光是一种电磁波，380-780nm波段为可见光。

低端为紫外线，高端为红外线。

人眼只对可见光波段的“明亮”和“颜色”产生反应，而这种反应是一种心理物理学范畴内的主观量，国际照明委员会CIE给出统一的测量和评价方法。

本系列试验分别测试各种节能灯、荧光灯、HID灯（高压钠灯、汞灯、金卤灯）、白炽灯、卤钨灯、荧光粉等发光体的颜色特性，是对发光器件、材料发光性能评价的重要指标，对各种光源和发光材料的研制和生产具有十分重要的意义。

试验一电光源光谱分析一、试验目的和意义（1）了解HSP2000/3000光谱分析仪系统的主要功能及可测试的参数。

（2）了解“CIE1931XYZ标准色度系统”的基本原理和意义。

（3）初步掌握电光源光谱测定及分析的方法和原理。

二、试验基本原理颜色实际上是一个主观值，为客观、统一地评价光源或物体颜色，采用“CIE1931XYZ 标准色度系统”。

其三刺激值函数如图一所示。

图1 CIE 1931 XYZ系统三刺激值假设发射光谱为P（λ），则入眼响应值为：色品坐标： x=X/(X+Y+Z) y=Y/(X+Y+Z)自然界中所有颜色都能在色度系统的马蹄形色品图中找到，并可由色品坐标表示。

图2 CIE 1931 XYZ系统色品图色度图中的弧形曲线上的各点是光谱上的各种颜色即光谱轨迹，是光谱各种颜色的色度坐标。

红色波段在图的右下部，绿色波段在左上角，蓝紫色波段在图的左下部。

图下方的直线部分，即连接400nm和700nm的直线，是光谱上所没有的由紫到红的系列。

靠近图中心的C是白色，相当于中午阳光的光色，其色度坐标为X＝0．3101，Y＝0．3162。

取一个截面x+y+z＝1，该截面与三个坐标平面的交线构成一个等边三角形，每一个颜色向量与该平面都有一个交点，每一个点代表一个颜色，它的空间坐标(x,y,z)表示为该颜色在标准原色下的三刺激值，称为色度值。

图3 CIE 1931 XYZ系统色度图相同色品坐标的荧光粉或荧光灯照明物体时，产生的客观效果不一定一致。

有的显色能力高有的低，可用显色指数评价。

所以，只要测得相对光谱功率分布，就可以计算出其色品坐标，色温和显色指数。

同时，通过光度参数的标定，可测量光通量、照度、亮度等参数。

色度图的用途：o得到光谱色的互补色，只要从该颜色点过C点作一条直线，求其与对侧光谱曲线的交点，即可得到补色的波长。

D的补色为E。

o确定所选颜色的主波长和纯度。

颜色A的主波长，从标准白光点C过A作直线与光谱曲线相交于B（A与B在C的同侧），这样颜色A可以表示为纯色光B和白光C的混合，B就定义了颜色A的主波长。

定义一个颜色域。

通过调整混合比例，任意两种颜色：o I和J加在一起能够产生它们连线上的颜色o再加入第三种颜色K，就产生三者（I、J和K）构成的三角形区域的颜色。

三、试验仪器及装置基本组成较简单，包括电脑（586以上），专用通讯电缆，HSP200/3000主机，稳压电源，积分球，HP100系列数字电参数测量仪，HP100系列光度仪，参考探头及软件等。

四、系统安装与操作1.RSR通讯电缆连接主机串口和HSP主机背面通讯接口。

2.参考探头接于HSP背面参考信号输入端，探头装在积分球参考探头接口。

3.光线两侧接于HSP光纤接口和积分球装置接口。

注意避免弯曲过大，损坏内部光纤。

4.接电源，开机：A.HSP主机（等待退380结束）；B.进入HSP颜色测试系统，检测狭缝宽度；C.装被测光源并处于稳定状态（电光源点燃后，须经一段时间老练，一般30分钟），并监视电压、电流、功率室温是否符合额定工作条件；D. 标准电光源定标（按照仪器使用说明中的参数调整A、V等）；E.进行测试，得到测试报告；F：测定结束后，关电源、水源和机组等。

五、数据分析及整理测试得到颜色点，根据色度图原理按照下述案例，分析光源颜色的主波长、色纯度（饱和度）、补色等信息。

举例：图4 CIE1931色度图设色度图上有一颜色S，由C通过S画一直线至光谱轨迹O点（590nm），S颜色的主波长即为590nm，此处光谱的颜色即S的色调（橙色）。

某一颜色离开C点至光谱轨迹的距离表明它的色纯度，即饱和度。

颜色越靠近C越不纯，越靠近光谱轨迹越纯。

S点位于从C到590nm光谱轨迹的45％处，所以它的色纯度为45％（色纯度％＝（CS／CO）×100。

从光谱轨迹的任一点通过C画一直线抵达对侧光谱轨迹的一点，这条直线两端的颜色互为补色（虚线）。

从紫红色段的任一点通过C点画一直线抵达对侧光谱轨迹的一点，这个非光谱色就用该光谱颜色的补色来表示。

表示方法是在非光谱色的补色的波长后面加一C字，如536G，这一紫红色是536nm绿色的补色。

将典型报告和分析结果整理打印，准时交付实验报告。

六、思考与讨论1.CIE1931XYZ标准色度系统的来由、作用和基本原理。

2.从色度图中可以得到那些信息？试验二、发光管（LED等）光电性能分析LED具有发光强度高、功率低、寿命长等优点，被认为是21世纪最有发展前景的新型光源。

一、实验意义和目的（1）了解HP821 LED 光电电性能分析仪的构造和基本原理。

（2）初步掌握利用HP821 LED 光电电性能分析仪测量LED的四个主要参数，即光强、光通量、正向电压及反向漏电流。

二、基本原理（1）正向电压与反向漏电流测量原理图中：A:正向死区：（图oa或oa′段）a点对于V0 为开启电压，当V＜Va，外加电场尚克服不少因载流子扩散而形成势垒电场，此时R很大；开启电压对于不同LED其值不同，GaAs为1V，红色GaAsP为1.2V，GaP为1.8V，GaN为2.5V。

B:正向工作区：电流I F与外加电压呈指数关系I F = I S (e qVF/KT –1) -------------------------I S 为反向饱和电流。

V＞0时，V＞V F的正向工作区I F 随V F指数上升I F = I S e qVF/KTC: 反向死区：V＜0时pn结加反偏压V= - V R 时，反向漏电流I R（V= -5V）时，GaP为0V，GaN为10uA。

D: 反向击穿区V＜- V R ，V R 称为反向击穿电压；V R 电压对应I R为反向漏电流。

当反向偏压一直增加使V＜- V R时，则出现I R突然增加而出现击穿现象。

由于所用化合物材料种类不同，各种LED的反向击穿电压V R也不同。

其测量框图如图2、图3所示。

图2正向电压测量框图图3 反向漏电流测量框图（其中：D为被测LED器件；G为恒流源；U为恒压源；A为电流表；V为电压表）（2）光强测量原理发光强度（法向光强）是表征发光器件发光强弱的重要性能。

LED大量应用要求是圆柱、圆球封装，由于凸透镜的作用，故都具有很强指向性：位于法向方向光强最大，其与水平面交角为90°。

当偏离正法向不同θ角度，光强也随之变化。

发光强度随着不同封装形状而强度依赖角方向。

发光强度的角分布Iθ是描述LED发光在空间各个方向上光强分布。

它主要取决于封装的工艺（包括支架、模粒头、环氧树脂中添加散射剂与否）。

获得高指向性的角分布的LED性能较好。

图4光强度测量原理（其中：D为被测器件；G为恒流源；D1、D2、D3为消除杂散光光栏；PD为光度探测器）测试条件如下：（3）光通量测量原理光通量F是表征LED总光输出的辐射能量，它标志器件的性能优劣。

F为LED向各个方向发光的能量之和，它与工作电流直接有关。

随着电流增加，LED光通量随之增大。

可见光LED的光通量单位为流明（lm）。

LED向外辐射的功率——光通量与芯片材料、封装工艺水平及外加恒流源大小有关。

目前单色LED的光通量最大约1 lm，白光LED的F≈1.5~1.8 lm（小芯片），对于1mm×1mm的功率级芯片制成白光LED，其F=18 lm。

图5 光通量测试示意图三、实验仪器和装置主要包括H821主机、测光探头、电源线和光强测试装置等。

四、系统安装与操作1.仪器安装与连接。

2.设定工作条件参数：按操作步骤设定工艺参数。

注意设定的正向电压比测试器件的正向电压大0.5-1V左右，（正向电压4V，正向电流20mA，反向电压5V）。

确定远场或近场测试，调节测试设备。

3.正反向电参数测定（1）正向电压：设定参数后，插上LED，即显示正向电流和电压；（2）反向漏电：按“正反”按键，最下面窗口显示反向漏电值，中间为反向电压。

光性能窗口不显示。

再按“正反”键，回到正向电压。

4.光强测量设定参数后，按“功能”键选择光强测试功能即可。

注意LED长的管脚为正极，短的为负极。

转动测试圆盘，测试光强。

“K”不亮，结果单位为mcd,“K”亮，单位为cd。

记下最大光强角度，分别向左、向右旋转至一半光强，两个角度相加即为半光强角。

发光强度简称光强，国际单位是candela（坎德拉）简写cd，其他单位有烛光，支光。

1cd是指单色光源（频率540X10ˇ12HZ，波长0.550微米）的光，在给定方向上（该方向上的辐射强度为（1/683）瓦特/球面度））的单位立体角内发出的发光强度。

（球面度是一个立体角，其定点位于球心，而他在球面上所截取的面积等于以球的半径为边长的正方形面积）光源辐射是均匀时，则光强为I=F/Ω，Ω为立体角，单位为球面度（sr）,F为光通量，单位是流明，对于点光源由I=F/4 。

发光强度是针对点光源而言的，或者发光体的大小与照射距离相比比较小的场合。

这个量是表明发光体在空间发射的汇聚能力的。

可以说，发光强度就是描述了光源到底有多亮。

1000mcd=1cd5.光通量定标及测量光通量测量之前，需按照操作规程进行定标。

将“功能”设置在光通量位置，即可测量。

“K”不亮，结果单位为mcd,“K”亮，单位为LM。

光通量指人眼所能感觉到的辐射能量，它等于单位时间内某一波段的辐射能量和该波段的相对视见率的乘积。

由于人眼对不同波长光的相对视见率不同，所以不同波长光的辐射功率相等时，其光通量并不相等。

例如，当波长为555×10-9米的绿光与波长为65×10-9米的红光辐射功率相等时，前者的光通量为后者的10倍。

光通量的单位为“流明”。

光通量通常用Φ来表示，在理论上其功率可用瓦特来度量，但因视觉对此尚与光色有关。

所以度量单位采用，依标准光源及正常视力另定之“流明”来度量光通量。

符号：lm光通量是每单位时间到达、离开或通过曲面的光能数量。

流明(lm) 是国际单位体系(SI) 和美国单位体系(AS) 的光通量单位。

如果您想将光作为穿越空间的粒子（光子），那么到达曲面的光束的光通量与 1 秒钟时间间隔内撞击曲面的粒子数成一定比例。

光源的辐射能通量；对人眼所引起视觉的物理量。

即单位时间内某一波段内的辐射能量与该波段的相对视见率的乘积。