光电检测技术与光纤基础：第2章 光检测中的常用光源

第2章光检测中的常用光源多种多样，如各种照明灯、激光器、太阳、热物体等。按发光形式分有自然光源及人造光源。从发光机理上分热辐射光源、气体放电光源固体发光光源、激光器、化学发光……2第2章光检测中的常用光源从相干性上分气体激光器固体激光器染料激光器半导体激光器等离子体激光器激光非线性光学器件相干光源太阳气体放电灯、荧光灯白炽灯黑体辐射器阴极射线管等离子体管荧光显示器液晶显示器场致发光（EL）显示器发光二极管（LED）信息处理用光源显示光源照明光源非相干光源32.1光源的特性参数2.1.1辐射效率（客观的）和发光效率辐射效率：发光效率：单位：lm/W2.1.2光谱功率分布λ0a.线状光谱λ0b.带状光谱λ0c.连续光谱0λd.复合光谱如：低压汞灯光谱如：高压汞灯光谱如：白炽灯、卤素灯光谱如：荧光灯光谱%4仪器测量时----所选光源的峰值波长应与探测器的灵敏波长相一致目测时----------绿光光源彩色摄像时----选择发射连续光谱的光源。如：白炽灯,投影仪-----氙灯紫外分光光度计---氘灯、汞灯2.1.3空间光强分布一般来讲光源的辐射强度在空间各个方向上是不同的所以在光源的不同方位放置探测器时所接收的辐射通量也不同，对能量的利用率也就不相同了。所以有必要研究光源的空间辐射强度分布dΩ5配光曲线1212用光线疏密表示强度大小发光强度矢量------描述光源在某一平面内的光强分布用线的长度表示强度大小例：高压球形氙灯62.1.4光源的颜色色表：用眼睛直接观察光源时，所看到的颜色称为光源的色表。显色性：用某种光源照射物体时，物体所呈现的颜色（物体反射光在人眼内产生的颜色感觉）与该物体在完全辐射体照射下所呈现的颜色的一致性，称为光源的显色性……。2.1.5光源的色温0.52000K6000K1000Kλ1.01.52Me(λ,T)白色橙黄色暗红色黑体辐射的颜色由黑体的温度决定色温----当某一辐射体辐射光的颜色与某一温度下的黑体所辐射光的颜色相同时，则将黑体的温度称为光源的色温。白炽灯、卤钨灯、镝灯显色性较好高压汞灯、高压钠灯较差R、G、B值相等7相关色温----当辐射体的辐射颜色不与任何一温度下的黑体辐射的颜色完全相同时，我们就用色坐标最接近这种辐射体的黑体温度做为辐射体的色温，称为相关色温。分布温度----当辐射源在某一波长范围内辐射的相对光谱功率分布，与黑体在某一温度下辐射的相对光谱功率分布一致，则此时的黑体温度为辐射源的分布温度。（客观的）0.5λ1.01.52Me(λ,T)可见光0.53000Kλ1.01.52Me(λ,T)黑体R、G、B值最接近分布温度为3000K82.2热辐射源2.2.1太阳紫外光6.46%，可见光46.25%，红外光47.29%太阳光谱能量分布：相当于5900K左右的黑体辐射2.2.2黑体模拟器绝热层、加热器、高吸收比内表面、温度探测器主要结构：热电偶目的：获得标准辐射源，用于光电测量仪器的校准及测量102.2.3白炽灯最常见的热辐射源，钨丝高温辐射，发射光谱与黑体非常相似，在可见光波段相差0.5%左右。是非常好的黑体替代光源。发光稳定、寿命长、使用简单等（2）充氩、氮等惰性比较大的气体—延长寿命，工作温度2700-3000K，发光效率约17lm/w（3）充卤素（氯化碘，溴化硼等）--进一步提高寿命。工作温度3000-3200K，发光效率约30lm/w（1）真空钨丝灯--工作温度：2300K-2800K，发光效率约10lm/w。112.3气体放电光源种类很多，氢、氦、氘、氙、氪、汞、钠、硫蒸气等充入灯管中特点：1.发光效率高，是白炽灯的2~10倍2.电极结构紧凑，耐震，耐冲击3.寿命长，大约是白炽灯的2~10倍4.光谱范围广电子或气体中残存的离子原子某些原子的电子跃迁到高能级发光（被电场加速）撞击电子离子产生原子撞击（被电场加速）自发辐射回低能级更多122.3.1脉冲灯脉冲灯---在极短的时间内发出很强的光辐射应用特点---高亮度，摄影光源、激光器光泵、印刷制版脉冲氙灯，色温与日光接近，6000K左右，适用于彩色摄影，显色指数大于90%.，俗称“小太阳”。如氙灯工作电路长弧――条形管，螺旋管，U型管短弧――卧式（抛物面、椭球面）立式（球面，正极在上）用途：连续激光器、复印件、投影仪、汽车照明、光谱实验。发光效率25~20lm/W此外还有长弧氙灯、短孤氙灯（连续发光）

142.3.2原子光谱灯---空心阴极灯优点：波长宽度很小，谱线强度大。用于测波长及微量元素测定等。每一种元素有相应的空心阴极灯如氘灯发连续紫外光.强度高、稳定性好、寿命长常用于各种紫外分光光度计的标准辐射光源元素152.3.3汞灯b.高压汞灯：主要是可见光成份，1~5大气压低压汞灯：发235.7nm的紫外光小于0.8个大气压c.超高压汞灯:10~200个大气压162.4固体发光光源（FPD）“又称为“平板发光光源”或“平板显示器”（分主动与被动发光）分类：液晶显示（LCD）、等离子体显示（PDP）电致发光显示（ELD）……2.4.1场致发光光源ElectronLuminescent1.交流粉末场致发光屏发光亮度与所加电压的关系17与时间的关系如ZnS：峰值波长0.48~0.52μm,寿命约为3000小时使用特点：发散角大，光线柔和，寿命长，功耗小，响应快，不发热，但亮度低、电压高，老化快2.直流粉末场致发光屏100V电压下，光亮度约为30cd/m2,寿命上千小时，发光效率0.2~0.5lm/W。适合于脉冲激发下工作。主要用于：数码、字符、矩阵的显示183.薄膜场致发光屏直流：主要有橙黄和绿色，10~30V电压下，光亮度约为3cd/m2,发光效率10-4lm/W。寿命大于1000小时交流：主要有橙黄和绿色，100~300V电压，频率几十~几千Hz，光亮度几百cd/m2,发光效率10-3lm/W。寿命大于5000小时19场致发光光源的优点：场致发光光源的缺点：固体化、平板化，可靠、安全、占地小，易安装面积、形状不受限制属无红外辐射的冷光源，隐蔽性好，对环境没影响视角大，光线柔和，便于观察寿命长，发光不会突然熄灭功耗低，几毫瓦/m2发光易于通过电压控制亮度低（<50cd/m2)驱动电压高。上百伏老化快主要用途-----特殊照明。仪表表盘、飞机座舱，坑道照明数字、符号显示模拟显示矩阵显示图像转换及图像增强20212.4.2其它平板显示器件1.液晶的电光效应和液晶显示（LCD）（1）什么是液晶液晶是指在某一温度范围内，从外观看属于具有流动性的液体，但同时又是具有光学双折射性的晶体。

“液晶”包含两种含义，一是指处于固体相与液体相中间状态的液晶相，二是指具有上述液晶相的物质。光光双折射纸面方解石晶体

o光的像e光的像22（2）液晶的各向异性液晶分子向列液晶液晶物质的大多数为有机化合物，其分子的形状一般为细长的棒状或扁平的板状（3）液晶分子取向与电场的关系a.正性液晶分子的偶极矩与长轴方向平行b.负性液晶分子的偶极矩与长轴方