光电检测技术第四章精.ppt

光电检测技术第四章第1页，本讲稿共30页第四章：发光与耦合器件第一节 发光二极管 一、发光二极管的结构与工作原理 二、LED的特性参数 三、发光二极管的应用第二节 激光器 一、激光的产生 二、氮氖激光器 三、半导体激光器第2页，本讲稿共30页第三节 光电耦合器件 一、光电耦合器件的含义和特点 二、光电耦合器件的特性参数 三、光电耦合器件的应用第3页，本讲稿共30页 在光电检测系统中，大量采用的是人工光源。按其工作原理不同，人工光源大致可以分为热光源、气体放电光源、固体光源和激光光源。其中气体放电光源又可分为开放式的电弧或电火花光源和封闭式的气体灯或气体放电管两种类型。发光与耦合器件第4页，本讲稿共30页发光与耦合器件发光：物体向外发射出可见光、不可见光（红外、紫外等）热辐射：物体温度高于绝对零度而产生的物 体热辐射。分类 激发辐射：物体在待定温度下受外界能量激 发的辐射，激发辐射光源为冷光源。第5页，本讲稿共30页 利用物体升温产生光辐射的原理制成的光源叫做热光源。在照明工程、光学和光电检测系统中，这类光源有着广泛的应用。常用热光源中主要是黑体源和以炽热钨发光为基础的各种白炽灯。热光源发光或辐射的材料或是黑体，或是灰体，因此它们的发光特性，如出射度、亮度、发出通量的光谱刅等，都可以利用普朗克公式进行精确的估算。也就是说，可以精确掌握和控制它们发光或辐射的性质。这是热光源的第一个优点。发光与耦合器件第6页，本讲稿共30页 热光源的第二个优点是，它们发出的通量构成连续的光谱，且光谱范围很宽，因此使用的适应性强。但是它们在通常温度或炽热温度下，发光光谱主要在红外区域中，少量在可见光区域中。只有在温度很高时，才会发出少量的紫外辐射，从这一特点来说，又限制了这类光源的使用范围。热光源的另一个优点是，这类光源大多属于电热型，通过控制输入电量，可以按需要在一定范围内改变它们的发光特性。同时采用适当的稳压或稳流供电，可使这类光源的光输出获得很高的稳定度。这在检测中是很重要的。发光与耦合器件第7页，本讲稿共30页 光致发光 化学发光冷光源：摩擦发光 阴极射线发光 结型（注入式）电致发光 粉末 薄膜发光与耦合器件第8页，本讲稿共30页气体放电光源：利用置于气体中的两个电极间放电发光构成了气体放电光源，这类光源又可分为开放式气体放电光源和封闭式电弧放电光源两种。一、开放式气体放电光源1、直流电弧 极间等离子体的辐射 炽热电极的辐射2、高压电容火花发光与耦合器件第9页，本讲稿共30页3、高压交流电弧 弧线光谱 火花线光谱4、炭弧 主要用于照明 加入不同元素时，可获得所需光谱辐射的输出。发光与耦合器件第10页，本讲稿共30页二、气体灯 将电极间的放电过程密封在泡壳中进行，又叫封闭式电弧放电光源。特点是辐射稳定、功率大、发光效率高。弧光放电 辉光放电 辉光与弧光中间形式 发光与耦合器件第11页，本讲稿共30页1、脉冲灯 发光与耦合器件第12页，本讲稿共30页2、燃烧式闪光泡 发光与耦合器件第13页，本讲稿共30页3、原子光谱灯 发光与耦合器件第14页，本讲稿共30页固体发光光源：电致发光是电能直接转换为光能的发光现象。实现这种发光的材料很多。利用电致发光现象制成的电致发光屏和发光二极管，将完全脱离真空成为全固体化的发光器件。一、电致发光屏 当荧光材料在足够强的电场或电流作用下，被激发而发光构成电致发光屏。按激发电源不同，又有交流和直流电致激发屏两种。发光与耦合器件第15页，本讲稿共30页1、交流粉末场致发光屏发光与耦合器件第16页，本讲稿共30页2、直流粉末电致发光屏 依靠传导电流产生激光发光，结构与交流发光屏类似。3、薄膜电致发光屏 致密、分辨力高 对比好 可用于隐蔽照明、雷达屏幕显示和数码显示等。4、标准发光屏发光与耦合器件第17页，本讲稿共30页二、发光二极管 -第一节内容激光光源：-第二节内容 气体激光器 发光与耦合器件第18页，本讲稿共30页 固体激光器 发光与耦合器件第19页，本讲稿共30页可调谐染料激光器 发光与耦合器件第20页，本讲稿共30页半导体激光器 发光与耦合器件第21页，本讲稿共30页第一节：发光二极管 发光二极管也叫做注入型电致发光器件。它是由P型和N型半导体组合而成的二极管，当在P-N结上施加正向电压时产生发光。其发光机理是：在P型半导体与N型半导体接触时，由于载流子的扩散运动和由此产生内电场作用下的漂移运动达到平衡而形成P-N结。若在P-N结上施加正向电压，则促进扩散运动的进行，即从N区流向P区的电子和从P区流向N区的空穴同时增多，于是有大量的电子和空穴在P-N结中相遇复合，并以光和热的形式放出能量。发光与耦合器件第22页，本讲稿共30页 发光二极管的结构原理如图所示。为能将所发光引出，通常将P型半导体充分减薄，于是结和复合发光主要从垂直于P-N结的P型区发出，在结的侧面也能发出较少的光。发光与耦合器件第23页，本讲稿共30页发光与耦合器件发光二极管的主要特点如下：1发光二极管的发光亮度与正向电流之间的关系如图。工作电流低于25mA时，两者基本为线性关系。当电流超过25mA后，由于P-N结发热而使曲线弯曲。采用脉冲工作方式，可减少结发热的影响，使线性范围得以扩大。正是由于这种线性关系使之可以通过改变电流大小的方法，对所发光量进行调制。第24页，本讲稿共30页发光与耦合器件2、发光二极管响应速度极快，有良好的频率特性。3、发光二极管的正向电压很低，约2v左右，于是它能直接与集成电路匹配使用。4、发光二极管还具有小巧轻便、耐振动、寿命长(大于5000h)和单色性好等一系列优点，使其应用越来越广泛。5发光二松管的主要缺点是发光效率低有效发光面很难做大。另外，发出短波光(如蓝紫色)的材料极少，制成的短波发光二极管的价格昂贵。克服这些缺点将位发光二极管作用及应用范围剧增。第25页，本讲稿共30页发光与耦合器件基本结构：1、面发光二极管 光束水平、垂直发散角均为120度。2、边发光二极管 方向性较好，其发散角水平方向是25度-35度，垂直方向是120度。第26页，本讲稿共30页发光与耦合器件特性参数1、LED效率 用于非显示时 用于显示时2、发光光谱 峰值波长 半宽度3、伏安特性第27页，本讲稿共30页发光与耦合器件4、发光亮度与电流的关系5、寿命6、响应时间第28页，本讲稿共30页发光与耦合器件发光二极管的应用1、数字、文字及图像显示2、指示、照明3、光源4、光电开关、报警、遥控、耦合第29页，本讲稿共30页再再 见！见！第30页，本讲稿共30页