导图社区 光电子技术第一章光源
第一章光源，总结第一章大致知识点，实用型。热辐射，激光器，气体放电光源，发光二极管
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光源
1.1辐射度学与光度学基础
1.2热辐射关源
一、基础知识
热辐射
一种电磁波
辐射能按波长分布，决定舞台温度
吸收比，反射比
不透明物体，单色吸收和单色反射之和为1
辐射能力越强，吸收能力越强
普朗克公式
黑体
1单峰结构
2维恩位移定律
3斯蒂芬波尔滋曼定律
即：随温度T升高，峰值入m向短波移动
绝对黑体：任何温度、任何波长的辐射能的吸收比都为1。
色温
定义：如果热辐射光源的光色与某一温度T的黑体所发的光色相同或相近，则称温度T为该热辐射的色温或相关色温。
注：色温高代表蓝色光成分多，色温低则代表橙色光成分高
常见的色温
蜡烛：1900K
太阳：200-5400（中午高，日出日落低）
白炽灯：2300-3000K
月光：4000K
日光灯：5500-6000K（气体放电灯：2300-10000K）
二、太阳与黑体辐射器
太阳非常接近绝对黑体
大气层外太阳光谱能量分布相当于5900K左右黑体辐射，波长是550nm
黑体辐射器
常用作标准光源（最高工作温度3000K）
科学制作的小孔空腔结构
有绝热层、测温和控温的传感器，可保持热平衡，调节温度
三、白炽灯
（热辐射发光）
原理：钨丝加热发光，玻壳内充氩气或氮气
色温：约2800K
辐射光谱：约400-3000nm
特性
寿命与光参数、电参数有关（可略低于额定电压使用，延长寿命）
有正电阻性，热电阻为冷电阻的12-16倍（启动瞬间电流大）
优点：价格低，光谱连续，显色性好
缺点：钨丝蒸发损耗，寿命短，玻壳发黑，光通量低
四、卤钨灯（碘、溴）
填充气体：卤素元素气体
原理：（钨丝高温发光）
卤钨循环：在玻壳附近，温度较低，生成会发性卤钨化合物WX，阻止钨沉积在玻壳上，防止灯泡变黑，维持光通量。当WX扩散至灯丝附近温度较高的区域时，分解释放出的W又沉积在灯丝上。抑制了钨损耗，延长灯泡的寿命。
优点：体积小，光通量稳定，光效率高，色温稳定，寿命长
1.3气体放电光源
一、气体放电光源的基础原理
二、汞灯
低压汞灯
线状光谱
冷阴极辉光放电型
应用：紫外消毒
热阴极弧光放电型
应用:光谱转换后，用作荧光灯（日光灯）
高压汞灯
可见辐射加强
带状光谱
可作高效照明光源
1-5个大气压的汞蒸气
超高压汞灯
很好的蓝绿光源
10-20个大气压的汞蒸气
光学仪器，投影系统
三、钠灯
低压钠灯
不需要光谱转换
应用
小功率：光谱仪器单色光源
大功率：指示信号灯（大于45w）
高压钠灯
应用：城市街道照明
2-4个大气压钠蒸气
四、金属卤化物灯
高压放电光源
填充物
碘化物和汞蒸气的混合
（汞不发光）
发光原理：金属卤化物中分解出来的金属受激发而发出该金属的特征光谱
常见的金属卤化物灯：鉈灯（水下），镝灯（印刷版光源），钠鉈铟灯（照明）
五、脉冲氙灯
原理：电容充电储存起来，高压触发放电
光谱：接近日光
应用：激光抽运，高速摄影
材料：惰性气体氙
六、氘灯
填充物：高纯度的氘气
原理;阴极产生电子发射，高速电子碰撞氘原子，激发连续紫外光谱
优点：紫外辐射高，稳定性好，寿命长
1.5发光二极管
普通亮度LED
材料：直接带隙半导体材料
结构：无谐振腔，PN结，不要求重掺杂
工作特点
自发辐射发光，属于非相干辐射
不存在阈值电流
体积小，寿命长，耗电少
超高亮度LED
LED全彩显示屏
交通信号灯
观景照明
白光LED
可用一切照明场合
子主题
1.4激光器
特征相干性，方向性，单色性，高亮度
一、激光原理
1.产生的物理基础
光子基本性质
光子相干性和简并度
受激辐射基本概念
自发辐射
受激辐射
粒子本身性质
辐射场
热平衡下，大量粒子受激吸收至高能，而通过受激发射返回低能的粒子很少
2.产生激光的措施
泵浦源
为激光物质高能量，实现粒子反转，并使初始增益优于损耗
增益介质
实现粒子反转的物质
光学简振腔
选膜，简振放大
受激吸收
粒子自身性质
3.产生强相干性原锂（产生激光的基本条件）
光学振腔及选膜
提高光子简并度，使受激发射优于自发发射
光放大物质增益作用
实现粒子翻转，使受激发射优于受激吸收
二能级体系
不能反转
三能级体系
红宝石激光器
四能级体系
最易实现翻转，产生激光
使增益大于损耗，实现光放大
二、固体激光器
光谱激励
气体放电灯泵浦，椭圆聚光枪
效率极其低0.01%
半导体激光器泵浦
效率有7-20%
意义
世界第一台激光器（1960年梅曼发明）
三能级
只有脉冲方式
钕激光器
ND:YAG激光器
用氪灯泵浦
工作原理
四能级
输出红外波长1064nm
脉冲输出
阈值比红宝石低，所以效率比红宝石高
可脉冲，连续运转
调Q峰值有10 8W
钕玻璃激光器
工作物质为各项同质玻璃+Nd2O3 1-5%比例
散热能力差，不易连续，高重复运转
最强输出波长1060nm
钛宝石激光器
优点
频率可连续调节
波长范围大（660—1180nm）
激光器快速泵浦
锁膜飞秒量级短脉冲，脉冲10 13W
三、液体激光器
四、气体激光器
He-Ne激光器
激活粒子：氖原子
He气体作用：He受激发到高能状态，再把能量通过的共振转移，起到辅助泵浦作用
能级结构：四能级
泵浦：泵浦辉光放电激励，氦离子辅助泵浦
谐振腔结构
内腔式（输出非偏振）
外腔式（输出线偏振光）
半内腔式（输出线偏振光）
氩离子激光器
工作原理:物质氩气，激活氩离子
泵浦
低压大电流弧光放电，氩原子电离，粒子碰撞，直接或分步
作染料激光器的泵浦源
用于医学（眼科）
深海水下勘察作业（大功率蓝绿激光器）
（大功率蓝绿激光器）
CO2激光器
工作物质：CO2，N2，He
He气体作用：He通过碰撞等方式抽空激光下能级的能量，起到冷却激光下能级，维持反转粒子作用
泵浦：主要是N2辉光放电辅助泵浦。（N2作能量共振转移）
（大功率红外激光器）输出1061nm波长
特点
效率高（20-25%），功率强（连续功率可达104w比固体激光器强，脉冲功率较弱），工作稳定，单色性好。适用于空间通讯
五、半导体激光器
