光電檢測技術(shù)的常用光源

1第1頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三一、光的產(chǎn)生及其產(chǎn)生方法原子內(nèi)有若干電子圍繞原子核不斷運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)有多種可能狀態(tài)量。不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子具有不同能量，常用“能級”一詞來代表電子繞原子核的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。如果有外來的激勵(lì)，把適合的能量傳遞給電子，電子就可能從低能級進(jìn)入較高的能級。這個(gè)過程是瞬間完成的，稱為躍遷。電子受激勵(lì)躍遷到較高能級(激發(fā)態(tài))只能維持很短的時(shí)間，就回到低能級，這個(gè)從激發(fā)態(tài)向下回落到低能級的過程中，必然釋放出多余的能量，釋放能量的形式有兩種：變成粒子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能(溫升)；以光子的形式發(fā)射出來光產(chǎn)生的方法：

(1)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，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)，就會(huì)發(fā)出輻射。例如氣體激光器所產(chǎn)生的光就是電致發(fā)光。

(2)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稱為光致發(fā)光。如熒光，示波管、顯像管等中熒光物質(zhì)的余輝；紅寶石激光器等。(3)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。(4)熱發(fā)光。物體被加熱到一定溫度而發(fā)光，稱熱發(fā)光。如鈉或鈉鹽在火焰中發(fā)出的光第2頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三二光源1、光源的定義：廣義來說，任何發(fā)出光輻射的物體都可以叫作光輻射源。這里所指的光輻射包括紫外光、可見光和紅外光的輻射。通常把發(fā)出可見光為主的物體叫作光源，而把發(fā)以非可見光為主的物體叫做輻射源。2、光源的分類：

（1）按照光輻射來源不同，通常將光源分成兩大類：自然光源和人工光源。（2）利用光波在時(shí)間、空間上的相位特性相干光源：光波的頻率相同、振動(dòng)方向相同和相位差恒定是能夠產(chǎn)生干涉的必要條件。滿足干涉條件的光波稱為相干光波，相應(yīng)光源稱為相干光源。如激光、非線性光學(xué)器件等。非相干光源：不滿足以上條件的光源。如照明光源、顯示光源、信息處理用光源（3）發(fā)光機(jī)理熱輻射光源、氣體發(fā)光光源、固體發(fā)光光源、激光器第3頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三氣體激光器固體激光器染料激光器半導(dǎo)體激光器等離子體激光器激光非線性光學(xué)器件相干光源太陽氣體放電燈白熾燈黑體輻射器陰極射線管等離子體管熒光顯示器液晶顯示器場致發(fā)光（EL）顯示器發(fā)光二極管（LED）信息處理用光源顯示光源照明光源非相干光源第4頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三按發(fā)光機(jī)理第5頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三光源第6頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三3、電光源（將電能產(chǎn)生光輻射）的發(fā)展人類對電光源的研究始于18世紀(jì)末。19世紀(jì)初，英國的H.戴維發(fā)明碳弧燈。1879年，美國的T.A.愛迪生發(fā)明了具有實(shí)用價(jià)值的碳絲白熾燈，使人類從漫長的火光照明進(jìn)入電氣照明時(shí)代。1907年采用拉制的鎢絲作為白熾體。20世紀(jì)30年代初，低壓鈉燈研制成功。1938年，歐洲和美國研制出熒光燈，發(fā)光效率和壽命均為白熾燈的3倍以上，這是電光源技術(shù)的一大突破。40年代高壓汞燈進(jìn)入實(shí)用階段。

50年代末，體積和光衰極小的鹵鎢燈問世，改變了熱輻射光源技術(shù)進(jìn)展滯緩的狀態(tài)，這是電光源技術(shù)的又一重大突破。

60年代開發(fā)了金屬鹵化物燈和高壓鈉燈，其發(fā)光效率遠(yuǎn)高于高壓汞燈。

80年代出現(xiàn)了細(xì)管徑緊湊型節(jié)能熒光燈、小功率高壓鈉燈和小功率金屬鹵化物燈，使電光源進(jìn)入了小型化、節(jié)能化和電子化的新時(shí)期。第7頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三澳大利亞、加拿大、日本等國家和地區(qū)逐步禁止白熾燈的生產(chǎn)和銷售。LED照明燈和節(jié)能燈泡逐步取代了白熾燈的地位。我國從2012年10月1日起，開始逐步禁止進(jìn)口和生產(chǎn)銷售白熾燈。白熾燈淘汰路線進(jìn)入到了落實(shí)階段節(jié)能燈是利用氣體放電的原理運(yùn)作，它的術(shù)名叫自鎮(zhèn)流熒光燈，除了白色（冷光）的外，現(xiàn)在還有黃色（暖光）的。一般來說，在同一瓦數(shù)之下，一盞節(jié)能燈比白熾燈節(jié)能80%，平均壽命延長8倍，熱輻射僅20%。非嚴(yán)格的情況下，一盞5瓦的節(jié)能燈光照可視為等于25瓦的白熾燈，7瓦的節(jié)能燈光照約等于40瓦的，9瓦的約等于60瓦的。其大部分光是由放電產(chǎn)生的紫外線激活熒光粉涂層而發(fā)射出來的第8頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三4.電光源的分類電光源一般可分為照明光源和輻射光源兩大類。（1）照明光源是以照明為目的，輻射出主要為人眼視覺的可見光譜（波長380～780納米）的電光源，其規(guī)格品種繁多，功率從0.1瓦到20千瓦，產(chǎn)量占電光源總產(chǎn)量的95％以上。（2）輻射光源是不以照明為目的，能輻射大量紫外光譜（1～380納米）和紅外光譜（780～1×106納米）的電光源，它包括紫外光源、紅外光源和非照明用的可見光源。以上兩大類光源均為非相干光源。此外還有一類相干光源，它通過激發(fā)態(tài)粒子在受激輻射作用下發(fā)光，輸出光波波長從短波紫外直到遠(yuǎn)紅外，這種光源稱為激光光源。第9頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三二光源在光電檢測系統(tǒng)中的位置和作用變換電路光電傳感光源被測對象光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)變換電信號處理存儲(chǔ)顯示控制光學(xué)變換電路處理光電變換自然光源：被動(dòng)探測系統(tǒng)紅外跟蹤制導(dǎo)天文光電探測

探測器本身不發(fā)射任何能量而只被動(dòng)接收、探測來自環(huán)境的紅外輻射。一旦有人體紅外線輻射進(jìn)來，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)聚焦就使熱釋電器件產(chǎn)生突變電信號，而發(fā)出警報(bào)。人造光源：主動(dòng)探測系統(tǒng)激光制導(dǎo)精密微小尺寸測量

主動(dòng)紅外探測器由紅外發(fā)射機(jī)、紅外接收機(jī)和報(bào)警控制器組成。紅外光在人眼看不見的光譜范圍，有人經(jīng)過這條無形的封鎖線，必然全部或部分遮擋紅外光束。接收端輸出的電信號的強(qiáng)度會(huì)因此產(chǎn)生變化，從而啟動(dòng)報(bào)警控制器發(fā)出報(bào)警信號。

第10頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三2.1光源的特性參數(shù)及光源選擇的基本要求1輻射效率和發(fā)光效率–電能轉(zhuǎn)換成光輻射能的能力輻射效率:給定波長范圍內(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。發(fā)光效率：光源發(fā)射的光通量與產(chǎn)生這些光通量所需的電功率之比。照明領(lǐng)域發(fā)光效率越高越好。光電測量系統(tǒng)的光譜范圍相同，則盡可能選擇輻射效率較高的光源要求第11頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三2光譜功率分布

光功率和頻率（波長）的關(guān)系低壓汞燈高壓汞燈白熾燈熒光燈要求(2)光源和光探測器之間的光譜匹配（1）在選擇光源時(shí)，它的光譜功率分布應(yīng)由測量對象的要求來決定在目視光學(xué)系統(tǒng)中，一般采用可見區(qū)光譜輻射比較豐富的光源。對于彩色攝影用光源，應(yīng)采用類似于日光色的光源，如鹵鎢燈、氙燈等。在紫外分光光度計(jì)中，通常使用氘燈、汞氙燈等紫外輻射較強(qiáng)的光源。若干條明顯分隔的細(xì)線組成由一些分開的譜帶組成，每一譜帶中又包含許多細(xì)譜線所有熱輻射光源的光譜由連續(xù)光譜與線、帶譜混合而成第12頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三太陽是黑體輻射,所以太陽光譜主要是連續(xù)譜,但是上面有黑線,即著名的夫瑯和費(fèi)線(Fraunhoferlines).光線通過太陽表面大氣和地球大氣被選擇性吸收而形成的.照片里看見數(shù)條黑線:深紅色里的C(氫H-alpha,656nm),桔黃色里的D(鈉,589nm),綠色里的E(鐵,527nm)和1,b2(鎂,518nm),天藍(lán)色里的F(氫H-beta,86nm),紫色里的G(鐵和鈣,431nm).有趣的是中午的陽光和太陽落山時(shí)的陽光光譜不同!傍晚太陽仰角0.5度下午太陽仰角24度第13頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三白熾燈是普通燈泡,鎢絲加熱發(fā)光,按黑體輻射發(fā)出連續(xù)光譜,所以從紅到紫一片連續(xù),和太陽光譜相比少了那些黑線.日光燈發(fā)光分兩步:首先水銀蒸汽被激發(fā)主要發(fā)出紫外線,然后管壁上的熒光粉將紫外線轉(zhuǎn)化為寬譜可見光.所以日光燈在連續(xù)背景上有亮水銀譜線,以綠色的546nm最顯著.第14頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三桔黃色的高壓鈉燈被廣泛用于晚間照明.有趣的是它的光譜也會(huì)變化!第15頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三計(jì)算機(jī)CRT顯示器白色屏幕的光譜.紅色是離散譜線,但綠,藍(lán)則是連續(xù)光譜.

第16頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三這種綠,紫色霓虹燈光譜主要是熒光粉不同.月光就是反射的太陽光,所以光譜和太陽光譜類似:連續(xù)背景上有黑色夫瑯和費(fèi)吸收線(1)第17頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三蠟燭發(fā)出連續(xù)譜.用鉛絲蘸食鹽燃燒則黃色鈉線很明顯第18頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三金屬鹵化物燈是高壓水銀燈的變種.譜線十分復(fù)雜.藍(lán)色霓虹燈是氬和水銀,還是有熒光粉在里面.紅色霓虹燈光譜明顯的是氖(neon)第19頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三常用發(fā)光強(qiáng)度矢量和發(fā)光強(qiáng)度曲線來描述光源的這種空間光強(qiáng)分布特性。（1）發(fā)光強(qiáng)度矢量：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發(fā)光強(qiáng)度成正比，稱其為發(fā)光強(qiáng)度矢量。3空間光強(qiáng)分布光源發(fā)光強(qiáng)度在空間各個(gè)方向上的分布1212用光線疏密表示強(qiáng)度大小發(fā)光強(qiáng)度矢量用線的長度表示強(qiáng)度大小第20頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三配光曲線------描述光源在某一平面內(nèi)的光強(qiáng)分布例：高壓球形氙燈（2）發(fā)光強(qiáng)度曲線將各矢量的端點(diǎn)連起來，就得到光源在該截面上的發(fā)光強(qiáng)度分布曲線，也稱配光曲線。下圖是氣體發(fā)光光源光強(qiáng)分布。對光源發(fā)光強(qiáng)度的要求太小:微弱信號檢測的困難;太大:損壞器件,浪費(fèi)能源,出現(xiàn)非線性問題.提高光的利用率，選擇發(fā)光強(qiáng)度高的方向作為照明方向。進(jìn)一步利用背面方向的輻射，還可以在光源的背面安裝反光罩，焦點(diǎn)位于光源的發(fā)光中心。第21頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三4光源的顏色

色表顯色性顯色性：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體照射下呈現(xiàn)顏色的一致性。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。是指事物的真實(shí)顏色（其自身的色澤）與某一標(biāo)準(zhǔn)光源下所顯示的顏色關(guān)系。色差越小則表明被測光源顏色的顯色性越好。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、彩色電視的拍攝和放映，染料、彩色印刷等行業(yè)。國際照明委員會(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”。在我們國家的標(biāo)準(zhǔn)中，增加了我國女性面部膚色的色樣，作為第15種“試驗(yàn)色”。高壓汞燈、高壓鈉燈等光源的顯色性差一些，一般用于道路、隧道和碼頭等辨色要求較低的場合。第22頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三分布溫度：是描述輻射源光譜能量分布的物理量輻射源在某一波長范圍內(nèi)輻射的相對光譜分布，與黑體在某一溫度下輻射的相對光譜功率分布一致，那么該黑體的溫度就稱為這個(gè)輻射源的分布溫度。一般僅限于輻射源與黑體的光譜能量分布相差不大于5％的情況，所以具有線狀或帶狀光譜特征的光源不能用其描述。但是對于具有不連續(xù)光譜的發(fā)射體或具有連續(xù)光譜但其能量分布特征與黑體相差甚遠(yuǎn)的發(fā)射體，卻可以用色溫來描述色溫：如果輻射源發(fā)出的光的顏色與黑體在某一溫度下輻射出的光顏色相同，則黑體的這一溫度成為該輻射源的色溫。根據(jù)色度學(xué),色具有同色異譜的性質(zhì)即色溫相同的光源，它們的相對光譜功率分布不一定相同。色溫不能象分布溫度那樣近似說明光源的光譜能量分布特性。相關(guān)色溫：若與任何溫度下的黑體輻射的顏色都不相同，但與某一溫度下的黑體輻射的色坐標(biāo)點(diǎn)最接近。則稱該黑體的溫度為這個(gè)光源的相關(guān)色溫。海水：300K太陽：5900K黑體的溫度與它的輻射特性是一一對應(yīng)的。從光源的顏色與溫度關(guān)系，引出顏色溫度的概念，簡稱色溫。5光源的色溫分布溫度實(shí)際上是色溫的一個(gè)特例。當(dāng)光源的光譜分布和黑體相近時(shí),光源的色溫就與其分布溫度一致。第23頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三2.2熱輻射源目標(biāo)輻射：探測目標(biāo)或者識別對象的輻射。飛機(jī)、導(dǎo)彈、火箭、汽車，人體紅外被動(dòng)成像系統(tǒng)：軍事和醫(yī)學(xué)1自然輻射一切物體背景輻射：探測目標(biāo)或者識別對象以外的輻射。太陽和地面2太陽光復(fù)合光，是很好的平行光源太陽光譜包括無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線等幾個(gè)波譜范圍。在全部輻射能中，波長在0.15～4μm之間的占99%以上，且主要分布在可見光區(qū)和紅外區(qū)。太陽光的照度值在不同光譜區(qū)所占百分比是不同的，紫外區(qū)約占6．46％，可見光區(qū)占46．25％，紅外光區(qū)占47．29％在地面上觀測的太陽輻射的波段范圍大約為0.295～2.5μm。短于0．295μm和大于2．5μm波長的太陽輻射，因地球大氣中臭氧、水氣和其他大氣分子的強(qiáng)烈吸收，不能到達(dá)地面

第24頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三3黑體模擬器黑體爐第25頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三真空鎢絲白熾燈充氣鎢絲白熾燈鹵鎢燈4.白熾光源鎢絲加熱而發(fā)光，發(fā)出連續(xù)光譜發(fā)光范圍：可見光、大量紅外線和紫外線，所以任何光敏元件都能和它配合接收到光信號。特點(diǎn)：發(fā)光穩(wěn)定、簡單、壽命短而且發(fā)熱大、效率低、動(dòng)態(tài)特性差，但對接收光敏元件的光譜特性要求不高，是可取之處。白熾燈、電爐等類的“冷阻”特性,造成開通瞬間的浪涌電流,超過額定工作電流值數(shù)倍。鎢有正阻特性：其冷阻遠(yuǎn)小于熱阻（12-16倍)，隨著電壓的慢慢升高，電流慢慢加大，導(dǎo)致燈絲發(fā)熱而發(fā)光，其電阻值也由冷阻到熱阻慢慢過渡。使用時(shí)如能使燈絲逐漸加熱到正常電流可以延長其使用壽命。第26頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三用鎢絲做燈絲，玻璃泡殼。電流流過鎢絲，使鎢絲升溫而發(fā)光。儀器中使用的白熾燈是低電壓大電流的，即電壓6～12V，功率在數(shù)瓦到幾十瓦，燈絲聚集成點(diǎn)光源狀白熾燈價(jià)廉，但壽命短，一般只幾百小時(shí)。工作時(shí)間長了，燈絲的鎢蒸發(fā)，燈絲變細(xì)，易被燒斷。鎢沉積在燈泡上。使燈泡發(fā)黑，亮度降低。為克服白熾燈的弱點(diǎn)產(chǎn)生了鹵鎢燈鹵鎢燈:用更耐高溫的石英為泡殼，在泡殼內(nèi)充入微量鹵族元素或其化合物（常用溴或碘的化合物，如溴化硼）開燈蒸發(fā)出鎢分子生成鹵化鎢在燈內(nèi)擴(kuò)散鎢燈絲鹵化物釋放出鹵蒸氣燈絲附近分解出鎢這個(gè)鹵鎢循環(huán)的過程使燈絲不會(huì)引蒸發(fā)而迅速變細(xì)，壽命較長。其工作溫度比白熾燈高，色溫達(dá)3200K以上，輻射光譜0.25~3.5μm。發(fā)光效率可達(dá)30lm/W,比白熾燈高2~3倍，更廣泛地用作儀器的白光源第27頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三2.3氣體放電光源1、定義:也稱氣體燈，利用氣體放電原理制成的光源稱為氣體放電光源。2、氣體放電原理：在泡殼內(nèi)充入的氣體（氘、氙、金屬蒸汽汞、硫氘等）在電場的作用下激勵(lì)出電子和離子，電子和離子從電場中獲得能量分別向陰極和陽極運(yùn)動(dòng)，它們與氣體原子或分子碰撞時(shí)會(huì)激勵(lì)出新的電子和離子。這一過程中會(huì)引起原子的激發(fā)（躍遷到高能級），受激原子回到低能級時(shí)就會(huì)發(fā)射出輻射（發(fā)光）。第28頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三3、氣體放電光源的優(yōu)點(diǎn)（1）發(fā)光效率高：比同瓦數(shù)的白熾燈發(fā)光效率高2～10倍。（2）結(jié)構(gòu)緊湊：由于不靠燈絲發(fā)光，電極可以做得牢固緊湊耐震、抗沖擊。（3）壽命長：一般比白熾燈壽命長2～10倍。（4）光色適應(yīng)性強(qiáng)（范圍大）：可在較大范圍內(nèi)選擇。只要選則適當(dāng)?shù)陌l(fā)光材料即可。如普通高壓汞燈發(fā)光波長大約為400~500nm由于上述特點(diǎn)，氣體放電光源具有很強(qiáng)的競爭力，在光電測量和照明中得到廣泛使用。氣體放電燈不足之處：冷態(tài)阻抗大，起動(dòng)后阻抗又急劇變小的特點(diǎn)，其特性類似于電弧特性。啟動(dòng)后內(nèi)阻太小，不得不采用限流措施，即所謂用鎮(zhèn)流器來限制電流，使得燈具的接線較白熾燈麻煩得多。第29頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三氣體放電燈的光譜是不連續(xù)的，光譜與氣體的種類及放電條件有關(guān)。改變氣體的成分、壓力、陰極材料和放電電流大小，可得到主要在某一光譜范圍的輻射。低壓汞燈、氫燈、鈉燈、鎘燈、氦燈是光譜儀器中常用的光源，統(tǒng)稱為光譜燈。例如低壓汞燈的輻射波長為254nm,546nm,576.96nm,579.07nm，鈉燈的輻射波長為589nm，可被用作單色光源。如果光譜燈涂以熒光劑，由于光線與涂層材料的作用，熒光劑可以將氣體放電譜線轉(zhuǎn)化為更長的波長，通過對熒光劑的選擇可以使氣體放電發(fā)出某一范圍的波長，如照明日光燈。氣體放電燈消耗的能量為白熾燈1/2-1/3幾種典型的氣體放電光源一、脈沖燈(弧光放電）二、原子光譜燈(輝光放電）三、汞燈節(jié)能燈第30頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三2）、脈沖燈的結(jié)構(gòu)和工作電路原理如圖所示，脈沖燈的燈管外繞有觸發(fā)絲。工作時(shí)在觸發(fā)絲上施加高的脈沖電壓，使燈管內(nèi)產(chǎn)生電離火花線，火花線大大減小了燈的內(nèi)阻，使燈“著火”。電容C中儲(chǔ)存著大量能量可在極短的時(shí)間內(nèi)通過脈沖燈，產(chǎn)生極強(qiáng)的閃光。1）、脈沖燈的特點(diǎn)在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)出很強(qiáng)的光輻射。亮度高為1010~1011cd/m2,閃光時(shí)間為ms~ns，除激光外，脈沖燈是最亮的光源。1脈沖燈(FlashLamp)高亮度攝影光源激光器光泵印刷制版的光源第31頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三特點(diǎn)：（1）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3）、脈沖氙燈氙燈是由充有惰性氣體---氙的石英泡殼內(nèi)兩個(gè)鎢電極之間的高溫電弧放電而發(fā)出強(qiáng)光的光源。（2）色溫約6000K左右，顯色指數(shù)90以上，因此有“小太陽”之稱。氙燈分為長弧氙燈、短弧氙燈和脈沖氙燈三種。長弧氙燈的發(fā)光效率為25～30lm／W第32頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三4）、脈沖氘燈——氘燈是一種熱陰極弧光放電燈氘燈的外形及其紫外光譜分布圖。氘燈的紫外線輻射強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、壽命長，因此常用作各種紫外分光光度計(jì)的連續(xù)紫外光源。5）、脈沖燈的應(yīng)用由于高亮度，可以廣泛用作(高速)攝影光源、激光器的光泵和印刷制版的光源，目標(biāo)顯示及測速。第33頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三2、原子光譜燈（又稱空心陰極燈）1）、結(jié)構(gòu)其結(jié)構(gòu)如下圖所示。陽極和圓筒形陰極封在玻殼內(nèi)，玻殼上部有—透明石英窗。工作時(shí)窗口透射出放電輝光，其中主要是陰極金屬的原子光譜。第34頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三2）、特點(diǎn)是屬于冷陰極低氣壓正常輝光放電燈空心陰極放電的電流密度比正常輝光高出100倍以上，電流大，溫度不高，因此發(fā)光譜線強(qiáng)度大，波長寬度小。金屬鈣的原子光譜波長為42267nm，帶寬33nm左右，輸出的光穩(wěn)定。3）、原子光譜燈的應(yīng)用是引出標(biāo)準(zhǔn)譜線的光束，確定標(biāo)準(zhǔn)譜線的分光位置，以及確定吸收光譜中的特征波長等。用于元素，特別是微量元素光譜分析的裝置中。3、汞燈汞燈mercurylamp利用汞放電時(shí)產(chǎn)生汞蒸氣獲得可見光的電光源。汞燈可分為低壓汞燈、高壓汞燈和超高壓汞燈三種。第35頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三點(diǎn)燃時(shí)汞蒸氣壓小于一個(gè)大氣壓，此時(shí)汞原子主要輻射波長為253.7nm的紫外線。常用的“日光燈”燈管內(nèi)壁涂以鹵磷酸鈣熒光粉，再將紫外線轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽狻９?jié)能型熒光燈內(nèi)壁涂有稀土熒光粉，發(fā)光效率更高。常用于光譜儀的波長基準(zhǔn)、紫外殺菌和熒光分析等低壓汞燈高壓汞燈高壓汞燈工作時(shí)，除了受激原子的受激輻射發(fā)光，還有電流通過高壓汞蒸氣，使之電離激發(fā)，形成放電管中電子、原子和離子間的碰撞而發(fā)光。汞蒸氣壓為1兆帕以上。電子與離子復(fù)合發(fā)光、激發(fā)原子與正常原子碰撞發(fā)光更加強(qiáng)烈。該燈從長波紫外到可見光都有很強(qiáng)的輻射，電弧亮度極高。汞工作蒸氣壓越高，可見光部分越豐富，電弧亮度也越高。超高壓汞燈有短弧超高壓汞燈和毛細(xì)管超高壓汞燈兩種。短弧（兩電極的距離為毫米量級）超高壓汞燈是輻射極強(qiáng)的長波紫外光和可見光的點(diǎn)光源超高壓汞燈第36頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三3汞燈低壓汞燈高壓汞燈超高壓汞燈汞蒸汽氣壓光譜用途低壓汞燈0.8Pa253.7nm線狀譜光譜儀波長基準(zhǔn)，紫外殺菌，熒光分析高壓汞燈0.1-1MPa可見光線狀，紅外連續(xù)紫外輻射度標(biāo)準(zhǔn)，熒光分析，紫外探傷，大面積照明超高壓汞燈10-20MPa可見光偏藍(lán)，紅外輻射增強(qiáng)光學(xué)儀器，熒光分析，光刻技術(shù)第37頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三2.4固體發(fā)光光源（FPD）一、定義固體發(fā)光光源又稱平板發(fā)光器件或平板顯示器。平板顯示器的厚度較薄，看上去就像一塊平板。二、分類1、平板顯示(FPD)按發(fā)光類型分：主動(dòng)發(fā)光型和被動(dòng)發(fā)光型兩種。前者媒質(zhì)自己發(fā)光，后者則靠媒質(zhì)調(diào)制外部光源實(shí)現(xiàn)信息顯示。2、按媒質(zhì)和工作原理分：液晶顯示(LCD)、等離子體顯示(PDP)、電致發(fā)光顯示(ECD)和電泳發(fā)光顯示(EPD)等。第38頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三一、場致(電致)發(fā)光光源1、定義：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，也稱電致發(fā)光。2、有三種形態(tài)粉末場致發(fā)光源薄膜場致發(fā)光源結(jié)型場致發(fā)光源（二極管）交流粉末場致發(fā)光屏1、結(jié)構(gòu)玻璃板熒光粉層反射層透明導(dǎo)電膜鋁箔電極2、工作原理：粉層中自由電子在強(qiáng)電場的作用下加速，獲得很高的能量，它們撞擊發(fā)光中心，使其受激發(fā)而處于激發(fā)態(tài)。當(dāng)激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí)以發(fā)光形式釋放能量。第39頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三3、發(fā)光亮度（2）發(fā)光亮度與時(shí)間的關(guān)系（1）發(fā)光亮度與所加電壓、頻率的關(guān)系如ZnS：峰值波長0.48~0.52μm,壽命約為3000小時(shí)4、使用特點(diǎn)：發(fā)散角大，光線柔和，壽命長，功耗小，響應(yīng)快，不發(fā)熱，但亮度低、電壓高，老化快L0、U0是發(fā)光屏最初的發(fā)光亮度與所加電壓第40頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三

直流粉末場致發(fā)光屏1、定義：依靠傳導(dǎo)電流產(chǎn)生激發(fā)發(fā)光。發(fā)光材料：ZnS:Mn、Cu。2、特點(diǎn)：100V電壓下，光亮度約為30cd/m2,壽命上千小時(shí)，發(fā)光效率0.2~0.5lm/W。適合于脈沖激發(fā)下工作。3、應(yīng)用：數(shù)碼、字符、矩陣的顯示第41頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三薄膜場致發(fā)光屏1、直流：主要有橙黃和綠色，10~30V電壓下，光亮度約為3cd/m2,發(fā)光效率10-4lm/W。壽理命大于1000小時(shí)。2、交流：主要有橙黃和綠色，100~300V電壓，頻率幾十~幾千Hz，光亮度幾百cd/m2,發(fā)光效率10-3lm/W。壽命大于5000小時(shí)。3、特點(diǎn)：均勻致密，分辨率高，對比性好，驅(qū)動(dòng)電壓低。第42頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三場致發(fā)光光源的優(yōu)點(diǎn)：場致發(fā)光光源的缺點(diǎn)：固體化、平板化，可靠、安全、占地小，易安裝面積、形狀不受限制屬無紅外輻射的冷光源，隱蔽性好，對環(huán)境沒影響視角大，光線柔和，便于觀察壽命長，發(fā)光不會(huì)突然熄滅功耗低，幾毫瓦/m2發(fā)光易于通過電壓控制亮度低（<50cd/m2)驅(qū)動(dòng)電壓高。上百伏老化快主要用途

特殊照明。儀表表盤、飛機(jī)座艙，坑道照明數(shù)字、符號顯示模擬顯示矩陣顯示圖像轉(zhuǎn)換及圖像增強(qiáng)第43頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三1發(fā)光二極管（LED

）發(fā)光原理

自發(fā)輻射在電場作用下半導(dǎo)體的少數(shù)載流子在PN結(jié)區(qū)的注入和復(fù)合產(chǎn)生發(fā)光的一種結(jié)型發(fā)光器件，也稱作注入式場致發(fā)光光源場（電）致發(fā)光：固體在電場的作用下將電能直接轉(zhuǎn)化為光能的發(fā)光現(xiàn)象。也稱電致發(fā)光。PN結(jié)未加偏壓時(shí)，在PN結(jié)內(nèi)形成內(nèi)電場，內(nèi)電場阻礙電子從N區(qū)進(jìn)入P區(qū)，空穴從P區(qū)進(jìn)入N區(qū)。當(dāng)PN結(jié)上加有正向電壓時(shí)，勢壘降低，電子由N區(qū)注入到P區(qū)，空穴則由P區(qū)注入到N區(qū)，稱為少數(shù)載流子注入。在耗盡層里，電子能夠自發(fā)地與空穴復(fù)合而放出能量----產(chǎn)生光子，光子朝各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，這就形成了結(jié)型發(fā)光，這就是LED。在LED中，向各個(gè)方向發(fā)出的光是自發(fā)發(fā)射的第44頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三2.LED的特性參數(shù)（1）量子效率內(nèi)量子效率：（接近100％）外量子效率（很低）Nr：產(chǎn)生的光子數(shù)，G:注入的電子空穴對NT：器件射出的光子數(shù)前者：發(fā)光復(fù)合在整個(gè)過程中的比例后者：發(fā)光復(fù)合過程中發(fā)射光子的能力Q:為什么LED大部分都是半球形？pn結(jié)附近由電能轉(zhuǎn)化成光能的效率輻射到外部的效率只是用來分析和評價(jià)芯片優(yōu)劣的特性。提高發(fā)光效率的方法是減少