈等發(fā)光一般為白色，其顯色性較好，適合于變色要求較高的場(chǎng)合，如彩色攝像、彩色印刷等。單色光源，如氦氖激光為紅色，氪燈與鈉燈發(fā)光為黃色，氘光為紫色。光的顏色對(duì)人眼的工作效率有影響，

11、綠色比較柔和而紅色則使人容易疲勞。用顏色來(lái)進(jìn)行測(cè)量也是一門專門的技術(shù)。常常用用光光源源分類分類發(fā)光原理發(fā)光原理熱輻射光源太陽(yáng)光（黑體輻射器）溫度輻射白熾燈（鎢絲燈、能斯脫燈、硅碳棒）氣體放電光源輝光放電 氫、氦、氘、氙、氪 放射線發(fā)光弧光放電 金屬蒸汽（汞、鈉、硫等） 熒光燈復(fù)色熒光燈、單色熒光燈光致發(fā)光燃燒體蠟燭、煤油燈、煤氣燈化學(xué)反應(yīng)半導(dǎo)體發(fā)光器件LED注入式場(chǎng)致發(fā)光激光光源氦-氖激光器受激輻射半導(dǎo)體激光器其它2.2 光電檢測(cè)中常用光源光電檢測(cè)中常用光源1、太陽(yáng)光、太陽(yáng)光太陽(yáng)向地球輻射熱我們稱之為陽(yáng)光。陽(yáng)光是復(fù)色光，太陽(yáng)光源是很好的平行光源。太陽(yáng)光的照度值在不同光譜區(qū)所占百分比是不同的，紫

12、外區(qū)約占6.46%；可見光區(qū)占46.25%；紅外光區(qū)占47.29%。 表面溫度：6000K，最大吸收波長(zhǎng)lmax=480nm2、白熾燈（鎢絲燈、能斯脫燈、硅碳棒）、白熾燈（鎢絲燈、能斯脫燈、硅碳棒）鎢絲燈鎢絲燈靠燈泡中的鎢絲被加熱而發(fā)光，它發(fā)出連續(xù)光譜。發(fā)光特性穩(wěn)定、簡(jiǎn)單、可靠、壽命比較長(zhǎng)，得到廣泛的應(yīng)用。真空鎢絲燈真空鎢絲燈是將玻璃燈泡抽成真空，鎢絲被加熱到23002800K時(shí)發(fā)出復(fù)色光，發(fā)光效率為10lm/W。若燈泡內(nèi)充氬、氮等惰性氣體稱為充氣燈泡充氣燈泡，當(dāng)燈絲蒸發(fā)出來(lái)的鎢原子與惰性氣體原子相碰撞時(shí)，部分鎢原子會(huì)返回?zé)艚z表面而延長(zhǎng)燈的壽命，工作溫度提高到27003000K，發(fā)光效率約為1

13、7lm/W。若燈泡內(nèi)充有鹵素元素（鹵化碘，溴化硼等）時(shí)，稱為鹵素?zé)酐u素?zé)?。鎢絲被加熱后，蒸發(fā)出來(lái)的鎢原子在玻璃殼附近與鹵素化合成鹵鎢化合物，如WI2，WBr等，然后鹵鎢化合物又?jǐn)U散到溫度較高的燈絲周圍且又被分解成鹵素和鎢，而鎢原子又沉積到燈絲上，彌補(bǔ)鎢原子的蒸發(fā)，以此循環(huán)而延長(zhǎng)等的壽命，鹵鎢燈的工作溫度達(dá)30003200K，發(fā)光效率約為30lm/W。 白熾燈的燈壓燈壓決定了燈絲的長(zhǎng)度長(zhǎng)度，供電電流電流決定了燈絲的直徑直徑，100W的鎢燈發(fā)出的光通量大約200lm。 白熾燈的供電電壓對(duì)燈的參數(shù)（電流、功率、壽命和光通量）有很大的影響，其關(guān)系如下式所示。式中，V0, I0, V0, fV0, t0

14、分別為燈泡額定電壓、電流、發(fā)光效率、光通量和壽命；V, I, V, fV, t分別為使用值。對(duì)于充氣燈泡n=0.0714，對(duì)于真空燈泡n=0.0769。例如額定電壓為220V的燈炮降壓到180V使用，其發(fā)光的光通量降低62%，但其壽命延長(zhǎng)到13.6倍。降壓使用對(duì)光電測(cè)量用的白熾燈光源十分重要，因?yàn)闊襞輭勖难娱L(zhǎng)將使系統(tǒng)的調(diào)整次數(shù)大為減少，也提高了系統(tǒng)的可靠性。如光柵莫爾條紋法測(cè)量，常用6V、5W的白熾燈照明，若將壓至4.5V使用，燈的壽命延長(zhǎng)20倍左右。白熾燈泡的燈絲形狀對(duì)發(fā)光強(qiáng)度的方向性有影響，普通照明常用W形燈絲，使燈360發(fā)光；而光柵的莫爾條紋測(cè)量則用直絲形狀儀器燈泡，且燈絲長(zhǎng)度方向應(yīng)與

15、光柵刻線方向一致。 nVVVVIIVV0278. 005 . 0000鎢絲燈鎢絲燈能斯脫燈能斯脫燈燈絲不是鎢絲，而是陶瓷桿，空氣中不會(huì)被氧化，所以不用裝到真空或惰性氣體中。玻璃罩只起隔絕高溫發(fā)光體與外界的作用。Developed by the German physicist and chemist Walther Nernst in 1897 at Goettingen University, these lamps were about twice as efficient as carbon filament lamps and they emitted a more natural l

16、ight (more similar in spectrum to daylight). The lamps were quite successfully marketed for a time, although they eventually lost out to the more-efficient tungsten filament incandescent light bulb. One disadvantage of the Nernst design was that the ceramic rod was not electrically conductive at roo

17、m temperature so the lamps needed a separate heater filament to heat the ceramic hot enough to begin conducting electricity on its own硅碳棒硅碳棒硅碳棒為非金屬電熱元件，是用高純度綠色六方碳化硅為主要原料，經(jīng)2200高溫再結(jié)晶制成的，正常使用溫度可達(dá)1450，合理使用條件下，連續(xù)使用超過(guò)2000小時(shí)，在空氣中使用，不需要任何保護(hù)氣氛。適適用于各種電爐電窯。用于各種電爐電窯。用途：由于硅碳棒使用溫度高，有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。如果與自動(dòng)化供電系統(tǒng)配套，即可得到精確的恒

18、定溫度，又可根據(jù)生產(chǎn)工藝的實(shí)際需要按曲線自動(dòng)調(diào)溫?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于國(guó)防、機(jī)械、冶金、輕化、陶瓷、半導(dǎo)體、分析化學(xué)、科學(xué)研究等領(lǐng)域，成為各種電爐電窯的電加熱元件。隧道窯、輥道窯、玻璃窯爐、真空爐、馬弗爐、冶煉爐以及各類加熱設(shè)備，使用硅碳棒加熱既方便，又安全可靠。如：銅、鋁及各種合金的冶煉，機(jī)械器件的熱處理，陶瓷和磁性材料的燒結(jié)，以及作為各類試驗(yàn)、化驗(yàn)設(shè)備的加熱元件，均能得到較為理想的效果。 3、氣體放電光源、氣體放電光源利用氣體放電原理來(lái)發(fā)光的光源稱為氣體方電光源，如將氫、氦、氘、氙、氪或者金屬蒸汽（汞、鈉、硫等）沖入燈中，在電場(chǎng)作用下激勵(lì)出電子和離子。當(dāng)電子向陽(yáng)極，離子向陰極運(yùn)動(dòng)時(shí)，如此碰撞不斷

19、進(jìn)行，使一些原子躍遷到高能級(jí)，由于高能級(jí)的不穩(wěn)定性，處于高能級(jí)的原子就會(huì)發(fā)出可見輻射（發(fā)光）而回到低能級(jí)，如此不斷地進(jìn)行，就實(shí)現(xiàn)了氣體持續(xù)放電、發(fā)光。常見的有輝光放電輝光放電和弧光放電弧光放電兩類。氣體放電電源的特點(diǎn)是：1）發(fā)光效率高，比白熾燈高210倍，可節(jié)能能源。2）結(jié)構(gòu)緊湊，耐震、耐沖擊。3）壽命長(zhǎng)，大約是白熾燈的210倍。4）光色范圍大，如普通高壓汞燈發(fā)光波長(zhǎng)大約為400500nm，低壓汞燈則為紫外燈，鈉燈呈黃色（589nm），氙燈近日色，而水銀熒光燈為復(fù)色。由于以上特點(diǎn)氣體放電光源經(jīng)常被用于工程照明和光電測(cè)量之中。 電弧燈電弧燈短弧氙燈金屬鹵化物燈4、熒光燈、熒光燈緊湊熒光燈熒光燈結(jié)

20、構(gòu)A fluorescent lamp is a gas-discharge lamp that uses electricity to excite mercury vapor in argon or neon gas, resulting in a plasma that produces short-wave ultraviolet light. This light then causes a phosphor to fluoresce, producing visible light.氣體燈5、燃燒發(fā)光體、燃燒發(fā)光體煤油燈蠟燭酥油燈注入式半導(dǎo)體激光器和它類似，也是一個(gè)PN結(jié)，也是利用

21、外電源向PN結(jié)注入電子來(lái)發(fā)光的。只是它的結(jié)構(gòu)公差沒(méi)有激光器那么嚴(yán)格，而且無(wú)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)、諧振腔等條件要求。所以，所發(fā)出的光不是激光，而是熒光。由于它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，工作電流小，使用方便，成本低，所以在光電系統(tǒng)中應(yīng)用得也極為普遍。發(fā)光二極管按發(fā)光波長(zhǎng)來(lái)分，有紅外發(fā)光二極管和可見光發(fā)光二極管兩種。它們的結(jié)構(gòu)原理都是類似的，下面著重以紅外發(fā)光二極管為例作一介紹。6、半導(dǎo)體發(fā)光器件、半導(dǎo)體發(fā)光器件(LED)在電場(chǎng)作用下使半導(dǎo)體的電子與空穴復(fù)合而發(fā)光的器件成為半導(dǎo)體器件，又稱注入式場(chǎng)致發(fā)光光源，通常稱為L(zhǎng)ED。 制作半導(dǎo)體發(fā)光二極管的材料是重?fù)诫s的，熱平衡狀態(tài)下的N區(qū)有很多遷移率很高的電子，P區(qū)有較多

22、的遷移率較低的空穴。由于PN結(jié)阻擋層的限制，在常態(tài)下，二者不能發(fā)生自然復(fù)合。而當(dāng)給PN結(jié)加以正向電壓時(shí)，N區(qū)導(dǎo)帶中的電子則可逃過(guò)PN結(jié)的勢(shì)壘進(jìn)入到P區(qū)一側(cè)。于是在PN結(jié)附近稍偏于P區(qū)一邊的地方，處于高能態(tài)的電子與空穴相遇時(shí)，便產(chǎn)生發(fā)光復(fù)合。這種發(fā)光復(fù)合所發(fā)出的光屬于自發(fā)輻射，輻射光的波長(zhǎng)決定于材料的禁帶寬度Eg，即1.24eV/Eg （m）由于不同材料的禁帶寬度不同，所以由不同材料制成的發(fā)光二極管可發(fā)出不同波長(zhǎng)的光。另外，有些材料由于組分和摻雜不同，例如，有的具有很復(fù)雜的能帶結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的還有間接躍遷輻射等，因此有各種各樣的發(fā)光二極管。（1）發(fā)光二極管的發(fā)光原理）發(fā)光二極管的發(fā)光原理（2）發(fā)光二

23、極管的主要參數(shù)）發(fā)光二極管的主要參數(shù)即使半導(dǎo)體器件也是發(fā)光器件，因此其工作參數(shù)有電學(xué)參數(shù)和光學(xué)參數(shù)，如正向電流、正向電壓、功耗、響應(yīng)時(shí)間、反向電壓、反向電流等電學(xué)參數(shù)；輻射波長(zhǎng)、光譜特性、法光亮度、光強(qiáng)分布等光學(xué)參數(shù)。材料光色峰值波長(zhǎng)nmGaA 0.6P0.4紅650GaA 0.15P0.85黃589GaP:N綠565GaAs紅外910GaAsSi紅外9401）伏安特性）伏安特性 通過(guò)發(fā)光二極管的電流與加到二極管兩端電壓之間的關(guān)系，稱為發(fā)光二極管的伏安特性。圖中，UT為開啟電壓。UUT時(shí)，二極管導(dǎo)通發(fā)光。UUT時(shí)，二極管截止不發(fā)光。UT的大小與材料、工藝等因素有關(guān)。一般GaAs管的UT約為1.

24、3V；GaP管的UT約為2V；GaAsP管的UT約為1.6V；GaAlAs管的UT約為1.55V。 發(fā)光二極管伏安特性曲線各種發(fā)光二極管發(fā)光出射度與電流密度的關(guān)系曲線2）發(fā)光亮度）發(fā)光亮度發(fā)光二極管的發(fā)光亮度，基本上是正比于電流密度的（上圖給出的是各種發(fā)光二極管的光出射度與電流密度關(guān)系），由圖可見，一般管的發(fā)光亮度都與電流密度成正比例，只有”GaP紅”的發(fā)光亮度略有隨電流密度的增加而趨于飽和的現(xiàn)象。亮度正比于電流密度這種性質(zhì)，對(duì)于采用脈沖驅(qū)動(dòng)的方式是很有利的，它可以在平均電流與直流電流相等的情況下，獲得很高的亮度。（3）發(fā)光二極管的主要特性）發(fā)光二極管的主要特性3）光譜特性）光譜特性幾種LED

25、的光譜特性曲線 發(fā)光二極管所發(fā)出的光不是純單色光，但是，除了激光外，它的譜線寬度都比其它光源所發(fā)出光的譜線窄。例如，砷化鎵發(fā)光二極管的譜線寬度只有25nm。因此，可認(rèn)為是單色光。其它發(fā)光二極管的光譜特性曲線示于上圖。（3）發(fā)光二極管的主要特性）發(fā)光二極管的主要特性4）溫度特性）溫度特性（3）發(fā)光二極管的主要特性）發(fā)光二極管的主要特性 發(fā)光電流與溫度的關(guān)系曲線 溫度對(duì)PN結(jié)的復(fù)合發(fā)光是有影響的，在偏置電壓不變的情況下，結(jié)溫升高到一定程度后，電流將變小，發(fā)光亮度減弱，電流與溫度的關(guān)系大致如上圖所示。5）時(shí)間響應(yīng)）時(shí)間響應(yīng) 這里說(shuō)的時(shí)間響應(yīng)，是指發(fā)光二極管啟亮與熄滅時(shí)的時(shí)間延遲。發(fā)光二極管的響應(yīng)時(shí)間

26、很短，一般只有幾納秒至幾十納秒。當(dāng)利用脈沖電流去驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管時(shí)，應(yīng)考慮到脈沖寬度、空度比與響應(yīng)時(shí)間的關(guān)系。6）壽命）壽命 發(fā)光二極管的壽命都很長(zhǎng)，在電流密度j1A/cm2的情況下，可達(dá)105h以上。不過(guò)，電流密度對(duì)二極管的壽命是有影響的，電流密度大時(shí)，發(fā)光亮度高，壽命就會(huì)很快縮短。7）配光曲線）配光曲線（3）發(fā)光二極管的主要特性）發(fā)光二極管的主要特性（4）發(fā)光二極管的主要應(yīng)用）發(fā)光二極管的主要應(yīng)用白色LED照明燈手電筒大屏顯示器儀器儀表的指示燈儀器儀表的指示燈交通信號(hào)燈交通信號(hào)燈汽車信號(hào)燈汽車信號(hào)燈地磚燈地磚燈裝飾燈、禮品燈 可以卷起來(lái)的顯示器（OLED）激光器是一種新型光源，和鎢絲燈等常見

27、光源相比，有許多突出的特點(diǎn)，例如，方向性強(qiáng)、單色性好、相干性好、亮度高等。激光的發(fā)散角很小，只有幾毫弧，激光束幾乎就是一條直線。氦氖激光的譜線寬度，只有10-8nm，顏色非常純。激光的產(chǎn)生和一般光不同，它的發(fā)光原子彼此間都密切聯(lián)系著，各發(fā)光原子所發(fā)出的光，振動(dòng)方向、頻率、相位等都相同，因此具有良好的相干條件。激光的能量十分集中，一臺(tái)巨脈沖紅寶石激光器的亮度可達(dá)1015w/cm2sr，比太陽(yáng)表面的亮度還高若干倍。 7、激光光源、激光光源1.3.2 激光器LASER英文名稱的含義是什么？激光發(fā)展簡(jiǎn)史n1917年Einstein的理論預(yù)言：光子和原子相互作用包含三種過(guò)程:自發(fā)輻射、受激吸收和受激輻射

28、（按此模型推導(dǎo)出和實(shí)驗(yàn)完全符合的黑體輻射Planck公式），提出在物質(zhì)與輻射場(chǎng)的相互作用中，構(gòu)成物質(zhì)的原子或分子可以在光子的激勵(lì)下產(chǎn)生光子的受激發(fā)射或吸收，預(yù)示了有可能利用受激發(fā)射實(shí)現(xiàn)光放大（Light Amplification by Stimulated Emission of RadiationLASER ）n理論工作指出：受激輻射光波與激勵(lì)光波同相位、同方向、同頻率、同偏振n1954年湯斯(Townes)、巴索夫(Basov)、普洛霍洛夫(Prokhorov) 利用原子、分子的受激輻射來(lái)放大電磁波的新概念，實(shí)現(xiàn)氨分子微波量子振蕩器(Maser)-量子電子學(xué)n1958年湯斯、肖洛(Sch

29、awlow)尺度遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)的開放式光諧振腔（Fabry-Perot）n布隆伯根（Bloembergen）利用光泵浦三能級(jí)原子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布n1960年梅曼（Maiman）世界上第一臺(tái)紅寶石激光器n1961年：He-Ne激光器、第一臺(tái)調(diào)Q激光器、釹玻璃激光器n1962年：砷化鎵（GaAs）半導(dǎo)體激光器n1963年：激光器的半經(jīng)典理論n1964年：氬離子（Ar+）激光器、二氧化碳激光器、摻釹釔鋁石榴石（Nd:YAG）激光器n1965年：鈮酸鋰光參量振蕩器n1966年：固體鎖模激光器、染料激光器n1970年：準(zhǔn)分子激光器n1977年：紅外波段的自由電子激光器激光器的組成與分類激光器的組成與分類工作物質(zhì)泵浦源諧振腔固體激光器（晶體和玻璃激光器）氣體激光器（原子、離子、分子、準(zhǔn)分子）液體激光器（化合物、無(wú)機(jī)液體、有機(jī)燃料）半導(dǎo)體激光器非穩(wěn)定腔激光器共焦腔激光器平面腔激光器調(diào)Q激光器鎖模激光器電泵浦激光器熱泵浦激光器光泵浦激光器化學(xué)泵浦激光器核泵浦激光器太陽(yáng)泵浦激光器