光电检测技术第四章

光电检测技术第四章第一页，共三十页，2022年，8月28日第四章：发光与耦合器件第一节发光二极管一、发光二极管的结构与工作原理二、LED的特性参数三、发光二极管的应用第二节激光器一、激光的产生二、氮氖激光器三、半导体激光器第二页，共三十页，2022年，8月28日第三节光电耦合器件一、光电耦合器件的含义和特点二、光电耦合器件的特性参数三、光电耦合器件的应用第三页，共三十页，2022年，8月28日在光电检测系统中，大量采用的是人工光源。按其工作原理不同，人工光源大致可以分为热光源、气体放电光源、固体光源和激光光源。其中气体放电光源又可分为开放式的电弧或电火花光源和封闭式的气体灯或气体放电管两种类型。发光与耦合器件第四页，共三十页，2022年，8月28日发光与耦合器件发光：物体向外发射出可见光、不可见光（红外、紫外等）热辐射：物体温度高于绝对零度而产生的物体热辐射。分类激发辐射：物体在待定温度下受外界能量激发的辐射，激发辐射光源为冷光源。第五页，共三十页，2022年，8月28日

利用物体升温产生光辐射的原理制成的光源叫做热光源。在照明工程、光学和光电检测系统中，这类光源有着广泛的应用。常用热光源中主要是黑体源和以炽热钨发光为基础的各种白炽灯。热光源发光或辐射的材料或是黑体，或是灰体，因此它们的发光特性，如出射度、亮度、发出通量的光谱刅㠃等，都可以利用普朗克公式进行精确的估算。也就是说，可以精确掌握和控制它们发光或辐射的性质。这是热光源的第一个优点。发光与耦合器件第六页，共三十页，2022年，8月28日热光源的第二个优点是，它们发出的通量构成连续的光谱，且光谱范围很宽，因此使用的适应性强。但是它们在通常温度或炽热温度下，发光光谱主要在红外区域中，少量在可见光区域中。只有在温度很高时，才会发出少量的紫外辐射，从这一特点来说，又限制了这类光源的使用范围。热光源的另一个优点是，这类光源大多属于电热型，通过控制输入电量，可以按需要在一定范围内改变它们的发光特性。同时采用适当的稳压或稳流供电，可使这类光源的光输出获得很高的稳定度。这在检测中是很重要的。发光与耦合器件第七页，共三十页，2022年，8月28日光致发光化学发光冷光源：摩擦发光阴极射线发光结型（注入式）

电致发光粉末薄膜发光与耦合器件第八页，共三十页，2022年，8月28日气体放电光源：利用置于气体中的两个电极间放电发光构成了气体放电光源，这类光源又可分为开放式气体放电光源和封闭式电弧放电光源两种。一、开放式气体放电光源1、直流电弧极间等离子体的辐射炽热电极的辐射2、高压电容火花发光与耦合器件第九页，共三十页，2022年，8月28日3、高压交流电弧弧线光谱火花线光谱4、炭弧主要用于照明加入不同元素时，可获得所需光谱辐射的输出。发光与耦合器件第十页，共三十页，2022年，8月28日二、气体灯将电极间的放电过程密封在泡壳中进行，又叫封闭式电弧放电光源。特点是辐射稳定、功率大、发光效率高。弧光放电辉光放电辉光与弧光中间形式

发光与耦合器件第十一页，共三十页，2022年，8月28日1、脉冲灯

发光与耦合器件第十二页，共三十页，2022年，8月28日2、燃烧式闪光泡

发光与耦合器件第十三页，共三十页，2022年，8月28日3、原子光谱灯

发光与耦合器件第十四页，共三十页，2022年，8月28日固体发光光源：电致发光是电能直接转换为光能的发光现象。实现这种发光的材料很多。利用电致发光现象制成的电致发光屏和发光二极管，将完全脱离真空．成为全固体化的发光器件。一、电致发光屏当荧光材料在足够强的电场或电流作用下，被激发而发光构成电致发光屏。按激发电源不同，又有交流和直流电致激发屏两种。发光与耦合器件第十五页，共三十页，2022年，8月28日1、交流粉末场致发光屏发光与耦合器件第十六页，共三十页，2022年，8月28日2、直流粉末电致发光屏依靠传导电流产生激光发光，结构与交流发光屏类似。3、薄膜电致发光屏致密、分辨力高对比好可用于隐蔽照明、雷达屏幕显示和数码显示等。4、标准发光屏发光与耦合器件第十七页，共三十页，2022年，8月28日二、发光二极管-第一节内容激光光源：-第二节内容

气体激光器

发光与耦合器件第十八页，共三十页，2022年，8月28日

固体激光器

发光与耦合器件第十九页，共三十页，2022年，8月28日可调谐染料激光器

发光与耦合器件第二十页，共三十页，2022年，8月28日半导体激光器

发光与耦合器件第二十一页，共三十页，2022年，8月28日第一节：发光二极管

发光二极管也叫做注入型电致发光器件。它是由P型和N型半导体组合而成的二极管，当在P-N结上施加正向电压时产生发光。其发光机理是：在P型半导体与N型半导体接触时，由于载流子的扩散运动和由此产生内电场作用下的漂移运动达到平衡而形成P-N结。若在P-N结上施加正向电压，则促进扩散运动的进行，即从N区流向P区的电子和从P区流向N区的空穴同时增多，于是有大量的电子和空穴在P-N结中相遇复合，并以光和热的形式放出能量。发光与耦合器件第二十二页，共三十页，2022年，8月28日发光二极管的结构原理如图所示。为能将所发光引出，通常将P型半导体充分减薄，于是结和复合发光主要从垂直于P-N结的P型区发出，在结的侧面也能发出较少的光。发光与耦合器件第二十三页，共三十页，2022年，8月28日发光与耦合器件发光二极管的主要特点如下：1．发光二极管的发光亮度与正向电流之间的关系如图。工作电流低于25mA时，两者基本为线性关系。当电流超过25mA后，由于P-N结发热而使曲线弯曲。采用脉冲工作方式，可减少结发热的影响，使线性范围得以扩大。正是由于这种线性关系．使之可以通过改变电流大小的方法，对所发光量进行调制。第二十四页，共三十页，2022年，8月28日发光与耦合器件2、发光二极管响应速度极快，有良好的频率特性。3、发光二极管的正向电压很低，约2v左右，于是它能直接与集成电路匹配使用。4、发光二极管还具有小巧轻便、耐振动、寿命长(大于5000h)和单色性好等一系列优点，使其应用越来越广泛。5．发光二松管的主要缺点是发光效率低．有效发光面很难做大。另外，发出短波光(如蓝紫色)的材料极少，制成的短波发光二极管的价格昂贵。克服这些缺点将位发光二极管作用及应用范围剧增。第二十五页，共三十页，2022年，8月28日发光与耦合器件基本结构：1、面发光二极管光束水平、垂直发散角均为120度。2、边发光二极管方向性较好，其发散角水平方向是25度-35度，垂直方向是120度。第二十六页，共三十页，2022年，8月28日发光与耦合器件特性参数1、LED效率用于非显示时用于显示时2、发光光谱峰值波长半宽度3、伏安特性第二十七页，共三十页，202