光電檢測(cè)技術(shù)與光纖基礎(chǔ)：第2章 光檢測(cè)中的常用光源

第2章光檢測(cè)中的常用光源多種多樣，如各種照明燈、激光器、太陽(yáng)、熱物體等。按發(fā)光形式分有自然光源及人造光源。從發(fā)光機(jī)理上分熱輻射光源、氣體放電光源固體發(fā)光光源、激光器、化學(xué)發(fā)光……2第2章光檢測(cè)中的常用光源從相干性上分氣體激光器固體激光器染料激光器半導(dǎo)體激光器等離子體激光器激光非線性光學(xué)器件相干光源太陽(yáng)氣體放電燈、熒光燈白熾燈黑體輻射器陰極射線管等離子體管熒光顯示器液晶顯示器場(chǎng)致發(fā)光（EL）顯示器發(fā)光二極管（LED）信息處理用光源顯示光源照明光源非相干光源32.1光源的特性參數(shù)2.1.1輻射效率（客觀的）和發(fā)光效率輻射效率：發(fā)光效率：?jiǎn)挝唬簂m/W2.1.2光譜功率分布λ0a.線狀光譜λ0b.帶狀光譜λ0c.連續(xù)光譜0λd.復(fù)合光譜如：低壓汞燈光譜如：高壓汞燈光譜如：白熾燈、鹵素?zé)艄庾V如：熒光燈光譜%4儀器測(cè)量時(shí)----所選光源的峰值波長(zhǎng)應(yīng)與探測(cè)器的靈敏波長(zhǎng)相一致目測(cè)時(shí)----------綠光光源彩色攝像時(shí)----選擇發(fā)射連續(xù)光譜的光源。如：白熾燈,投影儀-----氙燈紫外分光光度計(jì)---氘燈、汞燈2.1.3空間光強(qiáng)分布一般來(lái)講光源的輻射強(qiáng)度在空間各個(gè)方向上是不同的所以在光源的不同方位放置探測(cè)器時(shí)所接收的輻射通量也不同，對(duì)能量的利用率也就不相同了。所以有必要研究光源的空間輻射強(qiáng)度分布dΩ5配光曲線1212用光線疏密表示強(qiáng)度大小發(fā)光強(qiáng)度矢量------描述光源在某一平面內(nèi)的光強(qiáng)分布用線的長(zhǎng)度表示強(qiáng)度大小例：高壓球形氙燈62.1.4光源的顏色色表：用眼睛直接觀察光源時(shí)，所看到的顏色稱為光源的色表。顯色性：用某種光源照射物體時(shí)，物體所呈現(xiàn)的顏色（物體反射光在人眼內(nèi)產(chǎn)生的顏色感覺(jué)）與該物體在完全輻射體照射下所呈現(xiàn)的顏色的一致性，稱為光源的顯色性……。2.1.5光源的色溫0.52000K6000K1000Kλ1.01.52Me(λ,T)白色橙黃色暗紅色黑體輻射的顏色由黑體的溫度決定色溫----當(dāng)某一輻射體輻射光的顏色與某一溫度下的黑體所輻射光的顏色相同時(shí)，則將黑體的溫度稱為光源的色溫。白熾燈、鹵鎢燈、鏑燈顯色性較好高壓汞燈、高壓鈉燈較差R、G、B值相等7相關(guān)色溫----當(dāng)輻射體的輻射顏色不與任何一溫度下的黑體輻射的顏色完全相同時(shí)，我們就用色坐標(biāo)最接近這種輻射體的黑體溫度做為輻射體的色溫，稱為相關(guān)色溫。分布溫度----當(dāng)輻射源在某一波長(zhǎng)范圍內(nèi)輻射的相對(duì)光譜功率分布，與黑體在某一溫度下輻射的相對(duì)光譜功率分布一致，則此時(shí)的黑體溫度為輻射源的分布溫度。（客觀的）0.5λ1.01.52Me(λ,T)可見(jiàn)光0.53000Kλ1.01.52Me(λ,T)黑體R、G、B值最接近分布溫度為3000K82.2熱輻射源2.2.1太陽(yáng)紫外光6.46%，可見(jiàn)光46.25%，紅外光47.29%太陽(yáng)光譜能量分布：相當(dāng)于5900K左右的黑體輻射2.2.2黑體模擬器絕熱層、加熱器、高吸收比內(nèi)表面、溫度探測(cè)器主要結(jié)構(gòu)：熱電偶目的：獲得標(biāo)準(zhǔn)輻射源，用于光電測(cè)量?jī)x器的校準(zhǔn)及測(cè)量102.2.3白熾燈最常見(jiàn)的熱輻射源，鎢絲高溫輻射，發(fā)射光譜與黑體非常相似，在可見(jiàn)光波段相差0.5%左右。是非常好的黑體替代光源。發(fā)光穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)、使用簡(jiǎn)單等（2）充氬、氮等惰性比較大的氣體—延長(zhǎng)壽命，工作溫度2700-3000K，發(fā)光效率約17lm/w（3）充鹵素（氯化碘，溴化硼等）--進(jìn)一步提高壽命。工作溫度3000-3200K，發(fā)光效率約30lm/w（1）真空鎢絲燈--工作溫度：2300K-2800K，發(fā)光效率約10lm/w。112.3氣體放電光源種類很多，氫、氦、氘、氙、氪、汞、鈉、硫蒸氣等充入燈管中特點(diǎn)：1.發(fā)光效率高，是白熾燈的2~10倍2.電極結(jié)構(gòu)緊湊，耐震，耐沖擊3.壽命長(zhǎng)，大約是白熾燈的2~10倍4.光譜范圍廣電子或氣體中殘存的離子原子某些原子的電子躍遷到高能級(jí)發(fā)光（被電場(chǎng)加速）撞擊電子離子產(chǎn)生原子撞擊（被電場(chǎng)加速）自發(fā)輻射回低能級(jí)更多122.3.1脈沖燈脈沖燈---在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)出很強(qiáng)的光輻射應(yīng)用特點(diǎn)---高亮度，攝影光源、激光器光泵、印刷制版脈沖氙燈，色溫與日光接近，6000K左右，適用于彩色攝影，顯色指數(shù)大于90%.，俗稱“小太陽(yáng)”。如氙燈工作電路長(zhǎng)弧――條形管，螺旋管，U型管短弧――臥式（拋物面、橢球面）立式（球面，正極在上）用途：連續(xù)激光器、復(fù)印件、投影儀、汽車照明、光譜實(shí)驗(yàn)。發(fā)光效率25~20lm/W此外還有長(zhǎng)弧氙燈、短孤氙燈（連續(xù)發(fā)光）

142.3.2原子光譜燈---空心陰極燈優(yōu)點(diǎn)：波長(zhǎng)寬度很小，譜線強(qiáng)度大。用于測(cè)波長(zhǎng)及微量元素測(cè)定等。每一種元素有相應(yīng)的空心陰極燈如氘燈發(fā)連續(xù)紫外光.強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)常用于各種紫外分光光度計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)輻射光源元素152.3.3汞燈b.高壓汞燈：主要是可見(jiàn)光成份，1~5大氣壓低壓汞燈：發(fā)235.7nm的紫外光小于0.8個(gè)大氣壓c.超高壓汞燈:10~200個(gè)大氣壓162.4固體發(fā)光光源（FPD）“又稱為“平板發(fā)光光源”或“平板顯示器”（分主動(dòng)與被動(dòng)發(fā)光）分類：液晶顯示（LCD）、等離子體顯示（PDP）電致發(fā)光顯示（ELD）……2.4.1場(chǎng)致發(fā)光光源ElectronLuminescent1.交流粉末場(chǎng)致發(fā)光屏發(fā)光亮度與所加電壓的關(guān)系17與時(shí)間的關(guān)系如ZnS：峰值波長(zhǎng)0.48~0.52μm,壽命約為3000小時(shí)使用特點(diǎn)：發(fā)散角大，光線柔和，壽命長(zhǎng)，功耗小，響應(yīng)快，不發(fā)熱，但亮度低、電壓高，老化快2.直流粉末場(chǎng)致發(fā)光屏100V電壓下，光亮度約為30cd/m2,壽命上千小時(shí)，發(fā)光效率0.2~0.5lm/W。適合于脈沖激發(fā)下工作。主要用于：數(shù)碼、字符、矩陣的顯示183.薄膜場(chǎng)致發(fā)光屏直流：主要有橙黃和綠色，10~30V電壓下，光亮度約為3cd/m2,發(fā)光效率10-4lm/W。壽命大于1000小時(shí)交流：主要有橙黃和綠色，100~300V電壓，頻率幾十~幾千Hz，光亮度幾百cd/m2,發(fā)光效率10-3lm/W。壽命大于5000小時(shí)19場(chǎng)致發(fā)光光源的優(yōu)點(diǎn)：場(chǎng)致發(fā)光光源的缺點(diǎn)：固體化、平板化，可靠、安全、占地小，易安裝面積、形狀不受限制屬無(wú)紅外輻射的冷光源，隱蔽性好，對(duì)環(huán)境沒(méi)影響視角大，光線柔和，便于觀察壽命長(zhǎng)，發(fā)光不會(huì)突然熄滅功耗低，幾毫瓦/m2發(fā)光易于通過(guò)電壓控制亮度低（<50cd/m2)驅(qū)動(dòng)電壓高。上百伏老化快主要用途-----特殊照明。儀表表盤(pán)、飛機(jī)座艙，坑道照明數(shù)字、符號(hào)顯示模擬顯示矩陣顯示圖像轉(zhuǎn)換及圖像增強(qiáng)20212.4.2其它平板顯示器件1.液晶的電光效應(yīng)和液晶顯示（LCD）（1）什么是液晶液晶是指在某一溫度范圍內(nèi)，從外觀看屬于具有流動(dòng)性的液體，但同時(shí)又是具有光學(xué)雙折射性的晶體。

“液晶”包含兩種含義，一是指處于固體相與液體相中間狀態(tài)的液晶相，二是指具有上述液晶相的物質(zhì)。光光雙折射紙面方解石晶體

o光的像e光的像22（2）液晶的各向異性液晶分子向列液晶液晶物質(zhì)的大多數(shù)為有機(jī)化合物，其分子的形狀一般為細(xì)長(zhǎng)的棒狀或扁平的板狀（3）液晶分子取向與電場(chǎng)的關(guān)系a.正性液晶分子的偶極矩與長(zhǎng)軸方向平行b.負(fù)性液晶分子的偶極矩與長(zhǎng)軸方