光电系统的常用光源

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1、第一章光电系统的常用光源1.1辐射度学与光度学的基础知识1.2热辐射光源1.3气体放电光源1.4激光器1.5光纤激光器1.6发光二极管(LED)一切能产生光辐射的辐射源都称为光源天然光源人造光源电磁波谱一切能产生光辐射的辐射源都称为光源人造光源电磁波谱按照发光机理，光源的分类：需要了解各类光源的发光机理、重要特性、适用场合，以便正确选用光源。1.1辐射度学与光度学的基础知识介绍描述光辐射的一套参量一、辐射度的基本物理量1.辐射能：以辐射的形式发射、传播或接收的能量，单位为J（焦耳）。2.辐射通量又称辐射功率：单位时间内通过某截面的所有波长的总电磁辐射能，单位为W（瓦、焦耳每秒）。

2、单位:（瓦每球面度）3.辐射强度描述点辐射源的辐射功率在不同方向上的分布。定义为在给定方向上的立体角元内，辐射源发出的辐射通量与立体角元之比。4.辐射出射度与辐射亮度单位：（瓦每平方米）单位：（瓦每球面度平方米）的定义的定义辐射出射度：通过单位面元辐射出的功率。辐射亮度：是面元位置和辐射方向的函数，等于该方向面元辐射强度与面元表面积之比。5.辐射照度是照射在面元上的辐射通量与该元的面积之比。单位：（瓦每平方米）6.光谱辐射量或单色辐射度量、辐射量的光谱密度：是该辐射量在某波长处的单位波长间隔内的大小，是辐射量随波长的变化率。其它辐射度量都有类似关系。二、光度的基本物理量1.光谱光

3、视效率V(λ):人眼对各种光波长的相对灵敏度详见表1.12.光度量光度量与辐射度量是一一对应的。辐射度量是客观物理量，光度量体现了人的视觉特性。1）光能单位：lm·s（流明·秒）2）光通量单位：lm（流明）3）发光强度单位：cd（坎德拉）发光强度是光度量中最基本的单位。在明视觉时，规定：时，即：1W=683lm此时，V(λ）=1V(λ）＜11W＜683lm时，可见，辐射通量与光通量之间的换算关系：1W=683V(λ）lm，定义：Km=683lm/W有关系式：4）光出射度与光亮度单位：lm/m2单位：cd/m2实用单位：sb(熙提)1sb=104cd/m25)光照度单位：lx（

4、勒克斯）1lx=1lm/m2普适关系式：三、光源的辐射效率与发光效率辐射效率发光效率单位：lm/W1.2热辐射光源在热平衡条件下绝对黑体热辐射能力最强，是一种理想的热辐射源。由于内部原子、分子的热运动而产生辐射的光源，辐射光谱是连续光谱一、理想的热辐射光源热辐射光源：物体温度升高到足够高即可发光。需要外界提供能量，维持辐射。在辐射过程中不改变自身的原子、分子的内部状态，辐射光谱是连续光谱。α(λ，T)=1—绝对黑体辐射出射度光谱吸收比入射辐射普朗克公式：(黑体的单色辐射出射度)维恩位移定律：(最大辐射出射度)斯蒂芬—玻尔兹曼定律：(黑体的辐射出射度只与黑体的温度有关，与其他性质无

5、关）绝对黑体的温度决定了它的辐射光谱分布；随着温度T的升高；峰值波长向短波方向移动；总出射度迅速增加。黑体的辐射出射度灰体：α(λ，T)＜1的热辐射光源，具有与绝对黑体类似的辐射规律。色温：规定两波长处热辐射源的辐射比率相同的黑体温度。色温高代表蓝绿光成分多些，色温低则表示橙红光多些。相关色温：1.太阳与黑体辐射器二、实际的热辐射光源太阳的光谱分布非常接近于绝对黑体黑体辐射器：科学制作的小孔空腔结构，可以很好地实现绝对黑体的辐射功能。常用作标准光源，最高工作温度是3000K。实际应用多在2000K以下。2.白炽灯与卤钨灯灰体钨丝做灯丝白炽灯玻璃泡壳;色温约2800K,辐射光谱约0

6、.4～3μm。可见光只占6～12%，用于照明；加红外滤光片可作为近红外光源。卤钨灯石英泡壳;泡壳内充入微量卤族元素或其化合物（如溴化硼）;形成卤钨循环。色温3200K以上,辐射光谱为0.25～3.5μm。发光效率可达30lm/W(为白炽灯的2～3倍)，作仪器白光源.1.3气体放电光源发光机理：气体放电。气体在电场作用下激励出电子和离子，成为导电体。离子向阴极、电子向阳极运动，从电场中得到能量，它们与气体原子或分子碰撞时会激励出新的电子和离子，也会使气体原子受激，内层电子跃迁到高能及。受激电子返回基态时，就辐射出光子来。气体放电光源的特点：1）发光效率高,节能。2）电极牢固紧凑，耐

7、震，抗冲击。3）寿命长，比白炽灯长2～10倍。4）辐射光谱可以选择，只要选用适当的发光材料。泡壳：用玻璃或石英等材料制造；电极：阴极、阳极或不区分（交流灯）泡壳内充入发光用的气体：金属蒸汽、金属化合物蒸汽、惰性气体基本结构一、汞灯泡壳内充汞蒸汽1.低压汞灯：作253.7nm紫外光源；作荧光灯（日光灯）。印刷制版、灭菌灯2.高压汞灯：可见辐射加强，呈带状光谱，可作高效工业照明光源。3.球形超高压汞灯：很好的蓝绿光点光源。探照灯、投影仪二、钠灯泡壳内充的是氖氩混合气体与金属钠滴。低压