光电检测技术 第二章 光电检测用光源.pptVIP

第二章 光电检测用光源 2.1 光的产生 2.2 发光二极管 2.3 激光光源 2.4 其他光源 2.1 光的产生 光的辐射 1.高能级、低能级、基态、跃迁等 2. 3.原子光谱： 原子中有很多可能的能级，当原子受激后可 发出多种频率的光，这些频谱是分立的，称 为原子光谱。 a.气体或气态物质产生的为非连续的“自然光” b.固态物质产生的为飞相干的“自然光” 4.激发发光：激励、复合 激励：在外界作用下，粒子吸收能量，电子由 低能级跃迁到高能级的过程，常称为受 激吸收。 复合：电子由高能级回到低能级，释放能量。 a.变成粒子热运动的动能（温升） b.以光的形式辐射出来 5. 一般光源—自发辐射 激光光源—受激辐射（受激跃迁） 光的产生方法 电致发光 物质中的原子或离子受到被电场加速的电子的轰击，使原子中的电子从被加速的电子那里获得动能，由低能态跃迁到高能态；当它由受激状态回复到正常状态时，就会发出辐射。 例如：发光二极管 光致发光 物体被光直接照射或预先被照射而引起的自身辐射称为光致发光。 例如：a.荧光、示波管、显像管等荧光物质的余晖 b.钠光灯被另一钠光灯照射发出的黄光 c.短波长的紫外光照射到杂质（油污）上发出的波长较长的可见荧光等 光的产生方法 化学发光 由化学反应提供能量而引起的发光。 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。 例如：a.钠或钠盐在火焰中发出钠黄光 b.白炽灯发光（热光源） 2.2 发光二极管 发光二极管（LED）的类型 发光二极管的原理 发光二极管的特性 发光二极管的应用 发光二极管的驱动电路 直流供电 交流供电 接入开关电路中 接入线性放大电路中 2.3 激光光源 激光器的结构与原理 激光器的种类 激光器的特性参数 激光器在光电检测方面的应用 激光器结构和原理 受激辐射：激光是受激辐射的光放大。 粒子数反转 增益大于损耗 激光器由三部分组成：激活介质，谐振腔和激发源。 激光产生的基本条件 把处于低能态的电子激发或泵釜到高能态上去，需要泵源 需要大量的粒子数反转，使受激辐射足以克服损耗 需要一个共振腔提供正反馈及增益，用以维持受激辐射的持续振荡。 激光的特点 激光具有：单色性，方向性，高亮度，相干性。 方向性：a.激光的发散角很小，空间方向集中 高亮度：a.激光的发光时间很小 单色性：a.光谱的宽度窄 例如：氦氖激光器的相干长度可达几十公里 产生粒子数反转的方法 固体激光器采用光谱适应的强光对激光物质进行照射。 气体激光器多采用气体电离的方法。 半导体激光器多采用注入载流子的方法，使处于基态的粒子跃迁到激发态。 激光器的特性参数 功率（平均／峰值），能量 波长，频率，线宽 脉冲宽度，重复频率 光斑直径，发散角，Ｍ－平方因子 模式，波长可调谐性 稳定性（波长／频率／功率／能量／方向等），寿命，光电效率 激光器的类型 气体、固体、半导体激光器 紫外、可见和红外激光器 连续、准连续和脉冲激光器 单频、单模激光器 可调谐激光器 超短脉冲激光器 固体激光器 运行方式多样：连续，脉冲，调Ｑ，锁模等，可以获得高平均功率，高重复率，高脉冲能量，高峰值功率激光； 主要在红外波段工作，采用光学泵浦方式； 结构紧凑，寿命较长，稳定可靠； ＮＤ：ＹＡＧ，红宝石，钕玻璃激光器。 半导体激光器 PN结型二极管注入式激光器 泵源 工作物质 共振腔 法布里-珀罗共振腔、圆柱形共振腔、矩形共振腔、三角型共振腔 半导体激光器的性能 体积小，效率高，能耗低，寿命长，稳定可靠； 线宽较宽，波长可调谐，能产生超短脉冲，直接高频调制； 可批量生产，单片集成； 发散角大，温度特性差，容易产生噪声。 激光器在光电检测中的应用 激光测距，测长，测平面度等 激光大气污染检测 激光ＤＮＡ检测 激光海洋探测 激光制导 激光雷达 激光干涉测量（探伤） 激光全息测量 2.4 其他光源 1、热辐射光源 白炽灯、卤鎢灯 2、气体放电光源 气体放电灯（光谱不连续） * * 由半导体PN结构成，其工作电压低、响应速度快、寿命长、体积小、重量轻，因此获得了广泛的应用。 在半导体PN结中，P区的空穴由于扩散而移动到N区，N区的电子则扩散到P区，在PN