光電子技術(shù)LectureNew2課件

光電子技術(shù)（2）四、發(fā)光效率發(fā)光效率是對(duì)人造光源而言的，指光源所發(fā)出的光通量與輸入的功率之比。對(duì)電光源，發(fā)光效率指發(fā)出的光通量與電光源消耗的電功率之比。用輻射度量和光度量表示：光電子技術(shù)（2）式中顯然，1表示消耗功率P后轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光譜范圍的電磁輻射的效率，2表示可見(jiàn)光譜范圍的輻射功率轉(zhuǎn)換為光通量的效率。通常稱2為理想光效?！?.2熱輻射描述與光源一、熱輻射性質(zhì)1、基爾霍夫定律任何物體總是在不斷地向外輻射能量，同時(shí)也在接收外來(lái)的輻射能量。接收的能量大于發(fā)射的能量，此物體的溫度升高，反之，溫度下降。當(dāng)接收與輻射達(dá)到平衡時(shí)，物體的溫度保持恒定。所以，溫度是度量物體熱輻射平衡的一個(gè)參數(shù)。（1）輻射本領(lǐng)Me(,T)光電子技術(shù)（2）光電子技術(shù)（2）通常，Me(,T)和(,T)的分布不僅隨T變化，而且隨物體的性質(zhì)而變化，并且變化可能千差萬(wàn)別，然而，基爾霍夫定律表明：任何物體的發(fā)射本領(lǐng)與其吸收本領(lǐng)之比是一個(gè)與物體性質(zhì)無(wú)關(guān)的普適函數(shù)，這個(gè)普適函數(shù)只依賴和T兩個(gè)變量。即：這個(gè)普適函數(shù)就是黑體的輻射分布公式，它困擾了19世紀(jì)的科學(xué)。同時(shí)導(dǎo)致了量子力學(xué)的誕生。能量量子化正是普朗克為了導(dǎo)出與黑體熱輻射實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致的理論公式過(guò)程中提出來(lái)的。光電子技術(shù)（2）2、黑體輻射（1）、黑體黑體指吸收本領(lǐng)(,T)恒為1的熱輻射體。定義物體的發(fā)射率為物體的輻射本領(lǐng)與黑體的輻射本領(lǐng)之比：上式表明好的發(fā)射體也是好的吸收體，同時(shí)也表明實(shí)驗(yàn)上只需測(cè)量發(fā)射率或吸收本領(lǐng)之一，通常對(duì)發(fā)光源測(cè)量發(fā)射率較方便，而不發(fā)光的物體，測(cè)量吸收本領(lǐng)較方便。（2）黑體輻射本領(lǐng)—普朗克輻射公式光電子技術(shù)（2）式中C1=2hc2=(3.7418320.000020)*10-16Wm2C2=ch/k=(1.4387860.000045)*10-2mK黑體輻射性質(zhì)：（1）單峰結(jié)構(gòu)；（2）輻射能量隨溫度增加，存在關(guān)系Meb(T)=T4；（3）峰值波長(zhǎng)隨溫度升高藍(lán)移，存在關(guān)系mT=a=2898mK。3、熱輻射體分類分為黑體、灰體和選擇輻射體光電子技術(shù)（2）缺點(diǎn)：鎢蒸發(fā)損耗，壽命短，玻璃殼變黑，光通量降低2、鹵鎢燈在白熾燈中改充鹵素元素氣體，如Br2，I2等，鹵素與鎢反應(yīng)：W+X2WX（氣態(tài)）T+T-燈絲附近溫度高，鎢蒸汽壓高，抑制鎢蒸發(fā)。在玻璃殼附近，溫度較低，形成WX，阻止鎢沉積在玻璃殼上而損耗。所以，鹵鎢反應(yīng)抑制了鎢損耗，延長(zhǎng)了鎢絲的壽命。與白熾燈比較，鹵鎢燈特點(diǎn)：（1）體積??；（2）光通量穩(wěn)定。（3）光效率高，20-30流明/瓦；（4）色溫高，達(dá)3300K；（5）壽命長(zhǎng)。光電子技術(shù)（2）3、標(biāo)準(zhǔn)照明體4、標(biāo)準(zhǔn)光源標(biāo)準(zhǔn)照明體指特定的光譜功率分布。CIE針對(duì)不同的用途定義了不同的標(biāo)準(zhǔn)照明體，其中常用的三種標(biāo)準(zhǔn)照明體為：標(biāo)準(zhǔn)照明體A：溫度為2856K的黑體所發(fā)出的光譜標(biāo)準(zhǔn)照明體B：相關(guān)色溫約為4874K的直射陽(yáng)光的光譜標(biāo)準(zhǔn)照明體C：相關(guān)色溫為6774K的平均日光的光譜標(biāo)準(zhǔn)光源指實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)照明體的發(fā)光源。常用標(biāo)準(zhǔn)光源有三種（1）黑體光電子技術(shù)（2）根據(jù)黑體輻射本領(lǐng)可得其輻射亮度，由此輻射公式可得各種色溫的光譜功率分布，因此，它是初級(jí)標(biāo)準(zhǔn)光源。但是，直接使用它不方便。常使用通過(guò)它校正過(guò)的其它次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)光源。如鎢帶燈、碳弧等。（2）、鎢帶燈鎢帶燈由2*0.05*Lmm3尺寸的鎢帶發(fā)光，封裝在真空或充惰性氣體的玻璃殼內(nèi)。對(duì)紫外標(biāo)準(zhǔn)光源，需要開(kāi)一石英窗口。鎢帶燈為低壓大電流供電，需要穩(wěn)流。只要知道了鎢的發(fā)射率(,T)，就能通過(guò)黑體的光譜求得鎢帶光電子技術(shù)（2）§1.3、氣體放電光源一、氣體放電光源的基本原理1、氣體放電與電子發(fā)射氣體放電指電流通過(guò)氣體媒質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的放電現(xiàn)象。氣體放電的種類很多，但在光源中用得較多的是輝光和弧光放電兩類。氣體放電燈結(jié)構(gòu)：放電氣體、陰極、陽(yáng)極和玻璃罩氣體放電發(fā)光的基本過(guò)程：①、初始電子加速②、加速電子與氣體分子碰撞，能量傳給氣體分子，使其激發(fā)、躍遷到高能級(jí)光電子技術(shù)（2）③、受激發(fā)分子返回基態(tài)時(shí)，發(fā)射光子，即發(fā)光。發(fā)射波長(zhǎng)：E=E2-E1，E2、E1分別為分子激發(fā)態(tài)和基態(tài)能量。初始電子由陰極發(fā)射產(chǎn)生，陰極發(fā)射方式主要有三種：①、熱電子發(fā)射使陰極溫度升高，部分電子得到足夠能量，克服金屬的逸出功，逸出金屬表面。金屬熱發(fā)射電流密度：式中A0=4emek2/h3，為金屬的逸出功光電子技術(shù)（2）上式表明，升溫或降低金屬逸出功，均有利提高發(fā)射電流。熱電子發(fā)射是弧光放電的主要形式之一。②、正離子轟擊發(fā)射正離子轟擊就是利用高動(dòng)能的正離子轟擊陰極，使陰極發(fā)射電子，它是輝光放電的主要形式，又稱冷陰極發(fā)射。由于冷陰極發(fā)射效率很低，所以，輝光放電光源的陰極通常較大，做成圓筒狀。冷陰極發(fā)射對(duì)熔點(diǎn)要求不高，但要求能承受正離子轟擊。一般用鋁、鎳、鐵、銅等材料做冷陰極。為了使正離子獲得足夠動(dòng)能，通常在陰極附近設(shè)置大的電位差。③、場(chǎng)致發(fā)射場(chǎng)致發(fā)射就是對(duì)陰極表面施加強(qiáng)電場(chǎng)，克服逸出功，使大量的電子發(fā)射。它是目前正在研究、應(yīng)用于平板顯示的一種技術(shù)。光電子技術(shù)（2）共振輻射：從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷的輻射。氣體放電光源的優(yōu)點(diǎn)：（1）可獲得高色溫，不像熱輻射光源色溫受燈絲熔點(diǎn)限制。（2）輻射光譜可選擇性好，只要選擇適當(dāng)?shù)陌l(fā)光材料即可；（3）發(fā)光效率遠(yuǎn)比熱輻射的高；（4）壽命長(zhǎng)，壽命期內(nèi)光通量穩(wěn)定。3、氣體放電的伏安特性4、氣體放電燈的穩(wěn)流直流供電用電組穩(wěn)流低頻交流供電用電感高頻交流用電容穩(wěn)流復(fù)習(xí)要點(diǎn)1、人造光源的發(fā)光效率與理想光效？2、發(fā)射本領(lǐng)、吸收本領(lǐng)與基爾霍夫定律？3、黑體概念、黑體輻射分布特點(diǎn)？4、熱輻射體分類、色溫與相關(guān)色溫？5、鹵鎢燈結(jié)構(gòu)、鹵鎢循環(huán)原理及鹵鎢燈特點(diǎn)？6、標(biāo)準(zhǔn)照明體、標(biāo)準(zhǔn)光源、A、B、C標(biāo)準(zhǔn)照明體？7、氣體放電發(fā)光的工作原理、初始電子的發(fā)射方式、弧光與輝光放電？8、氣體放電光源的優(yōu)點(diǎn)及放電伏安