2完整版本.1-光源的特性参数

第2章光电检测中的常用光源§2.1光源的特性参数§2.2热辐射源§2.3气体放电光源§2.4固体发光光源§2.5激光器第2章光电检测中的常用光源一、光源1、光源的定义：广义来说，任何发出光辐射的物体都可以叫作光辐射源。这里所指的光辐射包括紫外光、可见光和红外光的辐射。通常把发出可见光为主的物体叫作光源，而把发以非可见光为主的物体叫做辐射源。2、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：自然光源和人工光源。（2）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。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。如照明光源、显示光源、信息处理用光源（2）发光机理热辐射光源、气体发光光源、固体发光光源、激光器

2.1光源的特性参数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3、电光源：将电能产生光辐射。光电检测中常用的光源。4、电光源的发展人类对电光源的研究始于18世纪末。19世纪初，英国的H.戴维发明碳弧灯。1879年，美国的T.A.爱迪生发明了具有实用价值的碳丝白炽灯，使人类从漫长的火光照明进入电气照明时代。1907年采用拉制的钨丝作为白炽体。20世纪30年代初，低压钠灯研制成功。1938年，欧洲和美国研制出荧光灯，发光效率和寿命均为白炽灯的3倍以上，这是电光源技术的一大突破。40年代高压汞灯进入实用阶段。50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术进展滞缓的状态，这是电光源技术的又一重大突破。60年代开发了金属卤化物灯和高压钠灯，其发光效率远高于高压汞灯。80年代出现了细管径紧凑型节能荧光灯、小功率高压钠灯和小功率金属卤化物灯，使电光源进入了小型化、节能化和电子化的新时期。电光源5.电光源的分类电光源一般可分为照明光源和辐射光源两大类。（1）照明光源是以照明为目的，辐射出主要为人眼视觉的可见光谱（波长380～780纳米）的电光源，其规格品种繁多，功率从0.1瓦到20千瓦，产量占电光源总产量的95％以上。（2）辐射光源是不以照明为目的，能辐射大量紫外光谱（1～380纳米）和红外光谱（780～1×106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。以上两大类光源均为非相干光源。此外还有一类相干光源，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，这种光源称为激光光源。1、辐射效率和发光效率2、光谱功率分布3、空间光强分布

4、光源的颜色5、光源的色温二、光源的特性参数1、辐射效率和发光效率（1）辐射效率：在给定λ1～λ2

波长范围内，某一辐射源发出的辐射通量与产生这些辐射通量所需的电功率之比，称为该辐射源在规定光谱范围内的辐射效率，表示为其单位？（2）发光效率：某一光源所发射的光通量与产生这些光通量所需的电功率之比，就是该光源的发光效率

（3）下表所列的为一些常用光源的发光效率2、光谱功率分布光源的光谱功率分布分成四种情况，如下图所示(a)(b)(c)(d)(a)线状光谱(b)带状光谱(c)连续光谱(d)混合光谱太阳是黑体辐射,所以太阳光谱主要是连续谱,但是上面有黑线,即著名的夫琅和费线(Fraunhoferlines).光线通过太阳表面大气和地球大气被选择性吸收而形成的.照片里看见数条黑线:深红色里的C(氢H-alpha,656nm),桔黄色里的D(钠,589nm),绿色里的E(铁,527nm)和1,b2(镁,518nm),天蓝色里的F(氢H-beta,86nm),紫色里的G(铁和钙,431nm).有趣的是中午的阳光和太阳落山时的阳光光谱不同!傍晚太阳仰角0.5度下午太阳仰角24度白炽灯是普通灯泡,钨丝加热发光,按黑体辐射发出连续光谱,所以从红到紫一片连续,和太阳光谱相比少了那些黑线.日光灯发光分两步:首先水银蒸汽被激发主要发出紫外线,然后管壁上的荧光粉将紫外线转化为宽谱可见光.所以日光灯在连续背景上有亮水银谱线,以绿色的546nm最显著.桔黄色的高压钠灯被广泛用于晚间照明.有趣的是它的光谱也会变化!计算机CRT显示器白色屏幕的光谱.红色是离散谱线,但绿,蓝则是连续光谱.

这种绿,紫色霓虹灯光谱主要是荧光粉不同.月光就是反射的太阳光,所以光谱和太阳光谱类似:连续背景上有黑色夫琅和费吸收线(1)蜡烛发出连续谱.用铅丝蘸食盐燃烧则黄色钠线很明显金属卤化物灯是高压水银灯的变种.谱线十分复杂.蓝色霓虹灯是氩和水银,还是有荧光粉在里面.红色霓虹灯光谱明显的是氖(neon)在选择光源时，它的光谱功率分布应由测量对象的要求来决定。在目视光学系统中，一般采用可见区光谱辐射比较丰富的光源。对于彩色摄影用光源，应采用类似于日光色的光源，如卤钨灯、氙灯等。在紫外分光光度计中，通常使用氘灯、汞氙灯等紫外辐射较强的光源。3、空间光强分布常用发光强度矢量和发光强度曲线来描述光源的这种空间光强分布特性。（1）发光强度矢量：在空间某一截面上，自原点向各径向取矢量，矢量的长度与该方向的发光强度成正比，称其为发光强度矢量。（2）发光强度曲线将各矢量的端点连起来，就得到光源在该截面上的发光强度分布曲线，也称配光曲线。下图是气体发光光源光强分布。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

4、光源的颜色光源的颜色包含了两方面的含义，即色表和显色性（1）光源的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。例如高压钠灯的色表呈黄色，荧光灯的色表呈白色。（2）光源的显色性当用这种光源照射物体时，物体呈现的颜色(也就是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—致性，称为该光源的显色性。a、光源对于物体颜色呈现的程度称为显色性。通常叫做“显色指数”（Ra）b、显色性是指事物的真实颜色（其自身的色泽）与某一标准光源下所显示的颜色的关系。Ra值的确定，是将DIN6169标准中定义的8种测试颜色在标准光源和被测试光源下做比较，色差越小则表明被测光源颜色的显色性越好。（红色、黑色、黄色、粉红色、绿色、蓝色、紫色、棕色

）5、光源的色温黑体的温度与它的辐射特性是一一对应的。从光源的颜色与温度的这种关系，引出了颜色温度的概念，简称色温。一般光源的色温，经常用色温、相关色温和分布温度表示。（1）色温：如果辐射源发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射出的光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源的色温。（2）相关色温：若—个光源的颜色与任何温度下的黑体辐射的颜色都不相同，这时的光源用相关色温