常用光輻射源

常用光輻射源第1頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一第02章常用光輻射源討論：研究光輻射源的意義

光輻射源光電探測器輻射強度輻射光譜······靈敏度響應(yīng)光譜······第2頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一第02章常用光輻射源光輻射源分類:自然光源人工光源--被動探測系統(tǒng)--主動探測系統(tǒng)討論：舉例說明

第3頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一漆黑環(huán)境中的人和鐵絲網(wǎng)的溫差溫度低溫度高－－自然光源，如太陽、導(dǎo)彈尾焰、人體等，可組成被動探測系統(tǒng)，其信息源直接來自目標自身的輻射或外來光輻射，它沒有人為的光發(fā)射系統(tǒng)，如天文光電探測、紅外跟蹤制導(dǎo)、微光夜視儀······第4頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一半導(dǎo)體激光器－－人工光源，如黑體輻射器、白熾燈、激光器等，可組成主動探測系統(tǒng)，其信息源來自人造光源對目標的反射、透射和散射等光輻射，它一般需要人為精心設(shè)計光發(fā)射系統(tǒng)，如激光制導(dǎo)、光電精密微小尺寸測量、光電磁場測量······第5頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一第02章常用光輻射源光輻射源分類:自然光源人工光源--被動探測系統(tǒng)--主動探測系統(tǒng)本章介紹：熱輻射光源氣體放電光源

激光器

發(fā)光二極管

第6頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一第02章常用光輻射源2.1黑體輻射2.2光源的基本特性參數(shù)2.3熱輻射光源2.4*氣體放電光源2.5激光器2.6發(fā)光二極管第7頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一2.1黑體輻射能夠在任何溫度下全部吸收所有波長輻射的物體叫絕對黑體－－簡稱黑體輻射出度輻射照度－－黑體－－其他物體第8頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一2.1黑體輻射能夠在任何溫度下全部吸收所有波長輻射的物體叫絕對黑體－－簡稱黑體輻射出度入射輻射例如：黑體模擬器遠處開著的窗戶第9頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一2.1黑體輻射能夠在任何溫度下全部吸收所有波長輻射的物體叫絕對黑體－－簡稱黑體研究黑體輻射意義：－－比較基準▲黑體模擬器

▲近似黑體，如太陽、地球、海水······

▲用黑體某些特性表征光源和輻射體絕對黑體是理想熱輻射源，自然界并不存在！！第10頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一1.發(fā)射率和基爾霍夫定律光譜發(fā)射率：一般輻射體：黑體：2.1黑體輻射第11頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一發(fā)射率的意義：例：地面物體發(fā)射率近似值土質(zhì)黑土稀草麥田砂石灰?guī)r砂礫雪海水ε0.870.840.930.890.9l0.910.0950.99根據(jù)地面物體發(fā)射率的差別及對環(huán)境輻射的反射率的差別，遙感系統(tǒng)能把道路、河流等地形區(qū)分開來。衛(wèi)星紅外遙感原理：2.1黑體輻射第12頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一例1X國衛(wèi)星監(jiān)視YYY潛艇基地

海面冰封潛艇出航December25,2001RussiaKamchatkaSubmarineBase第13頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一例2紅外遙感紅外遙感熱像光譜輻射儀重慶紅外遙感地圖第14頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一例2紅外遙感偽彩色圖：顏色—溫度第15頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一1.發(fā)射率和基爾霍夫定律光譜發(fā)射率：基爾霍夫定律：－－強吸收體必是強發(fā)射體?。?！2.1黑體輻射第16頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一2．普朗克輻射公式黑體光譜輻出度與波長、絕對溫度之間關(guān)系峰值波長和溫度關(guān)系：溫度升高向短波方向移動

2.1黑體輻射第17頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一峰值波長和溫度的關(guān)系：溫度升高向短波方向移動

例1：燒紅的火鉗

0.6微米0.78微米3~5微米8~14微米2．普朗克輻射公式溫度高－－通紅溫度低－－暗紅第18頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一例2：典型軍事目標輻射

溫度升高，輻射的峰值波長向短波方向移動

2．普朗克輻射公式高溫體熱輻射1~5微米常溫體熱輻射8~14微米第19頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一2．普朗克輻射公式某一溫度下灰體的輻射具有與同溫度下黑體相似的光譜能量分布特性。重要概念－－灰體問題：灰體與同溫度的黑體是否具有相同的峰值波長？第20頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一2．普朗克輻射公式灰體的意義例

計算常溫下T=300K的海水在8～14μm的輻射出度Me8～14。目標－－艦艇背景－－海水黑體海水如何計算？第21頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一例3：常見的三類輻射體

灰體的光譜輻射分布與黑體的光譜輻射分布形狀相似，最大值的位置也一致－－常將熱輻射體按灰體或黑體計算。2．普朗克輻射公式第22頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一3．維恩位移定律紅外技術(shù)中，用維恩定律計算出某一溫度的峰值波長，以確定紅外探測器工作的峰值波長．2.1黑體輻射峰值波長第23頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一3．維恩位移定律例：直升機的排氣溫度為540°C，宜選用峰值波長為多少的探測器？2.1黑體輻射表中哪種探測器合適？第24頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一4．斯蒂芬——玻爾茲曼定律例：黑體的全光譜輻射出射度與溫度成4次方的關(guān)系．在紅外隱身技術(shù)中，第一要素就是如何降低武器平臺的溫度，以最大限度的減少向環(huán)境的紅外輻射能。2.1黑體輻射第25頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一4．斯蒂芬——玻爾茲曼定律降低武器平臺的溫度后，紅外輻射的峰值波長的輻出度將按溫度5次方的關(guān)系向長波方向偏離．根據(jù)降低的溫度數(shù)值，可以具體計算武器平臺紅外輻射的峰值是否移出紅外探測器的探測范圍，進而評估紅外隱身的效果．斯蒂芬—玻爾茲曼定律的一個特殊形式——黑體光譜輻射出射度峰值的表達式：例：紅外隱身效果評估2.1黑體輻射第26頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一維恩位移定律－－峰值波長斯蒂芬－玻爾茲曼定律－－總輻射出度普朗克輻射公式－－光譜輻射能分布比較：2.1黑體輻射第27頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一2.1黑體輻射黑體輻射定律的應(yīng)用例1.

便攜式輻射測溫儀可用于電力系統(tǒng)中電接頭的溫度檢查·······

測溫范圍

PT120:-20℃～1200℃

瞄準方式：激光瞄準、望遠鏡瞄準討論：測溫儀的工作原理--斯蒂芬－玻爾茲曼定律

--測量對象的發(fā)射率第28頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一2.1黑體輻射黑體輻射定律的應(yīng)用例2.工業(yè)冶煉中的應(yīng)用工業(yè)上冶煉金屬鎳，出爐時間依靠有經(jīng)驗的工人師傅發(fā)現(xiàn)爐火為“孔雀藍”(稱標識色)時，即是出爐的最好時機。討論：1.這種方法的缺點？（主觀）2.黑體輻射定律（客觀）

提示：維恩位移定律黑體輻射在工業(yè)冶煉金屬鎳中應(yīng)用第29頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一第二章常用光輻射源2.1黑體輻射2.2光源的基本特性參數(shù)2.3熱輻射光源2.4氣體放電光源2.5激光器2.6發(fā)光二極管第30頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一2.2光源的基本特性參數(shù)1.輻射效率和發(fā)光效率2.光譜功率分布3.光強的空間分布4.光源的色溫第31頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一2.光譜功率分布在選擇光源的時候，應(yīng)選擇光譜功率分布的峰值波長與光電器件的靈敏波長相一致線狀光譜帶狀光譜連續(xù)光譜混合光譜2.2光源的基本特性參數(shù)第32頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一2.光譜功率分布2.2光源的基本特性參數(shù)實驗測得的He-Ne激光譜線－－帶狀光譜第33頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一2.光譜功率分布2.2光源的基本特性參數(shù)實驗中測得的溴鎢燈譜線－－連續(xù)光譜第34頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一2.光譜功率分布2.2光源的基本特性參數(shù)實驗中測得的熒光燈譜線－－混合光譜第35頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一4.光源的色溫如果熱輻射光源發(fā)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。在一定溫度下，黑體的光譜輻射分布曲線是唯一的。色溫的意義－－比較基準第36頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一4.光源的色溫如果熱輻射光源發(fā)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。色溫的實例白熾燈：連續(xù)光譜：---可見光譜段中部和黑體輻射曲線相差約0.5％---整個光譜段內(nèi)和黑體輻射曲線平均相差2％---色溫為2856K的白熾燈代表什么意義？

第37頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一4.光源的色溫如果熱輻射光源發(fā)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。色溫的實例太陽：太陽的色溫--5900K第38頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一色溫圖色溫升高4.光源的色溫第39頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一4.光源的色溫如果熱輻射光源發(fā)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。色溫與生活沉穩(wěn)、恬靜的人適合選擇6500～9000K的色溫?zé)崆楸挤诺娜诉m于選用4000～5600K的色溫色溫高色溫低第40頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一4.光源的色溫如果熱輻射光源發(fā)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。問題：1.發(fā)出連續(xù)光譜的白熾燈2.發(fā)出帶狀光譜的光源同色異譜第41頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一4.光源的色溫?zé)晒鉄糇V線即同一色溫可由不同的光譜能量分布構(gòu)成同色異譜白光紅綠藍第42頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一第二章常用光輻射源2.1黑體輻射2.2光源的基本特性參數(shù)2.3熱輻射光源2.4氣體放電光源2.5激光器2.6發(fā)光二極管第43頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一2.3熱輻射光源物體因溫度而輻射能量的現(xiàn)象叫熱輻射。熱輻射又名“紅外輻射”，

是一種肉眼不可見光?？梢姽獠ǘ螣彷椛洳ǘ蔚?4頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一地下熱源引起地表溫差管道海灣戰(zhàn)爭中，此原理用于探測沙堆下的坦克。第45頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一2.3熱輻射光源物體因溫度而輻射能量的現(xiàn)象叫熱輻射。2.黑體輻射器3.白熾燈與鹵鎢燈1.自然輻射源第46頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一1.自然輻射源1.自然輻射源太陽：黑體色溫5900K峰值波長？第47頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一1.自然輻射源1.自然輻射源人體：近似灰體能量分布8～12μm紅外被動成像第48頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一1.自然輻射源1.自然輻射源波長(微米)2.74.2尾焰的光譜特征

4.4‘紅’峰‘藍’峰飛行器：近似灰體選擇性發(fā)射紅外告警第49頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一飛行器與天空－－目標與背景的輻射對比度目標輻射出射度：背景輻射出射度：1.自然輻射源第50頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一飛行器與天空－－目標與背景的輻射對比度設(shè)TT=310K,TB=300K全光譜：C≈0.06251~2.5μm：C≈0.31743~5μm：C≈0.17428~12μm：C≈0.07931.自然輻射源第51頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一飛行器與天空－－目標與背景的輻射對比度短波紅外圖像有最好的對比度發(fā)展方向－－紅外多光譜成像光譜儀第52頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一2.黑體輻射器人工模擬絕對黑體－－黑體模擬器

能夠在任何溫度下全部吸收所有波長輻射的物體叫絕對黑體－－恒溫空腔黑體輻射－－所有波長入射－－多次漫射及吸收2.3熱輻射光源第53頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一2.黑體輻射器2.3熱輻射光源標準光源---紅外光譜區(qū)0.75μm～2.5μm0.75μm～6μm應(yīng)用：最高工作溫度：3000K，實際<2000K.為什么？一種人造黑體輻射器結(jié)構(gòu)示意圖第54頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一3.白熾燈與鹵鎢燈可見光譜段中部和黑體輻射曲線相差約0.5％整個光譜段內(nèi)和黑體輻射曲線平均相差2％色溫限制：～2800K光譜范圍：0.4~3μm

白熾燈特點：光電技術(shù)常用測試光源：色溫2856K白熾鎢絲燈鹵鎢燈特點：（自讀）2.3熱輻射光源第55頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一第02章常用光輻射源2.1黑體輻射2.2光源的基本特性參數(shù)2.3熱輻射光源2.4氣體放電光源2.5激光器2.6發(fā)光二極管第56頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一2.5激光器第57頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一例：氦氖激光器,波長為632．8nm的紅光，頻率為4.74×1014Hz，譜線寬度只有9X10-2Hz；普通的氦氖氣體放電管,同樣頻率的光，其譜線寬度達1.52×109Hz高單色性：高方向性：例：定向性好的探照燈，直徑一米左右的光束，不出十公里就擴大為直徑幾十米的光斑了。氦氖氣體激光器，一條細而亮的筆直光束，光束的發(fā)射角3X10－4rad，十分接近于衍射極限(2X10－4rad)2.5激光器第58頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一2.5激光器激光器由工作物質(zhì)、諧振腔和泵浦源組成：第59頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一2.5激光器產(chǎn)生激光的必要條件：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)諧振腔泵浦源

第60頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一2.5激光器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（LD）第61頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一1.氣體激光器He-Ne激光器：CO2激光器：峰值波長632.8nm，波長穩(wěn)定度10－6，用于精密計量、全息術(shù)、準直測量、激光陀螺等典型的波長為10.6μm，脈沖放電方式，峰值功率可達千兆瓦，用于金屬材料的切割、寶石加工、手術(shù)治療、自由空間激光通信等特點：光束質(zhì)量高，單色性和方向性優(yōu)于固體和

半導(dǎo)體激光器

2.5激光器第62頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一4.半導(dǎo)體激光器（LD）半導(dǎo)體激光器。常用的是PN結(jié)注入式，也稱激光二極管（LaserDiode，簡稱LD）。LD在電子線路中的符號2.5激光器第63頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一4.半導(dǎo)體激光器（LD）粒子數(shù)反轉(zhuǎn)：？？？諧振腔：－－晶體解理面泵浦源－－外電源必須滿足上述三個激光產(chǎn)生的條件：2.5激光器第64頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一諧振腔：利用半導(dǎo)體晶體的自然解理面，作為激光器的諧振腔。GaAs注入式半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)示意圖4.半導(dǎo)體激光器第65頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一粒子數(shù)反轉(zhuǎn)：加正向電壓－注入電流－注入--導(dǎo)帶中電子數(shù)目>價帶中電子數(shù)目粒子數(shù)反轉(zhuǎn)重摻雜4.半導(dǎo)體激光器結(jié)區(qū)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)第66頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一4.半導(dǎo)體激光器（LD）高能電子與空穴相遇－－發(fā)光，解理面諧振腔的共振放大，定向發(fā)射－－激光。第67頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一4.半導(dǎo)體激光器（LD）摘自國家精品課程《光纖通信技術(shù)》--深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院制作第68頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一半導(dǎo)體激光器的P－I特性自發(fā)輻射－－熒光受激輻射－－激光4.半導(dǎo)體激光器第69頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一調(diào)制特性LD的重要特性：直接調(diào)制（光源內(nèi)部調(diào)制）調(diào)制頻率高達10GHz，可應(yīng)用于光通信4.半導(dǎo)體激光器第70頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一4.半導(dǎo)體激光器（LD）輸出功率：連續(xù)波幾mW到數(shù)百mW脈沖波可達數(shù)W陣列式達到幾十W波長：0.33～44μm應(yīng)用舉例嫦娥激光高度計①通訊，作光源100億路電話，全世界人同時通話②光計算機，1000億次/秒③激光全息；DCD；激光雷達；火炮自動瞄準第71頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一半導(dǎo)體激光器尺寸4.半導(dǎo)體激光器第72頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一半導(dǎo)體激光器功率4.半導(dǎo)體激光器第73頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一激光器軍事應(yīng)用舉例：據(jù)俄羅斯紐帶新聞網(wǎng)2005年11月1日報道，美國軍方研制出世界第一款實用型激光步槍－－“PhaSR”激光步槍最大特點：暫時使人失明，被照射者的視力可以自然恢復(fù)激光不會給人體眼球帶來永久性損傷4.半導(dǎo)體激光器第74頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一激光器軍事應(yīng)用舉例：4.半導(dǎo)體激光器WJG-2002激光槍來源：網(wǎng)易軍事中國新型激光眩目器第75頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一第02章常用光輻射源2.1黑體輻射2.2光源的基本特性參數(shù)2.3熱輻射光源2.4氣體放電光源2.5激光器2.6發(fā)光二極管第76頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一2.6發(fā)光二極管發(fā)光二極管，簡稱LED（LightEmittingDiode），也叫做注入型電致發(fā)光器件。LED(LD)在電子線路中的符號第77頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一2.6發(fā)光二極管1．發(fā)光原理與結(jié)構(gòu)2．伏安特性和時間響應(yīng)3.超高亮度發(fā)光二極管第78頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一1．發(fā)光原理與結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體激光器類似，PN結(jié)，無諧振腔等要求，不是激光，而是熒光發(fā)光原理：2.6發(fā)光二極管第79頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一1．發(fā)光原理與結(jié)構(gòu)峰值波長：峰值波長范圍：255nm～1670nm

近年來，GaN藍、紫LED－－白光注：中央臺，2003科學(xué)與教育“研究生論文”——新材料“藍光、紫光”2.6發(fā)光二極管第80頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一開啟電壓：1～2V工作電流：5~50mA2．伏安特性和時間響應(yīng)2.6發(fā)光二極管第81頁，共88頁，2023年，2月20日，星期一時間響應(yīng)：(a)穩(wěn)定發(fā)光(b)脈沖