光機(jī)電測(cè)控技術(shù)基礎(chǔ)ppt課件

1、光機(jī)電測(cè)控技術(shù)基礎(chǔ)任課教師任課教師: :嚴(yán)晗嚴(yán)晗武漢理工大學(xué)武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院第第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 光的基本概念光的基本概念2-2 光輻射與熱輻射光輻射與熱輻射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(cè)試技術(shù)光學(xué)量的測(cè)試技術(shù)2-6 光輻射調(diào)制概述光輻射調(diào)制概述2021-12-11u牛頓牛頓微粒說微粒說u根據(jù)光直線傳播現(xiàn)象，對(duì)反射和折射做了解根據(jù)光直線傳播現(xiàn)象，對(duì)反射和折射做了解釋釋u不能解釋較為復(fù)雜的光現(xiàn)象：干預(yù)、衍射和不能解釋較為復(fù)雜的光現(xiàn)象：干預(yù)、衍射和偏振偏振u波動(dòng)理論波動(dòng)理論u惠

2、更斯、楊氏和費(fèi)涅耳等惠更斯、楊氏和費(fèi)涅耳等u解釋光的干涉和衍射現(xiàn)象解釋光的干涉和衍射現(xiàn)象u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2-1 光的基本概念光的基本概念2021-12-11u光量子說光量子說u1900年普朗克在研究黑體輻射時(shí)，提出年普朗克在研究黑體輻射時(shí)，提出輻射的量子論輻射的量子論u1905年，愛因斯坦在解釋光電發(fā)射現(xiàn)象年，愛因斯坦在解釋光電發(fā)射現(xiàn)象時(shí)提出光量子的概念時(shí)提出光量子的概念u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u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

3、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）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。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2021-12-11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：一種以電磁波的形式發(fā)射、傳播或接受的能量。單位：焦耳播或接受的能量。單位：焦耳Ju輻射通量輻射通量e：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過一定面積發(fā)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過一定面積發(fā)射、傳播或接受的能量，又稱輻

4、射功率射、傳播或接受的能量，又稱輻射功率Pe，是輻射能的時(shí)間變化率。單位：瓦是輻射能的時(shí)間變化率。單位：瓦W。u e=d Qe/dtu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)輻射源在給定方向單位立體：點(diǎn)輻射源在給定方向單位立體角內(nèi)的輻射通量，單位為角內(nèi)的輻射通量，單位為W/sr瓦每球面度瓦每球面度），），u Iededu輻射亮度輻射亮度Le：擴(kuò)展源表面一點(diǎn)處的面元在給：擴(kuò)展源表面一點(diǎn)處的面元在給定方向上單位立體角、單位投影面積內(nèi)發(fā)出

5、定方向上單位立體角、單位投影面積內(nèi)發(fā)出的輻射通量。單位為的輻射通量。單位為Wsrm2瓦每球面度瓦每球面度平方米）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EeEe：投射在單位面積上的輻射通量：投射在單位面積上的輻射通量，即，即Ee Ee de dedAdA，單位為，單位為W Wm2(m2(瓦每平瓦每平方米方米) )。udAdA是投射輻射通量是投射輻射通量dede的面積元。的面積元。u輻射出射度輻射出射度MeMe： 擴(kuò)展輻射源單位面積所輻擴(kuò)展輻射源單位面積所輻射的通量，即射的通量，即dededSdS，udede由是擴(kuò)展源表面由是擴(kuò)展源表面dSdS在

6、各方向上所發(fā)出的在各方向上所發(fā)出的輻射通量，單位為輻射通量，單位為 W/m2( W/m2(瓦每平方米瓦每平方米) )。u Ee Ee和和MeMe的單位相同，其區(qū)別在于：的單位相同，其區(qū)別在于： Ee Ee是描是描述輻射接收面所接收的輻射特性，而述輻射接收面所接收的輻射特性，而MeMe則為則為描述擴(kuò)展輻射源向外發(fā)射的輻射特性。描述擴(kuò)展輻射源向外發(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許多不同波長(zhǎng)的單色輻射所組輻射源所輻射的能量往往由許多不同波長(zhǎng)的單色輻射所組成。為了研究各種波長(zhǎng)的輻射通量，需要對(duì)某一波長(zhǎng)的單成。為了研究各種波長(zhǎng)的輻射通量，需要對(duì)某一波長(zhǎng)的單

7、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。q q 光譜輻射通量光譜輻射通量 e e）：輻射源發(fā)出的光在波長(zhǎng)）：輻射源發(fā)出的光在波長(zhǎng)處的處的單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)的輻射通量。也叫輻射通量的光譜密度。單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)的輻射通量。也叫輻射通量的光譜密度。q 即光譜輻射通量是輻射通量隨波長(zhǎng)的變化率。即光譜輻射通量是輻射通量隨波長(zhǎng)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：u人的視神經(jīng)對(duì)各種不同波長(zhǎng)光的感光靈敏度人的視神經(jīng)對(duì)各種不同波長(zhǎng)光的感光靈敏度是不一樣的；對(duì)綠光最靈敏，對(duì)紅

8、、藍(lán)光靈是不一樣的；對(duì)綠光最靈敏，對(duì)紅、藍(lán)光靈敏度較低；敏度較低；u另外，受視覺生理和心理影響，不同的人對(duì)另外，受視覺生理和心理影響，不同的人對(duì)各種波長(zhǎng)光的感光靈敏度也有差異。各種波長(zhǎng)光的感光靈敏度也有差異。u視見函數(shù)（視見函數(shù)（“標(biāo)準(zhǔn)光度觀察者光譜光視效標(biāo)準(zhǔn)光度觀察者光譜光視效率）：國(guó)際照明委員會(huì)率）：國(guó)際照明委員會(huì)CIECIE根據(jù)對(duì)許多人根據(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(zhǎng)光的大量觀察結(jié)果，確定了人眼對(duì)各種波長(zhǎng)光的平均相對(duì)靈敏度。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

9、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，不是客觀的物理基礎(chǔ)，受到了主觀視覺的限制，不是客觀的物理學(xué)描述方法；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)量是一表示，輻射度學(xué)量和光度學(xué)量是一一對(duì)應(yīng)的。一對(duì)應(yīng)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

10、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）的單位，國(guó)際單位制中七個(gè)基本單位之一。定義是發(fā)出頻，國(guó)際單位制中七個(gè)基本單位之一。定義是發(fā)出頻率為率為5401012Hz(對(duì)應(yīng)在空氣中對(duì)應(yīng)在空氣中555nm)的單色輻射的單色輻射，在給定方向上的輻射強(qiáng)度為，在給定方向上的輻射強(qiáng)度為1/6

11、83 Wsr-1時(shí)，在該時(shí)，在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度為方向上的發(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)光的單位，定義是發(fā)光強(qiáng)度為強(qiáng)度為1cd的均勻點(diǎn)光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)內(nèi)發(fā)出的光通量。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的光通量均勻地照在的光通量均勻地照在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Km：光功當(dāng)量，明視覺的最大光譜光視效率：光功當(dāng)量，明視覺的最大光譜光視效率

12、系數(shù)，它表示人眼對(duì)波長(zhǎng)為系數(shù)，它表示人眼對(duì)波長(zhǎng)為555nm光輻射光輻射產(chǎn)生光感覺的效能。產(chǎn)生光感覺的效能。Km680 lm / W 780 380 d)()( VXKXemV輻射度學(xué)量輻射度學(xué)量光度學(xué)量光度學(xué)量2-2 光輻射與熱輻射光輻射與熱輻射q熱輻射：由于外界熱量傳遞給物體而發(fā)生的輻射稱熱輻射：由于外界熱量傳遞給物體而發(fā)生的輻射稱為熱輻射。為熱輻射。q熱輻射源的特性：它的輻射能量直接與它的溫度有熱輻射源的特性：它的輻射能量直接與它的溫度有關(guān)。關(guān)。q熱平衡輻射：如果物體從周圍物體吸收幅射能所得熱平衡輻射：如果物體從周圍物體吸收幅射能所得到的熱量恰好等于自身輻射而減少的能量，則輻射到的熱量恰好

13、等于自身輻射而減少的能量，則輻射過程達(dá)到平衡狀態(tài)，這稱為熱平衡輻射。過程達(dá)到平衡狀態(tài)，這稱為熱平衡輻射。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0K0K或攝氏或攝氏-273-273），它就一定不斷地發(fā)射電磁輻射熱輻射），它就一定不斷地發(fā)射電磁輻射熱輻射）。）。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

14、體輻射黑體輻射任何任何0 K溫度以上的物體，都會(huì)由于其溫度以上的物體，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(zhǎng)的電磁波，這種現(xiàn)象稱為部發(fā)射各種波長(zhǎng)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(zhǎng)熱輻射。熱輻射具有連續(xù)的輻射譜，波長(zhǎng)自遠(yuǎn)紅外區(qū)到紫外區(qū)，并且輻射能按波長(zhǎng)自遠(yuǎn)紅外區(qū)到紫外區(qū)，并且輻射能按波長(zhǎng)的分布主要決定于物體的溫度。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

15、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 被物體吸收的能量與入射的能量之比稱為該物體的吸收比。在波長(zhǎng)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(zhǎng)物體的反射比。在波長(zhǎng)到到+d范圍內(nèi)范圍內(nèi)相應(yīng)的反射比稱為單色反射比，用表示。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對(duì)于不透明的物體，單色吸收比和單色反射比之和等于射比之和等于1，即，即2-2 光輻射與熱輻射光輻射與熱輻射若物

16、體在任何溫度下，對(duì)任何波長(zhǎng)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(jiǎn)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，人工黑體是人工制作作為一種理想化模型，人工黑體是人工制作的、接近于黑體的模擬物。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)為對(duì)于不透明的物體，當(dāng)反射系數(shù)為1時(shí)，稱時(shí)，稱為白體或鏡面反射體?，F(xiàn)實(shí)中的物體介于黑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。體、白體之間。 (4) 灰體灰體 當(dāng)某種物體的輻射光譜是連

17、續(xù)的，并且在任當(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(zhǎng)射線的輻射強(qiáng)度與同溫度黑何溫度下所有各波長(zhǎng)射線的輻射強(qiáng)度與同溫度黑體的相應(yīng)波長(zhǎng)射線的輻射強(qiáng)度之比等于常數(shù)，那體的相應(yīng)波長(zhǎng)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(jiǎn)稱灰體。實(shí)際么這種物體就叫做理想灰體，或簡(jiǎn)稱灰體。實(shí)際物體在某溫度下的輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系是不規(guī)物體在某溫度下的輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)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)射率為介起見，近似把它們都看作是灰體，其發(fā)射率為介于于0與與1之間的正數(shù)。之間的正數(shù)。2-2

18、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(guó)物理學(xué)家基爾霍夫指出：在熱平衡狀態(tài)德國(guó)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收率的比下，任何輻射體的光譜輻出度與光譜吸收率的比值只是輻射波長(zhǎng)和溫度的函數(shù)，而與輻射體本身值只是輻射波長(zhǎng)和溫度的函數(shù)，而與輻射體本身性質(zhì)無關(guān)，即性質(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。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，只能是某普朗克假設(shè)物質(zhì)輻射的能量是不連續(xù)的，只能是某

19、一個(gè)最小能量的整數(shù)倍。由此創(chuàng)立了量子理論。一個(gè)最小能量的整數(shù)倍。由此創(chuàng)立了量子理論。黑體處于溫度黑體處于溫度T時(shí)，在波長(zhǎng)時(shí)，在波長(zhǎng) 處的單色輻射出射處的單色輻射出射度由普朗克公式給出度由普朗克公式給出 式中式中h為普朗克常數(shù)，為普朗克常數(shù)，c為真空中的光速，為真空中的光速，kB為波為波爾茲曼常數(shù)。爾茲曼常數(shù)。 令令 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(zhǎng)的變化曲線?？梢姡?對(duì)應(yīng)任一溫度，單色輻射出射度隨波長(zhǎng)連續(xù)變化，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

20、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(zhǎng)分布2-2 光輻射與熱輻射光輻射與熱輻射光電效應(yīng)光照射到物體表面上使物體發(fā)射電子、或?qū)щ娐拾l(fā)生變化、或產(chǎn)生光電動(dòng)勢(shì)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)光電效應(yīng)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)外光電效應(yīng)：物體受光照后向外發(fā)射電子多發(fā)生于金屬和金屬氧化物內(nèi)光電效應(yīng)：物體受到光照后所產(chǎn)生的光電子只在物質(zhì)內(nèi)部而不會(huì)逸出物體外部多發(fā)生在半導(dǎo)體內(nèi)光電效應(yīng)又分為光電導(dǎo)效應(yīng)

21、和光生伏特效應(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，使半導(dǎo)體中載流子數(shù)顯著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)光生伏特效應(yīng)：光照在半導(dǎo)體PN結(jié)或金屬半導(dǎo)體接觸上時(shí)，會(huì)在PN結(jié)或金屬半導(dǎo)體接觸的兩側(cè)產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)。 PN結(jié)的光生伏特效應(yīng)：當(dāng)用適當(dāng)波長(zhǎng)的光照射PN結(jié)時(shí)，由于內(nèi)建場(chǎng)的作用不加外電場(chǎng)），光生電子拉向n區(qū)，光生空穴拉向p區(qū)，相當(dāng)于PN結(jié)上加一個(gè)正電壓。半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)光生電壓）；如將PN結(jié)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)：材料受光照射后，光子能量與晶格光熱效應(yīng)：材料受光照射后，光子能量與晶格相互作用，振動(dòng)

22、加劇，溫度升高，材料的性質(zhì)相互作用，振動(dòng)加劇，溫度升高，材料的性質(zhì)發(fā)生變化發(fā)生變化熱釋電效應(yīng)：介質(zhì)的極化強(qiáng)度隨溫度變化而變熱釋電效應(yīng)：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)象化，引起電荷表面電荷變化的現(xiàn)象輻射熱計(jì)效應(yīng)：入射光的照射使材料由于受熱輻射熱計(jì)效應(yīng)：入射光的照射使材料由于受熱而造成電阻率變化的現(xiàn)象而造成電阻率變化的現(xiàn)象溫差電效應(yīng)：由兩種材料制成的結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)穩(wěn)差溫差電效應(yīng)：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(shì)，回路中產(chǎn)生電流而在兩結(jié)點(diǎn)間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，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)中有著廣泛的應(yīng)用。光

23、源在科學(xué)研究和工程技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用。在成份分析、結(jié)構(gòu)研究、光電檢測(cè)、照明設(shè)計(jì)等在成份分析、結(jié)構(gòu)研究、光電檢測(cè)、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)鍵的作用，正確在光電系統(tǒng)中，光源往往起著關(guān)鍵的作用，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(cè)選擇光源，對(duì)設(shè)計(jì)光電系統(tǒng)和解決具體光電檢測(cè)問題有重要意義。問題有重要意義。2-3 光源的基本特性參數(shù)光源的基本特性參數(shù)輻射效率與發(fā)光效率輻射效率與發(fā)光效率輻射效率定義：在給定輻射效率定義：在給定12波長(zhǎng)范圍內(nèi)，波長(zhǎng)范圍內(nèi)，某一光源發(fā)出的輻射通量與產(chǎn)生這些輻射某一光源發(fā)出的輻射通量與產(chǎn)生這

24、些輻射通量所需的電功率之比，稱為該光源在規(guī)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：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

25、的光譜功率分布稱為相對(duì)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)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(cè)量對(duì)象的要求來決定光譜功率分布應(yīng)由測(cè)量對(duì)象的要求來決定q 在目視光學(xué)系統(tǒng)中，采用可見區(qū)光譜輻射比較豐富的光源。在目視光學(xué)系統(tǒng)中，采用可見區(qū)光譜輻射比較豐富的光源。q 對(duì)于彩色攝影用光源，為了獲得較好的色彩還原，應(yīng)采用類似對(duì)于彩色攝影用光源，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。于日光色的光源，如鹵鎢燈、氙燈等。q 在紫外分光光度計(jì)中，通常使用紫外輻射較強(qiáng)光源。在紫外分光光度計(jì)中，通常使用紫外輻射較強(qiáng)光源。

26、q 紫外光刻系統(tǒng)中，采用紫外光刻系統(tǒng)中，采用365nm波長(zhǎng)譜線輻射較強(qiáng)的光源，高壓波長(zhǎng)譜線輻射較強(qiáng)的光源，高壓汞燈。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：若在空間某一截面上，自原點(diǎn)向各徑向取矢量，配光曲線：若在空間某一截面上，自原點(diǎn)向各徑向取矢量，矢量的長(zhǎng)度與該方向的發(fā)光強(qiáng)度成正比。將各矢量的端點(diǎn)連矢量的長(zhǎng)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。0o0o

27、30o6 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。對(duì)非黑體輻射，它的某些特性?？捎煤隗w輻射特性來近似地對(duì)非黑體輻射，它的某些特性常可用黑體輻射特性來近似地表示。表示。分布溫度分布溫度 輻射源在某一波長(zhǎng)范圍內(nèi)輻射的相對(duì)光譜功率分輻射源在某一波長(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，那么該黑體的溫度就稱為該輻射源的分布溫度。么該黑體

28、的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顏輻射源發(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。色相同，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，如果光源的色坐標(biāo)點(diǎn)與某一溫度下的黑體輻射色度圖中，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，則該黑體的溫度稱為該光源的相關(guān)色的色坐標(biāo)點(diǎn)最接近，則該黑體

29、的溫度稱為該光源的相關(guān)色溫。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：用眼睛直接觀察光源時(shí)所看到的顏色稱為光源的色色表：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，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：當(dāng)用這種光源照射物體時(shí)，物體呈現(xiàn)的顏色也顯色性：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

30、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(chǎng)合，如彩色電影、彩色電視的拍攝和放映色要求較高的場(chǎng)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、碼頭等辨色要求較低的場(chǎng)合。路、隧道、碼頭等辨色要求較低的場(chǎng)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)光光譜特性的要求基本要求：光源發(fā)光的光譜特性必須滿足檢測(cè)基本要求：光源發(fā)光的光譜特性必須滿足檢測(cè)系統(tǒng)的需要。系統(tǒng)的需

31、要。光源和光電探測(cè)器之間的光譜匹配系數(shù)，描述光源和光電探測(cè)器之間的光譜匹配系數(shù)，描述兩光譜特性間的重合程度或一致性。兩光譜特性間的重合程度或一致性。WW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；SS為在光電為在光電探測(cè)器靈敏度的相對(duì)值。探測(cè)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)度的要求對(duì)光源發(fā)光強(qiáng)度的要求光源強(qiáng)度過低，系統(tǒng)獲得信號(hào)過小，以至無光源強(qiáng)度過低，系統(tǒng)獲得信號(hào)過小，以至無法正常檢測(cè)；法正常檢測(cè)；光源強(qiáng)度過高，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)工作的非線性，光源強(qiáng)度過高，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(cè)物或光電探測(cè)器有時(shí)可能損壞系

32、統(tǒng)、待測(cè)物或光電探測(cè)器等，同時(shí)也導(dǎo)致不必要的能源消耗而造成等，同時(shí)也導(dǎo)致不必要的能源消耗而造成浪費(fèi)。浪費(fèi)。因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)探測(cè)器所需獲得因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)探測(cè)器所需獲得的最大、最小光通量進(jìn)行正確的估計(jì)，并的最大、最小光通量進(jìn)行正確的估計(jì)，并按估計(jì)來選擇光源。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)定性的要求對(duì)光源穩(wěn)定性的要求 依據(jù)不同的檢測(cè)對(duì)象來確定脈沖、連續(xù)依據(jù)不同的檢測(cè)對(duì)象來確定脈沖、連續(xù)量）。同時(shí)也應(yīng)考慮光源的造價(jià)，過分的量）。同時(shí)也應(yīng)考慮光源的造價(jià)，過分的要求會(huì)使設(shè)備昂貴，而對(duì)檢測(cè)并無好處。要求會(huì)使設(shè)備昂貴，而對(duì)檢測(cè)并無好處。穩(wěn)定光源發(fā)光的方

33、法：穩(wěn)定光源發(fā)光的方法：可采用穩(wěn)壓電源供電?？刹捎梅€(wěn)壓電源供電?？刹捎梅€(wěn)流電源供電。可采用穩(wěn)流電源供電。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?？蓪?duì)發(fā)出光進(jìn)行采樣，然后反饋控制光源的可對(duì)發(fā)出光進(jìn)行采樣，然后反饋控制光源的輸出。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)光源其它方面的要求如燈絲的結(jié)構(gòu)和形狀；如燈絲的結(jié)構(gòu)和形狀；發(fā)光面積的大小和構(gòu)成；發(fā)光面積的大小和構(gòu)成；燈泡玻殼的形狀和均勻性；燈泡玻殼的形狀和均勻性；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：太陽(yáng)、月亮、地球、星體

34、、天空和地球上的物自然光源：太陽(yáng)、月亮、地球、星體、天空和地球上的物體體q 特點(diǎn)：光源的輻射對(duì)于光電探測(cè)系統(tǒng)來說通常很不穩(wěn)定，特點(diǎn)：光源的輻射對(duì)于光電探測(cè)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：直接測(cè)量、分析、統(tǒng)計(jì)。處理方法：直接測(cè)量、分析、統(tǒng)計(jì)。q 星等：星的亮暗程度用地面所接收到的照度來衡量，具體星等：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

35、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(yáng)太陽(yáng)-26.731.30105點(diǎn)光源（點(diǎn)光源（1cd距距1m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

36、源亮度比較太陽(yáng)太陽(yáng)(大氣外測(cè)定大氣外測(cè)定)1.9109低壓汞燈低壓汞燈23104碘鎢燈碘鎢燈5107太陽(yáng)太陽(yáng)(海平面測(cè)定海平面測(cè)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

37、sr)1051010調(diào)調(diào)Q激光器激光器(W/m2 sr)10141017單位：?jiǎn)挝唬篶d/m22-3 光源的基本特性參數(shù)光源的基本特性參數(shù)q光源是一門專門技術(shù)學(xué)科，涉及光學(xué)、原子物理光源是一門專門技術(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)容非常豐富。而且，隨著光源技術(shù)的發(fā)展，可提供光電探測(cè)用而且，隨著光源技術(shù)的發(fā)展，可提供光電探測(cè)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 熱輻射光源三個(gè)特點(diǎn)：熱輻射光源三

38、個(gè)特點(diǎn)：q (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) 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)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：熱輻射光源除了用作照明或在各種光學(xué)和光電探測(cè)應(yīng)用：熱輻射光源除了用作照明或在各種光學(xué)和光電

39、探測(cè)系統(tǒng)中充當(dāng)一般光源外，還可用作光度或輻射度測(cè)量中的系統(tǒng)中充當(dāng)一般光源外，還可用作光度或輻射度測(cè)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(cè)中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(cè)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)中的光源構(gòu)造構(gòu)造輻射源：銅或不銹鋼圓筒內(nèi)輻射源：銅或不銹鋼圓筒內(nèi)有圓錐腔有圓錐腔絕緣層：石棉和硅酸鹽水泥絕緣層：石棉和硅酸鹽水泥加加 熱：電阻絲加熱熱：電阻絲加熱溫溫 度：溫度計(jì)、自動(dòng)控溫度：溫度計(jì)、自動(dòng)控溫儀儀光光 闌：黑體輻射輸出闌

40、：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(guó)的愛迪生制成了碳化纖維年，美國(guó)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(guó)發(fā)明家?guī)炖嬖囍瞥赡瓴庞擅绹?guó)發(fā)明家?guī)炖嬖囍?/p>

41、成功。發(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)30003000。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“大腹便大腹便便的外型，這是為了使

42、沉積下來的鎢原子能在一個(gè)比較便的外型，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

43、 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，

44、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)，最晚在年停止生產(chǎn)，最晚在20192019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(guó)家。使用傳統(tǒng)白熾燈的國(guó)家。q 臺(tái)灣：規(guī)劃臺(tái)灣：規(guī)劃20192019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，20192019年全面年全面禁產(chǎn)。禁產(chǎn)。q 美國(guó)：美國(guó)：201

45、92019年年1 1月到月到20192019年年1 1月。月。 q 中國(guó)：預(yù)計(jì)中國(guó)：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(guó)家發(fā)改委日減排，逐步淘汰白熾燈，加快推廣節(jié)能燈，國(guó)家發(fā)改委日前與聯(lián)合國(guó)開發(fā)計(jì)劃署前與聯(lián)合國(guó)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(guó)逐步淘汰白熾燈、加快推廣節(jié)能燈中國(guó)逐步淘汰白熾燈、加快推廣節(jié)能燈工程，支持研究編制工程，支持研究編制 P 計(jì)量光柵計(jì)量光柵精密測(cè)量中的測(cè)量元件精密測(cè)量中的測(cè)量元件P P 衍射光柵衍射光柵光譜儀器中的分光元件

46、光譜儀器中的分光元件P P 亞波長(zhǎng)光柵亞波長(zhǎng)光柵增透、偏振元件增透、偏振元件按制作方法分類：刻劃光柵、復(fù)制光柵按制作方法分類：刻劃光柵、復(fù)制光柵 資料：玻璃光柵、金屬光柵資料：玻璃光柵、金屬光柵 表面結(jié)構(gòu)：黑白光柵、相位光柵表面結(jié)構(gòu)：黑白光柵、相位光柵2-6 光輻射調(diào)制概述光輻射調(diào)制概述2-6 光輻射調(diào)制概述光輻射調(diào)制概述凹面鏡擴(kuò)束鏡反射鏡曝 光區(qū)2-6 光輻射調(diào)制概述光輻射調(diào)制概述2-6 光輻射調(diào)制概述光輻射調(diào)制概述復(fù)制技術(shù)基底基底壓模壓模印章印章紫外光復(fù)制元件復(fù)制元件曝光曝光印章印章復(fù)制元件復(fù)制元件分別分別印章印章基底基底印章SURPHEXTM（a a）（d d）（c c）（b b）干性光

47、聚合物紫外成型壓模技術(shù)干性光聚合物紫外成型壓模技術(shù)2-6 光輻射調(diào)制概述光輻射調(diào)制概述計(jì)量光柵莫爾條紋的形式計(jì)量光柵莫爾條紋的形式q 橫向莫爾條紋：橫向莫爾條紋：P1P2 ，夾角，夾角較小較小q 縱向莫爾條紋：縱向莫爾條紋：P1P2 ，P1與與P2接近，接近， 0q 斜向莫爾條紋：斜向莫爾條紋：P1P2 ，P1與與P2接近，接近， 02-6 光輻射調(diào)制概述光輻射調(diào)制概述莫爾條紋的幾何特征莫爾條紋的幾何特征q 條紋寬度條紋寬度 （一般（一般很小）很?。﹒ 光柵移動(dòng)光柵移動(dòng)P P，條紋移動(dòng)，條紋移動(dòng)B B，q PBPB，q 莫爾條紋具有放大作用，莫爾條紋具有放大作用，q 放大倍數(shù)放大倍數(shù)PtgPA

48、DB221PBk2-6 光輻射調(diào)制概述光輻射調(diào)制概述莫爾條紋的測(cè)量莫爾條紋的測(cè)量q莫爾條紋的移動(dòng)量：莫爾條紋的移動(dòng)量：qN N： 移動(dòng)過檢測(cè)點(diǎn)的莫爾條紋的整數(shù)部分移動(dòng)過檢測(cè)點(diǎn)的莫爾條紋的整數(shù)部分qBYBY：莫爾條紋寬度：莫爾條紋寬度qq q ： 莫爾條紋的小數(shù)部分莫爾條紋的小數(shù)部分q光柵的移動(dòng)量光柵的移動(dòng)量kqNBkYxYqNBYY2-6 光輻射調(diào)制概述光輻射調(diào)制概述聲光調(diào)制聲光調(diào)制概念：概念：彈光效應(yīng)：當(dāng)一塊各向同性的透明介質(zhì)受外力作用時(shí)，介彈光效應(yīng)：當(dāng)一塊各向同性的透明介質(zhì)受外力作用時(shí)，介質(zhì)的折射率會(huì)發(fā)生變化。質(zhì)的折射率會(huì)發(fā)生變化。2-6 光輻射調(diào)制概述光輻射調(diào)制概述聲光衍射的分類聲光衍射

49、的分類q Q10 時(shí)，時(shí)， 布拉格衍射布拉格衍射q 1Q10 時(shí)，時(shí)， 兩種衍射的混合特性兩種衍射的混合特性SOsLKKQ22-6 光輻射調(diào)制概述光輻射調(diào)制概述拉曼奈斯衍射拉曼奈斯衍射2-6 光輻射調(diào)制概述光輻射調(diào)制概述2-6 光輻射調(diào)制概述光輻射調(diào)制概述電光調(diào)制電光調(diào)制2-6 光輻射調(diào)制概述光輻射調(diào)制概述橫向電光調(diào)制器原理橫向電光調(diào)制器原理線性電光效應(yīng)：某些晶體的線性電光效應(yīng)：某些晶體的o o光和光和e e光在橫向電光在橫向電壓作用下產(chǎn)生的位相差與電壓值成線性壓作用下產(chǎn)生的位相差與電壓值成線性2-6 光輻射調(diào)制概述光輻射調(diào)制概述橫向電光調(diào)制器原理橫向電光調(diào)制器原理)2/(sin20II 2-

50、6 光輻射調(diào)制概述光輻射調(diào)制概述電光效應(yīng)電光效應(yīng)某些各向同性的透明介質(zhì)如氣體、液體和某些各向同性的透明介質(zhì)如氣體、液體和玻璃態(tài)固體在電場(chǎng)作用下顯示出光學(xué)各向異性玻璃態(tài)固體在電場(chǎng)作用下顯示出光學(xué)各向異性，物質(zhì)的折射率因外加電場(chǎng)而發(fā)生變化的現(xiàn)象為，物質(zhì)的折射率因外加電場(chǎng)而發(fā)生變化的現(xiàn)象為電光效應(yīng)。有些各向異性介質(zhì)在外力作用下會(huì)改電光效應(yīng)。有些各向異性介質(zhì)在外力作用下會(huì)改變雙折射性質(zhì)，這類現(xiàn)象稱為人為雙折射現(xiàn)象變雙折射性質(zhì)，這類現(xiàn)象稱為人為雙折射現(xiàn)象2-6 光輻射調(diào)制概述光輻射調(diào)制概述大部分電-光調(diào)節(jié)器都是通過克爾Kerr效應(yīng)或波克爾斯Pockels效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。二者都與放置在強(qiáng)電場(chǎng)中的某種物質(zhì)可以

51、產(chǎn)生線性雙折射現(xiàn)象有關(guān)。外加電場(chǎng)可以改變尋常光和非尋常光在其中的折射率以及傳播速度。若介質(zhì)被平面偏振光照射，引起的兩組分光間的相位位移將導(dǎo)致輸出橢圓偏振光。其中，一種是外加電場(chǎng)平行于光的傳播方向，稱為縱向電-光效應(yīng)；另一種是外加電場(chǎng)垂直于光的傳播方向，稱為橫向電-光效應(yīng)。2-6 光輻射調(diào)制概述光輻射調(diào)制概述由于雙折射和延遲都與所加的電場(chǎng)有關(guān)，因此電-光效應(yīng)就為制造電學(xué)控制的可變延遲器或波片提供了一種方法。利用電光效應(yīng)可以制作電光調(diào)制器、電光開關(guān)、電光光偏轉(zhuǎn)器等，可用于光閘、激光器的Q開關(guān)和光波調(diào)制，并在高速攝影、光速測(cè)量、光通信和激光測(cè)距等激光技術(shù)中獲得了重要應(yīng)用。利用電光效應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光波的

52、振幅調(diào)制和位相調(diào)制。 Kerr效應(yīng) 折射率與所加電場(chǎng)強(qiáng)度的二次方成正比的現(xiàn)象為Kerr效應(yīng)或二次電光效應(yīng)。2-6 光輻射調(diào)制概述光輻射調(diào)制概述液體Kerr盒光電調(diào)制器原理圖。把某種液體如C6H5NO2或CS2放在裝有平行板電容器的玻璃盒內(nèi)，再把玻璃盒放在正交的尼科耳M和N之間，在電容器沒有充電以前，線偏振光不能通過，加電場(chǎng)后，電容器兩極板之間的液體獲得單軸晶體的性質(zhì)，其光軸沿電場(chǎng)方向。裝有平板電極并盛有特定液體的玻璃盒稱為克爾盒，克爾盒也可以使用某些晶體，如：鈦酸鍶或鋇，用鑭修飾過的鈦酸鉛鋯PLZT），鐵磁性陶瓷，等等。實(shí)驗(yàn)證明，盒體折射率的差值正比于電場(chǎng)強(qiáng)度的平方，即在通過一定厚度的液體以后

53、，光和光之間所產(chǎn)生的位相差為2-6 光輻射調(diào)制概述光輻射調(diào)制概述式中的k稱為克爾常數(shù)，它只和液體的種類有關(guān)在這里假設(shè)電場(chǎng)是勻強(qiáng)的，并且光線進(jìn)行的方向和電場(chǎng)方向垂直），如果平板間的距離為d，電勢(shì)差為V，因 ，故式中 以米表示，V以伏特表示。 因而，當(dāng)加在克爾盒電極上的電勢(shì)差發(fā)生變化時(shí)，隨之發(fā)生相應(yīng)的變化，從而使透射光的強(qiáng)度亦將隨著的變化而發(fā)生變化，因而，利用克爾盒可以對(duì)偏振光進(jìn)行調(diào)制，在現(xiàn)代激光通訊和電視裝置中，利用克爾效應(yīng)來調(diào)制光強(qiáng)已獲得很大成功。2-6 光輻射調(diào)制概述光輻射調(diào)制概述直接調(diào)制直接調(diào)制q 直接調(diào)制是把要傳遞的信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)注入半導(dǎo)直接調(diào)制是把要傳遞的信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)注入半導(dǎo)體光源激光二極管體光源激光二極管LDLD或半導(dǎo)體發(fā)光二極管或半導(dǎo)體發(fā)光二極管LEDL