光电系统的常用光源讲义.pptVIP

第一章 日常生活中的常用光源; 爱因斯坦根据光电效应实验并结合普朗克能量子假说, 提出了光量子理论： 光是一种以光速运动的光子流, 以电磁波方式传播的粒子。 光子和其它基本粒子一样,具有能量、动量和质量。 它的粒子属性（能量、动量、质量等）和波动属性（频率、波矢、偏振等）之间的关系满足：;;变化的电场产生磁场;一切能产生光辐射的辐射源都称为光源;;1.1 辐射度学与光度学的;单位: （瓦每球面度）; 的定义 的定义;光谱辐射通量 与波长的关系; 2.光度量 光度量与辐射度量是一一对应的。 辐射度量是客观物理量， 光度量体现了人的视觉特性。;可见，辐射通量与光通量之间的换算关系： 1W = 683 V(λ）lm ，定义：Km = 683 lm /W;5)光照度 ;例如，对于色温为 2856 K的标准钨丝灯其光视效能为17lm/W，当标准钨丝灯发出的辐射通量为Φe＝100W时，其光通量为 Φv = 1710lm。 由此可见，色温越高的辐射体，它的可见光的成分越多，光视效能越高，光度量也越高。白炽钨丝灯的供电电压降低时，灯丝温度降低，灯的可见光部分的光谱减弱，光视效能降低，用照度计检测光照度时，照度将显著下降。 ;1.2 热辐射光源;普朗克公式;1.太阳与黑体辐射器;;1.3 气体放电光源;一、汞灯 泡壳内充汞蒸汽;二、钠灯 泡壳内充的是氖氩混合气体 与金属钠滴。;;四、氙灯 泡壳内充的是是惰性气体—氙。;五、氘灯 泡壳内充有高纯度的氘气 ;1.4 激光器; 激光形成机理;1.气体激光器;3.染料激光器;对P-N结正向注入电流或光泵浦，可激发激光。;输出波长2.94μm,用于激光医疗。 ;激光二极管（LD）泵浦的固体激光器;非线性频率转换得到短波长固体激光器 ;一、 光辐射的量子理论基础;(2) 自发辐射 ; (3) 受激辐射;2、爱因斯坦关系;所以有：;热平衡条件下，光辐射的能量密度的普朗克公式为：;结论： 三个爱因斯坦系数是相互关联的。 对一定的原子体系而言，自发辐射系数 A21 与受激辐射系数 B21 之比正比于 的三次方，因而 两能级相差越大， 就越高，A,B的比值就越大，也就是 越高自发辐射越容易，受激辐射越困难。一般在热平衡下，主要是自发辐射。;二、激光的产生;2、激光;3、受激辐射和光的放大 ;必要条件：粒子数反转分布和减少振荡模式 充分条件：起振和稳定振荡（形成稳定激光）;5、粒子数反转 ;6、工作物质、亚稳态;7、形成粒子数反转的结构-----原子能级系统;由爱因斯坦关系得：;由于;（2）粒子数反转，满足：; 二能级系统不能充当激光工作物质,因为其不能实现粒子反转。;激光物质是三能级或四能级结构。; 在外界激励下，基态E1的粒子大量地跃迁到E4，然后迅速转移到E3。E3能级为亚稳态，寿命较长。E2能级寿命较短，因而到达E2上的粒子会很快回到基态E1。所以在E3和E2之间可能实现粒子数反转。由于激光下能级不是基态，而是激发态E2，所以在室温下激光下能级的粒子数很少，因而E3和E2间的粒子数反转比三能级系统容易实现。;8、泵浦源;三、LD的结构、性能和应用;I型、N型、P型半导体;2.PN结的能带;PN结的能带弯曲;PN结达到动态平衡时，一个平衡系统只能有一个费米能级。自建电场的方向由N区指向P区，P区、N区的电子能级差为：;3.代表性的LD的结构;条形异质结LD:;量子阱（QW）LD;MQW结构的优越性： ;分布反馈激光器 ;DFB 激光器;4.LD的工作特性;⑵ 光谱特性;⑶ 调制特性;5.LD的应用 ;6.LD的发展日新月异 ;量子点（QD）激光器;短波长LD ;高性能LD组件;1.5 发光二极管（LED）;直接带隙半导体材料就是导带最小值（导带底）和价带最大值在k空间中同一位置。电子要跃迁到导带上产生导电的电子和空穴（形成半价能带）只需要吸收能量。GaAs、GaN半导体;间接带隙半导体材料导带最小值（导带底）和满带最大值在k空间中不同位置。形成半满能带不只需要吸收能量，还要改变动量。 电子在k状态时的动量是（h/2pi）k，k不同，动量就不同，从一个状态到另一个必须改变动量。Si、Ge、 GaP半导体;波矢(波数矢量)k：表示单位长度内的波数.