《南京理工大学光源》PPT课件

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1、第四章、发光与耦合器件发光：通常把物体向外发射出可见光的现象称为发光。但对光电技术领域来说，光辐射还包括红外、紫外等不可见的频段。热发光：物体在发光过程中产生大量的热量，温度明显的升高。冷发光：指物体在发光过程中不产生大量的热量，温度没有明显的升高，一般保持在常温。☺按激发方式的不同，发光可分为光致发光，化学发光、摩擦发光、阴极射线致发光、电致发光等等。第一节、发光二极管它是一种电致发光器件，它是一个PN结，当PN结加上正向电压时，结区势垒降低，P区的空穴往N区扩散，N区电子往P区扩散，电子与空穴在P

2、N结区相遇复合释放能量而发光。1、结构发光二极管（LED）按发光波长来分：红外发光二极管；可见光发光二极管2、分类3、发光原理PN结加以正向电压时，在PN结附近稍偏于P区一边的地方，处于高能态的电子与空穴相遇时，便产生发光复合。辐射光的波长决定于材料的禁带宽度Eg，即由于不同材料的禁带宽度不同，所以由不同材料制成的发光二极管可发出不同波长的光。(1)属于低电压、小电流器件，在室温下即可得到足够的亮度；(2)发光响应速度快(10-7~10-9s)；(3)性能稳定，寿命长(一般105小时以上)；(4)易于

3、和集成电路匹配，且驱动简单；(5)与普通光源相比，单色性好；(6)小型、耐冲击。缺点:功率较小、光色有限，较难获得短波发光(如紫外、蓝色)，且发光效率低。4、优缺点二、LED的性能参数1、LED的效率⑴用于显示的LED，使用流明效率。流明效率ηL：用人眼衡量的效率，它表示消耗单位功率Pi所得到的光通量F。⑵用于非显示时，使用功率效率与光学效率。功率效率ηp:将输入的电功率Pi转换成辐射的功率Pe的效率。光学效率ηo:外量子效率ηqe与内量子效率ηqi之比。内量子效率ηqi:辐射复合所产生的光子数NT1

4、与激发时注入的电子孔穴对数G之比。外量子效率ηqe：射出的光子数NT与注入的电子孔穴对数G之比。量子效率是指注入载流子复合而产生的光量子效率。2、发光光谱指发光的相对强度（或能量）随波长（或频率）变化的分布曲线。3、伏安特性通过发光二极管的电流与加到二极管两端电压之间的关系，称为发光二极管的伏安特性。UT为开启电压。U＞UT时，二极管导通发光。U＜UT时，二极管截止不发光。UT的大小与材料、工艺等因素有关。发光二极管的反向击穿电压一般在－5V以上。发光二极管的发光亮度，基本上是正比于电流密度。这种性质

5、，对于采用脉冲驱动的方式是很有利的，它可以在平均电流与直流电流相等的情况下，获得很高的亮度。4、发光亮度5、温度特性温度对PN结的复合发光是有影响的，在偏置电压不变的情况下，结温升高到一定程度后，电流将变小，发光亮度减弱，电流与温度的关系大致如上图所示。6、寿命☆发光二极管的寿命都很长，在电流密度j＝1A/cm2的情况下，一般可达106h，最长可达109h。☆电流密度对二极管的寿命是有影响的，电流密度大时，发光亮度高，寿命就会很快缩短。7、响应时间☆指发光二极管启亮与熄灭时的时间延迟。☆发光二极管的响

6、应时间很短，一般只有几纳秒至几十纳秒。☆当利用脉冲电流去驱动发光二极管时，应考虑到脉冲宽度、占空比与响应时间的关系。三、发光二极管的应用及使用要点⑴数字、文字、图像显示；⑵指示、照明；⑶光源；⑷光电开关、报警、遥控、耦合；1、应用2、使用要点⑴开启电压发光二极管的电特性和温度特性都与普通的硅、锗二极管类似。只是正向开启电压一般都比普通的硅、锗二极管大些，而且因品种而异。⑵温度特性利用发光二极管和硅的受光器件进行组合使用时，应注意到二者的温度特性是相反的。温度升高时，发光二极管的电光转换效率变小，亮度减

7、弱。而硅的受光器件，光电转换效率却是增加的。所以使用时，应把二者放到一起考虑，注意其组合后的整体温度特性。⑶方向特性发光二极管一般都带有圆顶的玻璃窗，当利用它和受光器件组合时，应注意到这一结构上的特点。发光管与受光管二者对得不准时，效果会变得很差。第二节、激光器激光器是一种新型光源，和钨丝灯等常见光源相比，有许多突出的特点，例如，方向性强、单色性好、相干性好、亮度高等。激光的发散角很小，只有几毫弧，激光束几乎就是一条直线。一、激光的产生1、受激辐射原子在两个能级之间跃迁有三种情况，设E1为基态，E2为

8、激发态。这二能态之间的任何跃迁都伴随着发射或吸收频率为ν12的光子。⑴吸收过程：常温下大部分原子处于基态。如过能量正好等于hν12的光子碰击此系统时，处于基态的原子会吸收光子而进入激发态。⑵自发发射过程：原子在激发态是不稳定的，在没有任何外界刺激的条件下，有自发返回基态的趋势，并放出能量为hν12的光子。⑶受激辐射过程：当能量为hν12的入射光子激励已处于激发态的原子后，原子因受激而跃回基态，并发射出频率、相位和方向都与入射光子相同的能量为hν12的光子