《光电子技术第》PPT课件

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1、光电子技术第十九课王炜路Tel：18296136141QQ：67148453Email：wlwang@ecit.cn精彩回顾光源光源可分为自然光源和电光源光电式传感器对光源的选择因素：波长、相干性、体积、造价、功率电光源的分类热光源气体放电光源固体发光光源激光光源热辐射光源发光原理：热辐射温度高辐射能量大辐射光谱的峰值波长短白炽灯1米螺旋形钨丝，蒸发变黑，加氮气喇叭形感柱，固定金属部件，其中的排气管用来把玻壳里的空气抽走，然后将下端烧焊密封，灯就不漏气了。制造方便，成本低，线路简单，产量最大，应用最广泛白炽灯的发明，美国通常归功于爱迪生，英国则归功于斯旺。在英国，

2、电灯发明百周年纪念于1978年10月举行，而美国则于一年后的11月举行澳大利亚政府推出了一项逐步采用节能荧光照明设备，以减少温室气体排放的计划，从2010年开始将禁止使用白炽灯泡气体放电光源发光原理：电流通过气体发光光谱不连续，光谱与气体的种类及放电条件有关。改变气体的成分、压力、阴极材料和放电电流的大小，可以得到主要在某一光谱范围的辐射源。日光灯、低压汞灯、氢灯、钠灯、镉灯、氦灯是光谱仪器中常用的光源。固体发光光源发光原理：电场激发固体发光材料发光。器件称为电致发光器件，如发光二极管（LED），半导体电子元件,当电子与空穴复合时能辐射出可见光。磷砷化镓二极管发红

3、光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。加正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。电子和空穴复合，所释放的能量Eg等于PN结的禁带宽度（即能量间隙）。所放出的光子能量用hν表示，h为普朗克常数，ν为光的频率。则普朗克常数h=6.6╳10-34J.s；光速c=3╳108m/s；Eg的单位为电子伏（eV），1eV=1.6╳10-19J。hc=19

4、.8×10-26m•W•s=12.4×10-7m•eV。可见光的波长λ近似地认为在7×10-7m以下，所以制作发光二极管的材料，其禁带宽度至少应大于普通二极管是用锗或硅制造的，这两种材料的禁带宽度Eg分别为0.67eV和1.12eV，显然不能使用。hc/λ=1.8eV通常用的砷化镓和磷化镓两种材料固溶体，写作GaAs1-xPx，x代表磷化镓的比例，当x＞0.35时，可得到Eg≥1.8eV的材料。改变x值还可以决定发光波长，使λ在550～900nm间变化，它已经进入红外区。与此相似的可供制作发光二极管的材料见下表。材料波长/nm材料波长/nmZnS340CuSe-Z

5、nSe400～630SiC480ZnxCd1-xTe590～830GaP565,680GaAs1-xPx550～900GaAs900InPxAs1-x910～3150InP920InxGa1-xAs850～1350表2-1LED材料发光二极管的伏安曲线U/VI/mA-10-5012GaAsP(红)GaAsP(绿)发光二极管的伏安特性与普通二极管相似，但随材料禁带宽度的不同，开启（点燃）电压略有差异。图为砷磷化镓发光二极管的伏安曲线，红色约为1.7V开启，绿色约为2.2V。注意，图上的横坐标正负值刻度比例不同。一般而言，发光二极管的反向击穿电压大于5V，为了安全起见

6、，使用时反向电压应在5V以下。发光二极管的光谱特性0.20.40.60.81.006007008009001000GaAsPλp=670nmλp=655nmGaAsPλp=565nmGaPλ/nm相对灵敏度砷磷化镓的曲线有两根，这是因为其材质成分稍有差异而得到不同的峰值波长λp。除峰值波长λp决定发光颜色之外，峰的宽度（用Δλ描述）决定光的色彩纯度，Δλ越小，其光色越纯。发光二极管的发光效率很大程度上取决于有多少光能够逸出二极管表面，因为大多数半导体材料折射率较高，到达二极管表面的光线大部分将被反射回去。发光二极管的发光强度与电流成正比，这个电流范围约在几十毫安之

7、内，进一步增加会引起发光二极管输出光强饱和直至损坏器件，使用时常串联电阻使发光二极管的电流不会超过允许值。发光二极管具有体积小、寿命长（106~109h）、工作电压低（1~2V）、响应速度快（几个纳秒至几十纳秒）的优点，在实践中得到了广泛的应用。光源所发出的总光通量（流明、亮度）与该光源所消耗的电功率（瓦）的比值，称为该光源的光效。发光效率值越高，表明照明器材将电能转化为光能的能力越强，即在提供同等亮度的情况下，该照明器材的节能性越强；在同等功率下，该照明器材的照明性越强，即亮度越大。照明是为眼睛服务的，眼睛感觉到的光能量，才是真正有用的光能量。表征的是光源产生发

8、生的光通量