光电检测技术 第二章.ppt

第二章光电检测用光源?掌握内容发光二极管和激光光源的产生机理及基本特性,为正确使用打下一定基础。?理解内容光产生的基本原理及方法?了解内容气体光源和部分固体光源的机理和基本特性。第二章主要内容§§§§§§ 光的产生一、光的辐射?光是从实物中发射出来的,是以电磁波传播的物质?粒子在不断地运动:原子内有若干电子围绕原子核不断运动?运动有多种可能状态?不同运动状态的电子具有不同能量?当它们的运动受到骚扰时就可能发射出电磁波。假设E0 、E1为电子的两个运动状态,E0为基态,电子受激获得一定能量而跃迁到激发态E1,当电子从激发态回到基态时,能量从E1变到E0,此时发射光子的频率为:式中:h为普朗克常数,h=×10-27尔格·秒=×l0-15 eV·SvhEEv01??应用:由于原子中有很多可能的能级,而原子受激后可发射出多种频率的光。因此,利用光的频率分立特性,用适当的仪器可以把它们分辩出来。(分立的线光谱称为原子光谱,其中每一条谱线代表一个频率的光。)(一)热辐射?温度辐射的频率与强度取决于热平衡时的温度?任何高于绝对温度0K的物体都具有热辐射。?自然界中的任何物体都是热辐射体。温度低的物体发红外辐射,500。C左右时物体的温度辐射开始发部分暗红色的可见光。温度越高,发出的辐射波长越短;大约在1500。C时的温度辐射体开始发白光。热辐射光谱是连续光谱。应用:热辐射是红外探测技术和温度非接触测量的依据。(二)发光辐射二、光的产生方法激励可以使发光物质产生光,外界提供激励能的形式可有多种方式,常用的有以下几种方法:电致发光、光致发光、化学发光、热发光和场致发光。,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。这一过程称为电致发光。例如:发光二极管所产生的光就是电致发光。。例如:?荧光、示波管、显象管、日光灯等中荧光物质的余辉;?钠光灯被另一钠光灯照射发出的黄光(称为共振辐射);??短波长的紫外光照射到杂质(油污)上发出波长较长的可见荧光。光致发光原理当光投射到物质上时,光子直接与物质中的电子起作用(吸收、动量传递等),引起电子能态的改变,电子由高能态跃迁到低能态过程中发出辐射。,称化学发光。例如:磷在空气中缓慢氧化而发光。,称热发光。例如:钠或钠盐在火焰中发出的钠黄光。热发光的原理是特定的材料在特定的温度下才可能发光。火焰中的原子、离子或电子具有足够的动能去碰撞达到一定温度的钠原子,使钠原子受激而发光,其光谱为线光谱。实际上,物质受激而发光是很复杂的,有些同属几种受激过程。例如:?白炽灯中钨丝通以电流会发光,本质是电流通过电阻丝产生的热发光;?物质加热后燃烧发的光通常是氧化化学反应发光;平衡和非平衡辐射:?激发发光是一种非平衡辐射,即以一种外加能量转换成光能的过程。其光谱包括线光谱、带光谱和连续光谱。?温度辐射是一种能达到平衡状态的辐射。也称热辐射,即热平衡状态的辐射。三、光源分类定义:一切能产生光辐射的辐射源,无论是天然的,还是人造的,都称为光源。?天然光源:是自然界中存在的:如太阳、恒星等,在天文光电探测中,常常会遇到这些光辐射的测量。?人造光源:人为将各种形式的能量(热能、电能、化学能)转化成光辐射能的器件。其中利用电能产生光的器件称为电光源,在一般光电测量系统中,电光源是最常见的光源。