发光二极管的发光原理：在N型半导体上扩散或者
外延生长一层P型半导体，PN结两边掺杂浓度呈递 减分布，光子频 率取决于PN结的价带和导带之间的能隙，改变能 隙大小可以改变二极管的发光频谱。
发光二极管的发光强度与电流成正比，这个电流约
7.1.2 气体放电光源
实例：低压汞灯、氢灯、钠灯、镉灯、氦灯是光谱
仪器中常用的光源，统称为光谱灯。例如低压汞灯 的辐射波长为254nm，钠灯的辐射波长约为589nm， 它们经常用作光电检测仪器的单色光源。
特例：若利用高压或超高压的氙气放电发光，可制
成高效率的氙灯，它的光谱与日光非常接近。目前 氙灯又可以分为长弧氙灯、短弧氙灯、脉冲氙灯。
(二) 气体激光器
（1）氦-氖激光器是实验室常见的激光器，具有连续输 出激光的能力。它能够输出从红外的3.3μm到可见 光等一系列谱线，其中632.8nm谱线在光电传感器 中应用最广，该谱线的相干性和方向性都很好， 输出功率通常小于1mW，可以满足很多光电传感 器的要求。
➢ 气体介质均匀，激光稳定性好，另外气体可在腔内 循环，有利于散热，这是固体激光器所不具备的。
➢ 由于气体吸收线宽比较窄，气体激光器一般不宜采 用光泵作激励，更多的是采用电作激励。
种类：氦氖激光器、氩离子激光器、氪离子激光器，
以及二氧化碳激光器、准分子激光器。它们的波长覆 盖了从紫外到远红外的频谱区域。
器） – 半导体激光器（如砷化镓激光器） – 液体激光器。
(一) 固体激光器
固体激光器的典型实例就是红宝石激光器，它是
人类发明的第一种激光器，诞生于1960年。红宝 石激光器的工作介质是掺0.5%铬的氧化铝（即红 宝石），激光器采用强光灯作泵浦，红宝石吸收 其中的蓝光和绿光，形成粒子数反转，受激发出 深红色的激光（波长约694nm）；
7.1.3 电致发光器件－发光二极管
定义：固体发光材料在电场激发下产生的发光现象
称为电致发光，它是将电能直接转换成光能的过程。 利用这种现象制成的器件称为电致发光器件，如发 光二极管、半导体激光器和电致发光屏等。
发光二极管的结构：
绝缘层
P型半导体
电极 N型半导体 控制层 电极
7.1.3 电致发光器件－发光二极管
波长300~380nm称为近紫外线 波长200~300nm称为远紫外线 波长10~200nm称为极远紫外线
频率
电磁波谱图
7.1 光源
红外线：波长780—106nm 波长3μm（即3000nm）以下的称近红外线 波长超过3μm 的红外线称为远红外线。
光谱分布如图所示。
0.01 波长/mm
0.05 0.1
0.5 1
极远紫外
远 近 可见光 近红外 紫紫 外外
5 10 远红外
7.1 光源
电磁波谱图
7.1 光源
光具有反射、折射、散射、衍射、干涉和吸收等性质。 光的粒子性：光是以光速运动着的粒子（光子）
流，一束频率为的光由能量相同的光子所组成，每 个光子的能量为
Eh
光的频率愈高（即波长愈短），光子的能量愈大。
15%左右落在可见光区域，它的峰值波长在近红外 区域，约1－1.5μm，因此可用作近红外光源。
卤钨灯
7.1.2 气体放电光源
定义：电流通过气体会产生发光现象，利用这种原
理制成的光源称为气体放电光源。
特点：气体放电光源的光谱不连续，光谱与气体的
种类及放电条件有关。改变气体的成分、压力、阴 极材料和放电电流的大小，可以得到主要在某一光 谱范围的辐射源。
➢ 由于单位时间受激发射光子数远大于激发光子数，因
此上述现象称为光的受激辐射放大。
➢ 具有光的受激辐射放大功能的器件称为激光器。
7.1.4 激光器
激光器的优点：单色性好、方向性好和亮度高。 种类：激光器种类繁多，按工作物质分类
– 固体激光器（如红宝石激光器） – 气体激光器（如氦-氖气体激光器、二氧化碳激光
7.1 光源
▪ 光源是光电式传感器的重要组成部分。
▪ 选择光源要考虑哪些因素？
波长
谱分布 相干性 体积 造价 功率
光源分类：
热辐射光源 气体放电光源 激光器 电致发光器件等
7.1.1 热辐射光源
定义：热物体都会向空间发出一定的光辐射，基于
这种原理的光源称为热辐射光源。
实例：白炽灯、卤钨灯 ； 白炽灯特点：白炽灯为可见光源，但它的能量只有
7.1.4 激光器
激光产生的过程：
➢ 某些物质的分子、原子、离子吸收外界特定能量（如
特定频率的辐射），从低能级跃迁到高能级上（受激 吸收）；
➢ 如果处于高能级的粒子数大于低能级上的粒子数，就
形成了粒子数反转，在特定频率的光子激发下，高能 粒子集中地跃迁到低能级上，发射出与激发光子频率 相同的光子（受激发射）；
② 光电器件将光信号转换为电信号； ③ 电信号经后续电路解调分离出被测信息，实现
测量。
特点：频谱宽、不受电磁干扰影响、非接触测量、
体积小、重量轻、造价低等。
7.1 光源
光波：波长10~106nm电磁波。
波长
可见光波长：380~780nm；
红外线波长：780~106nm；
紫外线波长：10~380nm；
Nd:YAG（掺钕的钇铝石榴石激光器）是另一种常
见的固体激光器，与红宝石激光器相比，对光泵 的要求较低，可见光甚至近红外都可以作其光泵， 这种激光器发出的波长为1.06μm的红外光。
(二) 气体激光器
特点：
➢ 气体介质的密度低得多，因而单位体积能够实现的 离子反转数目也低得多，为了弥补气体密度低的不 足，气体激光器的体积一般都比较大。
在几十毫安之内，太大会引起输出光强饱和，甚至 损坏器件，使用时常串连一电阻。
7.1.3 电致发光器件－发光二极管
发光二极管的结构
绝缘层
P型半导体
电极 N型半导体 控制层 电极
发光二极管的发光强度与电流成正比，这个电流
约在几十毫安之内，太大会引起输出光强饱和， 甚至损坏器件，使用时常串连一电阻。
第七章 光电式传感器
工作原理：被测量光信号电信号（借助光电
器件）；
基本组成（见下图）：辐射源、光学通路、光电
器件；
辐射源
光学通路
光电器件
输出
被测量
被测量
光电式传感器原理图
第七章 光电式传感器
工作过程：
① 被测量通过对辐射源或者光学通路的影响将被 测信息调整到光波上，可改变光波的强度、相 位、空间分布和频谱分布；