光电检测常用光源及其参数
光电检测常用光源及其参数
光电检测常用光源及其参数白光灯是最常见的光源之一，也是光电检测中应用最广泛的光源之一、白光灯是通过电弧激发种类繁多的气体发出的多种颜色的光线叠加而成，可以提供连续的、宽带的光谱。
白光灯的参数主要包括亮度、颜色温度、光强和发光时间。
亮度是指白光灯的辐射强度，通常用流明（lm）来表示。
亮度决定了光源的明亮程度，对于光电检测来说，选择适当的亮度能够提高信号的强度，从而提高检测的精度和可靠性。
颜色温度是指白光灯的色彩，常用单位是开尔文（K）。
颜色温度越高，色彩越接近蓝色；颜色温度越低，色彩越接近橙色。
在光电检测中，不同的应用场景对颜色温度有不同的要求。
例如，工业检测一般要求颜色温度较高，而照明应用一般要求颜色温度较低。
光强是指白光灯的辐射强度，通常用瓦特/平方米（W/m²）来表示。
光强主要影响光电传感器的接收性能，太弱的光强可能导致传感器无法正常工作，而太强的光强可能导致传感器过载。
发光时间是指白光灯发出的光线的持续时间。
不同的应用场景对发光时间有不同的要求，一些高速光电检测系统可能需要毫秒级的发光时间，而一些低速光电检测系统可能需要秒级的发光时间。
激光器是一种具有高单色性、方向性和强光束的光源，其主要参数包括激光波长、功率和光束质量。
激光波长是指激光器发出的光线的波长，激光器可以发射单色、窄带宽的光线。
不同的激光波长对应不同的应用场景，例如红光激光器常用于定位和测距，绿光激光器常用于光电吸附检测。
功率是指激光器发出的光线的功率，通常用瓦特（W）来表示。
功率决定了激光器的亮度和穿透力，对于光电检测来说，选择适当的功率能够提高信号的强度，从而提高检测的灵敏度和稳定性。
光束质量是指激光器发出的光线的质量，主要通过光束发散角、准直度和光斑质量等参数来评估。
光束质量决定了激光光束的聚焦能力和传输效率，对于光电检测来说，选择具有良好光束质量的激光器能够提高检测的分辨率和可靠性。
发光二极管（LED）是一种利用半导体材料发光的光源，其主要参数包括波长、亮度和可见角度。
光电检测常用光源
光电检测常用光源调研报告光信092 黄坚保0911030005 前言由于生产技术的发展和对产品质量的保证，对产品进行检测就成了一个必须的环节。
检测技术发展到今天，已经是种类繁多技术全面了。
这里主要是以光电检测为对象进行调研的。
重点词汇光电检测光源LED LD正文在光电检测领域，比较关键的就是光源的选取。
光的产生可以分为电致发光、光致发光、化学发光、热发光、生物发光和阴极射线发光。
常用光源有热辐射光源（如太阳光、白炽灯、卤素灯等）、气体放电光源、金属卤化物灯、电致发光光源（如EL型和TFEL型、半导体发光器件）以及激光光源。
对光源选择的基本要求包括：对光源发光光谱特性的要求，对光源发光强度的要求，对光源稳定性的要求和其他方面的要求。
光源的基本参数有发光效率（单位lm/W），寿命（单位h），光谱功率谱分布，空间光强分布特性，光源光辐射的稳定性以及光源的色温和显色性。
以下是个常用光源的产生原理、特性以及应用一、热辐射光源1、太阳光太阳光是热核聚变辐射产生的光，是复色光，其照度值在不同光谱区不同，紫外光约占6.46%，可见光占46.25%和红外光区占47.29%。
太阳光因为是很好的照明光源，所以它是被动光电测量的主要光源，又是很好的平行光源。
2、白炽灯它靠电能将灯丝加热至白炽而发光，主要的灯丝材料为钨。
钨的蒸发率随温度不同而改变，而使用时间随工作温度升高而变短。
3、卤素灯溴、碘、氯、氟各种卤素都能产生钨的再生循环，就可以使灯的光效和寿命大大增加。
国内生产的主要是碘钨灯和溴钨灯，一般用作一般照明、投影仪照明、放映照明、汽车前灯照明、舞台灯光影视照明等。
二、气体放电光源这类光源是利用气体放电原理来发光的。
将氢、氘、氪等气体或汞、钠、硫等金属蒸汽充入灯内，在电场等能源的激励下，从灯的阴极发射出电子，电子将奔向阳极，由于阴阳极之间充满的气体或金属蒸汽因为激发辐射而发光。
气体放电光源的特点有：1、发光效率高，比白瓷灯高2-10倍；2、结构尺寸较大；3、寿命长，大约为白炽灯的2-啊10倍；4、光色范围宽；5光源的功率稳定性较差由于以上特点，气体放电灯主要用于工程照明，在光电测量中主要用于对光源稳定性要求不太高的强光主动测量场合。
光电比色法的原理
光电比色法的原理光电比色法是一种常用的化学分析方法，它利用光的吸收特性来测量溶液中某种物质的浓度。
这种方法具有操作简便、快速、准确等优点，因此在环境监测、生物医学、食品工业等领域得到了广泛的应用。
本文将对光电比色法的原理进行详细介绍。
光电比色法的基本原理是：当一束单色光通过一个吸收物质的溶液时，光的强度会被溶液中的吸收物质所减弱。
通过测量光的强度变化，可以计算出溶液中吸收物质的浓度。
光电比色法的关键部件是一个光电探测器，它将光信号转换为电信号，从而实现对光强度的测量。
光电比色法的具体步骤如下：1. 选择合适的光源：光电比色法要求光源具有稳定的光谱特性和足够的光强。
常用的光源有钨丝灯、氙灯、氘灯等。
在选择光源时，需要考虑光源的波长范围、光强稳定性等因素。
2. 选择适当的吸收池：吸收池是用来盛放待测溶液的容器，其材料应具有良好的透光性能。
常用的吸收池材料有玻璃、石英等。
吸收池的形状和尺寸应根据实验要求进行选择。
3. 将待测溶液倒入吸收池中，然后将吸收池置于光源和光电探测器之间，使光线通过吸收池内的溶液。
4. 开启光源，使光线通过吸收池。
此时，光电探测器会检测到光的强度，并将其转换为电信号。
这个电信号的大小与光线经过吸收池后的光强成正比。
5. 记录电信号的大小，并根据预先建立的标准曲线，计算出待测溶液中吸收物质的浓度。
光电比色法的关键参数是吸光度（A），它是衡量光强度变化的物理量。
吸光度的定义是：当一束平行光通过厚度为b、折射率为n的介质时，光强I与入射光强I0之比的负对数，即A = -log10(I/I0)。
吸光度与光强之间的关系可以通过比尔-朗伯定律（Beer-Lambert Law）来描述：A = ecl其中，e是摩尔吸光系数（molar absorptivity），表示单位浓度下单位厚度的介质对光的吸收能力；c是溶液中吸收物质的浓度；l是光线通过介质的距离。
从这个公式可以看出，吸光度与溶液中吸收物质的浓度成正比。
光电检测实验报告光电二极管
光电检测实验报告光电二极管
与实验报告有关
一、实验目的
本实验旨在探究光电二极管的基本特性，了解不同参数对光电二极管
的作用原理。
二、实验原理
光电二极管是一种特殊的半导体器件，由一个P半导体和一个N半导
体组成。
其结构类似于普通的二极管，它是由一块金属片和一块硅片组成的。
金属片在表面覆盖着一层半导体材料层，而硅片则覆盖着一层P沟槽，形成一个PN结构，这就是光电二极管的基本结构。
当光电二极管接受到
外部光照时，在P层和N层之间就会产生电子-空穴对，并促使电子向N
层移动，从而在P层和N层之间构成一个电流，也就是由光引起的电流。
三、实验设备
1、光源：LED灯泡；
2、示波器：用于测量光电二极管的输出电流与电压；
3、电源：用于给光电二极管提供电势；
4、电阻：用于限制光电二极管的输出电流；
5、光电二极管：本次实验使用的是JH-PJN22；
6、多用表：用于测量电流、电压。
四、实验步骤
1、用多用表测量光电二极管JH-PJN22的参数，测量其正向电压和正向电流与LED照射强度的关系；
2、设置由电源、电阻和光电二极管组成的电路，并使用示波器测量输出电流和电压；。
光电探测器的性能与参数
依照这一判据，定义探测器的通量阈Pth为
02
06
04
01
03
05
02
01
05
03
02
04
探测器的噪声功率N ∝Δf，所以
01
于是由D的定义知
02
另一方面，探测器的噪声功率N∝ A
03
所以
04
又有
05
把两种因素一并考虑，
定义
称为归一化探测度。
这时就可以说：D*大的探测器其探测能力一定好。 考虑到光谱的响应特性，一般给出D*值时注明响应波长λ、光辐射调制频率f及测量带宽Δf，即D*(λ, f ,Δf )。
以u，P，λ为参变量，i＝F（f）的关系称为光电频率特性，相应的曲线称为频率特性曲线。 同样，i=F (P)及曲线称为光电特性曲线。 i＝F (λ)及其曲线称为光谱特性曲线。 而i＝F (u)及其曲线称为伏安特性曲线。 当这些曲线给出时，灵敏度R的值就可以从曲线中求出，而且还可以利用这些曲线，尤其是伏安特性曲线来设计探测器的使用电路。
知识延伸
了解半导体光电探测器的发展及应用。
半导体光电探测器由于体积小，重量轻，响应速度快，灵敏度高，易于与其它半导体器件集成，是光源的最理想探测器，可广泛用于光通信、信号处理、传感系统和测量系统。最近几年，由于超高速光通信、信号处理、测量和传感系统的需要，需要超高速高灵敏度的半导体光电探测器。为此，发展了谐振腔增强型（RCE）光电探测器、金属半导体-金属行波光电探测器，以及分离吸收梯度电荷和信增（SAGCM）雪崩光电探测器（APD）等。
探测器件
热电探测元件
光子探测元件
气体光电探测元件
外光电效应
内光电效应
非放大型
第1章 光源
汞灯光谱能量分布图
(3) 氙灯
氙灯是由充有惰性气体---氙的石英泡壳内两
个钨电极之间的高温电弧放电而发出强光的 光源。 高压氙灯的辐射光谱是连续的，与日光的光 谱能量分布相接近(色温为6000K左右，显色 指数90以上，因此有“小太阳”之称。分为 长弧氙灯,短弧氙灯,脉冲氙灯. 由于脉冲氙灯的高亮度和瞬时功率大,常用作 摄影光源,激光器的泵浦源,等.
பைடு நூலகம்
A1和A2的物理意义如 图所示： 它们分别表示WλSλ 和Wλ两曲线与横轴所 围城的面积，即匹配 参数 是光源与探测 器配合工作时产生的 光电信号与光源总通 量的比值。 实际选择时，应兼 顾二者的特性，使匹 配系数尽可能大些。
Wλ Sλ
Sλ A2
Wλ
WλSλ A1 λ
光谱匹配关系图
2)对光源发光强度，稳定性 及其它的要求
(1)对光源发光强度的要求 光源强度过低，系统获得的信号过小，以 致无法正常检测。光源强度过高，又会导致系 统工作的非线性。有时可能损坏系统，待测物 或光电探测器等，同时也导致不必要的能源消 耗。因此系统设计时，必须对探测器所需获得 的最大，最小光通量进行正常估计，按估计选 择光源。
(2)对光源稳定性的要求 包括对光源波长稳定性及功率稳定性的要 求，可采用的方法有：温控或功率控制电路。 (3)对光源其它方面的要求 如：灯丝的结构和形状，发光面积的大小 和构成，灯泡玻壳的形状和均匀性，光源发光 率及空间分布等
(2)典型的光谱功率分布情况：
3）光强空间分布
对于各向异性光源，其
发光强度在空间各方向 上是不同的。 若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。 连接各矢量的端点，即 得光源在该截面上的发 光强度曲线，即配光曲 线。
光电检测中常用光源简介
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 为该辐射源在给定光谱范围内的辐射效率
光源的光通量与 产生光Байду номын сангаас量所需的 电功率之比，是光
源的发光效率
e
e P
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光电检测中的常v用光 P源v简介Km3788 00eP ()V()d
黑体模拟器 的结构：
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20光0电0检K测中以的常下用光。源简介
3.白炽灯 白炽灯是光电测量中最常用的光源之一。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％，在整个光谱段内和黑体辐射曲 线平均相差2％。
发光特性稳定,寿命长,使用和量值复现方便,因 而也可用作各种辐射度量和光度量的标准光源。
选择光源: 应综合考虑光源的强度、稳定性和 光谱特性等性能。 光电检测中的常用光源简介
§2.2 热辐射源
MeB(T)T4
根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律知，物体只要其温度 大于绝对零度，就会向外界辐射能量，其辐射特性 与温度的四次方有关。
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
选择光源：光谱功率分布应由测量对象的要求 来决定。
对目视光学系统:一般采用可见区光谱辐射比较 丰富的光源。
对彩色摄影: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光电源检测。中的常用光源简介
2.1.3 空间光强分布
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。
光电检测郭培源课件
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）Hale Waihona Puke 寿命，光电效率光电检测郭培源
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
光电检测郭培源
气体激光器
光束质量好，线宽窄， 相干性好，谱线丰富。
效率低，能耗高，寿 命较短，体积大。
原子（氦－氖）激光 器，离子（氩，氪， 金属蒸汽）激光器， 分子（CO2,CO,准分子) 激光器。
He-Ne激光器的基本结构形式
光电检测郭培源
氦氖激光器
氦氖激光器是一种原子气体激光器，工作物质 由氦气和氖气组成。
光电检测郭培源
红宝石激光器工作原理
5. 单色、单相柱状光线通过半反射镜射出红宝石棒，形成激光！
光电检测郭培源
固体激光实验装置 光电检测郭培源
微 型 固 体 激 光光电检测器郭培源（学生研发）
半导体激光器
工作物质是半导体材料，PN结就是激活物质。 体积小，质量轻、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
在工业检测、电信号的传送处理和计算机系统 中，常用继电器、脉冲变压器或复杂的电路来 实现输入端、输出端装置于主机之间的隔离、 开关、匹配、抗干扰等功能。 继电器动作慢、有触点工作不可靠；变压器体 积大、频率窄，所以它们都不是理想的部件。 随着光电技术的发展，70年代以后出现了一种 新的功能器件——光电耦合器。
4、相干性 由于激光器的发光过程是受激辐射，单色性好，发射较
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光电检测技术调研报告
光电检测常用光源及其参数
班级：光电工程142
学号：2014032082
**：***
2017年3月24日
目录
摘要 (1)
正文 (1)
光源的分类 (1)
光源的特性参数 (1)
辐射效率 (1)
发光效率 (1)
光谱功率 (1)
空间光强分布 (2)
光源的颜色 (2)
光源的色温 (3)
光电检测常用光源 (3)
热辐射源 (3)
气体放电光源 (3)
固体发光光源 (3)
激光器 (4)
总结 (4)
摘要
由于生产技术的发展和对产品质量的保证，对产品进行检测就成了一个重要的环节，光电检测则是其中比较常见的手段之一。
在光电检测中，光源的选择当然是关键的一个环节。
选取光源，则必须了解和熟悉其参数，才能选出好的、适合的光源。
可以说，光源的选择是光电检测中至关重要的一环。
正文
光源的分类
光源是能产生光辐射的辐射源。
天然光源是自然界中存在的，恒星（太阳）等；人造光源是人为将各种形式的能量（热能、电能、化学能）转化成光辐射的器件，其中利用电能产生光辐射的器件称为电光源。
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、空间上的相位特征可分为相干光源和非相干光源；按照发光机理可以分为热辐射光源、气体发光光源、固体发光光源和激光器光源。
光源的特性参数
辐射效率
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。
发光效率
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。
光谱功率
分布四种情况
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，一般采用可见光谱辐射比较丰富的光源。
对于彩色摄像用光源，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。
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空间光强分布特性。
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。
光源的颜色
包含了色表和显色性两方面的含义。
用眼睛直接观察光源时所看到的颜色称为光源的色表；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一致性，称为该光源的显色性。
光源对于物体颜色呈现的程度称为显色性，通常叫做显色指数（Ra）。
显色性是指事物的真
实颜色（其自身的色泽）与某一标准光源下所显示的颜色的关系。
Ra值的确定，是将
DIN6169标准中定义的8种测试颜色在标准光源和被测试光源下做比较，色差越小的则表明被测光源颜色的显色性越好。
（红、黑、黄、粉红、绿、蓝、紫、棕色）
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。
一般光源的色温，经常用色温、相关色温和分布温度表示。
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同，则黑体的这一温度称为该幅射的色温；若一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一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；辐射源在某一波长范围内辐射的相对光谱功率分布，与黑体在某一温度下辐射的相对光谱功率分布一致，那么该黑体的温度称为这个辐射源的分布温度。
光电检测常用光源
热辐射源
物体由于温度升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。
如太阳、黑体模拟器、白炽灯等。
气体放电光源
在灯中充入发光用的气体，这些气体的原子在电场作用下电离出电子和离子。
当离子向阴极、电子向阳极运动时，从电场中得到加速，在它们与气体原子或分子高速碰撞时会激励出新的电子和离子。
在碰撞过程中有些电子会跃迁到高能级，引起原子的激发。
受激原子回到低能级时就会发射出相应的辐射，这样的发光机制被称为气体放电原理。
利用气体放电原理制成的光源称为气体放电光源。
气体放电光源的特点：发光效率高、耐震、抗冲击、寿命长、光色适应性好。
常用的有脉冲灯、原子光谱灯、汞灯等。
固体发光光源
固体发光光源又称为平板发光器件，也称平板显示器。
按发光类型分为主动发光型（媒质自己发光）和被动发光型（靠媒质调制外部光源实现信息显示）。
按媒质和工作原理分为液晶显示（LCD）、等离子体显示（PDP）、电致发光显示（ECD）、电泳发光显示（EPD）。
场致发光：固体在电场的作用下将电能直接转换为光能的发光现象，也称电致发光，有
粉末场致发光源、薄膜场致发光源、结型场致发光源（二极管）三种形态
发光二极管（LED）：少数载流子在PN结区的注入与复合而产生发光的一种半导体光源。
属于低电压小电流器件，在室温下即可得到足够的亮度，发光响应速度快、性能稳定、寿命长、单色性好，发光的半宽度一般为几十nm。
激光器
气体激光器：工作物质由一种或几种气体组成，可发射多种波长的光，主要集中于可见和红外部分。
固体激光器：工作物质为具有特殊能力的高质量的光学玻璃或光学晶体里面掺入具有发射激发能力的金属离子。
主要有红宝石、钕玻璃、钇铝石榴石激光器等。
染料激光器：工作物质为染料，有连续和脉冲两种工作方式。
连续方式输出稳定，线宽小，功率大于1W；脉冲方式输出功率高，输出能量可达120mJ。
半导体激光器：工作物质为半导体，输出波长为0.33-44um，体积小，功率高，寿命长。
用于光通信、光学测量等。
总结
光源是光电检测中极其重要的部分，选择合适的光源对于整个光电检测系统了来说是十分重要的。
光源种类繁多，性能各有优劣，要选出合适的光源，必须要对各类光源的光学特性和参数有充分的了解。
在此基础上才能制造出性能优越（精度、适应性、寿命、价格等）的光电检测系统。