光機(jī)電測控技術(shù)基礎(chǔ)【第2章 光電技術(shù)基礎(chǔ)課件

1、光機(jī)電測控技術(shù)基礎(chǔ): :第第2章章 光電技術(shù)基礎(chǔ)光電技術(shù)基礎(chǔ)目錄目錄2-1 2-2 2-3 光源的基本特性參數(shù)光源的基本特性參數(shù)2-4 光電技術(shù)中的光源光電技術(shù)中的光源2-5 光學(xué)量的測試技術(shù)光學(xué)量的測試技術(shù)2-6 光輻射調(diào)制概述光輻射調(diào)制概述u牛頓牛頓微粒說微粒說根據(jù)光直線傳播現(xiàn)象，對(duì)反射和折射做了解釋根據(jù)光直線傳播現(xiàn)象，對(duì)反射和折射做了解釋不能解釋較為復(fù)雜的光現(xiàn)象：干涉、衍射和偏振不能解釋較為復(fù)雜的光現(xiàn)象：干涉、衍射和偏振u波動(dòng)理論波動(dòng)理論惠更斯、楊氏和費(fèi)涅耳等惠更斯、楊氏和費(fèi)涅耳等解釋光的干涉和衍射現(xiàn)象解釋光的干涉和衍射現(xiàn)象麥克斯韋電磁理論：光是一種電磁波麥克斯韋電磁理論：光是一種電磁波

2、2-1 光的基本概念光的基本概念u光量子說光量子說1900年普朗克在研究黑體輻射時(shí)，提出輻射年普朗克在研究黑體輻射時(shí)，提出輻射的量子論的量子論1905年，愛因斯坦在解釋光電發(fā)射現(xiàn)象時(shí)提年，愛因斯坦在解釋光電發(fā)射現(xiàn)象時(shí)提出光量子的概念出光量子的概念光子的能量與光的頻率成正比光子的能量與光的頻率成正比光具有波粒二象性光具有波粒二象性2-1 光的基本概念光的基本概念狹義：狹義：可見光可見光廣義：廣義：可見光、可見光、 紅外輻射紅外輻射、 X射線、紫外輻射射線、紫外輻射2-1 光的基本概念光的基本概念輻射度學(xué)量：用能量單位描述光輻射能的客觀物理量 （物理的，用下腳標(biāo)“e”表示）光度學(xué)量：描述光輻射能被

3、平均人眼接受后所引起的視覺 刺激的強(qiáng)度（生理的，用下腳標(biāo)“v”表示）q 光度學(xué)量是以人眼對(duì)光輻射刺激所產(chǎn)生的視覺為基礎(chǔ)，受到了主觀視覺的限制，不是客觀的物理學(xué)描述方法。q 輻射度學(xué)量和光度學(xué)量是一一對(duì)應(yīng)的，它們之間有著一定的關(guān)系。2-2 光輻射與熱輻射光輻射與熱輻射輻射度學(xué)量輻射度學(xué)量u輻射能輻射能Qe ：一種以電磁波的形式發(fā)射、傳播或一種以電磁波的形式發(fā)射、傳播或接受的能量。單位：焦耳接受的能量。單位：焦耳Ju輻射通量輻射通量e：單位時(shí)間內(nèi)通過一定面積發(fā)射、單位時(shí)間內(nèi)通過一定面積發(fā)射、傳播或接受的能量，又稱輻射功率傳播或接受的能量，又稱輻射功率Pe，是輻射能的，是輻射能的時(shí)間變化率。單位：時(shí)

4、間變化率。單位：瓦瓦W。 e=d Qe/dt輻射是一種能量形式，既有電磁性質(zhì)，又有量子性質(zhì)。輻射是一種能量形式，既有電磁性質(zhì)，又有量子性質(zhì)。輻射伴隨著能量的轉(zhuǎn)移。輻射伴隨著能量的轉(zhuǎn)移。2-2 光輻射與熱輻射光輻射與熱輻射u輻射強(qiáng)度輻射強(qiáng)度Ie ：點(diǎn)輻射源在給定方向：點(diǎn)輻射源在給定方向單位立體角單位立體角內(nèi)內(nèi)的輻射通量，單位為的輻射通量，單位為W/sr（瓦每球面度），（瓦每球面度）， Iededu輻輻射亮度射亮度Le：擴(kuò)展源表面一點(diǎn)處的面元在：擴(kuò)展源表面一點(diǎn)處的面元在給定方給定方向向上上單位立體角單位立體角、單位投影面積單位投影面積內(nèi)發(fā)出的輻射通量內(nèi)發(fā)出的輻射通量。單位為。單位為Wsrm2（瓦每

5、球面度平方米）（瓦每球面度平方米）cos),(2dSddLee2-2 光輻射與熱輻射光輻射與熱輻射u輻射照度輻射照度Ee：投射在：投射在單位面積單位面積上的輻射通量，即上的輻射通量，即Ee ，單位為，單位為Wm2( (瓦每平方米瓦每平方米) )。dA是投射輻射通量是投射輻射通量的面積元。的面積元。u輻射出射度輻射出射度M Me e： 擴(kuò)展輻射源單位面積所輻射的擴(kuò)展輻射源單位面積所輻射的通量，即通量，即dedS，de由是擴(kuò)展源表面由是擴(kuò)展源表面dS在各方向上所發(fā)出的輻射通量在各方向上所發(fā)出的輻射通量，單位為，單位為 W/m2(瓦每平方米瓦每平方米)。 Ee和和Me的單位相同，其區(qū)別在于：的單位相

6、同，其區(qū)別在于： Ee是描述輻射接是描述輻射接收面所接收的輻射特性，而收面所接收的輻射特性，而Me則為描述擴(kuò)展輻射則為描述擴(kuò)展輻射源向外發(fā)射的輻射特性。源向外發(fā)射的輻射特性。2-2 光輻射與熱輻射光輻射與熱輻射q 輻射源所輻射的能量往往由輻射源所輻射的能量往往由許多不同波長的單色輻射許多不同波長的單色輻射所組所組成。為了研究各種波長的輻射通量，需要對(duì)某一波長的單成。為了研究各種波長的輻射通量，需要對(duì)某一波長的單色光的輻射能量作出相應(yīng)的定義。色光的輻射能量作出相應(yīng)的定義。 u光譜輻射光譜輻射通通量量 e（）：輻射源發(fā)出的光在波長輻射源發(fā)出的光在波長處的單位波長間隔內(nèi)的輻射通量。處的單位波長間隔內(nèi)

7、的輻射通量。也叫輻射也叫輻射通通量的量的光譜密光譜密度度。即光譜輻射即光譜輻射通通量是量是輻射輻射通通量隨波長的變化率量隨波長的變化率。 單位為單位為Wm( (瓦每微米瓦每微米) )，或，或Wnm( (瓦每納米瓦每納米) )。ddee)(2-2 光輻射與熱輻射光輻射與熱輻射u光譜光視效率：光譜光視效率：q 人的視神經(jīng)對(duì)各種不同波長光的感光靈敏度是不一樣的；對(duì)人的視神經(jīng)對(duì)各種不同波長光的感光靈敏度是不一樣的；對(duì)綠光最靈敏，對(duì)紅、藍(lán)光靈敏度較低；綠光最靈敏，對(duì)紅、藍(lán)光靈敏度較低；q 另外，受視覺另外，受視覺生理生理和和心理心理影響，不同的人對(duì)各種波長光的感影響，不同的人對(duì)各種波長光的感光靈敏度也有

8、差異。光靈敏度也有差異。q 視見函數(shù)視見函數(shù)（“標(biāo)準(zhǔn)光度觀察者標(biāo)準(zhǔn)光度觀察者”光譜光視效率）：國際照明光譜光視效率）：國際照明委員會(huì)（委員會(huì)（CIE）根據(jù)對(duì)許多人的大量觀察結(jié)果，確定了人眼）根據(jù)對(duì)許多人的大量觀察結(jié)果，確定了人眼對(duì)各種波長光的平均相對(duì)靈敏度。對(duì)各種波長光的平均相對(duì)靈敏度。2-2 光輻射與熱輻射光輻射與熱輻射0V V ()V V ()光譜光視效率光譜光視效率0.20.40.60.81.02-2 光輻射與熱輻射光輻射與熱輻射q光度學(xué)量是以人眼對(duì)光輻射刺激所產(chǎn)生的視覺為光度學(xué)量是以人眼對(duì)光輻射刺激所產(chǎn)生的視覺為基礎(chǔ)，受到了主觀視覺的限制，基礎(chǔ)，受到了主觀視覺的限制，不是客觀的物理不是

9、客觀的物理學(xué)描述方法學(xué)描述方法；q只在可見光波段有意義；只在可見光波段有意義；q用下腳標(biāo)用下腳標(biāo)“v v”表示，輻射度學(xué)量和光度學(xué)量是表示，輻射度學(xué)量和光度學(xué)量是一一一對(duì)應(yīng)一對(duì)應(yīng)的。的。2-2 光輻射與熱輻射光輻射與熱輻射輻射度量輻射度量 符號(hào)符號(hào) 單位單位 光度量光度量 符號(hào)符號(hào) 單位單位 輻射能輻射能 Qe J 光能光能 QV lms 輻射通量輻射通量e W光通量光通量 V lm 輻射照度輻射照度 Ee Wm-2 光照度光照度 EV lx=lmm-2 輻射出度輻射出度Me Wm-2 光出射度光出射度MV lx輻射強(qiáng)度輻射強(qiáng)度Ie Wsr-1 發(fā)光強(qiáng)度發(fā)光強(qiáng)度IV cd=lmsr-1 輻射亮

10、度輻射亮度 Le Wm-2 sr-1 光亮度光亮度LVcdm-2 2-2 光輻射與熱輻射光輻射與熱輻射q坎德拉（坎德拉（candela，cd）：發(fā)光強(qiáng)度（發(fā)光強(qiáng)度（IV ）的單位，國）的單位，國際單位制中七個(gè)基本單位之一。定義是發(fā)出頻率為際單位制中七個(gè)基本單位之一。定義是發(fā)出頻率為5401012Hz(對(duì)應(yīng)在空氣中對(duì)應(yīng)在空氣中555nm)的單色輻射，在給定方向的單色輻射，在給定方向上的輻射強(qiáng)度為上的輻射強(qiáng)度為1/683 Wsr-1時(shí)，在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度為時(shí)，在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度為1cd。q流明（流明（lm）：光通量（光通量（V）的單位，定義是發(fā)光強(qiáng)度為）的單位，定義是發(fā)光強(qiáng)度為1cd的均勻點(diǎn)光

11、源在單位立體角（的均勻點(diǎn)光源在單位立體角（1sr）內(nèi)發(fā)出的光通量。）內(nèi)發(fā)出的光通量。q勒克斯（勒克斯（lx）：光照度（光照度（EV ）的單位，它相當(dāng)于）的單位，它相當(dāng)于1lm的光的光通量均勻地照在通量均勻地照在1m2面積上所產(chǎn)生的光照度。面積上所產(chǎn)生的光照度。2-2 光輻射與熱輻射光輻射與熱輻射 光度量與輻射量之間的統(tǒng)一函數(shù)關(guān)系光度量與輻射量之間的統(tǒng)一函數(shù)關(guān)系q Km：光功當(dāng)量：光功當(dāng)量，明視覺的最大光譜光視效率系數(shù)，明視覺的最大光譜光視效率系數(shù)，它表示人眼對(duì)波長為它表示人眼對(duì)波長為555nm光輻射產(chǎn)生光感覺的效能光輻射產(chǎn)生光感覺的效能。Km680 lm / W 780 380 d)()( V

12、XKXemV輻射度學(xué)量輻射度學(xué)量光度學(xué)光度學(xué)2-2 光輻射與熱輻射光輻射與熱輻射q熱輻射：熱輻射：q熱輻射源的特性：熱輻射源的特性：q熱平衡輻射：熱平衡輻射：2-2 光輻射與熱輻射光輻射與熱輻射q適用于紅外波段適用于紅外波段q任何物體只要它的溫度高于熱力學(xué)溫度（任何物體只要它的溫度高于熱力學(xué)溫度（0K或攝或攝氏氏-273-273），它就一定不斷地發(fā)射電磁輻射（熱輻），它就一定不斷地發(fā)射電磁輻射（熱輻射）。射）。q只要外界傳遞熱量給物體以維持物體的溫度不變，只要外界傳遞熱量給物體以維持物體的溫度不變，物體就能不改變內(nèi)能持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)射電磁波。物體就能不改變內(nèi)能持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)射電磁波。2-2 光輻射與

13、熱輻射光輻射與熱輻射2-2 光輻射與熱輻射光輻射與熱輻射黑體輻射黑體輻射任何0 K溫度以上的物體，都會(huì)由于其中的分子、原子受到熱激發(fā)而產(chǎn)生并向外部發(fā)射各種波長的電磁波，這種現(xiàn)象稱為熱輻射。熱輻射具有連續(xù)的輻射譜，波長自遠(yuǎn)紅外區(qū)到紫外區(qū)，并且輻射能按波長的分布主要決定于物體的溫度。2-2 光輻射與熱輻射光輻射與熱輻射 當(dāng)輻射從外界入射到“不透明”（不限于可見光不透明）的物體表面上時(shí)，一部分能量被吸收，另一部分能量從表面反射（如果物體是透明的，則還有一部分能量透射）。需要強(qiáng)調(diào)的是任何物體向周圍發(fā)射電磁波的同時(shí)，也吸收周圍物體發(fā)射的輻射能。 (1) 吸收比吸收比 被物體吸收的能量與入射的能量之比稱為

14、該物體的吸收比。在波長到+d范圍內(nèi)的吸收比稱為單色吸收比，用表示。2-2 光輻射與熱輻射光輻射與熱輻射(2) 反射比反射比 反射的能量與入射的能量之比稱為該物體的反射比。在波長到+d范圍內(nèi)相應(yīng)的反射比稱為單色反射比，用表示。對(duì)于不透明的物體，單色吸收比和單色反射比之和等于1，即2-2 光輻射與熱輻射光輻射與熱輻射若物體在任何溫度下，對(duì)任何波長的輻射能的吸收比都等于1，即，則稱該物體為絕對(duì)黑體（簡稱黑體）。它沒有反射，也沒有透射( 當(dāng)然黑體仍然要向外輻射)。黑體具有最大的發(fā)射率。宇宙黑洞可視為理想的黑體。2-2 光輻射與熱輻射光輻射與熱輻射 (3) 人工黑體人工黑體 作為一種理想化模型，人工黑體

15、是人工制作的、接近于黑體的模擬物。 對(duì)于不透明的物體，當(dāng)反射系數(shù)為1時(shí)，稱為白體或鏡（面反射）體。現(xiàn)實(shí)中的物體介于黑體、白體之間。 (4) 灰體灰體 當(dāng)某種物體的輻射光譜是連續(xù)的，并且在任何溫度下所有各波長射線的輻射強(qiáng)度與同溫度黑體的相應(yīng)波長射線的輻射強(qiáng)度之比等于常數(shù)，那么這種物體就叫做理想灰體，或簡稱灰體。實(shí)際物體在某溫度下的輻射強(qiáng)度與波長的關(guān)系是不規(guī)則的，因此不是灰體。但在工程計(jì)算上為了方便起見，近似把它們都看作是灰體，其發(fā)射率為介于0與1之間的正數(shù)。2-2 光輻射與熱輻射光輻射與熱輻射基爾霍夫輻射定律基爾霍夫輻射定律德國物理學(xué)家基爾霍夫指出：在熱平衡狀態(tài)下，任何輻射體的光譜輻出度與光譜吸

16、收率的比值只是輻射波長和溫度的函數(shù)，而與輻射體本身性質(zhì)無關(guān)，即式中為黑體的單色輻射出射度。這說明黑體必然是輻射本領(lǐng)最大的物體。2-2 光輻射與熱輻射光輻射與熱輻射普朗克公式普朗克公式普朗克假設(shè)物質(zhì)輻射的能量是不連續(xù)的，只能是某一個(gè)最小能量的整數(shù)倍。由此創(chuàng)立了量子理論。黑體處于溫度T時(shí)，在波長 處的單色輻射出射度由普朗克公式給出 式中h為普朗克常數(shù)，c為真空中的光速，kB為波爾茲曼常數(shù)。 令 2-2 光輻射與熱輻射光輻射與熱輻射第一輻射常數(shù)第一輻射常數(shù)第二輻射常數(shù)。第二輻射常數(shù)。為不同溫度條件下黑體的單色輻射出射度（輻射亮度）隨波長的變化曲線。可見： 對(duì)應(yīng)任一溫度，單色輻射出射度隨波長連續(xù)變化，

17、且只有一個(gè)峰值，對(duì)應(yīng)不同溫度的曲線不相交。因而溫度能唯一確定單色輻射出射度的光譜分布和輻射出射度（即曲線下的面積）。 單色輻射出射度和輻射出射度均隨溫度的升高而增大。w/ (m2m) 單色輻射出射度的 峰值隨溫度的升高 向短波方向移動(dòng)。 黑體輻射單色輻射出射度的波長分布2-2 光輻射與熱輻射光輻射與熱輻射光電效應(yīng)q光照射到物體表面上使物體發(fā)射電子、或?qū)щ娐使庹丈涞轿矬w表面上使物體發(fā)射電子、或?qū)щ娐拾l(fā)生變化、或產(chǎn)生光電動(dòng)勢等，這種因光照而引發(fā)生變化、或產(chǎn)生光電動(dòng)勢等，這種因光照而引起物體電學(xué)特性發(fā)生改變統(tǒng)稱為光電效應(yīng)起物體電學(xué)特性發(fā)生改變統(tǒng)稱為光電效應(yīng)q光電效應(yīng)包括外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)光電效應(yīng)

18、包括外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)2-2 光輻射與熱輻射光輻射與熱輻射光電效應(yīng)q外光電效應(yīng)外光電效應(yīng)：物體受光照后向外發(fā)射電子物體受光照后向外發(fā)射電子多發(fā)生多發(fā)生于金屬和金屬氧化物于金屬和金屬氧化物q內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)：物體受到光照后所產(chǎn)生的光電子只在物物體受到光照后所產(chǎn)生的光電子只在物質(zhì)內(nèi)部而不會(huì)逸出物體外部質(zhì)內(nèi)部而不會(huì)逸出物體外部多發(fā)生在半導(dǎo)體多發(fā)生在半導(dǎo)體q內(nèi)光電效應(yīng)又分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)又分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)q光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)：半導(dǎo)體受光照后，內(nèi)部產(chǎn)生光生載流子，半導(dǎo)體受光照后，內(nèi)部產(chǎn)生光生載流子，使半導(dǎo)體中載流子數(shù)顯著增加而電阻減少的現(xiàn)象使半導(dǎo)體中載流子數(shù)顯著

19、增加而電阻減少的現(xiàn)象2-2 光輻射與熱輻射光輻射與熱輻射光電效應(yīng)q光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng)：光照在半導(dǎo)體光照在半導(dǎo)體PN結(jié)或金屬結(jié)或金屬半導(dǎo)體接半導(dǎo)體接觸上時(shí)，會(huì)在觸上時(shí)，會(huì)在PN結(jié)或金屬結(jié)或金屬半導(dǎo)體接觸的兩側(cè)產(chǎn)生光生半導(dǎo)體接觸的兩側(cè)產(chǎn)生光生電動(dòng)勢。電動(dòng)勢。q PN結(jié)的光生伏特效應(yīng)：結(jié)的光生伏特效應(yīng)：當(dāng)用適當(dāng)波長的光照射當(dāng)用適當(dāng)波長的光照射PN結(jié)結(jié)時(shí)，由于內(nèi)建場的作用（不加外電場），光生電子拉向時(shí)，由于內(nèi)建場的作用（不加外電場），光生電子拉向n區(qū)，光生空穴拉向區(qū)，光生空穴拉向p區(qū)，相當(dāng)于區(qū)，相當(dāng)于PN結(jié)上加一個(gè)正電壓。結(jié)上加一個(gè)正電壓。q半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生電動(dòng)勢（光生電壓）；如將半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生電

20、動(dòng)勢（光生電壓）；如將PN結(jié)結(jié)短路，則會(huì)出現(xiàn)電流（光生電流）。短路，則會(huì)出現(xiàn)電流（光生電流）。2-2 光輻射與熱輻射光輻射與熱輻射光熱效應(yīng)光熱效應(yīng)：材料受光照射后，光子能量與晶格相互材料受光照射后，光子能量與晶格相互作用，振動(dòng)加劇，溫度升高，材料的性質(zhì)發(fā)生變化作用，振動(dòng)加劇，溫度升高，材料的性質(zhì)發(fā)生變化熱釋電效應(yīng)熱釋電效應(yīng)：介質(zhì)的極化強(qiáng)度隨溫度變化而變化，介質(zhì)的極化強(qiáng)度隨溫度變化而變化，引起電荷表面電荷變化的現(xiàn)象引起電荷表面電荷變化的現(xiàn)象輻射熱計(jì)效應(yīng)輻射熱計(jì)效應(yīng)：入射光的照射使材料由于受熱而造入射光的照射使材料由于受熱而造成電阻率變化的現(xiàn)象成電阻率變化的現(xiàn)象溫差電效應(yīng)溫差電效應(yīng)：由兩種材料制成

21、的結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)穩(wěn)差而在由兩種材料制成的結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)穩(wěn)差而在兩結(jié)點(diǎn)間產(chǎn)生電動(dòng)勢，回路中產(chǎn)生電流兩結(jié)點(diǎn)間產(chǎn)生電動(dòng)勢，回路中產(chǎn)生電流光熱效應(yīng)光熱效應(yīng)2-2 光輻射與熱輻射光輻射與熱輻射q光源在科學(xué)研究和工程技術(shù)中有著光源在科學(xué)研究和工程技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用廣泛的應(yīng)用。在成份分析、結(jié)構(gòu)研究、光電檢測、照明設(shè)計(jì)等在成份分析、結(jié)構(gòu)研究、光電檢測、照明設(shè)計(jì)等方面，都離不開一定型式的光源。方面，都離不開一定型式的光源。q在光電系統(tǒng)中，光源往往起著關(guān)鍵的在光電系統(tǒng)中，光源往往起著關(guān)鍵的作用作用，正確，正確選擇光源，對(duì)設(shè)計(jì)光電系統(tǒng)和解決具體光電檢測選擇光源，對(duì)設(shè)計(jì)光電系統(tǒng)和解決具體光電檢測問題有重要意義。問題有重要意義。

22、2-3 光源的基本特性參數(shù)光源的基本特性參數(shù)輻射效率輻射效率與發(fā)光效率與發(fā)光效率q 輻射效率定義輻射效率定義：在給定：在給定12波長范圍內(nèi)，某一光源發(fā)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，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，即：稱為該光源在規(guī)定光譜范圍內(nèi)的輻射效率，即：PPeee21d)(PVKPemVV760380d)()(2-3 光源的基本特性參數(shù)光源的基本特性參數(shù)2-3 光源的基本特性參數(shù)光源的基本特性參數(shù)q 自然光源和人造光源大都是由單色光組成的復(fù)色光。不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

23、光源在不同光譜上輻射出不同的光譜功率，常用光譜同光源在不同光譜上輻射出不同的光譜功率，常用光譜功率分布來描述。若令其最大值為功率分布來描述。若令其最大值為1，將光譜功率分布進(jìn)，將光譜功率分布進(jìn)行歸一化，那么經(jīng)過歸一化后的光譜功率分布稱為行歸一化，那么經(jīng)過歸一化后的光譜功率分布稱為相對(duì)相對(duì)光譜功率分布光譜功率分布。 2-3 光源的基本特性參數(shù)光源的基本特性參數(shù)光譜功率分布應(yīng)由測量對(duì)象的要求來決定光譜功率分布應(yīng)由測量對(duì)象的要求來決定q在在目視目視光學(xué)系統(tǒng)中，采用可見區(qū)光譜輻射比較豐富的光學(xué)系統(tǒng)中，采用可見區(qū)光譜輻射比較豐富的光源。光源。q對(duì)于彩色對(duì)于彩色攝影攝影用光源，為了獲得較好的色彩還原，應(yīng)用

24、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。采用類似于日光色的光源，如鹵鎢燈、氙燈等。q在紫外分光在紫外分光光度計(jì)光度計(jì)中，通常使用紫外輻射較強(qiáng)光源。中，通常使用紫外輻射較強(qiáng)光源。q紫外光刻紫外光刻系統(tǒng)中，采用系統(tǒng)中，采用365nm波長譜線輻射較強(qiáng)的光波長譜線輻射較強(qiáng)的光源，高壓汞燈。源，高壓汞燈。2-3 光源的基本特性參數(shù)光源的基本特性參數(shù)q 對(duì)于各向異性光源，其發(fā)光強(qiáng)度在空間各方向上是不同的。對(duì)于各向異性光源，其發(fā)光強(qiáng)度在空間各方向上是不同的。q 配光曲線配光曲線：若在空間某一截面上，自原點(diǎn)向各徑向取矢量，：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

25、與該方向的發(fā)光強(qiáng)度成正比。將各矢量的端點(diǎn)連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，就得到光源在該截面上的發(fā)光強(qiáng)度曲線，即配光曲線起來，就得到光源在該截面上的發(fā)光強(qiáng)度曲線，即配光曲線。0o0o30o6 0o9 0o-30o-60o-90o-120o120o150o180o-150o2-3 光源的基本特性參數(shù)光源的基本特性參數(shù)描述光源的輻射特性描述光源的輻射特性q 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。q 對(duì)非黑體輻射，它的某些特性?？捎煤隗w輻射特性來近似對(duì)非黑體輻射，它的某些特性?？捎煤隗w輻射特性來近似地表示。地表示。 分布溫度分布溫度 輻射源在某一波

26、長范圍內(nèi)輻射的相對(duì)光譜功率分布與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黑體在某一溫度下輻射的相對(duì)光譜功率分布一致相對(duì)光譜功率分布一致，那么該黑體的，那么該黑體的溫度就稱為該輻射源的分布溫度。溫度就稱為該輻射源的分布溫度。 色溫色溫 輻射源發(fā)射光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光的輻射源發(fā)射光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光的顏色相顏色相同同，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。 相關(guān)色溫相關(guān)色溫 對(duì)于一般光源，它的顏色與任何溫度下的黑體輻射的對(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

27、色度圖中，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)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)最接近最接近，則該黑體的溫度稱為該光源的相關(guān)色溫。，則該黑體的溫度稱為該光源的相關(guān)色溫。2-3 光源的基本特性參數(shù)光源的基本特性參數(shù)q 色表：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，熒光燈的色表呈白色。表。例如高壓鈉燈的色表呈黃色，熒光燈的色表呈白色。q 顯色性：顯色性：當(dāng)用這種光源照射物體時(shí)，物體呈現(xiàn)的顏色（也當(dāng)用這種光源照射物體時(shí)，物體呈現(xiàn)的顏

28、色（也就是物體反射光在人眼內(nèi)產(chǎn)生的顏色感覺）與該物體在完就是物體反射光在人眼內(nèi)產(chǎn)生的顏色感覺）與該物體在完全輻射體照射下所呈現(xiàn)的顏色的一致性，稱為該光源的顯全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。色性。q 顯色性好的光源（白熾燈、鹵鎢燈、鏑燈等），適用于辨顯色性好的光源（白熾燈、鹵鎢燈、鏑燈等），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)。，染料、彩色印刷等行業(yè)。q 顯色性差的光源（高壓汞燈、高壓鈉燈等），一般用于道顯色性差的光源（高壓汞燈、高壓鈉燈等），一般用于道路、隧道、碼頭等辨色要求較

29、低的場合。路、隧道、碼頭等辨色要求較低的場合。2-3 光源的基本特性參數(shù)光源的基本特性參數(shù)對(duì)光源發(fā)光光譜特性的要求對(duì)光源發(fā)光光譜特性的要求q 基本要求：基本要求：光源發(fā)光的光譜特性必須滿足檢測系統(tǒng)的需要。光源發(fā)光的光譜特性必須滿足檢測系統(tǒng)的需要。q 光源和光電探測器之間的光源和光電探測器之間的光譜匹配系數(shù)光譜匹配系數(shù)，描述兩光譜特性間，描述兩光譜特性間的重合程度或一致性。的重合程度或一致性。q W為光源光輻射通量的相對(duì)值；為光源光輻射通量的相對(duì)值；S為在光電探測器靈敏度的相對(duì)值。為在光電探測器靈敏度的相對(duì)值。0021dWdSWAA2-3 光源的基本特性參數(shù)光源的基本特性參數(shù)對(duì)光源發(fā)光強(qiáng)度的要求

30、對(duì)光源發(fā)光強(qiáng)度的要求q 光源強(qiáng)度光源強(qiáng)度過低過低，系統(tǒng)獲得信號(hào)過小，以至無法正常檢測；，系統(tǒng)獲得信號(hào)過小，以至無法正常檢測；q 光源強(qiáng)度光源強(qiáng)度過高過高，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)工作的非線性，有時(shí)可能損壞，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)工作的非線性，有時(shí)可能損壞系統(tǒng)、待測物或光電探測器等，同時(shí)也導(dǎo)致不必要的能源系統(tǒng)、待測物或光電探測器等，同時(shí)也導(dǎo)致不必要的能源消耗而造成浪費(fèi)。消耗而造成浪費(fèi)。q 因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)探測器所需獲得的最大、最小因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)探測器所需獲得的最大、最小光通量進(jìn)行正確的光通量進(jìn)行正確的估計(jì)估計(jì)，并按估計(jì)來選擇光源。，并按估計(jì)來選擇光源。2-3 光源的基本特性參數(shù)光源的基本特性參數(shù)對(duì)光源穩(wěn)

31、定性的要求對(duì)光源穩(wěn)定性的要求 依據(jù)不同的依據(jù)不同的檢測對(duì)象檢測對(duì)象來確定（脈沖、連續(xù)量）。同時(shí)也應(yīng)來確定（脈沖、連續(xù)量）。同時(shí)也應(yīng)考慮光源的考慮光源的造價(jià)造價(jià)，過分的要求會(huì)使設(shè)備昂貴，而對(duì)檢測并，過分的要求會(huì)使設(shè)備昂貴，而對(duì)檢測并無好處。無好處。穩(wěn)定光源發(fā)光的方法：穩(wěn)定光源發(fā)光的方法：q 可采用穩(wěn)壓電源供電?？刹捎梅€(wěn)壓電源供電。q 可采用穩(wěn)流電源供電。可采用穩(wěn)流電源供電。q 所用光源應(yīng)預(yù)先進(jìn)行老化處理。所用光源應(yīng)預(yù)先進(jìn)行老化處理。q 可對(duì)發(fā)出光進(jìn)行采樣，然后反饋控制光源的輸出?？蓪?duì)發(fā)出光進(jìn)行采樣，然后反饋控制光源的輸出。2-3 光源的基本特性參數(shù)光源的基本特性參數(shù)對(duì)光源其它方面的要求對(duì)光源其它

32、方面的要求q 如燈絲的結(jié)構(gòu)和形狀；如燈絲的結(jié)構(gòu)和形狀；q 發(fā)光面積的大小和構(gòu)成；發(fā)光面積的大小和構(gòu)成；q 燈泡玻殼的形狀和均勻性；燈泡玻殼的形狀和均勻性；q 以及光源發(fā)光率和空間分布等；以及光源發(fā)光率和空間分布等；2-3 光源的基本特性參數(shù)光源的基本特性參數(shù)q 自然光源：自然光源：太陽、月亮、地球、星體、天空和地球上的物太陽、月亮、地球、星體、天空和地球上的物體體q 特點(diǎn)：特點(diǎn)：光源的輻射對(duì)于光電探測系統(tǒng)來說通常很不穩(wěn)定，光源的輻射對(duì)于光電探測系統(tǒng)來說通常很不穩(wěn)定，而且無法控制。而且無法控制。q 處理方法：處理方法：直接測量、分析、統(tǒng)計(jì)。直接測量、分析、統(tǒng)計(jì)。q 星等：星等：星的亮暗程度用地面

33、所接收到的照度來衡量，具體星的亮暗程度用地面所接收到的照度來衡量，具體表示為星等數(shù)字的大小（不一定是整數(shù)）。星等數(shù)字越大表示為星等數(shù)字的大小（不一定是整數(shù)）。星等數(shù)字越大，對(duì)地面的照度越弱。各星等間每差五等，其照度差為，對(duì)地面的照度越弱。各星等間每差五等，其照度差為100倍。倍。q nmq 比零等星更亮的星為負(fù)數(shù)。比零等星更亮的星為負(fù)數(shù)。mnnmEE512. 2自然光源自然光源2-3 光源的基本特性參數(shù)光源的基本特性參數(shù)各自然輻射源的星等和地面的照度各自然輻射源的星等和地面的照度輻射源輻射源星等星等對(duì)地面的照度（對(duì)地面的照度（lx）太陽太陽-26.731.30105點(diǎn)光源（點(diǎn)光源（1cd距距1

34、m處）處）-13.91.00滿月滿月-12.52.6710-1金星（最亮?xí)r）金星（最亮?xí)r）-4.31.3910-4天狼星天狼星-1.429.810-6零等星零等星02.6510-6一等星一等星11.0510-6六等星六等星61.0510-82-3 光源的基本特性參數(shù)光源的基本特性參數(shù)光源亮度比較光源亮度比較太陽太陽(大氣外測定大氣外測定)1.9109低壓汞燈低壓汞燈23104碘鎢燈碘鎢燈5107太陽太陽(海平面測定海平面測定)1.6109鈉光燈鈉光燈12105碳弧燈碳弧燈1.8108月月 亮亮2.510350W鎢絲燈鎢絲燈4.08106超高壓汞燈超高壓汞燈108 109天空天空(夏天平均夏天平

35、均)5103200W充氣鎢充氣鎢絲燈絲燈1.33107超高壓氙燈超高壓氙燈1010天空天空(秋天平均秋天平均)31032500K黑體黑體5.3106球形脈沖氙球形脈沖氙燈燈1011氖氖 燈燈110310000K黑體黑體1.121010乙炔焰乙炔焰8104氣體、固體激光器氣體、固體激光器(W/m2 sr)1051010調(diào)調(diào)Q激光器激光器(W/m2 sr)10141017單位：單位：cd/m22-3 光源的基本特性參數(shù)光源的基本特性參數(shù)q光源光源是一門專門技術(shù)學(xué)科，涉及光學(xué)、原子物理是一門專門技術(shù)學(xué)科，涉及光學(xué)、原子物理、電真空和色度學(xué)等多門知識(shí)，內(nèi)容非常豐富。、電真空和色度學(xué)等多門知識(shí)，內(nèi)容非常

36、豐富。而且，隨著光源技術(shù)的發(fā)展，可提供光電探測用而且，隨著光源技術(shù)的發(fā)展，可提供光電探測用的光源品種也日趨增多的光源品種也日趨增多。q熱輻射光源熱輻射光源q氣體放電光源氣體放電光源q固體發(fā)光光源固體發(fā)光光源q激光器激光器2-4 光電技術(shù)中的光源光電技術(shù)中的光源q 熱輻射光源熱輻射光源三個(gè)特點(diǎn)：三個(gè)特點(diǎn)：q (1)(1)它們的發(fā)光特性都可以利用普朗克公式進(jìn)行精確的估它們的發(fā)光特性都可以利用普朗克公式進(jìn)行精確的估算，即可以精確掌握和控制它們發(fā)光或輻射性質(zhì)；算，即可以精確掌握和控制它們發(fā)光或輻射性質(zhì)；q (2) (2) 發(fā)出的光通量構(gòu)成連續(xù)的光譜，且光譜范圍很寬，但發(fā)出的光通量構(gòu)成連續(xù)的光譜，且光譜

37、范圍很寬，但紫外輻射和可見光輻射含量很少；紫外輻射和可見光輻射含量很少；q (3)(3)采用適當(dāng)?shù)姆€(wěn)壓或穩(wěn)流供電，可使這類光源的光輸出采用適當(dāng)?shù)姆€(wěn)壓或穩(wěn)流供電，可使這類光源的光輸出獲得很高的穩(wěn)定度。獲得很高的穩(wěn)定度。q 應(yīng)用應(yīng)用：熱輻射光源除了用作照明或在各種光學(xué)和光電探測：熱輻射光源除了用作照明或在各種光學(xué)和光電探測系統(tǒng)中充當(dāng)一般光源外，還可用作系統(tǒng)中充當(dāng)一般光源外，還可用作光度或輻射度測量中的光度或輻射度測量中的標(biāo)準(zhǔn)光源或標(biāo)準(zhǔn)輻射源標(biāo)準(zhǔn)光源或標(biāo)準(zhǔn)輻射源( (輻射定標(biāo)輻射定標(biāo)) )。其作用是完成計(jì)量工其作用是完成計(jì)量工作中的光度或輻射度標(biāo)準(zhǔn)的傳遞。這在光學(xué)和光電檢測中作中的光度或輻射度標(biāo)準(zhǔn)的

38、傳遞。這在光學(xué)和光電檢測中是必不可少的。是必不可少的。2-4 光電技術(shù)中的光源光電技術(shù)中的光源結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)q 輻射源輻射源：銅或不銹鋼圓筒內(nèi)有：銅或不銹鋼圓筒內(nèi)有圓錐腔圓錐腔q 絕緣層絕緣層：石棉和硅酸鹽水泥：石棉和硅酸鹽水泥q 加加 熱熱：電阻絲加熱：電阻絲加熱q 溫溫 度度：溫度計(jì)、自動(dòng)控溫儀：溫度計(jì)、自動(dòng)控溫儀q 光光 闌闌：黑體輻射輸出：黑體輻射輸出2-4 光電技術(shù)中的光源光電技術(shù)中的光源2-4 光電技術(shù)中的光源光電技術(shù)中的光源q 白熾燈將燈絲通電加熱到白熾狀態(tài)，利用熱輻射發(fā)出可見白熾燈將燈絲通電加熱到白熾狀態(tài)，利用熱輻射發(fā)出可見光的電光源。自光的電光源。自18791879年，美國的愛迪生

39、制成了碳化纖維（年，美國的愛迪生制成了碳化纖維（即碳絲）白熾燈以來，經(jīng)人們對(duì)燈絲材料、燈絲結(jié)構(gòu)、充即碳絲）白熾燈以來，經(jīng)人們對(duì)燈絲材料、燈絲結(jié)構(gòu)、充填氣體的不斷改進(jìn)，白熾燈的發(fā)光效率也相應(yīng)提高。填氣體的不斷改進(jìn)，白熾燈的發(fā)光效率也相應(yīng)提高。q 現(xiàn)代的鎢絲白熾燈到現(xiàn)代的鎢絲白熾燈到19081908年才由美國發(fā)明家?guī)炖嬖囍瞥赡瓴庞擅绹l(fā)明家?guī)炖嬖囍瞥晒Α０l(fā)光體是用金屬鎢拉制的燈絲，這種材料最可貴的特功。發(fā)光體是用金屬鎢拉制的燈絲，這種材料最可貴的特點(diǎn)是其熔點(diǎn)很高，即在高溫下仍能保持固態(tài)。一只點(diǎn)亮的點(diǎn)是其熔點(diǎn)很高，即在高溫下仍能保持固態(tài)。一只點(diǎn)亮的白熾燈的燈絲溫度高達(dá)白熾燈的燈絲溫度高達(dá)3000

40、3000。正是由于熾熱的燈絲產(chǎn)生。正是由于熾熱的燈絲產(chǎn)生了光輻射，才使電燈發(fā)出了明亮的光芒。了光輻射，才使電燈發(fā)出了明亮的光芒。q 因?yàn)樵诟邷叵乱恍╂u原子會(huì)蒸發(fā)成氣體，并在燈泡的玻璃因?yàn)樵诟邷叵乱恍╂u原子會(huì)蒸發(fā)成氣體，并在燈泡的玻璃表面上沉積，使燈泡變黑，所以白熾燈都被造成表面上沉積，使燈泡變黑，所以白熾燈都被造成“大腹便大腹便便便”的外型，這是為了使沉積下來的鎢原子能在一個(gè)比較的外型，這是為了使沉積下來的鎢原子能在一個(gè)比較大的表面上彌散開。否則的話，燈泡在很短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)大的表面上彌散開。否則的話，燈泡在很短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)被熏黑了。由于燈絲在不斷地被升華，所以會(huì)逐漸變細(xì)，被熏黑了。由于燈絲在不

41、斷地被升華，所以會(huì)逐漸變細(xì)，直至最后斷開，這時(shí)一只燈泡的壽命也就結(jié)束了。直至最后斷開，這時(shí)一只燈泡的壽命也就結(jié)束了。2-4 光電技術(shù)中的光源光電技術(shù)中的光源q 發(fā)射連續(xù)光譜，在可見光譜段中部和黑體輻射曲線相差約發(fā)射連續(xù)光譜，在可見光譜段中部和黑體輻射曲線相差約0.5，而在整個(gè)光譜段內(nèi)和黑體輻射曲線平均相差，而在整個(gè)光譜段內(nèi)和黑體輻射曲線平均相差2。q 燈絲的熱電阻的阻值是其冷電阻阻值的燈絲的熱電阻的阻值是其冷電阻阻值的1216倍，所以，倍，所以，在燈的啟動(dòng)瞬時(shí)有較大的電流。在選擇熔斷器或用白熾燈在燈的啟動(dòng)瞬時(shí)有較大的電流。在選擇熔斷器或用白熾燈作半導(dǎo)體整流的負(fù)載時(shí)，應(yīng)考慮這個(gè)瞬時(shí)電流。作半導(dǎo)體

42、整流的負(fù)載時(shí)，應(yīng)考慮這個(gè)瞬時(shí)電流。q 電壓與參數(shù)關(guān)系圖電壓與參數(shù)關(guān)系圖q 用于照明時(shí)浪費(fèi)電能用于照明時(shí)浪費(fèi)電能2-4 光電技術(shù)中的光源光電技術(shù)中的光源q 在所有用電的照明燈具中，白熾燈的效率是最低的，它所在所有用電的照明燈具中，白熾燈的效率是最低的，它所消耗的電能只有很小的部分，即消耗的電能只有很小的部分，即12121818可轉(zhuǎn)化為光能可轉(zhuǎn)化為光能，而其余部分都以熱能的形式散失了。至于照明時(shí)間，這，而其余部分都以熱能的形式散失了。至于照明時(shí)間，這種電燈的使用壽命通常不會(huì)超過種電燈的使用壽命通常不會(huì)超過10001000小時(shí)。小時(shí)。 q 澳大利亞：澳大利亞：20092009年停止生產(chǎn)，最晚在年停止

43、生產(chǎn)，最晚在20102010年逐步禁止使用年逐步禁止使用傳統(tǒng)的白熾燈。傳統(tǒng)的白熾燈。 澳大利亞是世界上第一個(gè)計(jì)劃全面禁止澳大利亞是世界上第一個(gè)計(jì)劃全面禁止使用傳統(tǒng)白熾燈的國家。使用傳統(tǒng)白熾燈的國家。q 臺(tái)灣：規(guī)劃臺(tái)灣：規(guī)劃20102010年開始執(zhí)行白熾燈禁產(chǎn)政策，年開始執(zhí)行白熾燈禁產(chǎn)政策，20122012年全面年全面禁產(chǎn)。禁產(chǎn)。q 美國：美國：20122012年年1 1月到月到20142014年年1 1月。月。 q 中國：預(yù)計(jì)中國：預(yù)計(jì)1010年內(nèi)禁用（禁售）白熾燈，為加快推進(jìn)節(jié)能年內(nèi)禁用（禁售）白熾燈，為加快推進(jìn)節(jié)能減排，逐步淘汰白熾燈，加快推廣節(jié)能燈，國家發(fā)改委日減排，逐步淘汰白熾燈，加快

44、推廣節(jié)能燈，國家發(fā)改委日前與聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署（前與聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署（UNDPUNDP）、全球環(huán)境基金（）、全球環(huán)境基金（GEFGEF）合作共同開展合作共同開展“中國逐步淘汰白熾燈、加快推廣節(jié)能燈中國逐步淘汰白熾燈、加快推廣節(jié)能燈”項(xiàng)目，支持研究編制項(xiàng)目，支持研究編制中國逐步淘汰白熾燈、加快推廣節(jié)中國逐步淘汰白熾燈、加快推廣節(jié)能燈行動(dòng)計(jì)劃能燈行動(dòng)計(jì)劃。 2-4 光電技術(shù)中的光源光電技術(shù)中的光源q 利用氣體放電原理制成的光源稱為氣體放電光源。利用氣體放電原理制成的光源稱為氣體放電光源。q 氣體放電原理：氣體放電原理：密封在泡殼內(nèi)的氣體或金屬氣體在密封在泡殼內(nèi)的氣體或金屬氣體在電場電場的的作用下激勵(lì)

45、出作用下激勵(lì)出電子和離子電子和離子，電子和離子從電場中獲得能量，電子和離子從電場中獲得能量分別分別向陰極和陽極運(yùn)動(dòng)向陰極和陽極運(yùn)動(dòng)，它們與氣體原子或分子碰撞時(shí)會(huì)，它們與氣體原子或分子碰撞時(shí)會(huì)激勵(lì)出新的激勵(lì)出新的電子和離子。這一過程中會(huì)引起原子的電子和離子。這一過程中會(huì)引起原子的激發(fā)激發(fā)，受激原子回到低能級(jí)時(shí)就會(huì)受激原子回到低能級(jí)時(shí)就會(huì)發(fā)射出輻射發(fā)射出輻射，這就是氣體放電，這就是氣體放電原理。原理。q 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：u發(fā)光效率高，比同瓦數(shù)白熾燈高發(fā)光效率高，比同瓦數(shù)白熾燈高210倍，節(jié)能；倍，節(jié)能；u不用燈絲發(fā)光，具有牢固、結(jié)構(gòu)緊湊優(yōu)點(diǎn)；不用燈絲發(fā)光，具有牢固、結(jié)構(gòu)緊湊優(yōu)點(diǎn)；u壽命長，比白熾燈長壽

46、命長，比白熾燈長210倍；倍；u光色適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。光色適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。 因而有較強(qiáng)的競爭力，在光電技術(shù)和照明工程中得到因而有較強(qiáng)的競爭力，在光電技術(shù)和照明工程中得到廣泛的應(yīng)用。廣泛的應(yīng)用。2-4 光電技術(shù)中的光源光電技術(shù)中的光源q 汞燈又稱水銀燈，是利用汞蒸氣放電發(fā)光而制成的。按汞蒸汞燈又稱水銀燈，是利用汞蒸氣放電發(fā)光而制成的。按汞蒸氣壓的不同可分為低壓、高壓和超高壓三種。氣壓的不同可分為低壓、高壓和超高壓三種。2-4 光電技術(shù)中的光源光電技術(shù)中的光源q 管內(nèi)氣壓為管內(nèi)氣壓為10-410-5大氣壓。大氣壓。 q 放電時(shí)主要輻射放電時(shí)主要輻射兩條共振輻射線兩條共振輻射線：253.7nm和和18

47、5.0nm。共。共振輻射線是指原子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)所發(fā)出的振輻射線是指原子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)所發(fā)出的輻射，輻射，即主要是汞元素原子的特征譜線。即主要是汞元素原子的特征譜線。q 應(yīng)用：光譜儀的波長基準(zhǔn)、紫外殺菌、光化學(xué)反應(yīng)及熒光應(yīng)用：光譜儀的波長基準(zhǔn)、紫外殺菌、光化學(xué)反應(yīng)及熒光分析等分析等。2-4 光電技術(shù)中的光源光電技術(shù)中的光源q 燈內(nèi)的汞蒸氣壓約為燈內(nèi)的汞蒸氣壓約為15個(gè)大氣壓，由于在高氣壓時(shí)相鄰原子個(gè)大氣壓，由于在高氣壓時(shí)相鄰原子接近，原子之間的相互作用增強(qiáng)，產(chǎn)生了譜線的壓力加寬和多接近，原子之間的相互作用增強(qiáng)，產(chǎn)生了譜線的壓力加寬和多卜勒加寬，輻射的光譜中有很強(qiáng)的卜勒加寬，輻射的光

48、譜中有很強(qiáng)的連續(xù)成份連續(xù)成份，紫外紫外輻射明顯輻射明顯減減弱弱，而，而可見輻射增加可見輻射增加。q 高壓汞燈的高壓汞燈的發(fā)光效率發(fā)光效率達(dá)達(dá)64lm/W，q 應(yīng)用：應(yīng)用：照明、光學(xué)儀器、光化反應(yīng)、紫外線理療、熒光分析等照明、光學(xué)儀器、光化反應(yīng)、紫外線理療、熒光分析等方面。方面。2-4 光電技術(shù)中的光源光電技術(shù)中的光源q 燈內(nèi)的汞蒸氣體大于燈內(nèi)的汞蒸氣體大于10200個(gè)大氣壓。隨著汞蒸氣壓的提個(gè)大氣壓。隨著汞蒸氣壓的提高，原子激發(fā)到高能級(jí)的幾率增大，高，原子激發(fā)到高能級(jí)的幾率增大，紫外輻射減弱紫外輻射減弱，共振輻，共振輻射幾乎全部被吸，射幾乎全部被吸，可見光譜線加寬可見光譜線加寬。連續(xù)背景譜線明

49、顯加強(qiáng)。連續(xù)背景譜線明顯加強(qiáng)，紅外譜輻射增強(qiáng)。，紅外譜輻射增強(qiáng)。q 球形超高壓汞燈中的電極距離為毫米級(jí)，放電電弧集中在電球形超高壓汞燈中的電極距離為毫米級(jí)，放電電弧集中在電極之間。因此電弧的亮度很高，常應(yīng)用于光學(xué)儀器、熒光分極之間。因此電弧的亮度很高，常應(yīng)用于光學(xué)儀器、熒光分析和光刻技術(shù)等方面。析和光刻技術(shù)等方面。2-4 光電技術(shù)中的光源光電技術(shù)中的光源 q 日光燈管兩端裝有燈絲，玻璃管內(nèi)壁涂有一層均勻的薄熒光日光燈管兩端裝有燈絲，玻璃管內(nèi)壁涂有一層均勻的薄熒光粉，管內(nèi)被抽成真空度粉，管內(nèi)被抽成真空度1010-3-3-10-10-4-4毫米汞柱后，充入微量的氬毫米汞柱后，充入微量的氬和稀薄的汞

50、蒸氣。汞蒸氣電離導(dǎo)電產(chǎn)生紫外線而激發(fā)螢光粉和稀薄的汞蒸氣。汞蒸氣電離導(dǎo)電產(chǎn)生紫外線而激發(fā)螢光粉發(fā)出柔和的可見光。發(fā)出柔和的可見光。q 日光燈發(fā)光不含紅外線，所以它的光是很溫和的，不傷眼睛日光燈發(fā)光不含紅外線，所以它的光是很溫和的，不傷眼睛；因?yàn)椴缓屑t外線，用起來比較省電；因?yàn)椴缓屑t外線，用起來比較省電；q 日光燈會(huì)發(fā)出許多美麗有色的光。這就是由熒光粉里所含的日光燈會(huì)發(fā)出許多美麗有色的光。這就是由熒光粉里所含的化學(xué)藥品的性質(zhì)來定了，例如涂上鎢酸鎂的，發(fā)藍(lán)白色光，化學(xué)藥品的性質(zhì)來定了，例如涂上鎢酸鎂的，發(fā)藍(lán)白色光，涂上硼酸鎘的發(fā)淡紅色光。涂上硼酸鎘的發(fā)淡紅色光。 2-4 光電技術(shù)中的光源光電技

51、術(shù)中的光源q 節(jié)能燈，又稱為省電燈泡、電子燈泡、節(jié)能燈，又稱為省電燈泡、電子燈泡、緊湊型熒光燈緊湊型熒光燈及及一體一體式熒光燈式熒光燈，是指將熒光燈與鎮(zhèn)流器（安定器）組合成一個(gè)整，是指將熒光燈與鎮(zhèn)流器（安定器）組合成一個(gè)整體的照明設(shè)備。節(jié)能燈的尺寸與白熾燈相近，與燈座的接口體的照明設(shè)備。節(jié)能燈的尺寸與白熾燈相近，與燈座的接口也和白熾燈相同，所以可以直接替換白熾燈。節(jié)能燈的光效也和白熾燈相同，所以可以直接替換白熾燈。節(jié)能燈的光效比白熾燈高得多，同樣照明條件下，前者所消耗的電能要少比白熾燈高得多，同樣照明條件下，前者所消耗的電能要少得多，所以被稱為節(jié)能燈。得多，所以被稱為節(jié)能燈。 2-4 光電技術(shù)

52、中的光源光電技術(shù)中的光源q 氙燈惰性氣體氙在兩個(gè)鎢電極之間的高壓電孤放電從而發(fā)出氙燈惰性氣體氙在兩個(gè)鎢電極之間的高壓電孤放電從而發(fā)出強(qiáng)光的光源。強(qiáng)光的光源。q 高壓氙燈的輻射光譜是連續(xù)的，與日光的光譜能量分布相接高壓氙燈的輻射光譜是連續(xù)的，與日光的光譜能量分布相接近，色溫近，色溫為為6000K左有，顯色指數(shù)左有，顯色指數(shù)90以上以上，因此有，因此有“小太陽小太陽”之稱。之稱。2-4 光電技術(shù)中的光源光電技術(shù)中的光源2-4 光電技術(shù)中的光源光電技術(shù)中的光源q 當(dāng)氙燈的電極間距為當(dāng)氙燈的電極間距為1.5300cm時(shí)稱為時(shí)稱為長弧氙燈長弧氙燈，細(xì)管形，細(xì)管形，工作氣壓為工作氣壓為1個(gè)大氣壓，發(fā)光效率

53、為個(gè)大氣壓，發(fā)光效率為2530lm/w。q 當(dāng)氙燈的電極間距縮短到毫米數(shù)量級(jí)時(shí)稱為當(dāng)氙燈的電極間距縮短到毫米數(shù)量級(jí)時(shí)稱為短弧氙燈短弧氙燈，燈內(nèi)，燈內(nèi)的氙氣氣壓約為的氙氣氣壓約為1020個(gè)大氣壓。該燈的電弧亮度很高，其個(gè)大氣壓。該燈的電弧亮度很高，其陰極點(diǎn)的最大亮度可達(dá)陰極點(diǎn)的最大亮度可達(dá)幾十萬坎德拉每平方厘米幾十萬坎德拉每平方厘米，電弧的亮，電弧的亮度在陰極和陽極距離上分布是很不均勻的。短弧氙燈常用于度在陰極和陽極距離上分布是很不均勻的。短弧氙燈常用于電影放映、熒光分光光度計(jì)及模擬等場合。電影放映、熒光分光光度計(jì)及模擬等場合。q 脈沖氙燈脈沖氙燈的發(fā)光是不連續(xù)的，可以的發(fā)光是不連續(xù)的，可以在瞬

54、時(shí)在瞬時(shí)(1091012s)獲獲得除激光以外最強(qiáng)的光通和亮度得除激光以外最強(qiáng)的光通和亮度。它用高壓電脈沖激發(fā)產(chǎn)生。它用高壓電脈沖激發(fā)產(chǎn)生光脈沖。脈沖氙燈廣泛用作固體激光器的光泵、高速攝影、光脈沖。脈沖氙燈廣泛用作固體激光器的光泵、高速攝影、航空照相、頻閃觀察儀器、光學(xué)儀器、激光武器等方面。航空照相、頻閃觀察儀器、光學(xué)儀器、激光武器等方面。2-4 光電技術(shù)中的光源光電技術(shù)中的光源q 空心陰極燈空心陰極燈( (也叫原子光譜燈也叫原子光譜燈) )是屬于冷陰極低是屬于冷陰極低氣壓正常輝光放電燈。氣壓正常輝光放電燈。q 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：其其陰極陰極由金屬元素或其他合金制成空心由金屬元素或其他合金制成空心圓柱

55、型，圓柱型，圓環(huán)形陽極圓環(huán)形陽極是用吸氣性能很好的鋯材是用吸氣性能很好的鋯材料制成的。料制成的。q 原理：原理：被濺散出來的陰極被濺散出來的陰極金屬原子蒸汽，在空金屬原子蒸汽，在空心陰極燈中被激發(fā)，輻射出該金屬的原子特征心陰極燈中被激發(fā)，輻射出該金屬的原子特征譜線。譜線。q 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：輻射出的金屬原子譜線很窄，強(qiáng)度很大輻射出的金屬原子譜線很窄，強(qiáng)度很大，穩(wěn)定性好。，穩(wěn)定性好。q 應(yīng)用：應(yīng)用：用作對(duì)微量金屬元素吸收光譜定性或定用作對(duì)微量金屬元素吸收光譜定性或定量分析的光源，以及用于光譜儀器波長定標(biāo)上量分析的光源，以及用于光譜儀器波長定標(biāo)上。2-4 光電技術(shù)中的光源光電技術(shù)中的光源q 工作原理工

56、作原理：加熱燈絲，產(chǎn)生電子發(fā)射，當(dāng)陽極加高壓后，：加熱燈絲，產(chǎn)生電子發(fā)射，當(dāng)陽極加高壓后，氘氘( )( )原子在燈內(nèi)受高速電子碰撞而激發(fā)，從陽極小圓孔原子在燈內(nèi)受高速電子碰撞而激發(fā)，從陽極小圓孔中輻射出連續(xù)的紫外光譜中輻射出連續(xù)的紫外光譜( (185500nm) )。q 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：氘燈的紫外線輻射強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、壽命長。：氘燈的紫外線輻射強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、壽命長。q 應(yīng)用應(yīng)用：各種紫外分光光度計(jì)的連續(xù)紫外光源。：各種紫外分光光度計(jì)的連續(xù)紫外光源。21H2-4 光電技術(shù)中的光源光電技術(shù)中的光源q 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)象叫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

57、叫場致發(fā)光，也稱為電致發(fā)光。場致發(fā)光，也稱為電致發(fā)光。q 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。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。q II一一VI族化合物半導(dǎo)體是實(shí)際唯一的粉末和薄膜場致發(fā)光族化合物半導(dǎo)體是實(shí)際唯一的粉末和薄膜場致發(fā)光材料材料q III一一V族發(fā)光材料在發(fā)光二極管方面有廣泛應(yīng)用。族發(fā)光材料在發(fā)光二極管方面有廣泛應(yīng)用。2-4 光電技術(shù)中的光源光電技術(shù)中的光源q 按激發(fā)方式不同，場致發(fā)光光源有交按激發(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。流電場激發(fā)和直流電場激發(fā)兩種。 (1)(1)交流粉末場致發(fā)光光源交流粉末場致發(fā)光光源 q 該器件的該

58、器件的發(fā)光材料發(fā)光材料( (通常為通常為ZnS:Cu)懸懸浮在介電系數(shù)很高、浮在介電系數(shù)很高、透明而又絕緣的透明而又絕緣的膠合介質(zhì)中，并被兩電極所挾持。膠合介質(zhì)中，并被兩電極所挾持。q 兩電極之間通常沒有一條完整的導(dǎo)電兩電極之間通常沒有一條完整的導(dǎo)電支路，所以支路，所以不能用直流激勵(lì)不能用直流激勵(lì)。當(dāng)在兩。當(dāng)在兩電極間加上交變電場時(shí)，粉末就會(huì)產(chǎn)電極間加上交變電場時(shí)，粉末就會(huì)產(chǎn)生場致發(fā)光。生場致發(fā)光。1-玻璃基板；玻璃基板；2透明導(dǎo)電透明導(dǎo)電膜；膜；3發(fā)光材料；發(fā)光材料；4反反射層；射層；5背電極；背電極；6防防潮樹脂；潮樹脂；7防潮蓋板防潮蓋板2-4 光電技術(shù)中的光源光電技術(shù)中的光源q 與其它

59、光源相比與其它光源相比, ,它有獨(dú)特的它有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：(1)(1)固體化、平板化，占地小，易于安裝；固體化、平板化，占地小，易于安裝；(2)(2)面積、形狀幾乎不受限制，因而可以通過光刻、金屬電面積、形狀幾乎不受限制，因而可以通過光刻、金屬電極掩蔽鍍膜等方法制成任意發(fā)光圖形；極掩蔽鍍膜等方法制成任意發(fā)光圖形；(3)(3)無紅外輻射冷光源，因而隱蔽件好，對(duì)周圍環(huán)境沒有影無紅外輻射冷光源，因而隱蔽件好，對(duì)周圍環(huán)境沒有影響；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，功耗低，發(fā)光易于電控。壽命長，功耗低，發(fā)光易于電控。q 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：亮度較低、驅(qū)

60、動(dòng)電壓高、老化快等。亮度較低、驅(qū)動(dòng)電壓高、老化快等。2-4 光電技術(shù)中的光源光電技術(shù)中的光源q 直流粉末場致發(fā)光光源的結(jié)構(gòu)與交流情況類似，但其直流粉末場致發(fā)光光源的結(jié)構(gòu)與交流情況類似，但其發(fā)光發(fā)光材料的涂層是導(dǎo)電的材料的涂層是導(dǎo)電的CuxS，而不是大量分布在中間的絕緣而不是大量分布在中間的絕緣膠合介質(zhì)。膠合介質(zhì)。q 正常正常使用之前使用之前，需在兩電極上施加短暫的，需在兩電極上施加短暫的高壓脈沖高壓脈沖，使銅，使銅離子從緊挨著陽極的發(fā)光體表面上失落。離子從緊挨著陽極的發(fā)光體表面上失落。失落銅離失落銅離子的表面子的表面ZnSCu，MnCuxS涂層涂層陰極陰極透明陽極透明陽極2-4 光電技術(shù)中的光