光電檢測(cè)技術(shù)第二章

1、光電檢測(cè)技術(shù)第二章 v掌握內(nèi)容掌握內(nèi)容 發(fā)光二極管和激光光源的產(chǎn)生機(jī)理及基發(fā)光二極管和激光光源的產(chǎn)生機(jī)理及基 本特性，為正確使用打下一定基礎(chǔ)。本特性，為正確使用打下一定基礎(chǔ)。 v理解內(nèi)容理解內(nèi)容 光產(chǎn)生的基本原理及方法光產(chǎn)生的基本原理及方法 v了解內(nèi)容了解內(nèi)容 氣體光源和部分固體光源的機(jī)理和基本氣體光源和部分固體光源的機(jī)理和基本 特性。特性。 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 第二章第二章 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 2.1光的產(chǎn)生光的產(chǎn)生 2.2光電儀器中的常用光源光電儀器中的常用光源 2.32.3發(fā)光二極管發(fā)光二極管 2.42.4激光光源激光光源 2.52.5其他光源其他光源 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 2.1 光的產(chǎn)生

2、光的產(chǎn)生 一、光的輻射一、光的輻射 l光是從實(shí)物中發(fā)射出來的，是以電磁波傳播的光是從實(shí)物中發(fā)射出來的，是以電磁波傳播的 物質(zhì)物質(zhì) l l粒子在不斷地運(yùn)動(dòng)：原子內(nèi)有若干電子圍繞原粒子在不斷地運(yùn)動(dòng)：原子內(nèi)有若干電子圍繞原 子核不斷運(yùn)動(dòng)子核不斷運(yùn)動(dòng) l l 運(yùn)動(dòng)有多種可能狀態(tài)運(yùn)動(dòng)有多種可能狀態(tài) l l不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子具有不同能量不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子具有不同能量 l l當(dāng)它們的運(yùn)動(dòng)受到騷擾時(shí)就可能發(fā)射出電磁波。當(dāng)它們的運(yùn)動(dòng)受到騷擾時(shí)就可能發(fā)射出電磁波。 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 假設(shè)假設(shè)E E0 0 、 E E1 1為電子的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)， 為電子的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，E E0 0為基態(tài)，為基態(tài)， 電子受激獲得一定

3、能量而躍遷到激發(fā)態(tài)電子受激獲得一定能量而躍遷到激發(fā)態(tài)E E1 1，當(dāng)，當(dāng) 電子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí)，能量從電子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí)，能量從E E1 1變到變到E E0 0， 此時(shí)發(fā)射光子的頻率為：此時(shí)發(fā)射光子的頻率為： 式中：式中： h h為普朗克常數(shù)，為普朗克常數(shù)，h=6h=662621010 - 2 7- 2 7 爾格爾格秒秒 =4.13=4.13l0l0-15 e -15 eV VS S v h EE v 01 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 應(yīng)用：由于原子中有很多可能的能級(jí)，而原子受激后可應(yīng)用：由于原子中有很多可能的能級(jí)，而原子受激后可 發(fā)射出多種頻率的光。因此，利用光的頻率分立特性，發(fā)射出多種頻率的

4、光。因此，利用光的頻率分立特性， 用適當(dāng)?shù)膬x器可以把它們分辯出來。用適當(dāng)?shù)膬x器可以把它們分辯出來。 （分立的線光譜稱為原子光譜，其中每一條譜線代表一個(gè)（分立的線光譜稱為原子光譜，其中每一條譜線代表一個(gè) 頻率的光。）頻率的光。） （一）熱輻射（一）熱輻射 l l溫度輻射的頻率與強(qiáng)度取決于熱平衡時(shí)的溫度溫度輻射的頻率與強(qiáng)度取決于熱平衡時(shí)的溫度 l l任何高于絕對(duì)溫度任何高于絕對(duì)溫度0K0K的物體都具有熱輻射。的物體都具有熱輻射。 l l自然界中的任何物體都是熱輻射體。自然界中的任何物體都是熱輻射體。 溫度低的物體發(fā)紅外輻射，溫度低的物體發(fā)紅外輻射，500500。 。C C左右時(shí)物體的溫度 左右時(shí)物

5、體的溫度 輻射開始發(fā)部分暗紅色的可見光。溫度越高，發(fā)出的輻輻射開始發(fā)部分暗紅色的可見光。溫度越高，發(fā)出的輻 射波長越短；大約在射波長越短；大約在15001500。 。C C時(shí)的溫度輻射體開始發(fā)白光。 時(shí)的溫度輻射體開始發(fā)白光。 熱輻射光譜是連續(xù)光譜。熱輻射光譜是連續(xù)光譜。 應(yīng)用：熱輻射是紅外探測(cè)技術(shù)和溫度非接觸測(cè)量的依據(jù)。應(yīng)用：熱輻射是紅外探測(cè)技術(shù)和溫度非接觸測(cè)量的依據(jù)。 （二）發(fā)光輻射（二）發(fā)光輻射 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 二、光的產(chǎn)生方法二、光的產(chǎn)生方法 激勵(lì)可以使發(fā)光物質(zhì)產(chǎn)生光，外界提供激勵(lì)能的形激勵(lì)可以使發(fā)光物質(zhì)產(chǎn)生光，外界提供激勵(lì)能的形 式可有多種方式，常用的有以下幾種方法：電致發(fā)光、式

6、可有多種方式，常用的有以下幾種方法：電致發(fā)光、 光致發(fā)光、化學(xué)發(fā)光、光致發(fā)光、化學(xué)發(fā)光、 熱發(fā)光和場致發(fā)光。熱發(fā)光和場致發(fā)光。 1 電致發(fā)光電致發(fā)光 物質(zhì)中的原子或離子受到被電場加速的電子的轟擊，物質(zhì)中的原子或離子受到被電場加速的電子的轟擊， 使原子中的電子從被加速的電子那里獲得動(dòng)能，由低能使原子中的電子從被加速的電子那里獲得動(dòng)能，由低能 態(tài)躍遷到高能態(tài)；當(dāng)它由受激狀態(tài)回復(fù)到正常狀態(tài)時(shí)，態(tài)躍遷到高能態(tài)；當(dāng)它由受激狀態(tài)回復(fù)到正常狀態(tài)時(shí)， 就會(huì)發(fā)出輻射。這一過程稱為電致發(fā)光。就會(huì)發(fā)出輻射。這一過程稱為電致發(fā)光。 例如：例如： 發(fā)光二極管所產(chǎn)生的光就是電致發(fā)光。發(fā)光二極管所產(chǎn)生的光就是電致發(fā)光。 光

7、電檢測(cè)技術(shù)第二章 2 光致發(fā)光光致發(fā)光 物體被光直接照射或預(yù)先被照射而引起自身的輻射物體被光直接照射或預(yù)先被照射而引起自身的輻射 稱為光致發(fā)光。稱為光致發(fā)光。 例如：例如： l l 熒光、示波管、顯象管、日光燈等中熒光物質(zhì)的余輝；熒光、示波管、顯象管、日光燈等中熒光物質(zhì)的余輝； 鈉光燈被另一鈉光燈照射發(fā)出的黃光鈉光燈被另一鈉光燈照射發(fā)出的黃光(稱為共振輻射稱為共振輻射)； l l 短波長的紫外光照射到雜質(zhì)短波長的紫外光照射到雜質(zhì)(油污油污)上發(fā)出波長較長的上發(fā)出波長較長的 可見熒光。可見熒光。 光致發(fā)光原理光致發(fā)光原理 當(dāng)光投射到物質(zhì)上時(shí)，光子直接與物質(zhì)中的電子當(dāng)光投射到物質(zhì)上時(shí)，光子直接與物

8、質(zhì)中的電子 起作用起作用(吸收、動(dòng)量傳遞等吸收、動(dòng)量傳遞等)，引起電子能態(tài)的改變，引起電子能態(tài)的改變， 電子由高能態(tài)躍遷到低能態(tài)過程中發(fā)出輻射。電子由高能態(tài)躍遷到低能態(tài)過程中發(fā)出輻射。 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 3 化學(xué)發(fā)光化學(xué)發(fā)光 由化學(xué)反應(yīng)提供能量而引起的發(fā)光，稱化學(xué)發(fā)光。由化學(xué)反應(yīng)提供能量而引起的發(fā)光，稱化學(xué)發(fā)光。 例如：磷在空氣中緩慢氧化而發(fā)光。例如：磷在空氣中緩慢氧化而發(fā)光。 4 熱發(fā)光熱發(fā)光 物體被加熱到一定溫度而發(fā)光，稱熱發(fā)光。物體被加熱到一定溫度而發(fā)光，稱熱發(fā)光。 例如：鈉或鈉鹽在火焰中發(fā)出的鈉黃光。例如：鈉或鈉鹽在火焰中發(fā)出的鈉黃光。 熱發(fā)光的原理是特定的材料在特定的溫度下才熱發(fā)光

9、的原理是特定的材料在特定的溫度下才 可能發(fā)光?？赡馨l(fā)光。 火焰中的原子、離子或電子具有足夠的動(dòng)能去火焰中的原子、離子或電子具有足夠的動(dòng)能去 碰撞達(dá)到一定溫度的鈉原子，使鈉原子受激而發(fā)光，碰撞達(dá)到一定溫度的鈉原子，使鈉原子受激而發(fā)光， 其光譜為線光譜。其光譜為線光譜。 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 實(shí)際上，物質(zhì)受激而發(fā)光是很復(fù)雜的，有些實(shí)際上，物質(zhì)受激而發(fā)光是很復(fù)雜的，有些 同屬幾種受激過程。例如：同屬幾種受激過程。例如： l l 白熾燈中鎢絲通以電流會(huì)發(fā)光，本質(zhì)是電流白熾燈中鎢絲通以電流會(huì)發(fā)光，本質(zhì)是電流 通過電阻絲產(chǎn)生的熱發(fā)光；通過電阻絲產(chǎn)生的熱發(fā)光； l l 物質(zhì)加熱后燃燒發(fā)的光通常是氧化化學(xué)反應(yīng)物

10、質(zhì)加熱后燃燒發(fā)的光通常是氧化化學(xué)反應(yīng) 發(fā)光；發(fā)光； 平衡和非平衡輻射：平衡和非平衡輻射： l l 激發(fā)發(fā)光是一種非平衡輻射，即以一種外加激發(fā)發(fā)光是一種非平衡輻射，即以一種外加 能量轉(zhuǎn)換成光能的過程。其光譜包括線光譜、能量轉(zhuǎn)換成光能的過程。其光譜包括線光譜、 帶光譜和連續(xù)光譜。帶光譜和連續(xù)光譜。 l l 溫度輻射是一種能達(dá)到平衡狀態(tài)的輻射。也溫度輻射是一種能達(dá)到平衡狀態(tài)的輻射。也 稱熱輻射，即熱平衡狀態(tài)的輻射。稱熱輻射，即熱平衡狀態(tài)的輻射。 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 三、光源分類三、光源分類 定義：定義： 一切能產(chǎn)生光輻射的輻射源，無論是天一切能產(chǎn)生光輻射的輻射源，無論是天 然的，還是人造的，都稱為光

11、源。然的，還是人造的，都稱為光源。 l l 天然光源：是自然界中存在的：如太陽、恒星天然光源：是自然界中存在的：如太陽、恒星 等，在天文光電探測(cè)中，常常會(huì)遇到這些光輻等，在天文光電探測(cè)中，常常會(huì)遇到這些光輻 射的測(cè)量。射的測(cè)量。 l l 人造光源：人為將各種形式的能量人造光源：人為將各種形式的能量( (熱能、電熱能、電 能、化學(xué)能能、化學(xué)能) )轉(zhuǎn)化成光輻射能的器件。其中利用轉(zhuǎn)化成光輻射能的器件。其中利用 電能產(chǎn)生光的器件稱為電光源，在一般光電測(cè)電能產(chǎn)生光的器件稱為電光源，在一般光電測(cè) 量系統(tǒng)中，電光源是最常見的光源。量系統(tǒng)中，電光源是最常見的光源。 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 分類：分類：按照發(fā)光機(jī)

12、理，光源可以分成如下幾類：按照發(fā)光機(jī)理，光源可以分成如下幾類： 太陽太陽 熱輻射光源熱輻射光源 白熾燈、鹵鎢燈白熾燈、鹵鎢燈 黑體輻射器黑體輻射器 汞燈汞燈 熒光燈熒光燈 鈉燈鈉燈 氣體放電光源氣體放電光源 氙燈氙燈 光源光源 金屬鹵化物燈金屬鹵化物燈 空心陰極燈空心陰極燈 場致發(fā)光場致發(fā)光 固體發(fā)光光源，固體發(fā)光光源， 發(fā)光二極管發(fā)光二極管 氣體激光器氣體激光器 固體激光器固體激光器 激光器激光器 染料激光器染料激光器 半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 2 2.2 2 光源的基本特性參數(shù)光源的基本特性參數(shù) 一、輻射效率和發(fā)光效率一、輻射效率和發(fā)光效率 定義定義1 1： 在給定在給

13、定1 12 2波長范圍內(nèi)，某一光源發(fā)出的輻波長范圍內(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。光源在規(guī)定光譜范圍內(nèi)的輻射效率。 p d p e e 2 1 )( 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 定義定義2 2： 在給定在給定1 1 2 2波長范圍內(nèi)，某一光源波長范圍內(nèi)，某一光源 發(fā)出的光通量與產(chǎn)生這些輻射通量所需的電功發(fā)出的光通量與產(chǎn)生這些輻射通量所需的電功 率之比，稱為該光源的光效率。率之比，稱為該光源的光效率。 p dV p Km 2 1 )()( 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 （1）從）從e 、 可以看

14、出，如果光電測(cè)量系統(tǒng)的可以看出，如果光電測(cè)量系統(tǒng)的 光譜范圍為光譜范圍為1 2，那么應(yīng)盡可能選用，那么應(yīng)盡可能選用較高的較高的 光源。光源。 （2）Km稱為明視覺最大光譜光視效能，它表示稱為明視覺最大光譜光視效能，它表示 人眼對(duì)波長為人眼對(duì)波長為555nmV（ =555）=1光輻射光輻射 產(chǎn)生光感覺的效能，且產(chǎn)生光感覺的效能，且1 = 380nm， 2 = 780nm。實(shí)際上是光度參量對(duì)輻射度參量的轉(zhuǎn)。實(shí)際上是光度參量對(duì)輻射度參量的轉(zhuǎn) 換常數(shù)。換常數(shù)。 （3）V（ ）稱為）稱為“標(biāo)準(zhǔn)光度觀察者標(biāo)準(zhǔn)光度觀察者”光譜光視光譜光視 效率，或稱視見函數(shù)。效率，或稱視見函數(shù)。 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 二、光

15、譜功率分布二、光譜功率分布 定義：自然光源和人造光源大都是由單定義：自然光源和人造光源大都是由單 色光組成的復(fù)色光。不同光源在不同色光組成的復(fù)色光。不同光源在不同 光譜上輻射出不同的光譜功率，常用光譜上輻射出不同的光譜功率，常用 光譜功率分布來描述。若令其最大值光譜功率分布來描述。若令其最大值 為為l l，將光譜功率分布進(jìn)行規(guī)一化處，將光譜功率分布進(jìn)行規(guī)一化處 理，那么經(jīng)過歸一化后的光譜功率分理，那么經(jīng)過歸一化后的光譜功率分 布稱為相對(duì)光譜功率分布。布稱為相對(duì)光譜功率分布。 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 光源的光譜功率分布通常可分成四種情況：光源的光譜功率分布通?？煞殖伤姆N情況：l l 圖圖a a為線狀

16、光譜，由若干條明顯分隔的細(xì)線組成。為線狀光譜，由若干條明顯分隔的細(xì)線組成。 如低壓汞燈。如低壓汞燈。 l l 圖圖b b稱為帶狀光譜，由一些分開的譜帶組成，稱為帶狀光譜，由一些分開的譜帶組成， 每一譜帶中又包含許多細(xì)譜線。如高壓汞燈、每一譜帶中又包含許多細(xì)譜線。如高壓汞燈、 高壓鈉燈就屬于這種分布。高壓鈉燈就屬于這種分布。 l l 圖圖c c為連續(xù)光譜，所有熱輻射光源的光譜都為連續(xù)光譜，所有熱輻射光源的光譜都 是連續(xù)光譜。是連續(xù)光譜。 l l 圖圖d d為混合光譜，它由連續(xù)光譜與線、帶譜為混合光譜，它由連續(xù)光譜與線、帶譜 混合而成。一般熒光燈的光譜就屬于這種分布?；旌隙?。一般熒光燈的光譜就屬

17、于這種分布。 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 P（） o P（） o P（） o P（） o 圖圖21 四種典型的光譜功率分布四種典型的光譜功率分布 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 應(yīng)用：在選擇光源時(shí)，光譜功率分布應(yīng)由測(cè)量對(duì)象的要應(yīng)用：在選擇光源時(shí)，光譜功率分布應(yīng)由測(cè)量對(duì)象的要 求來決定。求來決定。 l l 在目視光學(xué)系統(tǒng)中，一般采用可見區(qū)光譜輻射比較在目視光學(xué)系統(tǒng)中，一般采用可見區(qū)光譜輻射比較 豐富的光源。豐富的光源。 l l 彩色攝影用光源，為了獲得較好的色彩還原，應(yīng)采彩色攝影用光源，為了獲得較好的色彩還原，應(yīng)采 用類似于日光色的光源，如鹵鎢燈、氙燈等。用類似于日光色的光源，如鹵鎢燈、氙燈等。 l l 在紫外分光

18、光度計(jì)中，通常使用氘燈、紫外汞氙燈在紫外分光光度計(jì)中，通常使用氘燈、紫外汞氙燈 等紫外輻射較強(qiáng)的光源。等紫外輻射較強(qiáng)的光源。 l l 在光學(xué)儀器中，為了提高光的利用率，一般選擇發(fā)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。光強(qiáng)度高的方向作為照明方向。 l l 為了進(jìn)一步利用背面方向的光輻射，還可以在光源為了進(jìn)一步利用背面方向的光輻射，還可以在光源 的背面安裝反光罩，反光罩的焦點(diǎn)位于光源的發(fā)光中的背面安裝反光罩，反光罩的焦點(diǎn)位于光源的發(fā)光中 心上。心上。 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 三、空間光強(qiáng)分布三、空間光強(qiáng)分布 對(duì)于各向異性光源，其發(fā)光強(qiáng)度在空間各對(duì)于各向異性光源，其發(fā)

19、光強(qiáng)度在空間各 方向上是不相同的。若在空間某一截面上，自方向上是不相同的。若在空間某一截面上，自 原點(diǎn)向各徑向取矢量，矢量的長度與該方向的原點(diǎn)向各徑向取矢量，矢量的長度與該方向的 發(fā)光強(qiáng)度成正比。將各矢量的端點(diǎn)連起來，就發(fā)光強(qiáng)度成正比。將各矢量的端點(diǎn)連起來，就 得到光源在該截面上的發(fā)光強(qiáng)度曲線，即配光得到光源在該截面上的發(fā)光強(qiáng)度曲線，即配光 曲線。曲線。 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 四、光源的色溫四、光源的色溫 l l 黑體的溫度決定了它的光輻射特性。黑體的溫度決定了它的光輻射特性。 （在任何溫度下可以全部吸收任何波長輻射的物體稱為絕對(duì)黑體（在任何溫度下可以全部吸收任何波長輻射的物體稱為絕對(duì)黑體, 簡

20、稱黑體）簡稱黑體） l l 對(duì)非黑體輻射，它的某些特性?？捎煤隗w輻對(duì)非黑體輻射，它的某些特性?？捎煤隗w輻 射的特性來近似地表示。射的特性來近似地表示。 l l 對(duì)于一般光源，經(jīng)常用分布溫度、色溫或相對(duì)于一般光源，經(jīng)常用分布溫度、色溫或相 關(guān)色溫表示。關(guān)色溫表示。 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 1 1 分布溫度分布溫度 定義：定義： 輻射源在某一波長范圍內(nèi)輻射的相對(duì)光譜功率分布，與黑體輻射源在某一波長范圍內(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，那么該黑體的溫度在某一溫度下輻射的相對(duì)光譜功率分布一致，那么該黑體的溫度 就稱為該輻射源的分布溫度。就稱為該輻射源的分布溫度。 2

21、 2 色溫色溫 定義：定義： 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，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。則黑體的這一溫度稱為該輻射源的色溫。 由于一種顏色可以由多種光譜分布產(chǎn)生，所以色溫相同的光由于一種顏色可以由多種光譜分布產(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。源，它們的相對(duì)光譜功率分布不一定相同。 3 3 相關(guān)色溫相關(guān)色溫 定義：定義： 對(duì)于一般光源，它的顏色與任何溫度下的黑體輻射的顏色對(duì)于一般光源，它的顏色與任何溫度下的黑體輻射的顏色 都不相同，這時(shí)的光源用相關(guān)色溫表示。在均勻色度圖中，如果都不

22、相同，這時(shí)的光源用相關(guān)色溫表示。在均勻色度圖中，如果 光源的色坐標(biāo)點(diǎn)與某一溫度下的黑體輻射的色坐標(biāo)點(diǎn)最接近，則光源的色坐標(biāo)點(diǎn)與某一溫度下的黑體輻射的色坐標(biāo)點(diǎn)最接近，則 該黑體的溫度稱為該光源的相關(guān)色溫。該黑體的溫度稱為該光源的相關(guān)色溫。 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 五、光源的顏色五、光源的顏色 光源的顏色包含了兩方面的含義，即色表和顯色性。光源的顏色包含了兩方面的含義，即色表和顯色性。 用眼睛直接觀察光源時(shí)所看到的顏色稱為光源的色表。用眼睛直接觀察光源時(shí)所看到的顏色稱為光源的色表。 例如高壓鈉燈的色表呈黃色。例如高壓鈉燈的色表呈黃色。 熒光燈的色表呈白色。熒光燈的色表呈白色。 當(dāng)用這種光源照射物體時(shí)，

23、物體呈現(xiàn)的顏色當(dāng)用這種光源照射物體時(shí)，物體呈現(xiàn)的顏色( (也就是也就是 物體反射光在人眼內(nèi)產(chǎn)生的顏色感覺物體反射光在人眼內(nèi)產(chǎn)生的顏色感覺) )與該物體在完全與該物體在完全 輻射體照射下所呈現(xiàn)的顏色的一致性，稱為該光源的輻射體照射下所呈現(xiàn)的顏色的一致性，稱為該光源的 顯色性。顯色性。 白熾燈、鹵鎢燈、鏑燈等幾種光源的顯色性較好，白熾燈、鹵鎢燈、鏑燈等幾種光源的顯色性較好， 適用于辨色要求較高的場合，如彩色電影、彩色電視適用于辨色要求較高的場合，如彩色電影、彩色電視 的拍攝和放映、染料、彩色印刷等行業(yè)。高壓汞燈、的拍攝和放映、染料、彩色印刷等行業(yè)。高壓汞燈、 高壓鈉燈等光源高壓鈉燈等光源 光電檢測(cè)

24、技術(shù)第二章 2.3光電檢測(cè)常用光源光電檢測(cè)常用光源 激光和發(fā)光二極管是檢測(cè)技術(shù)中應(yīng)用廣泛的光源。本激光和發(fā)光二極管是檢測(cè)技術(shù)中應(yīng)用廣泛的光源。本 節(jié)還另外介紹幾種光源：熱輻射光源、氣體放電光源和節(jié)還另外介紹幾種光源：熱輻射光源、氣體放電光源和 場致發(fā)光光源。場致發(fā)光光源。 一、熱輻射光源一、熱輻射光源 定義：任何物體只要其溫度大于絕對(duì)零度，就會(huì)向外界定義：任何物體只要其溫度大于絕對(duì)零度，就會(huì)向外界 輻射能量，其輻射特性與溫度有關(guān)。物體靠加熱保持一輻射能量，其輻射特性與溫度有關(guān)。物體靠加熱保持一 定溫度，使其內(nèi)能不變而持續(xù)輻射的形式稱為熱輻射。定溫度，使其內(nèi)能不變而持續(xù)輻射的形式稱為熱輻射。 例

25、如：爐上的一塊鐵，剛開始加熱時(shí)，溫度較低呈暗例如：爐上的一塊鐵，剛開始加熱時(shí)，溫度較低呈暗 紅色。若繼續(xù)加熱，隨著溫度的升高，鐵塊的顏色會(huì)由紅色。若繼續(xù)加熱，隨著溫度的升高，鐵塊的顏色會(huì)由 暗紅色逐漸變?yōu)闊氚?，而且發(fā)光也更明亮。暗紅色逐漸變?yōu)闊氚?，而且發(fā)光也更明亮。 熱輻射源遵循有關(guān)黑體的定律。熱輻射源遵循有關(guān)黑體的定律。 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 1、太陽、太陽 太陽可看成是一個(gè)直徑為太陽可看成是一個(gè)直徑為1.392 1.392 10109 9m m的光球。它到地球的年平的光球。它到地球的年平 均距離是均距離是1.496 1.496 101011 11m m。因此從地球上觀看太陽時(shí)，太陽的張角 。

26、因此從地球上觀看太陽時(shí)，太陽的張角 只有只有0.5330.5330 0。 大氣層外的太陽光譜能量分布相當(dāng)于大氣層外的太陽光譜能量分布相當(dāng)于5900K5900K左右的黑體輻射。在大左右的黑體輻射。在大 氣層外，太陽對(duì)地球的輻照度值在不同的光譜區(qū)所占的百分比為：氣層外，太陽對(duì)地球的輻照度值在不同的光譜區(qū)所占的百分比為： o 紫外區(qū)紫外區(qū)(0.38um) 6.46 % (0.78um) 47.29 %(0.78um) 47.29 % 射到地球上的太陽輻射，要斜穿過一層厚厚的大氣層，使太陽射到地球上的太陽輻射，要斜穿過一層厚厚的大氣層，使太陽 輻射的光譜和空間分布、能量大小、偏振狀態(tài)等都發(fā)生了變化。輻

27、射的光譜和空間分布、能量大小、偏振狀態(tài)等都發(fā)生了變化。 大氣的吸收光譜比較復(fù)雜，其中氧大氣的吸收光譜比較復(fù)雜，其中氧(0(02 2) )、水汽、水汽(H(H2 20)0)、臭氧、臭氧(0(03 3) )、 二氧化碳二氧化碳(C0(C02 2) )、一氧化碳、一氧化碳(CO)(CO)和其它碳?xì)浠衔锖推渌細(xì)浠衔? (如如CHCH4 4) )等，都等，都 在不同程度上吸收了太陽輻射，而且它們都是光譜選擇性的吸收在不同程度上吸收了太陽輻射，而且它們都是光譜選擇性的吸收 介質(zhì)。介質(zhì)。 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 2、黑體模擬器、黑體模擬器 在許多光電儀器或系統(tǒng)中，往往需要這樣一種輻射源，在許多光電儀器或系

28、統(tǒng)中，往往需要這樣一種輻射源， 它的角度特性和光譜特性酷似理想黑體的特性。這種它的角度特性和光譜特性酷似理想黑體的特性。這種 輻射源常稱為黑體模擬器。輻射源常稱為黑體模擬器。 黑體總輻射強(qiáng)度和它的溫度的四次方成正比。黑體總輻射強(qiáng)度和它的溫度的四次方成正比。 實(shí)際工作溫度的精確測(cè)量和控制是黑體輻射能（穩(wěn)實(shí)際工作溫度的精確測(cè)量和控制是黑體輻射能（穩(wěn) 定）產(chǎn)生的關(guān)鍵。定）產(chǎn)生的關(guān)鍵。 目前的黑體模擬器最高工作溫度為目前的黑體模擬器最高工作溫度為3000K3000K，而實(shí)際，而實(shí)際 應(yīng)用的大多是在應(yīng)用的大多是在2000K2000K以下。以下。 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 3、白熾燈、白熾燈 定義定義 白熾燈發(fā)

29、射的是可見光連續(xù)光譜，它是在電源供電下，依靠電白熾燈發(fā)射的是可見光連續(xù)光譜，它是在電源供電下，依靠電 能加熱金屬絲使它在真空或惰性氣體中達(dá)到白熾狀態(tài)而發(fā)光的能加熱金屬絲使它在真空或惰性氣體中達(dá)到白熾狀態(tài)而發(fā)光的 器件，因此稱為白熾燈。器件，因此稱為白熾燈。 燈絲要求燈絲要求 熔點(diǎn)高，可適用于較高的工作溫度，從而使光源發(fā)光光譜向熔點(diǎn)高，可適用于較高的工作溫度，從而使光源發(fā)光光譜向 短波方向移動(dòng)；短波方向移動(dòng)； 蒸發(fā)率小，要求在高溫?zé)霟釛l件下蒸發(fā)愈小愈好，以提高白蒸發(fā)率小，要求在高溫?zé)霟釛l件下蒸發(fā)愈小愈好，以提高白 熾燈的使用壽命；熾燈的使用壽命； 對(duì)可見光的輻射效率高，從而產(chǎn)生較多的可見光輻射；

30、對(duì)可見光的輻射效率高，從而產(chǎn)生較多的可見光輻射； 其他要求，如加工性能、機(jī)械性能等。其他要求，如加工性能、機(jī)械性能等。 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 分類分類 真空白熾燈真空白熾燈 玻殼內(nèi)真空條件的作用是保護(hù)鎢絲，使其不被氧化。它的功玻殼內(nèi)真空條件的作用是保護(hù)鎢絲，使其不被氧化。它的功 率不太大，其燈絲溫度常在率不太大，其燈絲溫度常在230023002800 K2800 K之間，發(fā)光效率約為之間，發(fā)光效率約為10 10 lm/Wlm/W，進(jìn)一步增加鎢的工作溫度會(huì)導(dǎo)致鎢的蒸發(fā)率急劇上升，從，進(jìn)一步增加鎢的工作溫度會(huì)導(dǎo)致鎢的蒸發(fā)率急劇上升，從 而縮短壽命。而縮短壽命。 充氣白熾燈充氣白熾燈 在燈泡中充入不和

31、鎢發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的惰性氣體氬、氮或氬和氮在燈泡中充入不和鎢發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的惰性氣體氬、氮或氬和氮 的混和氣體。當(dāng)燈絲在高溫下蒸發(fā)的鎢原子與氣體分子發(fā)生頻繁的混和氣體。當(dāng)燈絲在高溫下蒸發(fā)的鎢原子與氣體分子發(fā)生頻繁 的碰撞時(shí)，部分鎢原子返回?zé)艚z表面，抑制鎢的蒸發(fā)。因此，在的碰撞時(shí)，部分鎢原子返回?zé)艚z表面，抑制鎢的蒸發(fā)。因此，在 與真空型燈泡同樣壽命的條件下，充氣鎢絲白熾燈的工作溫度可與真空型燈泡同樣壽命的條件下，充氣鎢絲白熾燈的工作溫度可 以提高到以提高到260026003000 K3000 K左右，相應(yīng)的光效提高到左右，相應(yīng)的光效提高到17 lm/W17 lm/W。 鹵鎢白熾燈鹵鎢白熾燈 在燈泡內(nèi)充

32、入鹵鎢循環(huán)劑（如氯化碘、溴化硼等），在一定在燈泡內(nèi)充入鹵鎢循環(huán)劑（如氯化碘、溴化硼等），在一定 溫度下可以形成鹵鎢循環(huán)。溫度下可以形成鹵鎢循環(huán)。 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 圖圖2 24 4 鹵鎢循環(huán)工作原理圖鹵鎢循環(huán)工作原理圖 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 鹵鎢燈的特點(diǎn)鹵鎢燈的特點(diǎn) 鹵鎢燈也是利用電能使燈絲發(fā)熱到白熾狀態(tài)而發(fā)光的電光源。鹵鎢燈也是利用電能使燈絲發(fā)熱到白熾狀態(tài)而發(fā)光的電光源。 但它具有較高的發(fā)光效率和較長的使用壽命，得到了方泛應(yīng)用。但它具有較高的發(fā)光效率和較長的使用壽命，得到了方泛應(yīng)用。 與白熾燈相比，它有許多優(yōu)點(diǎn)與白熾燈相比，它有許多優(yōu)點(diǎn)： (1) (1) 體積小，是同功率白熾燈的體積小，是同

33、功率白熾燈的0.5%3%0.5%3%，因而可使光學(xué)系統(tǒng)，因而可使光學(xué)系統(tǒng) 小型化；小型化； (2) (2) 光通量穩(wěn)定，最終的光通量為開始的光通量穩(wěn)定，最終的光通量為開始的95959898，而白熾，而白熾 燈為燈為6060； (3) (3) 紫外線較豐富，因鹵鎢燈的燈絲溫度較高，而且它的泡紫外線較豐富，因鹵鎢燈的燈絲溫度較高，而且它的泡 殼也能通過紫外輻射，所以可作為紫外輻射源用于光譜輻射測(cè)殼也能通過紫外輻射，所以可作為紫外輻射源用于光譜輻射測(cè) 量方面；量方面； (4) (4) 發(fā)光效率比白熾燈高發(fā)光效率比白熾燈高2 23 3倍；倍； (5) (5) 壽命長。壽命長。 鹵鎢燈的缺點(diǎn)是價(jià)格較貴，

34、另外它的管壁溫度高，應(yīng)注鹵鎢燈的缺點(diǎn)是價(jià)格較貴，另外它的管壁溫度高，應(yīng)注 意安全，以免燒毀其它物質(zhì)。意安全，以免燒毀其它物質(zhì)。 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 白熾燈的性能白熾燈的性能 此外，白熾燈的性能與電壓有顯著關(guān)系，在額定電壓下工此外，白熾燈的性能與電壓有顯著關(guān)系，在額定電壓下工 作正常，升高電壓將會(huì)縮短燈的使用壽命，甚至燒毀。如欲延長作正常，升高電壓將會(huì)縮短燈的使用壽命，甚至燒毀。如欲延長 白熾燈的使用壽命，工作電壓應(yīng)比額定電壓低，但光適量及發(fā)光白熾燈的使用壽命，工作電壓應(yīng)比額定電壓低，但光適量及發(fā)光 效能也隨之減少。效能也隨之減少。 白熾燈的光參數(shù)白熾燈的光參數(shù)( (光通量、光效率光通量、光效率

35、) )、電參數(shù)、電參數(shù) ( (燈電壓、電流、燈電壓、電流、 功率、電阻功率、電阻) )和壽命之間有著密切的關(guān)系。和壽命之間有著密切的關(guān)系。 圖圖2-3 2-3 電壓與燈參數(shù)的變化曲線電壓與燈參數(shù)的變化曲線 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 二、氣體放電光源二、氣體放電光源 定義：定義： 利用氣體放電原理制成的光源稱為氣體放電利用氣體放電原理制成的光源稱為氣體放電 光源。光源。 l l 電流通過氣體媒質(zhì)時(shí)的放電現(xiàn)象稱氣體放電。電流通過氣體媒質(zhì)時(shí)的放電現(xiàn)象稱氣體放電。 利用氣體放電而發(fā)光的原理制成的燈，稱為利用氣體放電而發(fā)光的原理制成的燈，稱為 氣體放電燈。氣體放電燈。 氣體放電燈的光譜是不連續(xù)的（白熾燈的光氣

36、體放電燈的光譜是不連續(xù)的（白熾燈的光 譜是連續(xù)的）譜是連續(xù)的） l l 氣體光源發(fā)光顏色由其光輻射譜決定氣體光源發(fā)光顏色由其光輻射譜決定 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 氣體光源發(fā)光效率高，比同瓦數(shù)的白熾氣體光源發(fā)光效率高，比同瓦數(shù)的白熾 燈發(fā)光效率高燈發(fā)光效率高210倍，因此具有節(jié)能的特倍，因此具有節(jié)能的特 點(diǎn)。點(diǎn)。 l l 氣體放電燈發(fā)出的熱量小，氣體光對(duì)電氣體放電燈發(fā)出的熱量小，氣體光對(duì)電 器和檢測(cè)對(duì)象的溫度影響小。器和檢測(cè)對(duì)象的溫度影響小。 l l 對(duì)電壓穩(wěn)定性的要求也比白熾燈低。對(duì)電壓穩(wěn)定性的要求也比白熾燈低。 l l 結(jié)構(gòu)緊湊。由于不靠燈絲本身發(fā)光，電結(jié)構(gòu)緊湊。由于不靠燈絲本身發(fā)

37、光，電 極可以做得牢固緊湊，耐震、抗沖擊。極可以做得牢固緊湊，耐震、抗沖擊。 l l 壽命長。一般比白熾燈壽命長壽命長。一般比白熾燈壽命長510倍。倍。 l l 光色適應(yīng)性強(qiáng)，可在很大范圍內(nèi)變化。光色適應(yīng)性強(qiáng)，可在很大范圍內(nèi)變化。 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 原理：原理： l l 氣體放電光源制作時(shí)，在燈中充入發(fā)光用的氣體，如氫、氦、氘、氙、氪等，氣體放電光源制作時(shí)，在燈中充入發(fā)光用的氣體，如氫、氦、氘、氙、氪等， 或金屬蒸氣，如汞、鎘、鈉、銦、鉈、鏑等。或金屬蒸氣，如汞、鎘、鈉、銦、鉈、鏑等。 l l 在電場作用下激勵(lì)出電子和離子氣體變成導(dǎo)電體。在電場作用下激勵(lì)出電子和離子氣體變成導(dǎo)電體。 l l

38、當(dāng)離子向陰極、電子向陽極運(yùn)動(dòng)時(shí)，從電場中得到能量。當(dāng)離子向陰極、電子向陽極運(yùn)動(dòng)時(shí)，從電場中得到能量。 l l 當(dāng)它們與氣體原子或分子碰撞時(shí)會(huì)激勵(lì)出新的電子和離子。當(dāng)它們與氣體原子或分子碰撞時(shí)會(huì)激勵(lì)出新的電子和離子。 部分內(nèi)層電子會(huì)躍遷到高能級(jí)，引起原子的激發(fā)，受激原子回到低能級(jí)時(shí)就部分內(nèi)層電子會(huì)躍遷到高能級(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)射出可見輻射或紫外、紅外輻射。會(huì)發(fā)射出可見輻射或紫外、紅外輻射。 氣體放電光源的種類很多，主要按下列方法分類：氣體放電光源的種類很多，主要按下列方法分類： l l 按氣體放電類型分：有輝光放電燈、弧光放電燈和高頻放電燈等。按氣體放電類型分：有輝光

39、放電燈、弧光放電燈和高頻放電燈等。 l l 按放電時(shí)燈內(nèi)氣體壓強(qiáng)分：有低壓放電燈、高壓放電燈和超高壓放電燈等。按放電時(shí)燈內(nèi)氣體壓強(qiáng)分：有低壓放電燈、高壓放電燈和超高壓放電燈等。 按放電發(fā)光物質(zhì)的種類分：有汞燈、鈉燈、各種金屬鹵化物燈和稀有氣體燈按放電發(fā)光物質(zhì)的種類分：有汞燈、鈉燈、各種金屬鹵化物燈和稀有氣體燈 (如氙燈、氖燈、氪燈等如氙燈、氖燈、氪燈等)。 按燈的電極形式分：有冷陰極氣體放電燈、熱陰極氣體放電燈和無極氣體放按燈的電極形式分：有冷陰極氣體放電燈、熱陰極氣體放電燈和無極氣體放 電燈。電燈。 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 氣體光源發(fā)光顏色由其光輻射譜決定。輝光放氣體光源發(fā)光顏色由其光輻射譜決定

40、。輝光放 電的正柱光輝在空氣中略帶紅色，在汞汽中為綠電的正柱光輝在空氣中略帶紅色，在汞汽中為綠 色，在氖氣中為紅紫色，在鈉蒸汽中為黃色等。色，在氖氣中為紅紫色，在鈉蒸汽中為黃色等。 改變氣體或蒸汽的成份、氣體壓力及放電電流的改變氣體或蒸汽的成份、氣體壓力及放電電流的 大小，可以得到主要在某一光譜范圍的輻射源。大小，可以得到主要在某一光譜范圍的輻射源。 根據(jù)充氣壓力的不同，可分為低氣壓放電燈根據(jù)充氣壓力的不同，可分為低氣壓放電燈 和高氣壓放電燈。低壓汞燈、氫燈、鎘燈、氦燈和高氣壓放電燈。低壓汞燈、氫燈、鎘燈、氦燈 是光譜儀器中常用的光源，統(tǒng)稱為光譜燈。而利是光譜儀器中常用的光源，統(tǒng)稱為光譜燈。而

41、利 用高壓或超高壓氙氣放電發(fā)光而制成的氙燈適合用高壓或超高壓氙氣放電發(fā)光而制成的氙燈適合 于碼頭、車站等大面積照明，有時(shí)也作為布匹的于碼頭、車站等大面積照明，有時(shí)也作為布匹的 顏色檢驗(yàn)，塑料、橡膠的老化試驗(yàn)等的光源。顏色檢驗(yàn)，塑料、橡膠的老化試驗(yàn)等的光源。 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 除上述熱輻射光源和氣體放電光源外，根據(jù)特定的除上述熱輻射光源和氣體放電光源外，根據(jù)特定的 用途還可以采用其它輻射能源。例如測(cè)量鋼板厚度、用途還可以采用其它輻射能源。例如測(cè)量鋼板厚度、 管壁差、不透明介質(zhì)的水平面等。一般利用硬射線光管壁差、不透明介質(zhì)的水平面等。一般利用硬射線光 X射線、丫射線或射線、丫射線或射線。射線。

42、另外，直接利用自然照度作為光源，例如照明燈的另外，直接利用自然照度作為光源，例如照明燈的 自動(dòng)控制。檢測(cè)有輻射性質(zhì)的對(duì)象，其本身可作為輻自動(dòng)控制。檢測(cè)有輻射性質(zhì)的對(duì)象，其本身可作為輻 射能源，光電高溫計(jì)測(cè)量發(fā)熱體的溫度都屬于這一類。射能源，光電高溫計(jì)測(cè)量發(fā)熱體的溫度都屬于這一類。 由于上述特點(diǎn)，氣體放電燈具有很強(qiáng)的競爭力，由于上述特點(diǎn)，氣體放電燈具有很強(qiáng)的競爭力， 因而發(fā)展很快，并在光電測(cè)量和照明工程中得到廣泛因而發(fā)展很快，并在光電測(cè)量和照明工程中得到廣泛 使用。使用。 表表1列出了常用的氣體放電燈的種類、性能以及它列出了常用的氣體放電燈的種類、性能以及它 們的主要應(yīng)用領(lǐng)域。（氣體放電光源種類

43、較多，這里們的主要應(yīng)用領(lǐng)域。（氣體放電光源種類較多，這里 就光學(xué)儀器中常用的幾種光源作簡要介紹）就光學(xué)儀器中常用的幾種光源作簡要介紹） 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 表表22 常用氣體放電燈的種類、性能和主要應(yīng)用領(lǐng)域常用氣體放電燈的種類、性能和主要應(yīng)用領(lǐng)域 序號(hào)序號(hào)種種 類類 主要性能主要性能 應(yīng)應(yīng) 用用 1汞燈：汞燈： (1)低壓汞燈低壓汞燈 冷陰極輝光放電燈冷陰極輝光放電燈 輻射強(qiáng)的輻射強(qiáng)的2537nm遠(yuǎn)紫外線遠(yuǎn)紫外線 殺菌、熒光分析、光譜殺菌、熒光分析、光譜 儀波長基準(zhǔn)儀波長基準(zhǔn) 熱陰極弧光放電燈熱陰極弧光放電燈 熒光燈熒光燈 2537nm激發(fā)熒光粉發(fā)光激發(fā)熒光粉發(fā)光 室內(nèi)照明室內(nèi)照明 (2)高壓

44、汞燈高壓汞燈 紫外線高壓汞燈紫外線高壓汞燈 主要輻射波長主要輻射波長365.0nm的近紫外線的近紫外線 保健理療、塑料和橡保健理療、塑料和橡 膠試驗(yàn)、熒光膠試驗(yàn)、熒光 分析、紫外探傷分析、紫外探傷 儀器高壓汞燈儀器高壓汞燈 主要輻射波長主要輻射波長365.0nm的近紫外線的近紫外線 光刻機(jī)、光學(xué)儀器光刻機(jī)、光學(xué)儀器 普通高壓汞燈普通高壓汞燈 輻射輻射404.7nm、435.8nm、546.1nm、 大面積照明大面積照明 577nm等光譜等光譜 熒光高壓汞燈熒光高壓汞燈 汞的可見光譜，汞的可見光譜，365nm激發(fā)的熒光輻射激發(fā)的熒光輻射 廠礦照明廠礦照明 (3)超高壓汞燈超高壓汞燈 紫外可見輻射

45、豐富，亮度高紫外可見輻射豐富，亮度高 熒光分析、光刻、光學(xué)熒光分析、光刻、光學(xué) 儀器儀器 2鈉燈鈉燈 （1)低壓鈉燈低壓鈉燈 輻射輻射589.0nm和和589.6nm黃色譜線黃色譜線 偏振儀，旋光儀，波偏振儀，旋光儀，波 長基準(zhǔn)長基準(zhǔn) (2)高壓鈉燈高壓鈉燈 光效高達(dá)光效高達(dá)90-100ImW，壽命長，光色金白，壽命長，光色金白 大面積照明大面積照明 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 種類種類 主要性能主要性能 應(yīng)用應(yīng)用 3、金屬鹵化物燈、金屬鹵化物燈 (1)鏑燈鏑燈 光效高達(dá)光效高達(dá)70ImW，光色好，光色好，Ra為為80 電影、電視電影、電視 攝影、照攝影、照 相制版、投影儀、相制版、投影儀、 植物溫室

46、照明植物溫室照明 (2)鉈銦燈鉈銦燈 發(fā)蘭綠色光，光效高發(fā)蘭綠色光，光效高 燈光誘魚、水下照明燈光誘魚、水下照明 (3)碘化鉈燈碘化鉈燈 發(fā)綠色光，光效高發(fā)綠色光，光效高 水下照明、飛機(jī)著落信號(hào)燈水下照明、飛機(jī)著落信號(hào)燈 4、氙燈、氙燈 (1)長弧氙燈長弧氙燈 紫外可見連續(xù)光譜，光色接近日光紫外可見連續(xù)光譜，光色接近日光 大面積照明、材料老化試驗(yàn)大面積照明、材料老化試驗(yàn) (2)短弧氙燈短弧氙燈 高亮度點(diǎn)光源，光色接近日電影放映、光學(xué)儀器、攝影制版高亮度點(diǎn)光源，光色接近日電影放映、光學(xué)儀器、攝影制版 (3)脈沖氙燈脈沖氙燈 連續(xù)光譜，脈沖閃光連續(xù)光譜，脈沖閃光0.2一一1ms 激光器光泵、測(cè)速、

47、激光器光泵、測(cè)速、 照 相 、 光 信 號(hào)照 相 、 光 信 號(hào) 5、空心陰極、空心陰極 輻射陰極金屬輻射陰極金屬(合金合金)的原子光譜線的原子光譜線 原子吸收分光光度計(jì)原子吸收分光光度計(jì) 6、氘燈、氘燈 輻射輻射190400nm連續(xù)紫外光譜連續(xù)紫外光譜 紫外分光光度計(jì)紫外分光光度計(jì) 7、氫燈、氫燈 輻射輻射434.1nm、486.1nm和和656.3nm譜線譜線 干涉儀、分干涉儀、分 光計(jì)、偏振儀光計(jì)、偏振儀 8、氦燈、氦燈 輻射輻射587.6nm和和706.5nm譜線譜線 9、真空紫外燈、真空紫外燈 HeI和和HeI譜線譜線58.4nm、30.4nm 單能光子源、真空紫外單能光子源、真空紫

48、外 波長基準(zhǔn)波長基準(zhǔn) 10、無極放電燈、無極放電燈 (汞汞)氣體發(fā)光、熒光；無電極，壽命長氣體發(fā)光、熒光；無電極，壽命長 長壽命特殊照明、印刷制長壽命特殊照明、印刷制 版版 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 三、場致發(fā)光光源三、場致發(fā)光光源 l l 場致發(fā)光源是固體發(fā)光源。場致發(fā)光源是固體發(fā)光源。 l l 場致發(fā)光是固體在電場的作用下將電能直接轉(zhuǎn)換為光場致發(fā)光是固體在電場的作用下將電能直接轉(zhuǎn)換為光 能的發(fā)光現(xiàn)象，也稱為電致發(fā)光。能的發(fā)光現(xiàn)象，也稱為電致發(fā)光。 場致發(fā)光最早發(fā)現(xiàn)于場致發(fā)光最早發(fā)現(xiàn)于19231923年，但當(dāng)時(shí)并沒有年，但當(dāng)時(shí)并沒有 引起人們的普遍注意。隨著近代技術(shù)的發(fā)展，引起人們的普遍注意。隨著

49、近代技術(shù)的發(fā)展， 對(duì)發(fā)光光源和器件提出了新的要求。例如，電對(duì)發(fā)光光源和器件提出了新的要求。例如，電 子儀器的固體化和小型化，要求顯示的固體化，子儀器的固體化和小型化，要求顯示的固體化， 新的照明技術(shù)和顯象技術(shù)的發(fā)展，要求對(duì)新的新的照明技術(shù)和顯象技術(shù)的發(fā)展，要求對(duì)新的 發(fā)光材料作深入的研究。場致發(fā)光不但能使人發(fā)光材料作深入的研究。場致發(fā)光不但能使人 們得到全固體化的光源，而且為全固體化顯示們得到全固體化的光源，而且為全固體化顯示 開辟了途徑。開辟了途徑。 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 目前常見的場致發(fā)光有三種形態(tài)，即粉末、目前常見的場致發(fā)光有三種形態(tài)，即粉末、 薄膜和結(jié)型。有場致發(fā)光本領(lǐng)的固體材料很多，薄

50、膜和結(jié)型。有場致發(fā)光本領(lǐng)的固體材料很多， 但達(dá)到實(shí)際應(yīng)用水平的主要是但達(dá)到實(shí)際應(yīng)用水平的主要是族和族和V V 族化合物半導(dǎo)體。族化合物半導(dǎo)體。族化合物既是發(fā)光效族化合物既是發(fā)光效 率很高的光致發(fā)光和陰極射線發(fā)光材料，亦是率很高的光致發(fā)光和陰極射線發(fā)光材料，亦是 目前用于實(shí)際的唯一的粉末和薄膜場致發(fā)光材目前用于實(shí)際的唯一的粉末和薄膜場致發(fā)光材 料。料。V V族發(fā)光材料則在發(fā)光二極管方面得到族發(fā)光材料則在發(fā)光二極管方面得到 廣泛應(yīng)用。廣泛應(yīng)用。 1 1、粉末場致發(fā)光光源、粉末場致發(fā)光光源 按激發(fā)方式不同，場致發(fā)光光源有交流電場按激發(fā)方式不同，場致發(fā)光光源有交流電場 激發(fā)和直流電場激發(fā)兩種。激發(fā)和直

51、流電場激發(fā)兩種。 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 1玻璃基板 2透明導(dǎo)電膜（SnO2） 3發(fā)光材料 4Ti2O反射層 5背電極（金屬）6防潮樹脂7防潮蓋板 圖26 交流粉末場致發(fā)光光源 1）交流粉末場致發(fā)光光源）交流粉末場致發(fā)光光源 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 交流粉末場致發(fā)光光源采用的發(fā)光材料交流粉末場致發(fā)光光源采用的發(fā)光材料( (通常為通常為 ZnSZnS：Cu)Cu)懸浮在介電系數(shù)很高、透明而又絕緣的膠合懸浮在介電系數(shù)很高、透明而又絕緣的膠合 介質(zhì)中，并被兩電極所挾持。介質(zhì)中，并被兩電極所挾持。 l l 高介電系數(shù)的反射層不僅能有效地反射光，而且還防高介電系數(shù)的反射層不僅能有效地反射光，而且還防 止擊穿。止

52、擊穿。 l l 當(dāng)在兩電極間加上交變電場時(shí)，粉末就會(huì)產(chǎn)生場致發(fā)當(dāng)在兩電極間加上交變電場時(shí)，粉末就會(huì)產(chǎn)生場致發(fā) 光。光。 l l 場致發(fā)光光源的亮度場致發(fā)光光源的亮度L L與所加的交流電壓幅度與所加的交流電壓幅度V V和頻率和頻率f f 有關(guān)。有關(guān)。 l l 場致發(fā)光的顏色隨基質(zhì)和激活劑的不同，可以有蘭、場致發(fā)光的顏色隨基質(zhì)和激活劑的不同，可以有蘭、 綠、黃、紅等各種顏色。綠、黃、紅等各種顏色。 l l 外加電壓的頻率對(duì)發(fā)光的顏色也有影響外加電壓的頻率對(duì)發(fā)光的顏色也有影響 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 l 外加電壓的頻率對(duì)亮度的影響：在較低頻率下，亮度隨外加電壓的頻率對(duì)亮度的影響：在較低頻率下，亮度隨 頻

53、率線性增加。頻率高到一定范圍，亮度就出現(xiàn)飽和趨頻率線性增加。頻率高到一定范圍，亮度就出現(xiàn)飽和趨 勢(shì)。飽和頻率的高低隨具體發(fā)光材料的種類而變。對(duì)同勢(shì)。飽和頻率的高低隨具體發(fā)光材料的種類而變。對(duì)同 一種發(fā)光材料，電壓越高，飽和頻率也越高。一種發(fā)光材料，電壓越高，飽和頻率也越高。 l 外加電壓的頻率對(duì)發(fā)光顏色的影響：常用的場致發(fā)光光外加電壓的頻率對(duì)發(fā)光顏色的影響：常用的場致發(fā)光光 源的光譜能量分布通常包含兩個(gè)譜帶，一個(gè)綠帶，一個(gè)源的光譜能量分布通常包含兩個(gè)譜帶，一個(gè)綠帶，一個(gè) 蘭帶。隨著頻率的增高，蘭帶相對(duì)增強(qiáng)，而發(fā)光顏色由蘭帶。隨著頻率的增高，蘭帶相對(duì)增強(qiáng)，而發(fā)光顏色由 黃綠向蘭改變。黃綠向蘭改變

54、。 l 如果交流場致發(fā)光的外加激發(fā)電壓是隨時(shí)間變化的，相如果交流場致發(fā)光的外加激發(fā)電壓是隨時(shí)間變化的，相 應(yīng)的發(fā)光亮度也隨時(shí)間而變化，這種變化的圖形稱為發(fā)應(yīng)的發(fā)光亮度也隨時(shí)間而變化，這種變化的圖形稱為發(fā) 光波形。當(dāng)用正弦交流電壓激發(fā)時(shí)，場致發(fā)光的波形在光波形。當(dāng)用正弦交流電壓激發(fā)時(shí)，場致發(fā)光的波形在 交流電壓的每半周期中有高低兩個(gè)發(fā)光峰。交流電壓的每半周期中有高低兩個(gè)發(fā)光峰。 l 場致發(fā)光的余輝是極短的，電壓一去掉，發(fā)光馬上消場致發(fā)光的余輝是極短的，電壓一去掉，發(fā)光馬上消 失。在脈沖激發(fā)下，場致發(fā)光的反應(yīng)速度很快，上升時(shí)失。在脈沖激發(fā)下，場致發(fā)光的反應(yīng)速度很快，上升時(shí) 間常數(shù)比衰減時(shí)間小得多。

55、間常數(shù)比衰減時(shí)間小得多。 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 場致發(fā)光光源在使用過程中亮度會(huì)逐漸下降，這種現(xiàn)象場致發(fā)光光源在使用過程中亮度會(huì)逐漸下降，這種現(xiàn)象 叫老化。老化曲線的主要部分可用下列經(jīng)驗(yàn)公式表示：叫老化。老化曲線的主要部分可用下列經(jīng)驗(yàn)公式表示： L=LL=L0 0 / /（ （1+t/t1+t/t0 0） 式中式中L L0 0為初使亮度，為初使亮度，t t0 0為時(shí)間常數(shù)，它與頻率有關(guān)。為時(shí)間常數(shù)，它與頻率有關(guān)。 場致發(fā)光光源的壽命通常以發(fā)光亮度降到初始值的場致發(fā)光光源的壽命通常以發(fā)光亮度降到初始值的1 1 3 31 14 4的時(shí)間為使用壽命。壽命和激發(fā)電壓的頻率有的時(shí)間為使用壽命。壽命和激發(fā)電壓

56、的頻率有 很大的關(guān)系，頻率越高，老化越快，壽命越短。老化后很大的關(guān)系，頻率越高，老化越快，壽命越短。老化后 發(fā)光亮度下降，但光譜基本保持不變。激發(fā)電壓對(duì)老化發(fā)光亮度下降，但光譜基本保持不變。激發(fā)電壓對(duì)老化 的影響比頻率小得多。常用的的影響比頻率小得多。常用的ZnSZnS：CuCu場致發(fā)光光源的場致發(fā)光光源的 使用壽命超過使用壽命超過3000-50003000-5000小時(shí)。小時(shí)。 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 交流粉末場致發(fā)光光源在近幾年得到多方面的應(yīng)用交流粉末場致發(fā)光光源在近幾年得到多方面的應(yīng)用 和發(fā)展，與其它光源相比，它有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：和發(fā)展，與其它光源相比，它有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)： (1)(1)固體化、平板

57、化，因而可靠、安全、占地小，易于安裝；固體化、平板化，因而可靠、安全、占地小，易于安裝； (2)(2)面積、形狀幾乎不受限制，因此可以通過光刻、透明導(dǎo)電膜和面積、形狀幾乎不受限制，因此可以通過光刻、透明導(dǎo)電膜和 金屬電極掩蔽鍍膜的方法，制成任意發(fā)光圖形；金屬電極掩蔽鍍膜的方法，制成任意發(fā)光圖形； (3)(3)無紅外輻射的冷光源，因而隱蔽性好，對(duì)周圍環(huán)境沒有影響；無紅外輻射的冷光源，因而隱蔽性好，對(duì)周圍環(huán)境沒有影響； (4)(4)視角大，光線柔和，易于觀察；視角大，光線柔和，易于觀察； (5)(5)壽命長?？蛇B續(xù)使用幾千小時(shí)，而發(fā)光不會(huì)突然全部熄滅；壽命長。可連續(xù)使用幾千小時(shí)，而發(fā)光不會(huì)突然全部

58、熄滅； (6)(6)功耗低，約幾毫瓦厘米功耗低，約幾毫瓦厘米； (7)(7)發(fā)光易于電控發(fā)光易于電控 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 場致發(fā)光光源主要應(yīng)用下述幾個(gè)方面：場致發(fā)光光源主要應(yīng)用下述幾個(gè)方面： (1)(1)特殊照明。如儀表表盤、飛機(jī)座艙、坑道特殊照明。如儀表表盤、飛機(jī)座艙、坑道 等照明；等照明； (2)(2)數(shù)字、符號(hào)顯示。如可以做成大型的數(shù)字?jǐn)?shù)字、符號(hào)顯示。如可以做成大型的數(shù)字 鐘，電子稱等顯示；鐘，電子稱等顯示； (3)(3)模擬顯示。如顯示生產(chǎn)工藝流程和大型設(shè)模擬顯示。如顯示生產(chǎn)工藝流程和大型設(shè) 備的工作狀態(tài)，各種應(yīng)急系統(tǒng)標(biāo)志顯示等；備的工作狀態(tài)，各種應(yīng)急系統(tǒng)標(biāo)志顯示等； (4)(4)矩陣

59、顯示即交叉電極場致發(fā)光顯示。主要矩陣顯示即交叉電極場致發(fā)光顯示。主要 用于雷達(dá)、航跡顯示及電視等。用于雷達(dá)、航跡顯示及電視等。 (5)(5)場致發(fā)光屏與光導(dǎo)材料聯(lián)合使用，可以做場致發(fā)光屏與光導(dǎo)材料聯(lián)合使用，可以做 成顯象器件，例如成顯象器件，例如X X光象增強(qiáng)與象轉(zhuǎn)換器件。光象增強(qiáng)與象轉(zhuǎn)換器件。 光電檢測(cè)技術(shù)第二章 2 2）直流粉末場致發(fā)光光源）直流粉末場致發(fā)光光源 直流粉末場致發(fā)光光源的結(jié)構(gòu)與交流粉末場致發(fā)光光源類似。直流粉末場致發(fā)光光源的結(jié)構(gòu)與交流粉末場致發(fā)光光源類似。 但其發(fā)光材料但其發(fā)光材料( (常用常用ZnS,CuZnS,CuMn)Mn)的涂層是導(dǎo)電的的涂層是導(dǎo)電的CuxSCuxS，

60、而不是大，而不是大 量分布在中間的絕緣膠合介質(zhì)。它的激發(fā)情況也與交流場致發(fā)光量分布在中間的絕緣膠合介質(zhì)。它的激發(fā)情況也與交流場致發(fā)光 不同，后者是依靠交變電場激發(fā)的，也就是說是從交變電場中吸不同，后者是依靠交變電場激發(fā)的，也就是說是從交變電場中吸 收能量實(shí)現(xiàn)光的轉(zhuǎn)換。而直流場致發(fā)光吸收的能量等于通過發(fā)光收能量實(shí)現(xiàn)光的轉(zhuǎn)換。而直流場致發(fā)光吸收的能量等于通過發(fā)光 體的傳導(dǎo)電流與實(shí)際施加在發(fā)光體上電壓的乘積。因此它要求發(fā)體的傳導(dǎo)電流與實(shí)際施加在發(fā)光體上電壓的乘積。因此它要求發(fā) 光體與電極有良好的接觸，有電流流過發(fā)光體顆粒。正常使用之光體與電極有良好的接觸，有電流流過發(fā)光體顆粒。正常使用之 前，一般需