2完整版本.1-光源的特性參數(shù)

第2章光電檢測(cè)中的常用光源§2.1光源的特性參數(shù)§2.2熱輻射源§2.3氣體放電光源§2.4固體發(fā)光光源§2.5激光器第2章光電檢測(cè)中的常用光源一、光源1、光源的定義：廣義來(lái)說(shuō)，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(jiàn)光和紅外光的輻射。通常把發(fā)出可見(jiàn)光為主的物體叫作光源，而把發(fā)以非可見(jiàn)光為主的物體叫做輻射源。2、光源的分類(lèi)：

（1）按照光輻射來(lái)源不同，通常將光源分成兩大類(lèi)：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(chēng)為相干光波，相應(yīng)光源稱(chēng)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（2）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

2.1光源的特性參數(shù)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(yáng)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(chǎng)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3、電光源：將電能產(chǎn)生光輻射。光電檢測(cè)中常用的光源。4、電光源的發(fā)展人類(lèi)對(duì)電光源的研究始于18世紀(jì)末。19世紀(jì)初，英國(guó)的H.戴維發(fā)明碳弧燈。1879年，美國(guó)的T.A.愛(ài)迪生發(fā)明了具有實(shí)用價(jià)值的碳絲白熾燈，使人類(lèi)從漫長(zhǎng)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(guó)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(wèn)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(kāi)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。電光源5.電光源的分類(lèi)電光源一般可分為照明光源和輻射光源兩大類(lèi)。（1）照明光源是以照明為目的，輻射出主要為人眼視覺(jué)的可見(jiàn)光譜（波長(zhǎng)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(jiàn)光源。以上兩大類(lèi)光源均為非相干光源。此外還有一類(lèi)相干光源，它通過(guò)激發(fā)態(tài)粒子在受激輻射作用下發(fā)光，輸出光波波長(zhǎng)從短波紫外直到遠(yuǎn)紅外，這種光源稱(chēng)為激光光源。1、輻射效率和發(fā)光效率2、光譜功率分布3、空間光強(qiáng)分布

4、光源的顏色5、光源的色溫二、光源的特性參數(shù)1、輻射效率和發(fā)光效率（1）輻射效率：在給定λ1～λ2

波長(zhǎng)范圍內(nèi)，某一輻射源發(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，稱(chēng)為該輻射源在規(guī)定光譜范圍內(nèi)的輻射效率，表示為其單位？（2）發(fā)光效率：某一光源所發(fā)射的光通量與產(chǎn)生這些光通量所需的電功率之比，就是該光源的發(fā)光效率

（3）下表所列的為一些常用光源的發(fā)光效率2、光譜功率分布光源的光譜功率分布分成四種情況，如下圖所示(a)(b)(c)(d)(a)線狀光譜(b)帶狀光譜(c)連續(xù)光譜(d)混合光譜太陽(yáng)是黑體輻射,所以太陽(yáng)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(guò)太陽(yáng)表面大氣和地球大氣被選擇性吸收而形成的.照片里看見(jiàn)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(yáng)光和太陽(yáng)落山時(shí)的陽(yáng)光光譜不同!傍晚太陽(yáng)仰角0.5度下午太陽(yáng)仰角24度白熾燈是普通燈泡,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(yáng)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(jiàn)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.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!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.

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(yáng)光,所以光譜和太陽(yáng)光譜類(lèi)似:連續(xù)背景上有黑色夫瑯和費(fèi)吸收線(1)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)在選擇光源時(shí)，它的光譜功率分布應(yīng)由測(cè)量對(duì)象的要求來(lái)決定。在目視光學(xué)系統(tǒng)中，一般采用可見(jiàn)區(qū)光譜輻射比較豐富的光源。對(duì)于彩色攝影用光源，應(yīng)采用類(lèi)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。3、空間光強(qiáng)分布常用發(fā)光強(qiáng)度矢量和發(fā)光強(qiáng)度曲線來(lái)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(zhǎng)度與該方向的發(fā)光強(qiáng)度成正比，稱(chēng)其為發(fā)光強(qiáng)度矢量。（2）發(fā)光強(qiáng)度曲線將各矢量的端點(diǎn)連起來(lái)，就得到光源在該截面上的發(fā)光強(qiáng)度分布曲線，也稱(chēng)配光曲線。下圖是氣體發(fā)光光源光強(qiáng)分布。配光曲線1212用光線疏密表示強(qiáng)度大小發(fā)光強(qiáng)度矢量------描述光源在某一平面內(nèi)的光強(qiáng)分布用線的長(zhǎng)度表示強(qiáng)度大小例：高壓球形氙燈

4、光源的顏色光源的顏色包含了兩方面的含義，即色表和顯色性（1）光源的色表用眼睛直接觀察光源時(shí)所看到的顏色稱(chēng)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。（2）光源的顯色性當(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(jué))與該物體在完全輻射體照射下所呈現(xiàn)的顏色的—致性，稱(chēng)為該光源的顯色性。a、光源對(duì)于物體顏色呈現(xiàn)的程度稱(chēng)為顯色性。通常叫做“顯色指數(shù)”（Ra）b、顯色性是指事物的真實(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的關(guān)系。Ra值的確定，是將DIN6169標(biāo)準(zhǔn)中定義的8種測(cè)試顏色在標(biāo)準(zhǔn)光源和被測(cè)試光源下做比較，色差越小則表明被測(cè)光源顏色的顯色性越好。（紅色、黑色、黃色、粉紅色、綠色、藍(lán)色、紫色、棕色

）5、光源的色溫黑體的溫度與它的輻射特性是一一對(duì)應(yīng)的。從光源的顏色與溫度的這種關(guān)系，引出了顏色溫度的概念，簡(jiǎn)稱(chēng)色溫。一般光源的色溫，經(jīng)常用色溫、相關(guān)色溫和分布溫度表示。（1）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的顏色相同，則黑體的這一溫度稱(chēng)為該輻射源的色溫。（2）相關(guān)色溫：若—個(gè)光源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