第二章光电检测技术的常用光源wyzh

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1、第2章 光电检测中的常用光源2.1 2.1 光源的特性参数光源的特性参数2.2 2.2 热辐射源热辐射源2.3 2.3 气体放电光源气体放电光源2.4 2.4 固体发光光源固体发光光源2.5 2.5 激光器激光器一、光的产生及其产生方法 原子内有若干电子围绕原子核不断运动，其运动有多种可能状态量。不同运动状态的电子具有不同能量，常用“能级”一词来代表电子绕原子核的运动状态。 如果有外来的激励，把适合的能量传递给电子，电子就可能从低能级进入较高的能级。这个过程是瞬间完成的，称为跃迁。电子受激励跃迁到较高能级(激发态)只能维持很短的时间，就回到低能级，这个从激发态向下回落到低能级的过程中，必然释放

2、出多余的能量，释放能量的形式有两种：变成粒子热运动的动能(温升)；以光子的形式发射出来nmmnEEh光产生的方法： (1)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。例如气体激光器所产生的光就是电致发光。 (2)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。如荧光，示波管、显像管等中荧光物质的余辉；红宝石激光器等。(3)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。(4)热发光。物体被加热到一定温度而发光，称热发光

3、。如钠或钠盐在火焰中发出的光 二二 光源光源1、光源的定义：、光源的定义：广义来说，广义来说，任何发出光辐射的物体都可以任何发出光辐射的物体都可以叫作光辐射源。叫作光辐射源。这里所指的光辐射包括紫外光、可见光和红这里所指的光辐射包括紫外光、可见光和红外光的辐射。通常把发出外光的辐射。通常把发出可见光可见光为主的物体叫作为主的物体叫作光源光源，而把而把发以发以非可见光非可见光为主的物体叫做为主的物体叫做辐射源。辐射源。2、光源的分类：、光源的分类： （1）按照光辐射来源不同，通常将光源分成两大类：按照光辐射来源不同，通常将光源分成两大类：自然光源和人工自然光源和人工光源。光源。（2）利用光波在时

4、间、空间上的相位特性利用光波在时间、空间上的相位特性 相干光源：光波的频率相同、振动方向相同和相位差恒定是能够产生相干光源：光波的频率相同、振动方向相同和相位差恒定是能够产生干涉的必要条件。满足干涉条件的光波称为相干光波，相应光源称为相干涉的必要条件。满足干涉条件的光波称为相干光波，相应光源称为相干光源。干光源。如激光、非线性光学器件等。如激光、非线性光学器件等。 非相干光源：不满足以上条件的光源。非相干光源：不满足以上条件的光源。如照明光源、显示光源、信息如照明光源、显示光源、信息处理用光源处理用光源（3）发光机理）发光机理 热辐射光源、气体发光光源、固体发光光源、激光器热辐射光源、气体发光

5、光源、固体发光光源、激光器气体激光器气体激光器固体激光器固体激光器染料激光器染料激光器半导体激光器半导体激光器等离子体激光器等离子体激光器激光激光非线性光学器件非线性光学器件相相干干光光源源太阳太阳气体放电灯气体放电灯白炽灯白炽灯黑体辐射器黑体辐射器阴极射线管阴极射线管等离子体管等离子体管荧光显示器荧光显示器液晶显示器液晶显示器场致发光（场致发光（EL）显示器）显示器发光二极管（发光二极管（LED）信息处理用光源信息处理用光源显示显示光源光源照明照明光源光源非非相相干干光光源源半导体激光器染料激光器固体激光器气体激光器激光器等离子体显示液晶显示场致发光结型发光固体发光光源汞灯原子光谱灯脉冲灯气

6、体放电光源白炽灯黑体模拟器太阳热辐射光源光源按发光机理按发光机理光源光源3、电光源（、电光源（将电能产生光辐射）将电能产生光辐射）的发展的发展人类对人类对电光源电光源的研究始于的研究始于 1818世纪末世纪末。19 19 世纪初世纪初，英国的，英国的H.H.戴维发明戴维发明碳碳弧灯弧灯。18791879年年，美国的，美国的T.A.T.A.爱迪生爱迪生发明了具有实用价值的发明了具有实用价值的碳丝白炽灯碳丝白炽灯 ，使人类从漫长的火光照明进入电气照明时代。使人类从漫长的火光照明进入电气照明时代。19071907年年采用拉制的采用拉制的钨丝钨丝作为白炽体。作为白炽体。2020世纪世纪3030年代初年

7、代初，低压钠灯低压钠灯研制成功。研制成功。19381938年年，欧洲和美国研制出，欧洲和美国研制出荧光灯荧光灯 ，发光效率和寿命均为白炽，发光效率和寿命均为白炽灯的灯的3 3倍以上，这是电光源技术的一大突破。倍以上，这是电光源技术的一大突破。4040年代年代高压汞灯高压汞灯进入实用阶段。进入实用阶段。 5050年代末年代末，体积和光衰极小的卤钨灯问世，改变了热辐射光源技，体积和光衰极小的卤钨灯问世，改变了热辐射光源技术进展滞缓的状态，这是电光源技术的又一重大突破。术进展滞缓的状态，这是电光源技术的又一重大突破。 6060年代年代开发了开发了金属卤化物灯和高压钠灯金属卤化物灯和高压钠灯，其发光效

8、率远高于高压，其发光效率远高于高压汞灯。汞灯。 8080年代年代出现了细管径紧凑型出现了细管径紧凑型节能荧光灯节能荧光灯、小功率高压钠灯小功率高压钠灯和和小功小功率金属卤化物灯率金属卤化物灯，使电光源进入了小型化、节能化和电子化的新，使电光源进入了小型化、节能化和电子化的新时期。时期。 澳大利亚、加拿大、日本等国家和地区逐步禁止白炽灯澳大利亚、加拿大、日本等国家和地区逐步禁止白炽灯的生产和销售。的生产和销售。LED照明灯和节能灯泡逐步取代了白炽灯的照明灯和节能灯泡逐步取代了白炽灯的地位。我国从地位。我国从2012年年10月月1日起，开始逐步禁止进口和生产日起，开始逐步禁止进口和生产销售销售白炽

9、灯白炽灯。白炽灯淘汰路线进入到了落实阶段。白炽灯淘汰路线进入到了落实阶段 节能灯是利用气体放电的原理运作，它的术名叫自镇流荧光灯，节能灯是利用气体放电的原理运作，它的术名叫自镇流荧光灯，除了白色（冷光）的外，现在还有黄色（暖光）的。一般来说，除了白色（冷光）的外，现在还有黄色（暖光）的。一般来说，在同一瓦数之下，一盏节能灯比白炽灯节能在同一瓦数之下，一盏节能灯比白炽灯节能80%，平均寿命延，平均寿命延长长8倍，热辐射仅倍，热辐射仅20%。非严格的情况下，一盏。非严格的情况下，一盏5瓦的节能灯光瓦的节能灯光照可视为等于照可视为等于25瓦的白炽灯，瓦的白炽灯，7瓦的节能灯光照约等于瓦的节能灯光照约

10、等于40瓦的，瓦的，9瓦的约等于瓦的约等于60瓦的。瓦的。 其大部分光是由放电产生的紫外线激活荧光粉涂层而发射出来的其大部分光是由放电产生的紫外线激活荧光粉涂层而发射出来的 4) ( TTMBw 4.电光源的分类电光源的分类w 电光源一般可分为电光源一般可分为照明光源和辐射光源两大类照明光源和辐射光源两大类。w （1）照明光源）照明光源是以照明为目的，辐射出主要为人眼视觉是以照明为目的，辐射出主要为人眼视觉的可见光谱（波长的可见光谱（波长380780纳米）的电光源，其规格品纳米）的电光源，其规格品种繁多，功率从种繁多，功率从0.1瓦到瓦到20千瓦，产量占电光源总产量的千瓦，产量占电光源总产量的

11、 95以上。以上。w （2）辐射光源）辐射光源是不以照明为目的，能辐射大量紫外光谱是不以照明为目的，能辐射大量紫外光谱（1380纳米）和红外光谱（纳米）和红外光谱（ 7801106纳米）的电光纳米）的电光源，它包括紫外光源、红外光源和非照明用的可见光源。源，它包括紫外光源、红外光源和非照明用的可见光源。w 以上两大类光源均为非相干光源以上两大类光源均为非相干光源。w 此外还有一类此外还有一类相干光源相干光源，它通过激发态粒子在受激辐射，它通过激发态粒子在受激辐射作用下发光，输出光波波长从短波紫外直到远红外，这作用下发光，输出光波波长从短波紫外直到远红外，这种光源称为种光源称为激光光源激光光源。