改光電儀器中的常用光源

改光電儀器中的常用光源第1頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光源的分類天然光源——太陽(yáng)、人體人造光源——熒光燈、發(fā)光二激管、激光器按產(chǎn)生機(jī)理熱輻射光源——連續(xù)光譜（太陽(yáng)）氣體放電光源——熒光燈、鈉燈固體發(fā)光光源——發(fā)光二極管激光器——半導(dǎo)體激光器、固體激光器第2頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月太陽(yáng)光照明為人眼提供的屬于人類的世界面貌人造圖像探測(cè)器、顯示器（CCD）怎么還原屬于人類的世界面貌人造光源怎樣取代太陽(yáng)照明（顯色性）第3頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月10um第4頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月相干性、準(zhǔn)直性好、亮度高容易被調(diào)制第5頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章光電儀器中的常用光源光源的分類第一節(jié)光源的基本特性參數(shù)第二節(jié)熱輻射光源第三節(jié)氣體放電光源第四節(jié)固體發(fā)光光源第五節(jié)激光器第6頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)光源的基本特性參數(shù)輻射效率和發(fā)光效率光譜功率分布空間光強(qiáng)分布光源的色溫光源的顏色第7頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月輻射效率和發(fā)光效率輻射效率在給定λ1~λ2波長(zhǎng)范圍內(nèi)，某一光源發(fā)出的輻射通量與產(chǎn)生這些輻射通量所需的電功率之比。稱為該光源在規(guī)定光譜范圍內(nèi)的輻射效率

第8頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)光效率某一光源的發(fā)射的光通量與產(chǎn)生這些光通量所需的電功率之比。發(fā)光效率越高越適合照明，但不一定適合顯色555納米綠光發(fā)光效率理論上可達(dá)683lm/W白熾燈的發(fā)光效率極限是52lm/W第9頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第10頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第11頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光譜功率分布描述光源的輻射功率隨波長(zhǎng)的分布情況四種典型的光譜分布λλλλP(λ)P(λ)P(λ)P(λ)線狀光譜帶狀光譜連續(xù)光譜混合光譜第12頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月氦氖激光器線狀光譜第13頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月高壓汞燈帶狀光譜（紫外曝光固化）第14頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月熒光高壓汞燈（用于照明、投影儀）第15頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月高壓鈉燈帶狀光譜第16頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月白熾燈連續(xù)光譜可見(jiàn)光第17頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月熒光燈混合光譜第18頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光柵光譜儀第19頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月選擇光源時(shí)，應(yīng)根據(jù)測(cè)量對(duì)象的要求來(lái)決定光譜功率分布目視光學(xué)系統(tǒng)：一般選可見(jiàn)光譜輻射比較豐富的光源（日光燈，白熾燈）彩色攝影用光源：選用類似日光色光源，鹵鎢燈紫外分光光度計(jì)：氘燈，紫外汞燈，紫外輻射較強(qiáng)第20頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月空間光強(qiáng)分布空間光強(qiáng)分布曲線（配光曲線）極坐標(biāo)法：各方向矢徑長(zhǎng)度正比光強(qiáng)分布在光學(xué)儀器中，為了提高光的利用率，一般選擇發(fā)光強(qiáng)度高的方向作為照明方向。第21頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一般白熾燈配光曲線第22頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月LED燈管配光曲線第23頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光源的色溫分布溫度(用黑體溫度描述光源光譜分布)熱輻射源在某一波長(zhǎng)范圍內(nèi)輻射的相對(duì)光譜功率分布，與黑體在某一溫度下輻射的相對(duì)光譜功率分布一致，那麼該黑體的溫度就稱為該輻射源的分布溫度。這種輻射體的光譜輻亮度可表示為：對(duì)于氣體放電光源，其光譜能量分布很少與黑體的相似，所以對(duì)這些光源來(lái)講，分布溫度沒(méi)有意義第24頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月色溫(用黑體溫度表示光源顏色)輻射源發(fā)光時(shí)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。由于顏色可以由多種光譜分布產(chǎn)生，所以色溫相同，相對(duì)光譜功率分布（分布溫度）不一定相同。低色溫光源主要是紅外輻射，通常稱為“暖光”；色溫提高后，藍(lán)輻射的比例增加，通常稱為“冷光”。

第25頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第26頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月常用光源色溫值一覽表類別

光源色溫值K

自

然

光日出、日落的陽(yáng)光日出1小時(shí)的陽(yáng)光日出2小時(shí)的陽(yáng)光

9點(diǎn)~16點(diǎn)正午陽(yáng)光日光（散射光與直射光的

混合光）晴天陰影處均勻的云遮日陰天

2000350047005000~58005500~58005500

6000左右6400~69006500以上冷光對(duì)于云層的穿透能力比暖光強(qiáng)第27頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月常用光源色溫值一覽表類別

光源色溫值K

人

造

光

火柴的火焰

臘燭光

標(biāo)準(zhǔn)燭光

40W—60W白熾燈

100W—200W白熾燈

500W鎢絲燈

鹵鎢燈、碘鎢燈金屬鹵化物燈攝影日光燈電子閃光燈

日光色熒光燈

三基色熒光燈

1700185019302600280029603150~32005600~6000550060005500~60003200~6000第28頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光源的顏色

作為光源，除了要求光效高之外，還要求它發(fā)出的光具有良好的顏色。光源的顏色有兩方面的意思：色表和顯色性。色表：用眼睛直接觀察光源時(shí)所得到顏色感覺(jué)，叫光源的色表高壓鈉燈呈黃色，熒光燈的呈白色。顯色性：當(dāng)用光源照射物體時(shí)，物體呈現(xiàn)的顏色與該物體在完全輻射照射下（日光下）所呈現(xiàn)的顏色的一致性。國(guó)際照明委員會(huì)（ＣＩＥ）規(guī)定了１４種特殊物體作為檢驗(yàn)光源顯色性的“試驗(yàn)色”。第29頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月顯色性第30頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第31頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月高壓汞燈路燈色表好：白色。顯色性差：照射的人的面孔時(shí)，看起來(lái)好像在臉上抹了一層青灰鎢絲燈色表差：偏紅、偏黃顯色性好：受照物體的顏色卻很少失真氙燈色表好：白色顯色性好第32頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第33頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章光電儀器中的常用光源光源的分類第一節(jié)光源的基本特性參數(shù)第二節(jié)熱輻射光源第三節(jié)氣體放電光源第四節(jié)固體發(fā)光光源第五節(jié)激光器第34頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)熱輻射光源特點(diǎn)

輻射特性與溫度密切相關(guān)輻射特性可以用普朗克公式進(jìn)行計(jì)算光譜分布為連續(xù)光譜（光譜范圍很寬）分類人工輻射源：人造黑體、白熾燈等目標(biāo)輻射源：飛機(jī)、坦克等自然輻射源：太陽(yáng)、地面、云層等第35頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月太陽(yáng)大氣層外，輻照度中紫外占6.46%，可見(jiàn)46.25%，紅外47.29%地面，大氣的吸收光譜比較復(fù)雜。第36頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第37頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月大氣窗口及紅外材料大氣窗口電磁波輻射在大氣傳輸中透過(guò)率較高的波段稱為大氣窗口大氣對(duì)電磁波有散射和吸收等因數(shù)的影響遙感中使用的一些大氣窗口為：0.3～1.155μm(紫外、可見(jiàn)光、近紅外窗口)遙感攝影成像的最佳波段0.3~0.4μm，透過(guò)率約為70%0.4~0.7μm，透過(guò)率大于95%0.7~1.1μm，透過(guò)率約為80%第38頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.4~1.9μm（近紅外窗口）透過(guò)率為60%~95%，其中1.55~1.75μm透過(guò)率較高。該波段在白天日照條件好的時(shí)候掃描成像常用這些波段。用以探測(cè)植物含水量以及云、雪或用于地質(zhì)制圖2.0~2.5μm（近紅外窗口）透過(guò)率約80%。3.5~5.0μm（中紅外窗口）透過(guò)率為60%~70%。該波段物體的熱輻射較強(qiáng)。3.55~3.93μm探測(cè)海面溫度，獲得晝夜云圖第39頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月8.0~14.0μm（熱紅外窗口）透過(guò)率約80%。主要來(lái)自物體熱輻射的能量，適于夜間成像，測(cè)量探測(cè)目標(biāo)的地物溫度。1.0~1.8mm（微波窗口）透過(guò)率約35%~40%2.0~5.0mm（微波窗口）透過(guò)率約50%~70%8.0~1000.0mm（微波窗口）透過(guò)率約100%。由于微波具有穿云透霧的特性，因此具有全天候、全天時(shí)的工作特點(diǎn)第40頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月可見(jiàn)光380-780nm紅外材料第41頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月紅外窗口材料

紅外透射率高化學(xué)穩(wěn)定性高便于封接等特點(diǎn)1~3微米：鍺、硅、石英；3~5微米：白寶石（氧化鋁單晶）、硅、氟化鎂、氟化鈣；8~14微米：鍺、硅、硫化鋅第42頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

紅外光學(xué)玻璃

無(wú)定形結(jié)構(gòu)，比晶體材料的光學(xué)均勻性好可用以制作大尺寸的光學(xué)零件大氣中的性能是穩(wěn)定制備及退火比晶體簡(jiǎn)單近、中紅外：石英玻璃、K-8玻璃和N344玻璃第43頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月紅外光學(xué)晶體

一種主要的紅外光學(xué)材料可以選擇透過(guò)任何紅外光譜波段的晶體晶體中折射率和色散的變化比其它材料強(qiáng)得多晶體的熔點(diǎn)高，熱穩(wěn)定性好石英(SiO2)

、螢石(CaF2)

、氟鎂石(MgF2)

、鍺、硅第44頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月各種紅外線透材料及其性質(zhì)第45頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月紅外透射材料第46頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月紅外透射材料第47頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月白熾燈白熾燈的特點(diǎn)：鎢絲熔點(diǎn)高（3680K），蒸發(fā)率低，高溫時(shí)仍有足夠的強(qiáng)度，加工容易能量損失大，可見(jiàn)輻射僅有8%～18%。發(fā)光效率與壽命之間存在矛盾顯色性好應(yīng)用：照明，用作光電測(cè)量、輻射度量和光度量的標(biāo)準(zhǔn)光源分類真空白熾燈：防止鎢絲高溫氧化充氣白熾燈：惰性氣體（原子碰撞,抑制鎢蒸發(fā)）鹵鎢白熾燈：在充氣白熾燈內(nèi)摻入微量鹵族元素第48頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月充氣鎢絲燈真空鎢絲燈鹵鎢燈第49頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月真空鎢絲燈：并非高真空，消氣劑五氮化三磷P3N5升華時(shí)能吸收氧氣和水蒸氣，阻止鎢絲氧化蒸發(fā)。充氣鎢絲燈：氬、氮等惰性氣體，不與蒸發(fā)出來(lái)的鎢原子反應(yīng)，部分鎢原子能碰巧返回或被氣體分子碰撞回?zé)艚z，有效抑制鎢的蒸發(fā)，提高工作溫度，增大發(fā)光效率第50頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月新問(wèn)題：對(duì)流的氣體會(huì)把更多的熱量傳遞給玻殼，并通過(guò)玻殼散失到周圍的空間，增加熱的損失，降低發(fā)光效率。解決辦法：氪、氙傳熱本領(lǐng)差，造成的熱損失小。發(fā)光效率比充氬、氮的燈泡高約30％，而燈泡的壽命并不縮短。氪、氙含量少，只有氬的含量的萬(wàn)分之一和十萬(wàn)分之一，所以制取困難，身價(jià)高昂，十分難得，只有在特殊需要的情況下使用。第51頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月鹵鎢燈：在玻璃殼內(nèi)充入碘、溴等鹵族元素的化合物（氯化碘、溴化硼）。鎢的再生循環(huán)：

鎢＋鹵素——鹵鎢化合物——鎢＋鹵素。解決了發(fā)光效率與壽命之間的矛盾。鹵鎢燈壁管溫度>250度，否則，鹵鎢化合物凝結(jié)其上，不能太高，否則，鹵鎢化合物分解，鎢沉積在管壁上。科4第52頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月鹵鎢燈優(yōu)點(diǎn)：體積小，是同功率白熾燈的0.5%～3%，使光學(xué)系統(tǒng)小型化。光通量穩(wěn)定，最終時(shí)的光通量為開始時(shí)的95%～98%，而白熾燈為60%。紫外線較豐富。發(fā)光效率比白熾燈高2～3倍。壽命長(zhǎng)第53頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章光電儀器中的常用光源光源的分類第一節(jié)光源的基本特性參數(shù)第二節(jié)熱輻射光源第三節(jié)氣體放電光源第四節(jié)固體發(fā)光光源第五節(jié)激光器第六節(jié)紫外光源第54頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)氣體放電光源定義：通過(guò)氣體放電將電能轉(zhuǎn)換為光的一種電光源氣體放電原理由激勵(lì)源激勵(lì)出電子或離子，并使它們高速向兩極運(yùn)動(dòng)；快速運(yùn)動(dòng)的電子或離子與氣體原子或陰極碰撞,激勵(lì)出更多的電子或離子，使氣體變?yōu)閷?dǎo)電氣體；受激氣體原子從激發(fā)態(tài)返回基態(tài)，將獲得的內(nèi)能以光輻射的形式釋放出來(lái)。發(fā)光氣體有：氫、氦、氘、氙、氪金屬蒸氣：汞、鎘、鈉、銦、ta鉈、di鏑第55頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月氣體放電種類：用得較多的是輝光放電和弧光放電。輝光放電一般用于霓虹燈和指示燈。弧光放電可有很強(qiáng)的光輸出，照明光源都采用弧光放電。熒光燈、高壓汞燈、鈉燈和金屬鹵化物燈是應(yīng)用最多的照明用氣體放電燈結(jié)構(gòu)：各種氣體放電燈都由泡殼、電極和放電氣體構(gòu)成，基本結(jié)構(gòu)大同小異。泡殼與電極之間是真空氣密封接，泡殼內(nèi)充有放電氣體。氣體放電燈不能單獨(dú)接到電路中去，必須與觸發(fā)器、鎮(zhèn)流器等輔助電器一起接入電路才能啟動(dòng)和穩(wěn)定工作。第56頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月放電燈的啟動(dòng)通常要施加比電源電壓更高的電壓，有時(shí)高達(dá)幾千伏或幾萬(wàn)伏以上放電燈的光輻射與電流密度的大小、氣體的種類及氣壓的高低有關(guān)。一定種類的氣體原子只能輻射某些特定波長(zhǎng)的光譜線。低氣壓時(shí)，放電燈的輻射光譜主要就是該原子的特征譜線。氣壓升高時(shí)，放電燈的輻射光譜展寬，向長(zhǎng)波方向發(fā)展。當(dāng)氣壓很高時(shí)，放電燈的輻射光譜中才有強(qiáng)的連續(xù)光譜成分。第57頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月共同特點(diǎn)發(fā)光效率高。比同瓦數(shù)的白熾燈發(fā)光效率高2～10倍，節(jié)能。發(fā)出的熱量少，對(duì)檢測(cè)對(duì)象和光電探測(cè)器件的溫度影響小，對(duì)電壓恒定的要求也比白熾燈低。光色適應(yīng)性強(qiáng)，改變氣體成分、壓力，可以得到主要在某一范圍的輻射源。結(jié)構(gòu)緊湊。由于不靠燈絲本身發(fā)光，電極可以做得牢固緊湊，耐震，抗沖擊。壽命長(zhǎng)。一般比白熾燈長(zhǎng)2～10倍。光輸出維持特性好，在壽命終止時(shí)仍能提供60～80％的初始光輸出第58頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章光電儀器中的常用光源光源的分類第一節(jié)光源的基本特性參數(shù)第二節(jié)熱輻射光源第三節(jié)氣體放電光源第四節(jié)固體發(fā)光光源第五節(jié)激光器第六節(jié)紫外光源第59頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)固體發(fā)光光源應(yīng)電子儀器的固體化、小型化和集成化的需求，要求光源固體化（沒(méi)有燈泡）場(chǎng)致發(fā)光（電致發(fā)光）固體發(fā)光材料在電場(chǎng)作用下直接將電能轉(zhuǎn)化為光能的發(fā)光現(xiàn)象固體發(fā)光材料：Ⅱ-Ⅵ族、Ⅲ-Ⅴ族化合物種類——按形態(tài)分粉末場(chǎng)致發(fā)光光源（直流或交流）薄膜場(chǎng)致發(fā)光光源（直流或交流）結(jié)型場(chǎng)致發(fā)光光源（發(fā)光二極管）第60頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月種類——按激發(fā)過(guò)程注入式電致發(fā)光由直接裝在晶體上的電極注入電子和空穴，當(dāng)電子和空穴在晶體內(nèi)再?gòu)?fù)合時(shí)發(fā)光的現(xiàn)象。注入式電致發(fā)光的基本結(jié)構(gòu)是結(jié)型二極管（LED）本征電致發(fā)光高場(chǎng)電致發(fā)光熒光粉中的電子或由電極注入的電子在外加強(qiáng)電場(chǎng)的作用下在晶體內(nèi)部加速，碰撞發(fā)光中心并使其激發(fā)或離化，電子在回復(fù)基態(tài)時(shí)輻射發(fā)光低能電致發(fā)光指某些高電導(dǎo)熒光粉在低能電子注入時(shí)的激勵(lì)發(fā)光現(xiàn)象第61頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月低能電致發(fā)光現(xiàn)在盡管還不能直接用來(lái)照明，卻是一種十分理想的暗間顯示光源。如飛機(jī)、輪船儀表的顯示，夜間障礙物、電影院安全門與座位指示等高場(chǎng)電致發(fā)光與LED被認(rèn)為是大屏幕顯示最有前途的發(fā)展方向第62頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月交流粉末場(chǎng)致發(fā)光光源將熒光粉懸浮在介電系數(shù)很高、透明的膠合有機(jī)介質(zhì)中，并將之夾持在兩電極之間而構(gòu)成脈沖激發(fā)的發(fā)光峰衰減時(shí)間常數(shù)為微秒量級(jí)能連續(xù)工作約1000小時(shí)采用不同的熒光粉可獲得紅、藍(lán)、黃、綠等各色光顯示。

第63頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直流粉末場(chǎng)致發(fā)光光源結(jié)構(gòu)基本與交流粉末器件相似，但其熒光粉的涂層是導(dǎo)電的CuS正常使用前必須在兩電極上施加短暫作用的高電壓脈沖器件功率轉(zhuǎn)換效率僅0.1%，但發(fā)光亮度高達(dá)300cd/m2（V=100V）第64頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直流薄膜場(chǎng)致發(fā)光光源發(fā)光層夾在兩平板電極間，兩電極至少一個(gè)是透明或半透明的發(fā)光層無(wú)絕緣介質(zhì)，直接和電極接觸，加之薄膜只有1微米左右，在直流、低壓下可發(fā)光第65頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月交流薄膜場(chǎng)致發(fā)光光源發(fā)光層和平板電極間多了層介質(zhì)，只有在交流激發(fā)下才能發(fā)光工作電壓100-300V，發(fā)光效率0.1%，壽命在5000小時(shí)以上（有報(bào)道稱>2萬(wàn)小時(shí)）第66頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)光二級(jí)管LEDLED的發(fā)光機(jī)理

正向偏壓的p-n結(jié)：兩極向PN結(jié)注入電子和空穴，電子和空穴在節(jié)區(qū)復(fù)合，發(fā)光又稱注入式場(chǎng)致發(fā)光光源pnV第67頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月LED特性及參數(shù)伏安特性正向開啟電壓：GaAs：1VGaAsP：1.5VGaP：1.8～2V反向擊穿電壓：一般在-5V以上。晶格中的電子被強(qiáng)拉出來(lái)參與導(dǎo)電。IFVFcba第68頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月量子效率注入的載流子一部分復(fù)合，一部分不復(fù)合。復(fù)合的一部分以發(fā)光形式釋放能量，一部分將能量變成晶格振動(dòng)的熱能。區(qū)別于一般輻射源用輸出與輸入能量比值來(lái)表示光效率。內(nèi)量子效率：產(chǎn)生的光子數(shù)與注入的電子空穴對(duì)數(shù)之比。外量子效率：射出的光子數(shù)與注入的電子空穴對(duì)數(shù)之比。第69頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由于半導(dǎo)體材料折射率較高，如GaAs的折射率為3.6，臨界角很?。?6.1。），大部分光在材料表面都被全反射回去，故外量子效率很低。解決辦法：將PN界封在圓球形透明高折射率塑料球心處第70頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)光與電流的關(guān)系電流密度小:光出射度與電流密度呈線性關(guān)系電流密度過(guò)大:由于PN結(jié)發(fā)熱，復(fù)合率降低，光出射度出現(xiàn)飽和趨勢(shì)。第71頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)光與環(huán)境溫度的影響環(huán)境溫度高，LED散熱慢，結(jié)溫升高，復(fù)合幾率下降，光亮度下降。第72頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月響應(yīng)時(shí)間發(fā)光二極管發(fā)光或熄滅時(shí)對(duì)輸入脈沖電流的延遲時(shí)間。上升時(shí)間隨電流的增加呈指數(shù)減小。GaP：100μs間接躍遷材料GaAs1-xPx：n個(gè)ns直接躍遷材料第73頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光譜特性發(fā)光二極管發(fā)出的波長(zhǎng)和帶寬主要取決于發(fā)光材料及其摻雜材料，主要分布在可見(jiàn)光和紅外區(qū)發(fā)光波長(zhǎng)實(shí)際發(fā)射的光具有一定的帶寬（半寬度約0—30nm）。第74頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月壽命電流密度小于1A/cm2，106h（100年）；亮度隨時(shí)間變化：。τ為老化時(shí)間常數(shù)，為106hA/cm2。第75頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月LED的驅(qū)動(dòng)電路調(diào)制頻率可達(dá)幾十兆。LED的供電電路中一般要加限流電阻以限定其最大工作電流。工作狀態(tài)直流狀態(tài)交流狀態(tài)脈沖狀態(tài)線性變換狀態(tài)第76頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月科5第77頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章光電儀器中的常用光源光源的分類第一節(jié)光源的基本特性參數(shù)第二節(jié)熱輻射光源第三節(jié)氣體放電光源第四節(jié)固體發(fā)光光源第五節(jié)激光器第六節(jié)紫外光源第78頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)激光器基本概念工作原理激光模式高斯光束激光器類型第79頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基本概念受激吸收：類似于本征吸收，電子吸收外來(lái)光子后由低能態(tài)躍遷到高能態(tài)第80頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月自發(fā)輻射：

類似于復(fù)合時(shí)發(fā)光，電子從高能態(tài)回落到低能態(tài)，釋放出一個(gè)光子第81頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月受激輻射：低能態(tài)能量為E0，若電子（原子）處于高能態(tài)E1，當(dāng)一能量恰好滿足的入射光子經(jīng)過(guò)該電子（原子）附近，處于高能態(tài)的電子（原子）就會(huì)跌落到低能態(tài)并輻射出與入射光子完全相同的光子來(lái)，而原入射光子不損耗（光放大）完全相同的光子是指頻率、相位、偏振態(tài)和傳播方向都完全一樣（受激輻射是相干的）。第82頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月粒子數(shù)反轉(zhuǎn)：物質(zhì)處于熱平衡狀態(tài)下，高能態(tài)的粒子數(shù)遠(yuǎn)少于低能態(tài)粒子數(shù)，一能量為hv=E2-E1的光子入射，引起受激吸收的概率要遠(yuǎn)大于受激輻射的概率，受激吸收占主導(dǎo)，入射光因吸收而衰減;只有讓高能態(tài)粒子數(shù)多于低能態(tài)粒子數(shù)，入射光子引起受激輻射的概率才會(huì)大于受激吸收的概率，光子不但不被吸收反而得到放大。第83頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月泵浦為實(shí)現(xiàn)粒子束反轉(zhuǎn)，把粒子由低能態(tài)抽運(yùn)到高能態(tài)的行為泵浦需要泵浦激勵(lì)源激勵(lì)方式：光泵：固體激光器、燃料激光器電激發(fā)：氣體激光器其它激發(fā)：熱激發(fā)、化學(xué)激發(fā)、核激發(fā)第84頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月工作原理組成最簡(jiǎn)單的激光器由增益介質(zhì)、泵浦源和諧振腔組成諧振腔作用：提供光學(xué)正反饋、控制振蕩光束方向光在增益介質(zhì)中來(lái)回一次所產(chǎn)生的增益必須大于各種損耗（反射鏡透射損耗、衍射損耗、幾何損耗）第85頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第86頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月激光的模式駐波條件

光波在腔鏡上來(lái)回反射并發(fā)生干涉，為在腔內(nèi)形成穩(wěn)定的振蕩，需滿足相長(zhǎng)干涉條件：光波在腔內(nèi)沿軸線來(lái)回一周的光程為λ的整數(shù)倍諧振頻率：相鄰縱模的頻率間隔第87頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月縱模：

每一個(gè)腔對(duì)應(yīng)的諧振頻率都有無(wú)數(shù)個(gè)但激光工作物質(zhì)的熒光譜線線寬卻是有限的因此，激光器的縱模數(shù)也是有限的，當(dāng)腔長(zhǎng)L越短，縱模的頻率間隔越大，激光器縱模數(shù)越少，頻寬越窄，單色性越好。