光电检测技术第二章ppt课件.ppt

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1、第二章光电检测用光源2.1光的产生2.2发光二极管2.3激光光源2.4其他光源2.1光的产生光的辐射1.高能级、低能级、基态、跃迁等2.3.原子光谱：原子中有很多可能的能级，当原子受激后可发出多种频率的光，这些频谱是分立的，称为原子光谱。a.气体或气态物质产生的为非连续的“自然光”b.固态物质产生的为非相干的“自然光”4.激发发光：激励、复合激励：在外界作用下，粒子吸收能量，电子由低能级跃迁到高能级的过程，常称为受激吸收。复合：电子由高能级回到低能级，释放能量。a.变成粒子热运动的动能（温升）b.

2、以光的形式辐射出来5.一般光源—自发辐射激光光源—受激辐射（受激跃迁）光的产生方法电致发光物质中的原子或离子受到被电场加速的电子的轰击，使原子中的电子从被加速的电子那里获得动能，由低能态跃迁到高能态；当它由受激状态回复到正常状态时，就会发出辐射。例如：发光二极管光致发光物体被光直接照射或预先被照射而引起的自身辐射称为光致发光。例如：a.荧光、示波管、显像管等荧光物质的余晖b.钠光灯被另一钠光灯照射发出的黄光c.短波长的紫外光照射到杂质（油污）上发出的波长较长的可见荧光等光的产生方法化学发光由化学反

3、应提供能量而引起的发光。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。例如：a.钠或钠盐在火焰中发出钠黄光b.白炽灯发光（热光源）2.2发光二极管发光二极管（LED）的类型发光二极管的原理发光二极管的特性发光二极管的应用由半导体PN结构成，其工作电压低、响应速度快、寿命长、体积小、重量轻，因此获得了广泛的应用。在半导体PN结中，P区的空穴由于扩散而移动到N区，N区的电子则扩散到P区，在PN结处形成势垒，从而抑制了空穴和电子的继续扩散。当PN结上加有正向电压时，势垒降低，电子由N区

4、注入到P区，空穴则由P区注入到N区，称为少数载流子注入。所注入到P区里的电子和P区里的空穴复合，注入到N区里的空穴和N区里的电子复合，这种复合同时伴随着以光子形式放出能量，因而有发光现象。发光二极管LED（LightEmittingDiode)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=

5、19.8×10-26m•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hc/λ=1.8eV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。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

6、二极管的材料见下表。材料波长/nm材料波长/nmZnS340CuSe-ZnSe400～630SiC480ZnxCd1-xTe590～830GaP565,680GaAs1-xPx550～900GaAs900InPxAs1-x910～3150InP920InxGa1-xAs850～1350表4.1-1LED材料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。U/VI/mA注意，图上的横坐标

7、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，使用时反向电压应在5V以下。-10-5012GaAsP(红)GaAsP(绿)发光二极管的光谱特性如图所示。图中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。0.20.40.60.81.006007008009001000GaAsPλp=670nmλp=655nmGaAsPλp=565nmGaPλp=9

8、50nmGaAs发光二极管的光谱特性λ/nm相对灵敏度发光二极管的驱动电路直流供电交流供电接入开关电路中接入线性放大电路中2.3激光光源激光器的结构与原理激光器的种类激光器的特性参数激光器在光电检测方面的应用激光器结构和原理受激辐射：激光是受激辐射的光放大。粒子数反转增益大于损耗激光器由三部分组成：激活介质，谐振腔和激发源。激发源激活介质激光产生的基本条件把处于低能态的电子激发或泵浦到高能态上去，需要泵源需要大量的粒子数反转，使受激辐射足以克服损耗需要一个共振腔提供正反馈及增益，用