第2章常用光源教学讲义

更多 离子 撞击
原子
（被电场加速）
（被电场加速）
特点：
发光
某些原子的电子
自发辐射 跃迁到高能级
回低能级
1.发光效率高，是白炽灯的2~10倍
2.电极结构紧凑，耐震，耐冲击
3.寿命长，大约是白炽灯的2~10倍
4.光谱范围广 2020/7/2
2.3.1 脉冲灯
工
脉冲灯---在极短的时间
作
内发出很强的光辐射
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2.2 热辐射源
2.2.1 太阳
太阳光谱能量分布：相当于 5900K左右的黑体辐射
紫外光6.46%， 可见光46.25%， 红外光47.29% 2.2.2 黑体模拟器
主要结构：
绝热层、加热器、高 吸收比内表面、 温度 探测器
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2.2.3 白炽灯
（1）真空钨丝灯--工作温度： 2300K-2800K， 发光效率约 10lm/w。
如：高压汞 灯光谱
如：白炽灯、 卤素灯光谱
如：荧光灯 光谱
仪器测量时----所选光源的峰值波长应与探测器的灵敏波长相一致 目测时----------绿光光源 彩色摄像时----选择发射连续光谱的光源。如：白炽灯
2.1.3 空间光强分布
d
dΩ
I d d
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一般来讲光 源的辐射强 度在空间各 个方向上是 不同的
主要用途----•特殊照明。仪表表盘、 飞机座舱，坑道照明 •数字、符号显示 •模拟显示 •矩阵显示 •图像转换及图像增强
2.4.2 其它平板显示器件
1.液晶的电光效应和液晶显示（LCD） 补充：光的偏振 （1）什么是液晶 液晶是指在某一温度范围内，从外观看属于具有流动性的液 体，但同时又是具有光学双折射性的晶体。
“液晶”包含两种含义，一是指处于固体相与液体相中间 状态的液晶相，二是指具有上述液晶相的物质。
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（2）液晶的各向异性
n 液晶 分子
n// n
液晶物质的大多数为有机化合物， 其分子的形状一般为细长的棒状
电致发光显示（ELD）、场致发光显示（FED）
2.4.1 场致发光光源
1.交流粉末场致发光屏
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发光亮度与所 加电压的关系
LL0
expU [0()12] U
与时间 L L0
的关系
1 t t0
如ZnS：峰值波长0.48~0.52μm,寿命约为3000小时
使用特点：发散角大，光线柔和，寿命长，功耗小，响应快， 不发热，但亮度低、电压高，老化快
所以在光源的 不同方位放置 探测器时所接 收的辐射通量 也不同，对能 量的利用率也 就不相同了。
所以有必 要研究光 源的空间 辐射强度 分布
发光强度矢量
1
1 2
配光曲线 ------描述光源 在某一平面内 的光强分布
例：高压球 形氙灯
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2
用光线疏 密表示强 度大小
用线的长 度表示强 度大小
相关色温----当辐射体的辐射颜色不与 任何一温度下的黑体辐射的颜色完全相 同时，我们就用色坐标最接近这种辐射 体的黑体温度做为辐射体的色温，称为 相关色温。
R、G、B值最 接过
分布温度----当辐射源在某 一波长范围内辐射的相对 光谱功率分布，与黑体在 某一温度下辐射的相对光 谱功率分布一致，则此时 的黑体温度为辐射源的分 布温度。
2. 直流粉末场致发光屏
100V电压下，光亮度约为30cd/m2,寿命上千小时， 发光效率0.2~0.5lm/W。适合于脉冲激发下工作。
主要用于：数码、字符、矩阵的显示
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3. 薄膜场致发光屏 直流：主要有橙黄和绿色，10~30V电压下，光亮度约 为3cd/m2, 发光效率10-4l m/W。寿理命大于1000小时 交流：主要有橙黄和绿色，100~300V电压，频率几十~ 几千Hz，光亮度几百cd/m2, 发光效率10-3l m/W。寿命 大于5000小时
电
路
应用特点---高亮度，摄影光源、激光器光泵、印刷制版
如 脉冲氙灯，色温与日光接近，6000K左右，适用于彩色摄影，显色
氙
指数大于90%.，俗称“小太阳”。 此外还有长弧氙灯、短孤氙灯
灯
发光效率25~20lm/W
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如
发紫外光. 强度 高、稳定性好、
氘 寿命长
灯 常用于各种紫外
分光光度计的标
（2）充氩、氮等惰性比较大的气体 --工作温度2700-3000K，发光效 率约17lm/w
（3）充卤素（氯化碘，溴化硼等） --工作温度3000-3200K，发光效率 约30lm/w
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2.3 气体放电光源
氢、氦、氘、氙、氪、汞、钠、硫蒸气等充入灯管中
电子或气 体中残存 的离子
电子
撞击 原子 产生
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场致发光光源的优点：
•固体化、平板化，可靠、安 全、占地小，易安装 •面积、形状不受限制 •属无红外辐射的冷光源，隐 蔽性好，对环境没影响 •视角大，光线柔和，便于观 察 •寿命长，发光不会突然熄灭 •功耗低，几毫瓦/m2 •发光易于通过电压控制
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场致发光光源的缺点： •亮度低（<50cd/m2) •驱动电压高。上百伏 •老化快
第2章 光检测中的常用光源
•从相干性上分
气体激光器
固体激光器
激光 染料激光器
相
半导体激光器
干
光
等离子体激光器
源 非线性光学器件
•从发光机理上分
照明 光源
非 相 干 显示 光 光源 源
太阳 气体放电灯、荧光灯 白炽灯 黑体辐射器
阴极射线管 等离子体管 荧光显示器 液晶显示器 场致发光（EL）显示器 发光二极管（LED）
热辐射光源、气体放电光源
信息处理用光源
固2体020/7发/2 光光源、激光器
2.1 光源的特性参数
2.1.1 辐射效率和发光效率
辐射效率： e
e
P
12ed
P
发光效率：
V
V
P
12Pd
P
2.1.2 光谱功率公布
单位：lm/W
0
λ
a.线状光谱
0
λ
b.带状光谱
0
λ
c.连续光谱
0
λ
d.复合光谱
如：低压汞 20灯20/7光/2 谱
Hale Waihona Puke Baidu准辐射光源
2.3.2 原子光谱灯---空心阴极灯
优点：波长宽 度很小，谱线 强度大。用于 测波长
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2.3.3 汞灯
a. 低压汞灯：发 235.7nm的紫外光
b.
b. 高压汞灯：主 要是可见光成份，
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c.超高压汞灯
2.4 固体发光光源（FPD）
“固体发光光源”又称为“平板发光光源”或“平板显示 器分”类：液晶显示（LCD）、等离子体显示（PDP）