光电检测技术—第二章节

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1、第二章光电检测用光源光学变换电路处理光电变换第二章光电检测用光源掌握内容发光二极管和激光光源的产生机理及基本特性，为正确使用打下一定基础。理解内容光产生的基本原理及方法了解内容气体光源和部分固体光源的机理和基本特性。第二章光电检测用光源2.1光的产生与光源分类2.2光源的基本特性参数2.3光电检测常用光源2.1.1光的本质及产生牛顿——微粒说根据光直线传播现象，对反射和折射做了解释不能解释较为复杂的光现象：干涉、衍射和偏振波动理论惠更斯、杨氏和费涅耳等解释光的干涉和衍射现象麦克斯韦电磁理论：光是一种电磁波2.1.1光的本质及产生光量子说1900年普朗克在

2、研究黑体辐射时，提出辐射的量子论1905年，爱因斯坦在解释光电发射现象时提出光量子的概念光子的能量与光的频率成正比光具有波粒二象性2.1.1光的本质及产生广义上——光辐射光以电磁波或粒子（光子）形式传播能量，光能量的传播过程称为光辐射。X射线、紫外辐射、可见光、红外辐射。狭义上——可见光对人眼能产生目视刺激而形成“光亮”感的电磁辐射。380~780nm。2.1.1光的本质及产生光是从实物中发射出来的，是以电磁波传播的物质粒子在不断地运动：原子内有若干电子围绕原子核不断运动运动有多种可能状态不同运动状态的电子具有不同能量当它们的运动受到骚扰时就可能发射出电

3、磁波。2.1.1光的本质及产生物体发光有两种基本形式：热辐射凡高于绝对零度的物体都具有发出辐射的能力。连续光谱，温度的函数，平衡辐射。“发光”辐射线光谱或带光谱，非温度函数，非平衡辐射。电致发光、光致发光、化学发光、热发光。2.1.1光的本质及产生电致发光物体中的原子或离子在电场加速的电子作用下，被激发到激发状态，当它返回到正常状态时将产生辐射。例如：发光二极管所产生的光就是电致发光。气体放电产生的辉光。2.1.1光的本质及产生光致发光物体被光直接照射或预先被照射而引起自身的辐射称为光致发光。例如：荧光、示波管、显象管、日光灯等中荧光物质的余辉。2.1.

4、1光的本质及产生化学发光由化学反应提供能量而引起的发光，称化学发光。例如：磷在空气中缓慢氧化而发光。热发光物体被加热到一定温度而发光，称热发光。例如：钠或钠盐在火焰中发出的钠黄光。2.1.1光的本质及产生实际上，物质受激而发光是很复杂的，有些同属几种受激过程。平衡和非平衡辐射：热辐射是一种能达到平衡状态的辐射，也称温度辐射，是热平衡状态的辐射。激发发光是一种非平衡辐射，即以一种外加能量转换成光能的过程。其光谱包括线光谱、带光谱。2.1.2光源分类定义：一切能产生光辐射的辐射源，无论是天然的，还是人造的，都称为光源。天然光源：是自然界中存在的：如太阳、恒星

5、等。人造光源：人为将各种形式的能量(热能、电能、化学能)转化成光辐射能的器件。电光源是最常见的光源。返回2.2光源的基本特性参数在光电检测中，光是信息的载体。光源的质量在光电测量中往往起着关键的作用。2.2光源的基本特性参数辐射能和光能辐射通量和光通量辐射出射度和光出度辐射强度和发光强度辐射亮度和光亮度辐射效率和发光效率2.2光源的基本特性参数辐射能Qe：以辐射形式发射、传播或接收的能量。焦耳：J光能Qv：光通量在可见光范围内对时间的积分。流明秒：lm.s2.2光源的基本特性参数辐射通量Φe：在单位时间内，以辐射形式发射、传播或接收的辐射能。瓦：W光通量

6、Φv：对可见光，光源表面在无穷小时间段内发射、传播或接收的所有可见光谱，其光能被无穷短时间间隔dt来除，其商定义为光通量。流明：lm2.2光源的基本特性参数辐射出射度Me：扩展辐射源单位面积所辐射的通量（也称辐射本领）。瓦每平方米：W/m2光出度Mv：对可见光，扩展辐射源单位面积所辐射的通量。勒克斯或流明每平方米：lx或lm/m22.2光源的基本特性参数辐射强度Ie：点辐射源在给定方向上通过单位立体角内的辐射通量。瓦每球面度：W/sr发光强度Iv：对可见光，点辐射源在给定方向上通过单位立体角内的辐射通量。坎德拉：cd2.2光源的基本特性参数辐射亮度Le：

7、辐射表面定向发射的辐射强度。瓦每球面度平方米：W/（sr.m2）光亮度Lv：对可见光，辐射表面定向发射的辐射强度。坎德拉每平方米：cd/m22.2光源的基本特性参数辐射效率ηe：在给定λ1~λ2波长范围内，某一光源发出的辐射通量与产生这些辐射通量所需的电功率之比，称为该光源在规定光谱范围内的辐射效率。无量纲发光效率ηv：在给定λ1~λ2波长范围内，某一光源发出的光通量与产生这些光通量所需的电功率之比，称为该光源在规定光谱范围内的发光效率。流明每瓦：lm/W应用时若光电测量系统光谱范围为λ1~λ2，应尽可能选用η较高的光源。2.2光源的基本特性参数光谱功率

8、分布：光源输出的功率与光谱有关，即与光的波长有关，称为光谱的功率分布。常见四种典