波长
10 13
0
1A 10 9 1nm
10 6 1μ m
10 2 1cm 100 1m
103 1km 105
1．常用热辐射源 (1)太阳。
太阳光是最重要的自然光源。太阳 表面温度很高，阳光穿过包围地球的大气时， 辐射强度和光谱特性均改变。
• 最大辐射波长为0.48um，约有一半辐射在 0.38~0.77um可见光波段.
(4)人体。
人体皮肤温度在32℃时，大 约有32％辐射能量在8~12um波段范 围，仅有1％的辐射能量在3.2um波 段内。人体辐射探测常是安全和军事 信息的重要任务，在医学诊断上也有 重要价值。
（5）白炽灯。
白炽灯是人们最熟悉的一种光源，它依靠电 能加热钨质灯丝，使它在真空或惰性气体 中达到白炽状态而发光，因此称为白炽订。 白炽灯发射连续光谱，在可见光谱段中部 和黑体辐射光谱仅相差 0.5％。它的发光特 性稳定，寿命长，容易使用，光辐射量值 复现性好，
He—Ne激光器容易达到单纵模工作，一
种方法是减小激光腔的长度．使得在激光带宽
内只发生一个振荡模。这种单模的线宽非常窄， 低到1kHz的宽度(相当于空气中300 km的相 干长度)。比较典型的线宽是几kHz。
（7）固体激光器 常见的固体激光器有红宝石激光器
(Ruby)、钕玻璃激光器(Nd：glass)和掺 钕亿铝石榴石激光器(Nd：YAG)。
三者各有其特点，以Nd： YAG激光器应 用最广。特别是用Nd； YAG晶体光纤 制成的小型激光器更是光纤系统的理想 光源。典型情况工作于1.064 μm波长.
二、半导体光源
半导体光源主要优点是体积小、 重量轻、可靠性高、使用寿命长，亮度 足够、供电电源简单等。
1、发光二极管
发光二极管(LED)的工作原理与激光器(LD)有所不同， LD发射的是受激辐射光，LED发射的是自发辐射光。LED的 结构和LD相似，大多是采用双异质结(DH)芯片，把有源层夹 在P型和N型限制层中间，不同的是LED不需要光学谐振腔， 没有阈值。发光二极管有两种类型：一类是正面发光型LED， 另一类是侧面发光型LED，其结构示于图3.14。和正面发光型 LED相比，侧面发光型LED驱动电流较大，输出光功率较小， 但由于光束辐射角较小，与光纤的耦合效率较高，因而入纤光 功率比正面发光型LED大。
E2-E1=hf12
式中，h=6.628×10-34J·s，为普朗克常数，f12为吸收 或辐射的光子频率。
•PN
(a) 本征半导体； (b) N型半导体； (c) P型半导体
PN (a) P - N结内载流子运动；(b) 零偏压时P - N结的能带图；
(c) 正向偏压下P - N结能带图
自发辐射
除作光源照明外，也广泛用作传递辐 射度、光度量的标推光源。
钨丝的熔点约为3600K钨丝装在抽成 真空的或充有惰性气体的玻璃泡里，工作温度 通常在2200—3000 K。光源的亮度正比于辐 射体热力学温度的4次方，辐射光谱的蜂值波 长与辐射体的温度成反比。
由于碘、溴等卤素和钨结合，在高
温时又极易分解，把它们充入白炽灯中可以实 现卤钨再循环，从而提高灯丝的工作温度和发 光效率，这种灯即为卤钨灯或卤素订。与充气 白炽灯相比，灯壳不发黑，可始终保持近似恒 定的光通量，发光效率和寿命均有提高。
电子运动方向与电场方向相反，便使N区的电子向P区运动，P 区的空穴向N区运动，最后在PN结形成一个特殊的增益区。增 益区的导带主要是电子，价带主要是空穴，结果获得粒子数反 转分布，见图 (c)。在电子和空穴扩散过程中，导带的电子可 以跃迁到价带和空穴复合，产生自发辐射光。
（6）气体放电光源
在灯内充入某些气体，如氢、 氮、氘、氙、氪等，或金属蒸气如汞、 镉、钠等，当电流通过气体媒质在电极 之间(阴极和阳极)流过时，会激发气体 放电而发光称为气体发光，做成的光源 为气体放电光源。
。
气体激光器通常用于要求高度相干的系统 中。
最常用的气体激光源有：
工作波长为0.633 μm或1.15 μm的氦氖激光器， 工作波长为10.6μm的二氧化碳激光器， 工作波长为0.516 μm的氨离子激光器
毫米波(EH F)
厘米 波(S H F )
分米波(U HF)
米波(VH F)
短波(H F) 中波(MF)
频率
1022
1015 1T HZ 1012 1G HZ 109 1M HZ 106 1K HZ 103
电磁波谱
γ 射线
X 射线 紫外线 可见光 红外线
微波 雷达
高频电视 调频广播
无线电射频 电力传输
(2)地面。
地面从太阳辐射中吸收巨大的能量，使 地面温度升高，又以长波的形式辐射能量。
在地面通常的温度为200一300K时， 黑体90％的辐射能量在4—40um波段之间，
(3)天空。
地球周围的大气自身向地面辐 射能量，同时也向地面散射阳光的辐射。 晴朗天空的色温为20000一25000K，天 空辐射可视为灰体。当大气中引起散射 的粒子大小为光波长数量级时，天空散 射光的强度与光波长的四次幂成反比， 因此可见光短波的散射大于长波红光的 散射，故而天空辐射中蓝色占优势。
频率
10 0 TH z 10 THz 1 THz 100 GHz 10 GHz 1 GHz 100 MHz 10 MHz 1 MHz
波长
名称
1 m 10 m 10 0m 1 mm 10 mm 10 0 mm 1m 10 m 10 0m
紫外 线 可见 光线 (光 纤通信 用）
近红 外线 远红 外线 亚毫 米波
第四章 辐射传感器
4．1 辐射源 一、光源
在光通讯和光电信息检测及控制系统 中，光是信息的携载者。光电系统中的辐射源 辐射的光谱范围是
紫外光波段为0.1—0.38um， 可见光波段为0.38—0.78um， 红外光波段为0.78—300um， 但光电系统广泛使用的波段小于20um。
部分电磁波频谱
两类发光二极管(LED) (a) 正面发光型； (b) 侧面发光型
•
E2 hf12
E1
初态
E2
终态
E1 (a)
hf12 (b)
hf12 hf12
(c)
(a) 受激吸收； (b) 自发辐射； (c) 受激辐射
受激辐射是受激吸收的逆过程。 电子在E1和E2 两个能级之间跃迁，吸收的光子能量或辐射的光子能 量都要满足波尔条件，即