光源及輻射源課件

1第3章光源及輻射源每周案例2這是什么？每周案例3這是什么？如何知道它的溫度？如何測量？5熱電偶Thermocouple如果熱電偶的工作端與參比端存有溫差時，顯示儀表將會指示出熱電偶產(chǎn)生的熱電勢所對應(yīng)的溫度值。特點：熱電偶測溫6熱電偶Thermocouple◆裝配簡單，更換方便◆測量范圍大（－270℃～2800℃）◆機械強度高，耐壓性能好◆耐高溫可達2800度除了熱電偶外，還有沒有別的辦法？7為什么看了顏色就知道溫度？學(xué)完本節(jié)就了解！問題某白熾燈的光視效能8lm/W某白熾燈的發(fā)光效率8lm/W91.兩者單位一樣，請問有何區(qū)別？2.哪一個更耗電？3.哪一個更亮？回顧第二章2.1輻射度量與光度量基礎(chǔ)輻射能、輻射通量、輻射強度、輻亮度、輻照度….光量、光通量、發(fā)光強度、亮度、照度、視見函數(shù)2.2光電檢測器件的特性參量光電探測器的分類，響應(yīng)度、噪聲、噪聲等效功率的概念如何根據(jù)探測器的參數(shù)表格選擇探測器11第3章光源及輻射源13我們能想到的光源有哪些？什么燈？節(jié)能燈14我們能想到的光源有哪些？什么燈？發(fā)光二極管（LED)15我們能想到的光源有哪些？什么燈？激光17我們能想到的光源有哪些？什么燈？氙燈18我們能想到的光源有哪些？什么燈？可調(diào)諧激光器19本章主要內(nèi)容3.1光源選擇的基本要求和光源的分類3.2熱光源3.3氣體放電光源3.4固體發(fā)光光源3.5激光光源3.6新型電調(diào)制紅外光源213.1光源選擇的基本要求和光源的分類如何從光源的參數(shù)表格中選取光源？22光源分類例自然光：日、月、星、閃電、螢火蟲人工光：篝火、油燈、蠟燭、鎢絲白熾燈、日光燈、氙燈、閃光燈、發(fā)光二極管、半導(dǎo)體激光、氣體激光、節(jié)能燈….熱光源：物體升溫產(chǎn)生氣體放電光源：電極間氣體放電固體發(fā)光光源：電能直接轉(zhuǎn)換為光能激光：受激輻射問：上面這些光源各屬于哪種類型？233.1光源選擇的基本要求和光源的分類波長（光譜）特性發(fā)光強度（光功率）光源穩(wěn)定性（強度、波長）….試想我們對一個光電檢測系統(tǒng)的光源通常都有哪方面的要求？253.1光源選擇的基本要求和光源的分類1.對光源發(fā)光光譜特性的要求光源和光電探測器之間光譜匹配系數(shù)，用以描述兩光譜特性間的重合程度或一致性。光譜匹配系數(shù)α定義為：

Wλ——波長λ時．光源光輻射通量的相對值；Sλ——波長λ時，光電探測器靈敏度的相對值；A1和A2的物理意義分別表示W(wǎng)λ?Sλ和Wλ兩曲線與橫軸所圍成的面積。262.對光源發(fā)光強度的要求為確保光電檢測系統(tǒng)的正常工作，通常對系統(tǒng)所采用的光源或輻射源的強度有一定的要求。3.對光源穩(wěn)定性的要求穩(wěn)定光源發(fā)光的方法很多，一般要求時，可采用穩(wěn)壓電源供電或穩(wěn)流電源供電，所用光源應(yīng)預(yù)先進行老化處理。當(dāng)有更高要求時，可對發(fā)出光進行采樣，然后反饋控制光源的輸出。計量用標(biāo)準(zhǔn)光源通常采用高精度儀器控制下的穩(wěn)流源供電。波長穩(wěn)定性：干涉儀29303.2熱光源熱光源：利用物體升溫產(chǎn)生光輻射制成的光源。例如白熾燈、黑體源

問題：熱光源對光電檢測有什么用？

1.發(fā)光特性（光譜分布、出射度、亮度）可以用普朗克公式估算。2.發(fā)出連續(xù)光譜，譜寬很寬，適應(yīng)性強。3.大多屬于電熱型，可以通過控制輸入電量控制發(fā)光特性。三大特點：作用：1.一般光電檢測的光源（白光干涉）2.光（輻射）度量中做標(biāo)準(zhǔn)光源或標(biāo)準(zhǔn)輻射源，計量標(biāo)準(zhǔn)傳遞。313.2熱光源3.2.1黑體及黑體光強標(biāo)準(zhǔn)器1.黑體輻射的主要公式在任意溫度條件下，能全部吸收入射在其表面上的任意波長輻射的物體叫做絕對黑體，或簡稱黑體(Blackbody)。但是….

研究黑體輻射的最基本公式是普朗克公式(Planck'slaw)，它給出了絕對黑體在絕對溫度為T時的光譜輻射出射度：自然界并不存在絕對黑體。黑體與黑洞有什么關(guān)系？323.2熱光源3.2.1黑體及黑體光強標(biāo)準(zhǔn)器

式中Mλ——波長λ處的單色輻射出射度；

——波長(m)；

h——普朗克常數(shù)，其值為6.626×10-34(J·s)；

c——真空中光速，其值為2.998×108(m／s)；

k——波爾茲曼常數(shù)，其值為1.38×10-23(J/K)；

T——絕對溫度(K)；

c1——第一輻射常數(shù)，其值為3.74×10-16(W·m)；

c2——第二輻射常數(shù)，其值為1.439×10-2(m·K)。

33

黑體輻射的光譜分布曲線特點：溫度越高：

1.中心波長越…2.最高輔亮度越…此普朗克公式與前一頁的有何區(qū)別34

黑體輻射的光譜分布如圖3-2中曲線所示。另一種表達方式35利用上述普朗克公式可以導(dǎo)出以下各實用公式斯蒂芬一波爾茲曼公式(Stefan–Boltzmannlaw)(全輻射出射度）

式中σ稱為波爾茲曼常數(shù)(Stefan–Boltzmannconstant)

黑體最大輻射波長處的輻射出射度公式

黑體最大輻射波長λm公式，即維恩位移定律(Wien'sdisplacementlaw)

36能量的分布：372.腔型黑體輻射源按照物理學(xué)的原理可知，等溫密閉空腔中的輻射是黑體輻射。構(gòu)成：黑體芯子、加溫繞組、測溫計和溫度控制器等部分組成。難點：如何控制溫度穩(wěn)定腔型黑體輻射源38常用的黑體芯子四種基本結(jié)構(gòu)：錐形腔、柱形腔、球形腔和倒置錐形腔。392.面型黑體源紅外熱成像系統(tǒng)的校準(zhǔn)和紅外輻射計量需要采用大面積的面型黑體輻射源。面型黑體源主要用于均勻性和系統(tǒng)響應(yīng)等的測量或標(biāo)定。403.面型黑體源常采用差分黑體源(DifferentialBlackbody)方式作為熱成像系統(tǒng)信號響應(yīng)和性能測量的輻射源。41

面型差分黑體源差分黑體源的靶標(biāo)圖案42黑體光強標(biāo)準(zhǔn)發(fā)光強度是國際規(guī)定的七個基本物理量之一。其定義為，某光源發(fā)出頻率為540×1012Hz(555nm)的單色輻射，在給定方向上的輻射強度入1/683W/sr時，定義該光源在該方向上的發(fā)光強度為lcd。但是，實際上不存在這樣的光源，怎么辦？實物基礎(chǔ)是黑體光強（光度）標(biāo)準(zhǔn)器。這是一個被定義在鉑熔點溫度(2046.05K)的黑體輻射器。問題：已知黑體光強標(biāo)準(zhǔn)器溫度T，輻射腔孔直徑D，如何推出的腔孔亮度和光強度。43由光度標(biāo)準(zhǔn)器向外傳遞的光度標(biāo)準(zhǔn)將寄存在特制的鎢絲白熾燈．即標(biāo)準(zhǔn)燈中。利用目視光度計進行傳遞，通過對標(biāo)準(zhǔn)燈的光強度校準(zhǔn)，從而將標(biāo)準(zhǔn)通過標(biāo)準(zhǔn)燈傳出。標(biāo)準(zhǔn)燈光強標(biāo)準(zhǔn)器復(fù)雜，不易被傳遞，實際上如何辦？443.2.2白熾燈(1)對燈絲材料的要求1.熔點高：使之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；2.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；3.對可見光的輻射效率高，從而產(chǎn)生較多的可見光輻射；4.其它要求，如加工性能、機械性能等。按照上述要求，目前白熾燈幾乎仍全采用鎢絲作為熾熱燈絲。45白熾燈的光參數(shù)白熾燈功率、電流、光通量、壽命與額定電壓的關(guān)系46白熾燈

白熾燈種類：真空鎢絲白熾燈：真空鎢絲白熾燈的工作溫度為2300～2800K，光效約101m／w。充氣鎢絲白熾燈：在燈炮中充入和鎢不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氬、氮等惰性氣體，使由燈絲蒸發(fā)出來的鎢原子在和惰性氣體原子碰撞時，部分鎢原子能返回?zé)艚z?？墒拱谉霟舻墓ぷ鳒囟瓤梢蕴岣叩?700K～3000K，相應(yīng)的光效提高到17lm／W。

鹵鎢燈：燈泡內(nèi)充入鹵鎢循環(huán)劑(如氯化碘、溴化硼等)，燈絲溫度可達3000-3200K47鹵鎢燈在燈泡內(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)燈的色溫可達3200K，光效也相應(yīng)提高到30lm／W

48標(biāo)準(zhǔn)光源

(a)發(fā)光強度標(biāo)準(zhǔn)燈是通過精確控制流過燈絲的直流電流，復(fù)現(xiàn)在規(guī)定的色溫下和在燈絲平面中心的法線方向上的光強度。

(b)光通量標(biāo)準(zhǔn)燈，用來傳遞和復(fù)現(xiàn)光通量值。(c)溫度標(biāo)準(zhǔn)燈，中心1/3的位置用以復(fù)現(xiàn)800～2500度之間的色溫

49黑體燈，它是一種穩(wěn)定性良好的標(biāo)準(zhǔn)光源。它可作為溫度標(biāo)難或傳遞溫度的標(biāo)準(zhǔn)。503.2.3其他1.紅外輻射燈(1)能斯特?zé)魲l狀的輻射源，是用15％的氧化釔粉末和鋯粉壓制成小棒，長約25mm，直徑約2mm，可用直流或交流供電。在空氣中可加熱到2000K左右。它發(fā)出的連續(xù)光譜可從0.3μm一直延伸到遠紅外513.2.3其他1.紅外輻射燈(2)硅碳棒要獲得波長更長的紅外輻射，能斯特?zé)艟筒荒軇偃瘟?。這時可采用硅碳棒作為紅外輻射源。在空氣中用直流或交流供電，加熱溫度一般在1500K以下。522.火焰火焰也是一種熱光源，由于火焰分層又不穩(wěn)定，因此不把它用做檢測用光源。這里只列出常用火焰的最高溫度。第二次課每周案例這是什么煙霧報警器（SMOKEALARM)它如何工作？每周案例光電型每周案例離子探測型镅衰變產(chǎn)生α粒子，α離子使氧氣與氮氣電離，回路產(chǎn)生電流煙塵可以吸附離子，導(dǎo)致電流下降，引發(fā)警報通過線路互聯(lián)，可以觸發(fā)樓層內(nèi)其它警報每周案例需要探測可燃、有毒氣體的場合煤礦（瓦斯、煤塵）-每年數(shù)千人死于礦難化工廠(碳氫化合物、硫化氫、氟化氫等）石油、天然氣產(chǎn)業(yè)（碳氫化合物、硫化氫、一氧化碳）半導(dǎo)體工廠（氫氣、HCl,AsH3,PH3,CO,HF,O3,H2Cl2Si,TEOS,BCl3,C4F6,C5F8,GeH4,NH3,NO2)電廠、污水處理廠、鍋爐房、停車場（隧道）、化學(xué)實驗室每周案例氣體探測原理熱催化劑式（CatalyticSensor)半導(dǎo)體傳感器（Semiconductorsensor)熱傳導(dǎo)式（Thermalconductivity)紅外氣體探測器（InfraredGasDetector)每周案例氣體探測原理早期用火焰安全燈（flamesafetylamp）有可燃氣體時發(fā)光會變化，依靠人的觀察每周案例氣體探測原理熱催化劑式（CatalyticSensor)有可燃氣體時，在催化劑作用下氧化、溫度升高，鉑金屬線圈電阻增大，電橋失去平衡，每周案例瓦斯氣體探測測量范圍 0～4.00％CH4測量誤差 0～1.00％CH4時，≤±0.1％每周案例氣體探測原理有可燃氣體時，金屬氧化物吸附，在催化劑作用下氧化、溫度升高，電阻增大半導(dǎo)體傳感器（Semiconductorsensor)每周案例氣體探測原理有可燃氣體時，對某個特定的波長有吸收，與參考端比對可知氣體性質(zhì)、濃度紅外氣體探測器（InfraredGasDetector))6465每周案例工業(yè)排放的有害物質(zhì)污染空氣和水，嚴重影響著人們的健康。對于大氣中的污染物質(zhì)，例如，CO、CO2、SO2等有害物質(zhì)，對紅外輻射都有確定的吸收波段，利用氣體分析儀可測量出它們在空氣中的濃度。中紅外光區(qū)（2.5~25μm）絕大多數(shù)有機化合物和無機離子的基頻吸收帶出現(xiàn)在該光區(qū)。由于基頻振動是紅外光譜中吸收最強的振動，所以該區(qū)最適于進行紅外光譜的定性和定量分析。當(dāng)紅外光通過待測氣體時,由于氣體分子有各自特定的吸收光譜，這些氣體分子對特定波長的紅外光有吸收,其吸收關(guān)系服從朗伯--比爾(Lambert-Beer)吸收定律。66從CO的紅外吸收譜線可知：CO在波長為4～5um處有2個吸收峰，分別為4.59um和4.74um附近。67CO2在中紅外區(qū)有兩處明顯的吸收帶，一處為4.0～5.0um之間，一處為15um左右。但是4.26um左右的吸收比較明顯，幅度比較大，因此選取此處的吸收譜線來分析CO2的含量。68CH4和C3H8在3.3um附近有顯著的吸收峰，因此可以用3.3um附近的吸收帶表示CH化合物的含量。69H2O在2um～3um和5um～8um這兩個波段之間都有明顯的吸收70氣體分子擴散進傳感氣室.紅外光直接穿過氣室，照在探測器上.探測器上有一個濾光片，只有CO2分子能夠吸收的4.26μm波長的光能通過，其它的氣體分子不吸收這種波長的光，只有CO2分子能影響到達探測器的光強度。到達探測器的4.26μm光的強度與傳感氣室的CO2濃度有反向的聯(lián)系.高濃度的CO2分子比低濃度的要吸收更多的紅外光.當(dāng)傳感氣室的CO2濃度為零時,探測器將"看到"所有強度的光.當(dāng)CO2濃度增加時,到達探測器的光強度顯著的降低.紅外光強和CO2濃度之間的精確的聯(lián)系是確定的,它可以用純氮氣(0ppmCO2)以及已知CO2濃度(1000or5000ppm)的校準(zhǔn)儀表來確定

co2傳感器7172紅外氣體傳感器回顧第三章光源及輻射源2.1光源選擇的基本要求光譜特性要求：光譜匹配系數(shù)

發(fā)光強度的要求穩(wěn)定性要求其它要求（結(jié)構(gòu)、形狀、面積）2.2熱光源黑體、黑體光強標(biāo)準(zhǔn)器白熾燈紅外輻射燈743.3氣體放電光源氣體放電光源中光的組成：熾熱電極本身產(chǎn)生的輻射極間等離子放電輻射熒光第二代光源！按封閉形式分類：開放式（空氣中）封閉式（密封泡殼中）氣體放電形式：電弧放電：Electricarcdischarge，陰極壓降小、電流大（A）輝光放電：Glowdischarge，陰極壓降大、電流?。╩A）753.3氣體放電光源氣體放電形式：電弧放電：Electricarcdischarge，陰極壓降小、電流大（A）兩金屬電極間電弧放電763.3氣體放電光源氣體放電形式：電弧放電：Electricarcdischarge，陰極壓降小、電流大（A）773.3氣體放電光源氣體放電形式：輝光放電：Glowdischarge，陰極壓降大、電流?。╩A）78碳弧燈炭弧主要用于照明79氣體燈是將電極間的放電過程密封在泡殼中進行，所以又叫封閉式電弧放電光源。氣體燈的特點是輻射穩(wěn)定，功率大，且發(fā)光效率高。因此在照明、光度和光譜學(xué)中都起著很重要的作用。(1)脈沖燈:這種燈的特點是在極短的時間內(nèi)發(fā)出很強的光輻射。

3.3.2氣體燈

圖3-12脈沖燈原理封閉式電弧放電光源。80（Flashbulbs）單次閃光泡，它的持點是瞬時光強大、耗電少、體積小而攜帶方便等。用于早期閃光燈、照明彈致盲彈、（短期）（2）燃燒式閃光泡81原子光譜燈又稱空心陰極燈（Hollowcathodelamp）放電主要為陰極金屬的原子光譜，譜寬可到nm量級。用于元素的光譜分析當(dāng)中（3）原子光譜燈82原子光譜燈又稱空心陰極燈（Hollowcathodelamp）放電主要為陰極金屬的原子光譜，譜寬可到nm量級。用于元素的光譜分析當(dāng)中（3）原子光譜燈83汞燈低壓汞燈汞燈在低壓放電時主要輻射二條共振輻射線：253．7nm和185．0nm。所謂共振輻射線是指從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時發(fā)出的輻射。1.3～13Pa汞蒸氣壓。主要應(yīng)用：殺菌燈、熒光分析、光譜儀波長基準(zhǔn)。

84高壓汞燈當(dāng)汞燈內(nèi)的蒸氣壓達到1—5大氣壓時，汞燈電弧的輻射光譜就會產(chǎn)生明顯變化，光譜加寬，出現(xiàn)弱的連續(xù)光譜，紫外輻射明顯減弱，而可見輻射增加.高壓汞燈的發(fā)光效率達641m／w，除供照明以外，光學(xué)儀器、光化反應(yīng)、紫外線理療、熒光分析；85超高壓汞燈（Ultrahighpressuremercurylamp）汞蒸汽達到10～200個大氣壓亮度大，用于投影儀、探照燈、環(huán)境照明等光源86氙燈色溫6000K長弧氙燈：電極距離15－130cm短弧氙燈：電極距離毫米量級，亮度極高脈沖氙燈：電子閃光燈87氙燈色溫6000K長弧氙燈：電極距離15－130cm短弧氙燈：電極距離毫米量級，亮度極高脈沖氙燈：電子閃光燈88Heraeus氘燈燈內(nèi)充有氘氣(～10mmHg)。燈絲電壓Vf＜2～10V、交流或直流。起輝電壓Vs～300V直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源供應(yīng)。起輝后工作電壓Va＝70～100V。工作電流～300mA。氘燈的發(fā)光機理是：燈絲陰極發(fā)射的熱電子在電場加速下向陽極運動與氘氣分子實現(xiàn)非彈性碰撞而激發(fā)，從而輻射氘分子的連續(xù)光譜。89Cree的測試結(jié)果表明，當(dāng)相關(guān)色溫在4579K時，LED光效可達208lm/W。(2009)903.4固體發(fā)光光源電致發(fā)光燈，Electroluminescent(EL)lamps，某種物質(zhì)通入電流或者在強電場作用下發(fā)光的現(xiàn)象，電能直接轉(zhuǎn)換為光能。90913.4固體發(fā)光光源3.4.1電致發(fā)光屏

當(dāng)熒光材料在足夠強的電場或電流作用下，被激發(fā)而發(fā)光構(gòu)成電致光屏。按激發(fā)電源不同，又有交流和直流電致激發(fā)屏兩種。9192發(fā)光屏兩電極間距離很小，只有幾十微米，所以即使在市電電壓的作用下，也可得到足夠高的電場強度；高價電常數(shù)反射層可防止產(chǎn)生電弧交流粉末場致發(fā)光屏（ElectroluminescentDisplay）93該發(fā)光屏依靠傳導(dǎo)電流產(chǎn)生激發(fā)發(fā)光。目前實用的發(fā)光材料是ZnS：Mn，Cu，發(fā)光為橙黃色。這種發(fā)光屏結(jié)構(gòu)與交流發(fā)光屏相類似。直流發(fā)光屏具有光亮度較高，且亮度隨傳導(dǎo)電流的增大而迅速上升的持點。此外還具有驅(qū)動電路簡單、制造工藝簡單和成本低等優(yōu)點。其主要缺點是效率低、壽命短。這種發(fā)光屏的典型參數(shù)為：在100V的直流電壓的激發(fā)下，光亮度約為30cd／m2；光亮度下降到初始值一半所對應(yīng)的壽命約上千小時；發(fā)光效率0.2～0.5lm／W。它適宜于脈沖激發(fā)下工作。主要用于數(shù)碼、字符和矩陣的顯示。直流粉末場致發(fā)光屏94薄膜發(fā)光屏與粉末發(fā)光屏在形式上很相似，可以制成交流或直流的薄膜電致發(fā)光屏。薄膜電致發(fā)光屏的主要特點是致密、分辨力高?對比好?？捎糜陔[蔽照明，固體雷達屏幕顯示和數(shù)碼顯示等。薄膜電致發(fā)光屏95標(biāo)準(zhǔn)發(fā)光屏是用性能良好，壽命很長的白色熒光粉和具有半衰期極長的放射性物質(zhì)以及其它材料混合制成。熒光質(zhì)在放射性射線作用下發(fā)光，如果放射性物質(zhì)的半衰期達幾十年或百年以上，那么在幾個月或一年時間內(nèi)其發(fā)出射線基本穩(wěn)定，對應(yīng)發(fā)光屏的發(fā)光也基本恒定。所以把它叫做標(biāo)準(zhǔn)發(fā)光屏。在各種光度儀器中，常將標(biāo)難發(fā)光屏做為自校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)。每次檢測都可用它檢查光度計工作是否正常，測值是否正確。而標(biāo)準(zhǔn)發(fā)光屏在光度儀器進行標(biāo)定時，同時送計量部門標(biāo)定。標(biāo)準(zhǔn)發(fā)光屏963.4.2發(fā)光二極管(LED)第三代光源973.4.2發(fā)光二極管發(fā)光二極管：也叫做注入型電致發(fā)光器件。是由P型和N型半導(dǎo)體組合而成的二極管。若在P—N結(jié)上施加正向電壓，大量的電子和空穴在P—N結(jié)中相遇復(fù)合，并以光和熱的形式放出能量。98電場的作用下半導(dǎo)體材料發(fā)光是基于電子能級躍遷的原理。

導(dǎo)帶中電子與價帶中空穴復(fù)合時電子由高能級躍到低能級，將多余的能量發(fā)射光子光子的能量取決于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度Eg。

LED發(fā)光機理及發(fā)光光譜99(1)亮度與電流關(guān)系:工作電流低于25mA時，兩者基本為線性關(guān)系；(2)響應(yīng)速度極快，時間常數(shù)約為l0-6～10-9s;(3)正向電壓很低，約2V左右;(4)小巧輕便、耐振動、壽命長(大于5000h);發(fā)光二極管的主要特點100LED的特性參數(shù)－a)伏安特性電壓一超過開啟點就顯示出歐姆導(dǎo)通特性。這時正向電流與電壓的關(guān)系為在較寬禁帶的半導(dǎo)體中，當(dāng)電流i<0.1mA時，通過結(jié)內(nèi)深能級進行復(fù)合的空間復(fù)合電流起支配作用，這時m＝2。電流增大后，擴散電流占優(yōu)勢時，m＝1。因而實際測得的m值大小可以標(biāo)志器件發(fā)光特性的好壞。i＝ioexp(eV/mkT)

101b)發(fā)光亮度與電流密度發(fā)光二極管的發(fā)光亮度L是單位面積發(fā)光強度的量度。在輻射發(fā)光發(fā)生在P區(qū)的情況下，發(fā)光亮度L與電子擴散電流idn之間的關(guān)系為GaP(綠）GaP(紅）τ是載流子輻射復(fù)合壽命τR和非輻射復(fù)合壽命τNR的函數(shù)102

LED的發(fā)光光譜指LED發(fā)出光的相對強度(或能量)隨波長(或頻率)變化的分布曲線。它直接決定著發(fā)光二極管的發(fā)光顏色，并影響它的發(fā)光效率。

描述光譜分布的兩個主要參量是它的峰值波長和發(fā)光強度的半寬度。發(fā)光光譜和輻射效率103發(fā)光二極管輻射功率φe與消耗的電功率的比值表示輻射效率峰值波長在925nm附近，半寬度大約為35nm。摻硅GaAs的發(fā)射光譜104

發(fā)光二極管的時間響應(yīng)快，短于1μs，比人眼的時間響應(yīng)要快得多。

圖表示GaP（綠色）、GaP（紅色）、GaAsP三種發(fā)光二極管的相對光亮度Le,λ,r與溫度t的關(guān)系曲線。

通常發(fā)光二極管的外部發(fā)光效率均隨溫度上升而下降。時間響應(yīng)特性與溫度特性105隨著發(fā)光管電流密度的增加，PN結(jié)的溫度升高，將導(dǎo)致熱擴散，使發(fā)光效率降低。

在低工作電流下，發(fā)光二極管發(fā)光效率隨電流的增加而明顯增加，但電流增加到一定值時，發(fā)光效率不再增加；相反，發(fā)光效率隨工作電流的繼續(xù)增加而降低。原因？e)最大工作電流106f)壽命發(fā)光二極管的壽命定義為亮度降低到原有亮度一半時所經(jīng)歷的時間。二極管的壽命一般都很長，一般可達10萬小時（13.7年）以上。隨著工作時間的加長，亮度下降的現(xiàn)象叫老化。老化的快慢與工作電流密度有關(guān)。隨著電流密度的加大，老化變快，壽命變短。107g)響應(yīng)時間在快速顯示時，標(biāo)志器件對信息反應(yīng)速度的物理量叫響應(yīng)時間，即指器件啟亮(上升)與熄滅(衰減)時間的延遲。實驗證明，二極管的上升時間隨電流的增加而近似呈指數(shù)衰減。它的響應(yīng)時間一般是很短的，如GaAs1-xPx僅為幾個ns，GaP約為100ns。在用脈沖電流驅(qū)動二極管時，脈沖的間隔和占空因數(shù)必須在器件響應(yīng)時間所許可的范圍內(nèi)。108目前常用的幾種發(fā)光二極管及特點1.磷化鎵(GaP)發(fā)光二極管:在磷化鎵中摻入鋅和氧時，所形成的復(fù)合物可發(fā)紅光、發(fā)光中心波長為0.69μm，其帶寬為0.1μm。當(dāng)摻入鋅和氮時，器件可發(fā)綠光，其發(fā)光的中心波長為0.565μm，而帶寬約為0.035μm磷砷化鎵發(fā)光二極管的伏安特性曲線109砷化鎵發(fā)光二極管的發(fā)光效率較高。反向耐壓約為－5V，正向交變電壓約為1.2V。該二極管發(fā)出近紅外光，中心波長為0.94μm，帶寬為0.04μm。當(dāng)溫度上升時，輻射波長向長波方向移動。脈沖響應(yīng)快，約為幾納秒?所以能產(chǎn)生高頻調(diào)制的光束，這使它的應(yīng)用十分廣泛。如用于光纖通訊、紅外夜視等多種領(lǐng)域中。砷化鎵(GaAs)發(fā)光二極管110當(dāng)磷砷化鎵的材料含量比不同時，發(fā)光光譜可出0.565μm變化到0.9lμm?？梢灾瞥刹煌l(fā)光顏色的發(fā)光二極管磷砷化鎵(GaAs1-x_Px)發(fā)光二極管111將LED接入到晶體三極管的集電極，通過調(diào)節(jié)三極管基極偏置電壓，可獲得需求的輻射光功率。在光通信中以LED為光源的場合，需要對LED進行調(diào)制，則調(diào)制信號通過電容耦合到基極，輸出光功率則被電信號所調(diào)制。LED的驅(qū)動電路112通過加入熒光物質(zhì)獲得多個波長輸出發(fā)光效率高，不發(fā)熱，壽命>1萬小時，不含汞，第三代光源！WhitelightLED55美元！7瓦=50瓦白熾燈113OrganicLight-EmittingDiode用于顯示、照明

有機發(fā)光二極管（OLED）與LCD相比，OLED顯示屏具有以下優(yōu)點：更薄的外形更寬的視角更快的響應(yīng)速度更低功耗更好的色域和色彩還原更高的對比度和更寬的工作溫度范圍114OrganicLight-EmittingDiode用于顯示、照明

有機發(fā)光二極管（OLED）1153.5激光光源特點：(1)極小的光束發(fā)散角；(2)激光的單色性好；(3)激光的輸出功率密度很高分類：(1)氣體激光器;(2)固體激光器;(3)染料激光器(4）半導(dǎo)體激光器1163.5.1氣體激光器氣體激光器采用的工作物質(zhì)為氣體．目前可采用的物質(zhì)最多激勵方式多樣，發(fā)射的波長也最多。氦氖激光器要輸出波長有0.6328μm、1.15μm和339μm，示為三種不同腔式結(jié)構(gòu)的氦氖激光器。圖3-20氦氖激光器示意圖117氦氖激光器的單色性好，相干長度可達十米以至數(shù)百米。氦氖激光器118氬離子激光器是用氬氣為工作物質(zhì)，在大電流的電弧光放電或脈沖放電的條件下工作。它的輸出波長有多個，功率主要集中在0.5145μm和0.4880μm兩條譜線氬離子激光器（Argon-ion

）119輸出譜線波長分布在9～11μm。這種激光器的運轉(zhuǎn)效率高，連續(xù)功率可達104w以上