光電子課件和光學(xué)功能材料第三講

自然光源是自然界中存在的，如 等，其 人造光源，如黑體輻射器、白熾燈、激光器等，可組成射和散射等光輻射，它一般需要人為精心設(shè)計(jì)光發(fā)射系

氣體放電光源

§3-2黑體§3-3熱輻射光§3-4氣體放電§3-5電致發(fā)光§3-7半導(dǎo)體§3-8同步輻射6§§3 一、發(fā)光源的基本特性1、輻射效率（輻射度學(xué)）和發(fā)光效率（光度學(xué)2e( eePPv vKm ePPlm/W(流明每瓦V(λ)為明視覺(jué)光譜光視效率，Km為明視覺(jué)最大光譜光視效光源種發(fā)光效光源種發(fā)光效普通鎢絲高壓鹵鎢高壓鈉普通熒光球形氙三基色熒光金屬鹵化物光源輸出的功率與光譜（光的波長(zhǎng)）有線(xiàn)狀低壓

帶狀光

連續(xù)光如：、黑

復(fù)合光光1.稠密物質(zhì),包 下 傍

是黑體輻射,光譜主要是連續(xù)譜,但是上面有黑線(xiàn),即著名的夫瑯和擇性吸收而形成的.白熾燈是普通燈泡,鎢絲加熱發(fā)光,發(fā)出連續(xù)光譜,所以從紅到紫一片連續(xù),和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紅色部分發(fā)出連續(xù)光譜.二、光源選擇的基本1.光譜特性必須滿(mǎn)足檢測(cè)系統(tǒng)的要求，光源和光電2發(fā)光強(qiáng)度必須滿(mǎn)足檢測(cè)系統(tǒng)的要求34.對(duì)光源的結(jié)構(gòu)和形狀；發(fā)光面積的大小和構(gòu)成；

光譜特目視可見(jiàn)光譜輻射比較豐富的光源目視瞄準(zhǔn)---綠光光源（減輕人眼的疲勞紫外、紅外---紫外燈（氙燈、紫外燈）、紅外燈光源強(qiáng)度過(guò)低，系統(tǒng)獲得信號(hào)過(guò)小，可能無(wú)法正常監(jiān)發(fā)光源的穩(wěn)定光源發(fā)光各向異性---發(fā)光強(qiáng)度曲線(xiàn)（配光曲線(xiàn)）---在光源輻射光的空間某一截面將與發(fā)光強(qiáng)度相同點(diǎn)的連照明方向---提高光的利利用反光罩（焦點(diǎn)位于光源的發(fā)中心）---充分利用其他方向黑體的定黑體的定§3-2黑體輻射理想的輻射光物體因溫度而輻射能量的現(xiàn)象叫家們定義了一種理想物體——黑體(blackbody 黑 黑體:在任何溫度下、對(duì)任何波長(zhǎng)的熱輻射吸收比均為1黑體----理想模型實(shí)際中的物體總是小于1黑體模 一個(gè)不透明的空腔開(kāi)有小孔可近似看理想的黑黑體注意：黑體只是=1，并不一定是黑色的（ ），有當(dāng)其自身的熱輻射很弱時(shí)，看上去是 的特征：輻射光譜是連續(xù)αλT 在熱平衡條件 絕對(duì)黑體熱輻射能力最強(qiáng)熱輻射的任何物體任何溫度均存在熱輻射譜是連續(xù)譜各種波長(zhǎng)(頻率)都有，但是強(qiáng)度不同 短波長(zhǎng)的電磁波的比例 鋼 熱的地方顯白色，冷的地方顯黑二.描述熱輻射的基本物單色輻出度、輻出度、單色吸收比、單色反射1）單色輻出度（單色發(fā)射本領(lǐng)指溫度為T(mén)的物體單位時(shí)間內(nèi)從單位表面發(fā)出的波長(zhǎng)附近單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)的輻射M(T)M(T)dM或按頻率定義

T

(溫度為T(mén)的物體單位時(shí)間內(nèi)從單位表面發(fā)出的頻附近單位頻率間隔內(nèi)的輻射T

M(T)M(T)dM (T) (T) (T)物質(zhì)種類(lèi)和表面22）輻出度輻射出射度總發(fā)射本領(lǐng)Me(T)0Me(T)Me(T)0Me(T)Me(T)Me(T)0Me(T)3）單色吸收比（率）和單色反射比（率 部分被若外部分被若外來(lái)部分被物體吸收和反射波長(zhǎng)在

d區(qū)間的輻射能，該區(qū)間總的入射能之比，分別稱(chēng)為單色吸收比和單色反((T)d(吸)d(入射(T)d((T)d(反射)dM(入射 三、平衡熱輻 當(dāng)物體在同一時(shí)間內(nèi)輻射和吸收的能量恰相等時(shí)，物體達(dá)到熱平衡。此時(shí)物體溫度恒定不 平衡熱輻討論平衡熱輻射的四、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī) 基爾霍平衡熱輻射時(shí)各種各種物體單色輻出度與單色吸收比的比值彼此相等,等于在同一溫度下黑體對(duì)同一波長(zhǎng)的單色輻出度Me1(T)Me2(T) Me

為黑體的單色輻1黑體T23為黑體的單色吸1黑體T23表明：1）好的輻射體也是好的吸黑體是完全的吸收體，因此也是理想的輻若Me已知，

Mei(T)i(T)Me確定黑體的單色輻出度成為研究熱輻射黑體輻射測(cè)量的光光柵光黑光熱電測(cè)T對(duì)黑體加熱，會(huì)放出熱輻通過(guò)光柵可得到黑體輻射通過(guò)熱電偶可得到黑體輻射的單色輻出----Me(T)Me(T)dMe(T) MMe(T)=5.6710-8物理意義

mTb=2.897756×10-3b稱(chēng)為維 CC=5.880×1010五、經(jīng)典物理學(xué)遇到 M(T)M(T)3e為常瑞利-金 1900年從經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理理論推導(dǎo)而M(T)

2π

k c為真空中的光 瑞利(瑞利(長(zhǎng)波符合較好實(shí)驗(yàn)(短波符合較好普朗克朗克黑普朗克（1858- ，從而產(chǎn)生了量子1 能量子假設(shè)（1900年、黑體腔壁中的電子振動(dòng)可視為、諧振子的能量是分立的，只能小能量的整數(shù)即，2，3nE

稱(chēng)為能量子(n123

h

34Js 恒

經(jīng)典物經(jīng)典物2可連續(xù)取E1 黑體輻M(T)/(109Wm-26 的理論 * **實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)*T*

2000 **Mn(TMn(T) c1ehν/- 物理 例 可以看成黑體，地球上測(cè)出其峰值波長(zhǎng)m=510nm，則其表面溫度和輻出度為多少解： 位移定Tm mT m

藩-玻 定M(T)T45.67108(57006.00107w/m3.33.3動(dòng)而改變其能量狀態(tài)并向外輻射各種波長(zhǎng)的電磁波αλT 透射比或反射比皆為熱輻射能力3.33.3與黑體輻射 非常接近于絕對(duì)黑1然輻射源>22體輻33熾燈與鹵11?光能量能量分布相5900k左右的黑紫外可見(jiàn)紅外輻射11：：峰值波長(zhǎng)大氣層 輻射的吸收主要集中在紅外區(qū)和可見(jiàn)光區(qū)22人工模擬絕對(duì)黑體模擬器－－所有波－－多次漫射及黑體模擬器,也稱(chēng)基準(zhǔn)輻射源,其溫度可以很精確地形狀多種多樣,但從結(jié)構(gòu)上考慮,最常見(jiàn)的黑體模型 輻射的峰值波長(zhǎng)在紅外33鎢絲做燈絲原。白熾的程度，利用熱輻射發(fā)出可。特顯色缺點(diǎn)：因其極大部分輻射為紅外線(xiàn)，輻射光譜約可見(jiàn)光占6～12%，用于照明，故發(fā)光效率 種磨砂型、漫射型、裝飾型、局部照明燈泡、水下燈泡等鎢絲燈的相對(duì)光譜功率 4.鹵鎢通常在燈泡內(nèi)充以惰性氣體以抑制鎢絲的蒸發(fā)。溫度而不能附著其上（鹵鎢燈的管壁溫度要比普通白熾燈高得多），通過(guò)色溫也有所提高。特它與白熾燈比較，輻射光譜為0.25～3.5μm。光效提高 這種燈多用于較大空間、要求高照度的場(chǎng)所，其色溫特用于電視轉(zhuǎn)播攝象照§3.4發(fā)光機(jī)理：氣體在電場(chǎng)作用下放電，即受激電子的自泡殼：用玻璃或石英等材料制造的管形電極：陰極、陽(yáng)泡殼內(nèi)充入發(fā)光用的氣體：金屬蒸汽金屬化合物蒸氣體放電光源的特 圖2-8是常用氣體放電燈的外形圖。表2-2列出了常氣體放電燈的種類(lèi)、性能以及它們的主要應(yīng)用 氣體放電燈的基本結(jié)構(gòu)是一 燈(泡殼內(nèi) 1. 時(shí)發(fā)出的輻射。當(dāng)蒸氣壓為0.8Pa，玻璃殼溫度40℃P403- 2. 當(dāng)燈內(nèi)的蒸氣壓達(dá)到1～10大氣壓時(shí)，燈電弧的輻射可作高效照明 3.球 壓λ點(diǎn)燃時(shí)，燈內(nèi)蒸氣壓達(dá)到10～20MPa，這樣燈的輻射光譜與高壓燈相比有明顯的不同：紫外輻射減少，可見(jiàn)輻射光譜線(xiàn)較寬，連續(xù)部分增加，并且紅外光譜輻射增強(qiáng)，如圖?所示用于光學(xué)儀器、熒光分三 燈光譜的比較低 燈高 燈球 燈二、鈉燈(泡殼內(nèi)充的是氖氬混合氣體與金利用鈉蒸汽放電產(chǎn)生可見(jiàn)光的一種氣的的單色，亮度用于光 三、氙λ 氙燈是利用氙氣放電而發(fā)的氣放電。壓氙燈輻射光譜是連續(xù)，與日光光譜量分相接（如圖-10）色此小 之。長(zhǎng)弧氙燈:短弧氙燈:脈沖氙燈: 四、空心λ空心陰極燈屬于極低氣壓

空心陰 五、氘λ （15～0）。定性好、長(zhǎng)，常3.5電致發(fā)光光電電致發(fā)光光源又稱(chēng)為場(chǎng)致發(fā)光光源，是利用固體發(fā)光材在電場(chǎng)激發(fā)下的發(fā)光現(xiàn)象制成的電致發(fā)光光源的發(fā)192019361947年 學(xué)者麥克馬斯發(fā)明了導(dǎo)電玻璃，多人利用種玻璃做電極制成了平面光源，但由于發(fā)光效照明光源，只能勉強(qiáng)作顯1970年代后期，薄膜晶體管（TFT）技術(shù)的發(fā)展使光 、效率、亮度 上的技術(shù)有了相當(dāng)?shù)奶岣?，?015-9-1 成為顯示技術(shù)中最有前途的發(fā)展方向之一 電致發(fā)光光源的類(lèi)本征型電致發(fā)光.注入式電致發(fā)光（D）本征型電致發(fā)光又分為高場(chǎng)電致發(fā)光與低能電致發(fā)光光，直流粉末電致發(fā)光，交流薄膜電致發(fā)光，直流膜電致發(fā)光 3.5電致發(fā)光光交流粉末場(chǎng)致發(fā)光光LLLp0-(U0U)12

L 1t 直流粉 上千小時(shí)，發(fā)光效薄膜場(chǎng)致直流：主要有橙黃和綠色，10~30