《光电检测技术》PPT课件(I)

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1、第2章光电检测中的常用光源在光电检测系统中，电光源是最常用的光源。按照光波在时间、空间上的相位特征，一般将光源分成相干光源和非相干光源，如下图所示：§2.1光源的特性参数1.辐射效率和发光效率在给定λ1～λ2波长范围内，某一辐射源发出的辐射通量与产生这些辐射通量所需的电功率之比，称为该辐射源在规定光谱范围内的辐射效率，表示为某一光源所发射的光通量与产生这些光通量所需的电功率之比，就是该光源的发光效率单位为1m／W(流明每瓦)。下表所列的为一些常用光源的发光效率。2.光谱功率分布光源的光谱功率分布分成四种情况，如下图所示。图中,(a)为线状光谱。(b)称为带

2、状光谱，(c)为连续光谱，(d)是混合光谱，在选择光源时，它的光谱功率分布应由测量对象的要求来决定。在目视光学系统中，一般采用可见区光谱辐射比较丰富的光源。对于彩色摄影用光源，应采用类似于日光色的光源，如卤钨灯、氙灯等。在紫外分光光度计中，通常使用氘灯、汞氙灯等紫外辐射较强的光源。(a)(b)(c)(d)2.1.3空间光强分布常用发光强度矢量和发光强度曲线来描述光源的这种特性。在空间某一截面上，自原点向各径向取矢量，矢量的长度与该方向的发光强度成正比，称其为发光强度矢量。将各矢量的端点连起来，就得到光源在该截面上的发光强度分布曲线，也称配光曲线。下图是气体

3、发光光源光强分布。2.1.4光源的颜色光源的颜色包含了两方面的含义，即色表和显色性。用眼睛直接观察光源时所看到的颜色称为光源的色表。例如高压钠灯的色表呈黄色，荧光灯的色表呈白色。当用这种光源照射物体时，物体呈现的颜色(也就是物体反射光在人眼内产生的颜色感觉)与该物体在完全辐射体照射下所呈现的颜色的—致性，称为该光源的显色性。2.1.5光源的色温黑体的温度与它的辐射特性是一一对应的。从光源的颜色与温度的这种关系，引出了颜色温度的概念，简称色温。一般光源，经常用色温、相关色温和分布温度表示。1)．色温如果辐射源发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射出的光的颜色相

4、同，则黑体的这一温度称为该辐射源的色温。2)．相关色温若—个光源的颜色与任何温度下的黑体辐射的颜色都不相同，这时的光源用相关色温表示。在均匀色度图中，如果光源的色坐标点与某—温度下的黑体辐射的色坐标点最接近，则该黑体的温度称为这个光源的相关色温。3)．分布温度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—温度下辐射的相对光谱功率分布一致，那么该黑体的温度就称为这个辐射源的分布温度。选择光源时，应综合考虑光源的强度、稳定性、光谱特性等性能。§2.2热辐射源根据斯奇芬-玻尔兹曼定律知，物体只要其温度大于绝对零度，都会向外界辐射能量，其辐射特性与温度

5、的四次方有关。物体由于温度较高而向周围温度较低环境发射能量的形式称为热辐射，这种物体称为热辐射源2.2.1太阳太阳直径约为1.392×109m。它到地球的年平均距离是1.496×1011m。从地球上观看太阳时，太阳的张角只有0.533o。太阳光谱能量分布相当于5900K左右的黑体辐射,见下图。其平均辐亮度为2.01×107Wm-2sr-l平均亮度为1.95×109cdm-2。在大气层外，太阳对地球的辐照度值在不同的光谱区所占的百分比为紫外区(<0.38)6.46可见区(0.38～0.78)46.25红外区(>0.78)47.292.黑体模拟器在许多光电仪器

6、中，往往需要辐射源的温度特性和光谱特性酷似理想黑体的特性。这种辐射源常称为黑体模拟器，也称基准辐射源，下图给出了几种工程黑体的典型结构。由图可见，工程黑体的内腔呈简单的几何形状——球形、锥形、圆柱型，或者是这些形状的组合。在实际应用中，基准辐射源称为黑体炉，由石墨制做，外壁包上较厚一层可长时间承受工作高温的热绝缘材料，以利于保温。采用电加热线圈加热，其线圈绕制、排列保证均匀加热。此外，腔体内置有高精度的热电偶或热电阻，用其检测辐射器空腔内的温度。为了使温度均匀稳定，全辐射器空腔的几何尺寸中l/d＞1.5。内腔的长度为L,出口直径为d。黑体模拟器的结构如上右

7、图所示，目前的黑体模拟器最高工作温度为3000K，而实际应用的大多是在2000K以下。3.白炽灯白炽灯是光电测量中最常用的光源之—。白炽灯发射的是连续光谱，在可见光谱段中部和黑体辐射曲线相差约0.5％，而在整个光谱段内和黑体辐射曲线平均相差2％。白炽灯有真空钨丝灯、充气钨丝灯和卤钨灯等，如果在灯泡内充入卤钨循环剂(如氯化碘、溴化硼等)，在一定温度下可以形成卤钨循环，即蒸发的钨和玻璃壳附近的卤素合成卤钨化合物，而该卤钨化合物扩散到温度较高的灯丝周围时，又分解成卤素和钨。这样，钨就重新沉积在灯丝上，而卤素被扩散到温度较低的灯泡壁区域再继续与钨化合。这一过程称为

8、钨的再生循环，如下图。卤钨循环延长了灯的寿命。灯的色温可达3200