光電檢測技術第四章

光電檢測技術第四章第一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日第四章：發(fā)光與耦合器件第一節(jié)發(fā)光二極管一、發(fā)光二極管的結構與工作原理二、LED的特性參數(shù)三、發(fā)光二極管的應用第二節(jié)激光器一、激光的產(chǎn)生二、氮氖激光器三、半導體激光器第二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日第三節(jié)光電耦合器件一、光電耦合器件的含義和特點二、光電耦合器件的特性參數(shù)三、光電耦合器件的應用第三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日在光電檢測系統(tǒng)中，大量采用的是人工光源。按其工作原理不同，人工光源大致可以分為熱光源、氣體放電光源、固體光源和激光光源。其中氣體放電光源又可分為開放式的電弧或電火花光源和封閉式的氣體燈或氣體放電管兩種類型。發(fā)光與耦合器件第四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日發(fā)光與耦合器件發(fā)光：物體向外發(fā)射出可見光、不可見光（紅外、紫外等）熱輻射：物體溫度高于絕對零度而產(chǎn)生的物體熱輻射。分類激發(fā)輻射：物體在待定溫度下受外界能量激發(fā)的輻射，激發(fā)輻射光源為冷光源。第五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日

利用物體升溫產(chǎn)生光輻射的原理制成的光源叫做熱光源。在照明工程、光學和光電檢測系統(tǒng)中，這類光源有著廣泛的應用。常用熱光源中主要是黑體源和以熾熱鎢發(fā)光為基礎的各種白熾燈。熱光源發(fā)光或輻射的材料或是黑體，或是灰體，因此它們的發(fā)光特性，如出射度、亮度、發(fā)出通量的光譜刅?等，都可以利用普朗克公式進行精確的估算。也就是說，可以精確掌握和控制它們發(fā)光或輻射的性質(zhì)。這是熱光源的第一個優(yōu)點。發(fā)光與耦合器件第六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日熱光源的第二個優(yōu)點是，它們發(fā)出的通量構成連續(xù)的光譜，且光譜范圍很寬，因此使用的適應性強。但是它們在通常溫度或熾熱溫度下，發(fā)光光譜主要在紅外區(qū)域中，少量在可見光區(qū)域中。只有在溫度很高時，才會發(fā)出少量的紫外輻射，從這一特點來說，又限制了這類光源的使用范圍。熱光源的另一個優(yōu)點是，這類光源大多屬于電熱型，通過控制輸入電量，可以按需要在一定范圍內(nèi)改變它們的發(fā)光特性。同時采用適當?shù)姆€(wěn)壓或穩(wěn)流供電，可使這類光源的光輸出獲得很高的穩(wěn)定度。這在檢測中是很重要的。發(fā)光與耦合器件第七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日光致發(fā)光化學發(fā)光冷光源：摩擦發(fā)光陰極射線發(fā)光結型（注入式）

電致發(fā)光粉末薄膜發(fā)光與耦合器件第八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日氣體放電光源：利用置于氣體中的兩個電極間放電發(fā)光構成了氣體放電光源，這類光源又可分為開放式氣體放電光源和封閉式電弧放電光源兩種。一、開放式氣體放電光源1、直流電弧極間等離子體的輻射熾熱電極的輻射2、高壓電容火花發(fā)光與耦合器件第九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日3、高壓交流電弧弧線光譜火花線光譜4、炭弧主要用于照明加入不同元素時，可獲得所需光譜輻射的輸出。發(fā)光與耦合器件第十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日二、氣體燈將電極間的放電過程密封在泡殼中進行，又叫封閉式電弧放電光源。特點是輻射穩(wěn)定、功率大、發(fā)光效率高?；」夥烹娸x光放電輝光與弧光中間形式

發(fā)光與耦合器件第十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日1、脈沖燈

發(fā)光與耦合器件第十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日2、燃燒式閃光泡

發(fā)光與耦合器件第十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日3、原子光譜燈

發(fā)光與耦合器件第十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日固體發(fā)光光源：電致發(fā)光是電能直接轉(zhuǎn)換為光能的發(fā)光現(xiàn)象。實現(xiàn)這種發(fā)光的材料很多。利用電致發(fā)光現(xiàn)象制成的電致發(fā)光屏和發(fā)光二極管，將完全脫離真空．成為全固體化的發(fā)光器件。一、電致發(fā)光屏當熒光材料在足夠強的電場或電流作用下，被激發(fā)而發(fā)光構成電致發(fā)光屏。按激發(fā)電源不同，又有交流和直流電致激發(fā)屏兩種。發(fā)光與耦合器件第十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日1、交流粉末場致發(fā)光屏發(fā)光與耦合器件第十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日2、直流粉末電致發(fā)光屏依靠傳導電流產(chǎn)生激光發(fā)光，結構與交流發(fā)光屏類似。3、薄膜電致發(fā)光屏致密、分辨力高對比好可用于隱蔽照明、雷達屏幕顯示和數(shù)碼顯示等。4、標準發(fā)光屏發(fā)光與耦合器件第十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日二、發(fā)光二極管-第一節(jié)內(nèi)容激光光源：-第二節(jié)內(nèi)容

氣體激光器

發(fā)光與耦合器件第十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日

固體激光器

發(fā)光與耦合器件第十九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日可調(diào)諧染料激光器

發(fā)光與耦合器件第二十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日半導體激光器

發(fā)光與耦合器件第二十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)：發(fā)光二極管

發(fā)光二極管也叫做注入型電致發(fā)光器件。它是由P型和N型半導體組合而成的二極管，當在P-N結上施加正向電壓時產(chǎn)生發(fā)光。其發(fā)光機理是：在P型半導體與N型半導體接觸時，由于載流子的擴散運動和由此產(chǎn)生內(nèi)電場作用下的漂移運動達到平衡而形成P-N結。若在P-N結上施加正向電壓，則促進擴散運動的進行，即從N區(qū)流向P區(qū)的電子和從P區(qū)流向N區(qū)的空穴同時增多，于是有大量的電子和空穴在P-N結中相遇復合，并以光和熱的形式放出能量。發(fā)光與耦合器件第二十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日發(fā)光二極管的結構原理如圖所示。為能將所發(fā)光引出，通常將P型半導體充分減薄，于是結和復合發(fā)光主要從垂直于P-N結的P型區(qū)發(fā)出，在結的側(cè)面也能發(fā)出較少的光。發(fā)光與耦合器件第二十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日發(fā)光與耦合器件發(fā)光二極管的主要特點如下：1．發(fā)光二極管的發(fā)光亮度與正向電流之間的關系如圖。工作電流低于25mA時，兩者基本為線性關系。當電流超過25mA后，由于P-N結發(fā)熱而使曲線彎曲。采用脈沖工作方式，可減少結發(fā)熱的影響，使線性范圍得以擴大。正是由于這種線性關系．使之可以通過改變電流大小的方法，對所發(fā)光量進行調(diào)制。第二十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日發(fā)光與耦合器件2、發(fā)光二極管響應速度極快，有良好的頻率特性。3、發(fā)光二極管的正向電壓很低，約2v左右，于是它能直接與集成電路匹配使用。4、發(fā)光二極管還具有小巧輕便、耐振動、壽命長(大于5000h)和單色性好等一系列優(yōu)點，使其應用越來越廣泛。5．發(fā)光二松管的主要缺點是發(fā)光效率低．有效發(fā)光面很難做大。另外，發(fā)出短波光(如藍紫色)的材料極少，制成的短波發(fā)光二極管的價格昂貴?？朔@些缺點將位發(fā)光二極管作用及應用范圍劇增。第二十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日發(fā)光與耦合器件基本結構：1、面發(fā)光二極管光束水平、垂直發(fā)散角均為120度。2、邊發(fā)光二極管方向性較好，其發(fā)散角水平方向是25度-35度，垂直方向是120度。第二十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日發(fā)光與耦合器件特性參數(shù)1、LED效率用于非顯示時用于顯示時2、發(fā)光光譜峰值波長半寬度3、伏安特性第二十七頁，共三十頁，編輯于202