光电检测技术—第二章
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第二章 光电检测用光源
光电检测技术—第二章
光学变换
光电变换
光电检测技术—第二章
电路处理
第二章 光电检测用光源
掌握内容 发光二极管和激光光源的产生机理及基本特性，
为正确使用打下一定基础。 理解内容 光产生的基本原理及方法 了解内容 气体光源和部分固体光源的机理和基本特性。
光电检测技术—第二章
– X射线、紫外辐射、可见光、红外辐射。
狭义上——可见光
– 对人眼能产生目视刺激而形成“光亮”感的 电磁辐射。
– 380~780nm。
光电检测技术—第二章
2.1.1 光的本质及产生
光是从实物中发射出来的，是以电磁波传播的物 质
粒子在不断地运动：原子内有若干电子围绕原子 核不断运动
运动有多种可能状态 不同运动状态的电子具有不同能量 当它们的运动受到骚扰时就可能发射出电磁波。
– 光通量在可见光范围内对时间的积分。 – 流明秒：lm.s
光电检测技术—第二章
2.2 光源的基本特性参数
辐射通量Φe ：
– 在单位时间内，以辐射形式发射、传播或接收的辐 射能。
– 瓦：W
光通量Φv ：
– 对可见光，光源表面在无穷小时间段内发射、传播 或接收的所有可见光谱，其光能被无穷短时间间隔 dt来除，其商定义为光通量。
2.1.1 光的本质及产生
实际上，物质受激而发光是很复杂的，有些同 属几种受激过程。
平衡和非平衡辐射：
– 热辐射是一种能达到平衡状态的辐射，也称温度辐 射，是热平衡状态的辐射。
– 激发发光是一种非平衡辐射，即以一种外加能量转 换成光能的过程。其光谱包括线光谱、带光谱。
光电检测技术—第二章
2.1.2 光源分类
的作用。
光电检测技术—第二章
2.2 光源的基本特性参数
辐射能和光能 辐射通量和光通量 辐射出射度和光出度 辐射强度和发光强度 辐射亮度和光亮度 辐射效率和发光效率
光电检测技术—第二章
2.2 光源的基本特性参数
辐射能Qe ：
– 以辐射形式发射、传播或接收的能量。 – 焦耳：J
光能Qv ：
光电检测技术—第二章
2.1.1 光的本质及产生
光量子说
– 1900年普朗克在研究黑体辐射时，提出辐射 的量子论
– 1905年，爱因斯坦在解释光电发射现象时提 出光量子的概念
– 光子的能量与光的频率成正比 – 光具有波粒二象性
光电检测技术—第二章
2.1.1 光的本质及产生
广义上——光辐射
– 光以电磁波或粒子（光子）形式传播能量， 光能量的传播过程称为光辐射。
– 流明：lm
光电检测技术—第二章
2.2 光源的基本特性参数
辐射出射度Me：
– 扩展辐射源单位面积所辐射的通量（也称辐射本 领）。
– 瓦每平方米：W/m2
光出度Mv ：
– 对可见光，扩展辐射源单位面积所辐射的通量。 – 勒克斯或流明每平方米：lx或lm/m2
光电检测技术—第二章
2.2 光源的基本特性参数
辐射强度Ie：
– 点辐射源在给定方向上通过单位立体角内的辐射通 量。
– 瓦每球面度：W/sr
发光强度Iv：
– 对可见光，点辐射源在给定方向上通过单位立体角 内的辐射通量。
– 坎德拉：cd
光电检测技术—第二章
2.2 光源的基本特性参数
辐射亮度Le：
– 辐射表面定向发射的辐射强度。 – 瓦每球面度平方米：W/（sr.m2）
Km称为明视觉最大光谱光视效能，它表示人眼对波 长为555nm[V（ λ =555）=1]光辐射产生光感觉的效 能，且λ1 = 380nm， λ2 = 780nm。实际上是光度参量 对辐射度参量的转换常数。
第二章 光电检测用光源
2.1 光的产生与光源分类 2.2 光源的基本特性参数 2.3 光电检测常用光源
光电检测技术—第二章
2.1.1 光的本质及产生
牛顿——微粒说
– 根据光直线传播现象，对反射和折射做了解释 – 不能解释较为复杂的光现象：干涉、衍射和偏振
波动理论
– 惠更斯、杨氏和费涅耳等 – 解释光的干涉和衍射现象 – 麦克斯韦电磁理论：光是一种电磁波
光电检测技术—第二章
2.1.1 光的本质及产生
物体发光有两种基本形式：
– 热辐射
• 凡高于绝对零度的物体都具有发出辐射的能力。 • 连续光谱，温度的函数，平衡辐射。
– “发光”辐射
• 线光谱或带光谱，非温度函数，非平衡辐射。 • 电致发光、光致发光、化学发光、热发光。
光电检测技术—第二章
2.1.1 光的本质及产生
电致发光
– 物体中的原子或离子在电场加速的电子作用 下，被激发到激发状态，当它返回到正常状 态时将产生辐射。
– 例如： 发光二极管所产生的光就是电致发 光。
– 气体放电产生的辉光。
光电检测技术—第二章
2.1.1 光的本质及产生
光致发光
– 物体被光直接照射或预先被照射而引起自身 的辐射称为光致发光。
光亮度Lv：
– 对可见光，辐射表面定向发射的辐射强度。 – 坎德拉每平方米：cd/m2
光电检测技术—第二章ຫໍສະໝຸດ 2.2 光源的基本特性参数
辐射效率ηe：
– 在给定λ1~λ2波长范围内，某一光源发出的辐射通量 与产生这些辐射通量所需的电功率之比，称为该光 源在规定光谱范围内的辐射效率。
– 无量纲
发光效率ηv：
– 在给定λ1~λ2波长范围内，某一光源发出的光通量与 产生这些光通量所需的电功率之比，称为该光源在 规定光谱范围内的发光效率。
– 流明每瓦：lm/W
光电检测技术—第二章
2.2 光源的基本特性参数
从ηe 、 ην可以看出，如果光电测量系统的光谱范围 为λ1~ λ2，那么应尽可能选用η较高的光源。
定义： 一切能产生光辐射的辐射源，无论 是天然的，还是人造的，都称为光源。
– 天然光源：是自然界中存在的：如太阳、恒 星等。
– 人造光源：人为将各种形式的能量(热能、电 能、化学能)转化成光辐射能的器件。电光源 是最常见的光源。
光电检测技术—第二章
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2.2 光源的基本特性参数
在光电检测中，光是信息的载体。 光源的质量在光电测量中往往起着关键
– 例如：荧光、示波管、显象管、日光灯等中 荧光物质的余辉。
光电检测技术—第二章
2.1.1 光的本质及产生
化学发光
– 由化学反应提供能量而引起的发光，称化学 发光。
– 例如：磷在空气中缓慢氧化而发光。
热发光
– 物体被加热到一定温度而发光，称热发光。 – 例如：钠或钠盐在火焰中发出的钠黄光。
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光电检测技术—第二章
光学变换
光电变换
光电检测技术—第二章
电路处理
第二章 光电检测用光源
掌握内容 发光二极管和激光光源的产生机理及基本特性，
为正确使用打下一定基础。 理解内容 光产生的基本原理及方法 了解内容 气体光源和部分固体光源的机理和基本特性。
光电检测技术—第二章
– X射线、紫外辐射、可见光、红外辐射。
狭义上——可见光
– 对人眼能产生目视刺激而形成“光亮”感的 电磁辐射。
– 380~780nm。
光电检测技术—第二章
2.1.1 光的本质及产生
光是从实物中发射出来的，是以电磁波传播的物 质
粒子在不断地运动：原子内有若干电子围绕原子 核不断运动
运动有多种可能状态 不同运动状态的电子具有不同能量 当它们的运动受到骚扰时就可能发射出电磁波。
– 光通量在可见光范围内对时间的积分。 – 流明秒：lm.s
光电检测技术—第二章
2.2 光源的基本特性参数
辐射通量Φe ：
– 在单位时间内，以辐射形式发射、传播或接收的辐 射能。
– 瓦：W
光通量Φv ：
– 对可见光，光源表面在无穷小时间段内发射、传播 或接收的所有可见光谱，其光能被无穷短时间间隔 dt来除，其商定义为光通量。
2.1.1 光的本质及产生
实际上，物质受激而发光是很复杂的，有些同 属几种受激过程。
平衡和非平衡辐射：
– 热辐射是一种能达到平衡状态的辐射，也称温度辐 射，是热平衡状态的辐射。
– 激发发光是一种非平衡辐射，即以一种外加能量转 换成光能的过程。其光谱包括线光谱、带光谱。
光电检测技术—第二章
2.1.2 光源分类
的作用。
光电检测技术—第二章
2.2 光源的基本特性参数
辐射能和光能 辐射通量和光通量 辐射出射度和光出度 辐射强度和发光强度 辐射亮度和光亮度 辐射效率和发光效率
光电检测技术—第二章
2.2 光源的基本特性参数
辐射能Qe ：
– 以辐射形式发射、传播或接收的能量。 – 焦耳：J
光能Qv ：
光电检测技术—第二章
2.1.1 光的本质及产生
光量子说
– 1900年普朗克在研究黑体辐射时，提出辐射 的量子论
– 1905年，爱因斯坦在解释光电发射现象时提 出光量子的概念
– 光子的能量与光的频率成正比 – 光具有波粒二象性
光电检测技术—第二章
2.1.1 光的本质及产生
广义上——光辐射
– 光以电磁波或粒子（光子）形式传播能量， 光能量的传播过程称为光辐射。
– 流明：lm
光电检测技术—第二章
2.2 光源的基本特性参数
辐射出射度Me：
– 扩展辐射源单位面积所辐射的通量（也称辐射本 领）。
– 瓦每平方米：W/m2
光出度Mv ：
– 对可见光，扩展辐射源单位面积所辐射的通量。 – 勒克斯或流明每平方米：lx或lm/m2
光电检测技术—第二章
2.2 光源的基本特性参数
辐射强度Ie：
– 点辐射源在给定方向上通过单位立体角内的辐射通 量。
– 瓦每球面度：W/sr
发光强度Iv：
– 对可见光，点辐射源在给定方向上通过单位立体角 内的辐射通量。
– 坎德拉：cd
光电检测技术—第二章
2.2 光源的基本特性参数
辐射亮度Le：
– 辐射表面定向发射的辐射强度。 – 瓦每球面度平方米：W/（sr.m2）
Km称为明视觉最大光谱光视效能，它表示人眼对波 长为555nm[V（ λ =555）=1]光辐射产生光感觉的效 能，且λ1 = 380nm， λ2 = 780nm。实际上是光度参量 对辐射度参量的转换常数。
第二章 光电检测用光源
2.1 光的产生与光源分类 2.2 光源的基本特性参数 2.3 光电检测常用光源
光电检测技术—第二章
2.1.1 光的本质及产生
牛顿——微粒说
– 根据光直线传播现象，对反射和折射做了解释 – 不能解释较为复杂的光现象：干涉、衍射和偏振
波动理论
– 惠更斯、杨氏和费涅耳等 – 解释光的干涉和衍射现象 – 麦克斯韦电磁理论：光是一种电磁波
光电检测技术—第二章
2.1.1 光的本质及产生
物体发光有两种基本形式：
– 热辐射
• 凡高于绝对零度的物体都具有发出辐射的能力。 • 连续光谱，温度的函数，平衡辐射。
– “发光”辐射
• 线光谱或带光谱，非温度函数，非平衡辐射。 • 电致发光、光致发光、化学发光、热发光。
光电检测技术—第二章
2.1.1 光的本质及产生
电致发光
– 物体中的原子或离子在电场加速的电子作用 下，被激发到激发状态，当它返回到正常状 态时将产生辐射。
– 例如： 发光二极管所产生的光就是电致发 光。
– 气体放电产生的辉光。
光电检测技术—第二章
2.1.1 光的本质及产生
光致发光
– 物体被光直接照射或预先被照射而引起自身 的辐射称为光致发光。
光亮度Lv：
– 对可见光，辐射表面定向发射的辐射强度。 – 坎德拉每平方米：cd/m2
光电检测技术—第二章ຫໍສະໝຸດ 2.2 光源的基本特性参数
辐射效率ηe：
– 在给定λ1~λ2波长范围内，某一光源发出的辐射通量 与产生这些辐射通量所需的电功率之比，称为该光 源在规定光谱范围内的辐射效率。
– 无量纲
发光效率ηv：
– 在给定λ1~λ2波长范围内，某一光源发出的光通量与 产生这些光通量所需的电功率之比，称为该光源在 规定光谱范围内的发光效率。
– 流明每瓦：lm/W
光电检测技术—第二章
2.2 光源的基本特性参数
从ηe 、 ην可以看出，如果光电测量系统的光谱范围 为λ1~ λ2，那么应尽可能选用η较高的光源。
定义： 一切能产生光辐射的辐射源，无论 是天然的，还是人造的，都称为光源。
– 天然光源：是自然界中存在的：如太阳、恒 星等。
– 人造光源：人为将各种形式的能量(热能、电 能、化学能)转化成光辐射能的器件。电光源 是最常见的光源。
光电检测技术—第二章
返回
2.2 光源的基本特性参数
在光电检测中，光是信息的载体。 光源的质量在光电测量中往往起着关键
– 例如：荧光、示波管、显象管、日光灯等中 荧光物质的余辉。
光电检测技术—第二章
2.1.1 光的本质及产生
化学发光
– 由化学反应提供能量而引起的发光，称化学 发光。
– 例如：磷在空气中缓慢氧化而发光。
热发光
– 物体被加热到一定温度而发光，称热发光。 – 例如：钠或钠盐在火焰中发出的钠黄光。
光电检测技术—第二章