2 发光二极管特性参数
寿命
很长
发光二极管的亮度降低到原有亮度一半时所经历的时间。 发光二极管的亮度降低到原有亮度一半时所经历的时间。一般可达 十万个小时。随着工作时间的加长，亮度下降的现象叫老化。 十万个小时。随着工作时间的加长，亮度下降的现象叫老化。
L(t ) = L0 e − ( j / τ ) t
13
2.2 热辐射源
2 自然辐射
一切物体 背景辐射：探测目标或者识别对象以外的辐射。 背景辐射：探测目标或者识别对象以外的辐射。 太阳和地面
土质 发射率
黑土 0.87
稀草 0.84
麦田 0.93
砂 0.89
石灰岩 0.91
沙砾 0.91
雪
海水
14
0.095 0.99
2.2 热辐射源
黑体模拟器 2 黑体模拟器 黑体炉
19
2.3 气体放电光源
1 脉冲灯
高亮度
摄影光源 激光器光泵 印刷制版的光源
20
2.3 气体放电光源
1 脉冲灯
长弧氙灯
短弧氙灯
脉冲氙灯
6000K
21
2.3 气体放电光源
1 脉冲灯
长弧氙灯
短弧氙灯
脉冲氙灯
6000K
激光器的泵浦光源
22
2.3 气体放电光源
1 脉冲灯
氘灯 200-250nm的标准辐射光源 200-250nm的标准辐射光源
25
2.3 气体放电光源
3 汞灯
低压汞灯 高压汞灯 超高压汞灯26Biblioteka 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
2.4 固体发光光源
场致发光光源 液晶显示 等离子体显示 真空荧光显示 电致变色显示 电泳显示 结型发光光源结型发光光源-发光二极管
35
2.4 固体发光光源
3 发光二极管特点
2) 发光响应速度快，寿命长，基本不需要维修 发光响应速度快，寿命长，
可作为地板、马路、 可作为地板、马路、广场地面的信号光源
36
2.4 固体发光光源
3 发光二极管特点
3) 重量轻，体积小，耐冲击，驱动电路简单，单色性较好。 重量轻，体积小，耐冲击，驱动电路简单，单色性较好。
测系统 测系统
光源分类
太阳 热辐射光源黑体模拟器 白炽灯 脉冲灯 气体放电光源原子光谱灯 汞灯 结型发光 光源 固体发光光源场致发光 液晶显示 等离子体显示 气体激光器 固体激光器 激光器 染料激光器 半导体激光器
37
2.4 固体发光光源
4 发光二极管应用
1) 数字、文字、图像显示 数字、文字、
七段式数码管
14划字码管 划字码管
文字显示器的内部接线
38
2.4 固体发光光源
4 发光二极管应用
1) 数字、文字、图像显示 数字、文字、
39
2.4 固体发光光源
4 发光二极管应用
2) 指示、照明 指示、
40
2.4 固体发光光源
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
光源
2
光源在光电检测系统中的位置和作用
被 光 测 对 象 统 系 换 感 路
理
光 学 变 传 学 电 光
光 源
变 换 电
处 号 信
电
制
光
光电
电 光电 测 光 测
3
光源 光源
4
2.1 光源的特性参数
1 辐射效率和发光效率
λ2 λ2
1
Φe = ηe = P
∫
λ1
Φ e (λ )dλ P
Φv C ∫λ Φ e (λ )V (λ )dλ = ηv = P P
5
2.1 光源的特性参数
2 光谱功率分布
光功率和频率的关系
低压汞灯
高压汞灯
白炽灯
荧光灯
选择光源的光谱功率分布应与测量对象要求吻合 目视光学系统： 目视光学系统：可见光谱辐射比较丰富的光源 彩色摄影：类似于日光色的颜色， 彩色摄影：类似于日光色的颜色，卤钨灯 紫外分光光度计：氘灯， 紫外分光光度计：氘灯，汞氙灯等紫外辐射较强的光源
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
2.3 气体放电光源
原理 气体放电原理
特点： 特点： 1 发光效率高：比同瓦数的白炽灯发光效率高 发光效率高：比同瓦数的白炽灯发光效率高2~10倍 倍 2 抗震抗冲击力强 3 寿命长：比一般白炽灯长 寿命长：比一般白炽灯长2~10倍 倍 4 光色适应性强
10
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
2.2 热辐射源
M
B
(T ) = σ T
4
800K
1000K
1200K
1400K
热辐射源： 热辐射源：物体由于温度较高而向周围温度较低的环境发射能量的 形式称为热辐射。 形式称为热辐射。
30nm
100nm
32
2.4 固体发光光源
2 发光二极管特性参数 光谱特性
33
2.4 固体发光光源
2 发光二极管特性参数 响应时间 很短
注入电流后，发光二极管点亮或者熄灭的时间。 注入电流后，发光二极管点亮或者熄灭的时间。 直接跃迁材料GaAs1-xPx的响应时间为几个纳秒 的响应时间为几个纳秒 直接跃迁材料 间接跃迁材料GaP的响应时间为 个纳秒左右 的响应时间为100个纳秒左右 间接跃迁材料 的响应时间为
9
2.1 光源的特性参数
5 光源的色温
色温 相关色温 分布温度 分布温度： 分布温度：辐射源在某一波长范围内辐射出射度曲线与黑体的成 比例或者近似成比例。 比例或者近似成比例。连续谱 色温： 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下辐射的光的 颜色相同。连续谱， 颜色相同。连续谱，非连续谱 相关色温： 相关色温：如果光源的颜色与黑体 在任何温度下的都不相同， 在任何温度下的都不相同，以发光 颜色最相近的黑体的温度作为相关 温度。 温度。 海水： 海水： 300K 太阳： 太阳：5900K
2 发光二极管特性参数
光 强
发光强度与电流关系
GaP(绿色) GaP( 色)
GaAs1-xPx Ga1-xAlxAs
31
2.4 固体发光光源
2 发光二极管特性参数 光谱特性
GaAs0.6P0.4 相 对 强 度
决定发光颜色 光 发光 GaAs1-xPx
GaP
x 620 20 光
680nm GaP发 发 700nm
4 发光二极管应用
2) 指示、照明 指示、
41
2.4 固体发光光源
4 发光二极管应用
3) 光源 光电检测系统 光纤通信与光纤传感器中
42
2.4 固体发光光源
4 发光二极管应用
3) 光源 光电检测系统 光纤通信与光纤传感器中
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内容回顾
1. 光源的特性参数 光源的特性参数** 2. 热辐射源 3. 气体放电光源 3. 发光二极管 发光二极管** 例题： 具有线状光谱和带状光谱特性的光谱， 例题：1 具有线状光谱和带状光谱特性的光谱， 能否用色温来描述？为什么？ 能否用色温来描述？为什么？ 2 试比较原子光谱灯，短弧氙灯，氘灯和超高 试比较原子光谱灯，短弧氙灯， 压汞灯的发光性能。在紫外(200-400nm)分 压汞灯的发光性能。在紫外 分 光光度计中应如何选择光源？ 光光度计中应如何选择光源？
15
2.2 热辐射源
3 白炽灯
真空钨丝白炽灯 充气钨丝白炽灯 卤钨灯
16
2.2 热辐射源
3 白炽灯
真空钨丝白炽灯 充气钨丝白炽灯 卤钨灯
真空钨丝灯 2300-2800K 10lm/W 充气钨丝灯 2700-3000K 17lm/W 3200K 30lm/W 卤钨灯
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第2章 光电检测中的常用光源
24
2.3 气体放电光源
3 汞灯
低压汞灯 高压汞灯 超高压汞灯
汞蒸汽气压 低压汞 灯 高压汞 灯 超高压 汞灯 0.8Pa 0.1-1M Pa 10-20MPa
光谱 253.7nm 线状 谱 可见光线状， 可见光线状， 红外连续 可见光偏蓝， 可见光偏蓝， 红外辐射增强
用途 光谱仪波长基准，紫外杀菌， 光谱仪波长基准，紫外杀菌，荧光 分析 紫外辐射度标准，荧光分析， 紫外辐射度标准，荧光分析，紫外 探伤， 探伤，大面积照明 光学仪器，荧光分析， 光学仪器，荧光分析，光刻技术
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2.2 热辐射源
1 自然辐射
一切物体 目标辐射：探测目标或者识别对象的辐射。 飞机、导弹、火箭、 目标辐射：探测目标或者识别对象的辐射。 飞机、导弹、火箭、汽 车，人体 红外被动成像系统： 红外被动成像系统：军事和医学 背景辐射：探测目标或者识别对象以外的辐射。 背景辐射：探测目标或者识别对象以外的辐射。 太阳和地面
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2.4 固体发光光源
1 发光二极管发光原理 自发辐射 光子 电极
p
SiO2
+
耗尽层
Ｎ
+ 电极
n+
少数载流子在PN结 少数载流子在 结区的注入和复合产生发光
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2.4 固体发光光源
2 发光二极管特性参数
内量子效率
内量子效率 外量子效率
Nr η qi = G
外量子效率
NT η qe = G