光电子课件和光学功能材料第三讲

自然光源是自然界中存在的，如 等，其 人造光源，如黑体辐射器、白炽灯、激光器等，可组成射和散射等光辐射，它一般需要人为精心设计光发射系

气体放电光源

§3-2黑体§3-3热辐射光§3-4气体放电§3-5电致发光§3-7半导体§3-8同步辐射6§§3 一、发光源的基本特性1、辐射效率（辐射度学）和发光效率（光度学2e( eePPv vKm ePPlm/W(流明每瓦V(λ)为明视觉光谱光视效率，Km为明视觉最大光谱光视效光源种发光效光源种发光效普通钨丝高压卤钨高压钠普通荧光球形氙三基色荧光金属卤化物光源输出的功率与光谱（光的波长）有线状低压

带状光

连续光如：、黑

复合光光1.稠密物质,包 下 傍

是黑体辐射,光谱主要是连续谱,但是上面有黑线,即著名的夫琅和择性吸收而形成的.白炽灯是普通灯泡,钨丝加热发光,发出连续光谱,所以从红到紫一片连续,和光谱相比少了那些黑线.桔黄色的高压钠灯被广泛用于晚间照明红色部分发出连续光谱.二、光源选择的基本1.光谱特性必须满足检测系统的要求，光源和光电2发光强度必须满足检测系统的要求34.对光源的结构和形状；发光面积的大小和构成；

光谱特目视可见光谱辐射比较丰富的光源目视瞄准---绿光光源（减轻人眼的疲劳紫外、红外---紫外灯（氙灯、紫外灯）、红外灯光源强度过低，系统获得信号过小，可能无法正常监发光源的稳定光源发光各向异性---发光强度曲线（配光曲线）---在光源辐射光的空间某一截面将与发光强度相同点的连照明方向---提高光的利利用反光罩（焦点位于光源的发中心）---充分利用其他方向黑体的定黑体的定§3-2黑体辐射理想的辐射光物体因温度而辐射能量的现象叫家们定义了一种理想物体——黑体(blackbody 黑 黑体:在任何温度下、对任何波长的热辐射吸收比均为1黑体----理想模型实际中的物体总是小于1黑体模 一个不透明的空腔开有小孔可近似看理想的黑黑体注意：黑体只是=1，并不一定是黑色的（ ），有当其自身的热辐射很弱时，看上去是 的特征：辐射光谱是连续αλT 在热平衡条件 绝对黑体热辐射能力最强热辐射的任何物体任何温度均存在热辐射谱是连续谱各种波长(频率)都有，但是强度不同 短波长的电磁波的比例 钢 热的地方显白色，冷的地方显黑二.描述热辐射的基本物单色辐出度、辐出度、单色吸收比、单色反射1）单色辐出度（单色发射本领指温度为T的物体单位时间内从单位表面发出的波长附近单位波长间隔内的辐射M(T)M(T)dM或按频率定义

T

(温度为T的物体单位时间内从单位表面发出的频附近单位频率间隔内的辐射T

M(T)M(T)dM (T) (T) (T)物质种类和表面22）辐出度辐射出射度总发射本领Me(T)0Me(T)Me(T)0Me(T)Me(T)Me(T)0Me(T)3）单色吸收比（率）和单色反射比（率 部分被若外部分被若外来部分被物体吸收和反射波长在

d区间的辐射能，该区间总的入射能之比，分别称为单色吸收比和单色反((T)d(吸)d(入射(T)d((T)d(反射)dM(入射 三、平衡热辐 当物体在同一时间内辐射和吸收的能量恰相等时，物体达到热平衡。此时物体温度恒定不 平衡热辐讨论平衡热辐射的四、黑体辐射的实验规 基尔霍平衡热辐射时各种各种物体单色辐出度与单色吸收比的比值彼此相等,等于在同一温度下黑体对同一波长的单色辐出度Me1(T)Me2(T) Me

为黑体的单色辐1黑体T23为黑体的单色吸1黑体T23表明：1）好的辐射体也是好的吸黑体是完全的吸收体，因此也是理想的辐若Me已知，

Mei(T)i(T)Me确定黑体的单色辐出度成为研究热辐射黑体辐射测量的光光栅光黑光热电测T对黑体加热，会放出热辐通过光栅可得到黑体辐射通过热电偶可得到黑体辐射的单色辐出----Me(T)Me(T)dMe(T) MMe(T)=5.6710-8物理意义

mTb=2.897756×10-3b称为维 CC=5.880×1010五、经典物理学遇到 M(T)M(T)3e为常瑞利-金 1900年从经典电动力学和统计物理理论推导而M(T)

2π

k c为真空中的光 瑞利(瑞利(长波符合较好实验(短波符合较好普朗克朗克黑普朗克（1858- ，从而产生了量子1 能量子假设（1900年、黑体腔壁中的电子振动可视为、谐振子的能量是分立的，只能小能量的整数即，2，3nE

称为能量子(n123

h

34Js 恒

经典物经典物2可连续取E1 黑体辐M(T)/(109Wm-26 的理论 * **实验 实验*T*

2000 **Mn(TMn(T) c1ehν/- 物理 例 可以看成黑体，地球上测出其峰值波长m=510nm，则其表面温度和辐出度为多少解： 位移定Tm mT m

藩-玻 定M(T)T45.67108(57006.00107w/m3.33.3动而改变其能量状态并向外辐射各种波长的电磁波αλT 透射比或反射比皆为热辐射能力3.33.3与黑体辐射 非常接近于绝对黑1然辐射源>22体辐33炽灯与卤11•光能量能量分布相5900k左右的黑紫外可见红外辐射11：：峰值波长大气层 辐射的吸收主要集中在红外区和可见光区22人工模拟绝对黑体模拟器－－所有波－－多次漫射及黑体模拟器,也称基准辐射源,其温度可以很精确地形状多种多样,但从结构上考虑,最常见的黑体模型 辐射的峰值波长在红外33钨丝做灯丝原。白炽的程度，利用热辐射发出可。特显色缺点：因其极大部分辐射为红外线，辐射光谱约可见光占6～12%，用于照明，故发光效率 种磨砂型、漫射型、装饰型、局部照明灯泡、水下灯泡等钨丝灯的相对光谱功率 4.卤钨通常在灯泡内充以惰性气体以抑制钨丝的蒸发。温度而不能附着其上（卤钨灯的管壁温度要比普通白炽灯高得多），通过色温也有所提高。特它与白炽灯比较，辐射光谱为0.25～3.5μm。光效提高 这种灯多用于较大空间、要求高照度的场所，其色温特用于电视转播摄象照§3.4发光机理：气体在电场作用下放电，即受激电子的自泡壳：用玻璃或石英等材料制造的管形电极：阴极、阳泡壳内充入发光用的气体：金属蒸汽金属化合物蒸气体放电光源的特 图2-8是常用气体放电灯的外形图。表2-2列出了常气体放电灯的种类、性能以及它们的主要应用 气体放电灯的基本结构是一 灯(泡壳内 1. 时发出的辐射。当蒸气压为0.8Pa，玻璃壳温度40℃P403- 2. 当灯內的蒸气压达到1∼10大气压时，灯电弧的辐射可作高效照明 3.球 压λ点燃时，灯內蒸气压达到10∼20MPa，这样灯的辐射光谱与高压灯相比有明显的不同：紫外辐射减少，可见辐射光谱线较宽，连续部分增加，并且红外光谱辐射增强，如图⒞所示用于光学仪器、荧光分三 灯光谱的比较低 灯高 灯球 灯二、钠灯(泡壳内充的是氖氩混合气体与金利用钠蒸汽放电产生可见光的一种气的的单色，亮度用于光 三、氙λ 氙灯是利用氙气放电而发的气放电。压氙灯辐射光谱是连续，与日光光谱量分相接（如图-10）色此小 之。长弧氙灯:短弧氙灯:脉冲氙灯: 四、空心λ空心阴极灯属于极低气压

空心阴 五、氘λ （15∼0）。定性好、长，常3.5电致发光光电电致发光光源又称为场致发光光源，是利用固体发光材在电场激发下的发光现象制成的电致发光光源的发192019361947年 学者麦克马斯发明了导电玻璃，多人利用种玻璃做电极制成了平面光源，但由于发光效照明光源，只能勉强作显1970年代后期，薄膜晶体管（TFT）技术的发展使光 、效率、亮度 上的技术有了相当的提高，使2015-9-1 成为显示技术中最有前途的发展方向之一 电致发光光源的类本征型电致发光.注入式电致发光（D）本征型电致发光又分为高场电致发光与低能电致发光光，直流粉末电致发光，交流薄膜电致发光，直流膜电致发光 3.5电致发光光交流粉末场致发光光LLLp0-(U0U)12

L 1t 直流粉 上千小时，发光效薄膜场致直流：主要有橙黄和绿色，10~30