光电检测中常用光源简介
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。
实验室里常见的平行光源
实验室里常见的平行光源
在实验室中，平行光源是指发出的光线呈平行状态的光源，它们模拟理想中的远处光源。
这种光源对于各种光学实验和精密测量非常重要，因为它们能够提供均匀、一致的照明，减少光线的发散或汇聚，从而避免引入不必要的误差。
以下是一些常见的实验室平行光源：
1. 激光：由于激光光束的高度单色性和相干性，它自然地产生几乎完美的平行光束。
激光器广泛应用于干涉仪、全息摄影以及精确对准等实验中。
2. 光学准直器：这些设备通常使用狭缝和小透镜组合来将点光源（如LED）转变为平行光束。
3. 太阳模拟器：用于光伏测试的太阳模拟器可以产生大面积的准直平行光，模拟太阳光的特性。
4. 光纤光源：某些光纤光源通过其设计能发出近似平行的光，适用于需要灵活光源位置的实验环境。
5. 远距离投影：通过将光源放置在距离物体非常远的地方，可以获得近似平行的照明效果。
6. 积分球光源：虽然不是严格意义上的平行光源，但积分球产生的漫反射光可以提供相对均匀的光照条件，有时也被用于需要减少光强度梯度的场合。
选择何种类型的平行光源取决于实验的具体要求，比如需要的光谱范围、光强、相干性、以及光束直径等。
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。
光电检测第三章光电检测中的常用光源
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
第 三 章 光 电 检 测 中 的 常 用 光 源
截面上的发光强度分布曲
线,也称配光曲线。
如图所示是超高压球形氙
灯光强分布。
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3.1
光源的特性参数
光源的颜色
•光源的颜色包含两方面的含义,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
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光 电 检 测 中 的 常 用 光 源
3.1
光源的特性参数
光谱的功率分布 • 光源发出的大都是由单色光组成的复色光,
章
第 而且在不同频率上辐射出的光功率的大小不同。 三
•
常用光谱功率分布来描述光功率和频率的 经过归一化后的光谱功率分布称为相对光
这种关系。 谱功率分布。
光 电 检 测 中 的 常 用 光 源
⑤寿命长;
⑥功耗低;
⑦易于通过电压控制。
场致发光光源(发光屏)的缺点:
• 1) 亮度较低； • 2) 驱动电压高； • 3) 老化快。
3.4
固体发光光源
场致发光光源的应用
①特殊照明。
②数字、符号显示。
第 三 章 光 电 检 测 中 的 常 用 光 源
③模拟显示。
④矩阵显示。
⑤图像转换及图像增强
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第 三 章
子或分子高速碰撞时会激励出新的电子和离子。在
光 电 碰撞过程中有些电子会跃迁到高能级,引起原子的激 检 测 发。受激原子回到低能级时就会发射出相应的辐射, 中 的 这样的发光机制被称为气体放电原理。 常 用 光 利用气体放电原理制成的光源称为气体放电光源。 源
3.3
第二章光电检测技术常用光源
J.M.J. Madey
示第一个自由电子激光器（FEL）。
激光器件系列的开发（3）
1964年，W.B. Bridges研制成功氩离子激光器，最强的两条
谱线为488nm和514.5nm，与红色的He-Ne激光共同构成实验 室的标准激光器。
1965年，P.P. Sorokin和J.R. Lankard发明染料激光器，由红
激光器件系列的开发（2）
1961年，J.F. Johnson 和K. Nassau在贝尔实
验室发明掺钕钇铝石榴石（Nd3+:YAG）固体 激光器，成为应用最广泛的激光器之一。 K. Patel
1963年，K. Patel于1963年在贝尔实验室
开发了第一支CO2激光器，辐射10.6 m 的激光束，辐射波段窄，输出能量高，广 泛应用于激光加工和激光医学。
中国研制成功红宝石激光器
1961年9月，中国科学院长
春光机所在王大珩领导下， 用国产红宝石制造出中国第 一台红宝石激光器。
《科学通报》上发表了第
一篇有关激光的文章。这台 激光器比美国在1960年5月 问世的世界第一台激光器仅 晚了一年。
It
王大珩院士：创新 是我们的天职。
is our unshirkable duty to create something
1997年，朱棣文、C.C. Tannoudji和 W. Phillips获得诺贝尔物理
学奖，表彰他们在激光捕获和冷却原子领域的开创性研究成果。
飞秒化学，室温CW半导体激光器和异质结
1999年，A. Zewail赢得诺贝尔化学奖，以表彰他在飞秒化学
（Femtochemistry）领域所作出的卓越贡献。
第三章光电检测中常用的光源、光学系统与设备
斯特藩－波尔兹曼定律
黑体辐射的辐射本领与绝对温度的四次方成正比。
M b (T ) T
12
4
实验测得上式中的比例常数为
5.6710 W/cm K
2
4
它是个普适常数，叫做斯特藩-波尔兹曼常数。 J. Stefan, 1879; L. Boltzmann, 1884。
光源的基本特性参数
e M e0 M 0
M (T ) M 0 (T )
黑体辐射谱
吸收
辐射本领随着温度单调增加； 每一温度对应一最大辐射峰值； 温度增高时，光谱中能量的分 布随温度升高向短波移动。
发射
关于基尔霍夫定律的说明：
1. 2. 3. 4. 基尔霍夫定律是平衡辐射定律，与物质本身的性质无关； 吸收和辐射的多少应在同温度下比较，温度不同则没有意义； 任何强烈的吸收必发出强烈的辐射； 基尔霍夫定律所描述的辐射与波长有关，与人眼的视觉特性 和光度量无关； 5. 基尔霍夫定律只适用于温度辐射，对其它发光不成立。 有 参考书曰：“基尔霍夫定律表征温度辐射到如此程度，以至 于用它来当作辨别发光性质的最可靠的判据，凡不遵从基尔 霍夫定律的发光，就一定不是温度辐射的发光”。
标准照明体和标准光源
标准照明体和标准光源是为使光辐射测量标准化而引 入的概念。
标准照明体规定的是光源的光谱能量分布。一种标准照明 体有可能只用一种光源就可实现，也有可能要用一种光源 的若干标准滤光器的组合才能实现，甚至只能近似地实现。 标准照明体应当有良好的现实代表性，即是现有大量光源 辐照特性的典型代表。 标准光源是一种实在的光源，只是规定了这种光源的基本 特性以及光源的光谱能量分布与什么标准照明体相匹配。
第2章光电检测中常用光源
§2.1 光源的特性参数 第2章光电检测中常用光源 §2.2 热辐射源 §2.3 气体放电光源 §2.4 固体发光光源 §2.5 激光器
1、光源：一切能产生光辐射的辐射源，无论是天然，还是人造 （人为将热能、电能、化学能转换为光辐射能）的，都称为光源。 2、电光源：将电能产生光辐射。光电检测中常用的光源。
第2章光电检测中常用光源
(a) (a)为线状光谱
(b) (b)称为带状光谱
(c) (c)为连续光谱
(d) (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。
次方有关。
第2章光电检测中常用光源
• 铁加热：暗红色-----炽白，发光也更明亮
• 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。
热辐射源
1、太阳
第2章光电检测中常用光源
2、黑体模拟器
3、白炽灯
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。
热辐射光源、气体发光光源、固体发光光源、激光器
第2章光电检测中常用光源
人类对电光源的研究始于 18世纪末。19 世纪初，英国的H.戴维发明碳弧灯。 1879年，美国的T.A.爱迪生发明了具有实用价值的碳丝白炽灯 ，使人类从漫长的 火光照明进入电气照明时代。1907年采用拉制的钨丝作为白炽体。1912年，美国 的I.朗缪尔等人对充气白炽灯进行研究，提高了白炽灯的发光效率并延长了寿命， 扩美大国了研白制炽出灯荧应光用灯范，围发。光2效0世率纪和3寿第0年命2章代均光电初为检，白测中低炽常压灯用光钠的源灯3倍研以制上成，功这。是19电38光年源，技欧术洲的和 一大突破。40年代高压汞灯进入实用阶段。50年代末，体积和光衰极小的卤钨灯 问世，改变了热辐射光源技术进展滞缓的状态，这是电光源技术的又一重大突破。 60年代开发了金属卤化物灯和高压钠灯，其发光效率远高于高压汞灯。80年代出 现了细管径紧凑型节能荧光灯、小功率高压钠灯和小功率金属卤化物灯，使电光 源进入了小型化、节能化和电子化的新时期。
第4讲 光电仪器中的常用光源
激光的概念（ 激光的概念（1）
laser l — light a — amplification s — stimulated e — emission r — radiation Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 受激辐射的光放大 受激辐射的光放大
激光的概念（ 激光的概念（2）
光的受激吸收 光的自发辐射 光的受激辐射
E2 E2
hv
激发光子
E1 E2
hv
自发光子
hv
诱发光子
hv hv 受激子
E1
E1
激光的概念（ 激光的概念（3）
普通光：自发辐射发光 普通光： 自发跃迁，彼此无关； 特 点：自发跃迁，彼此无关； 光的频率、方向、 光的频率、方向、 相位杂乱无章 激 光：受激辐射发光 诱发光子的 刺激” 感应” 特 点：受诱发光子的“刺激”或“感应”； 受激光子” 诱发光子” “受激光子”与“诱发光子”的性 质、 状态完全相同
Φe ηe = P
Φv ηv = P
(lm ) W
光谱功率分布
描述光源的辐射功率随波长的分布情况 四种典型的光谱分布
线状光谱
P(λ)
带状光谱
P(λ) P(λ)
连续光谱
混合光谱
P(λ)
λ
λ
λ
λ
热辐射光源
特点 辐射特性与温度密切相关 辐射特性可以用普朗克公式 普朗克公式进行精确计算 辐射特性可以用普朗克公式进行精确计算 光谱分布为连续光谱（光谱范围很宽） 光谱分布为连续光谱（光谱范围很宽） 分类 人工辐射源：人造黑体、 人工辐射源：人造黑体、白炽灯等 目标辐射源：飞机、坦克等（教材） 目标辐射源：飞机、坦克等（教材） 自然辐射源：太阳、地面等（教材） 自然辐射源：太阳、地面等（教材）
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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
2 1
e()d
P
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。
或者说物体反射光在人眼 内产生的颜色感觉
当光源照射物体时，物体呈现的颜色与该物体 在完全辐射体照射下所呈现的颜色的一致性，就是 该光源的显色性。
光电检测中的常用光源简介
2.1.5 光源的色温
一般黑光体源的，温经度常与用它色的温辐、射相特关性色是温一和一分对布应温的度。表从示光。 源颜色与其温度的关系，引出了颜色温度的概念(即色 温)。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同，则黑体的这一温度称为该辐射源的 色温。
若相关一色个温光:在源均的匀颜色色度与图任中，何如温果度光下源的的黑色坐体标辐点射与的某 颜 一为温这色度个都下光不的源相黑的同体相，辐关射色这的温时色。的坐光标源点用最接相近关，色则温该表黑示体的。温度称
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，那么该黑体的温度就称为这个辐射源的分布温度。
2.光谱功率分布
光源发出的一般是复色光，而且在不同频率 上辐射出的光功率的大小不同。光功率和频率的 这种关系，用光谱功率分布来描述。
光谱功率分布经有过四归一种化：后线的状光光谱谱功率、分带布状光谱、 连续光谱和混合光谱称。为相对光谱功率分布
线状光谱
带状光谱
光电检测中的常用光源简介
连续光谱
混合光谱
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。
光电检测中的常用光源简介
实用基准辐射源称为黑体炉，由石墨制做。
对黑体炉的要求:保温：外壁包一层较厚可以长 时间承受高温的热绝缘材料; 加热：用电加热线圈， 但线圈绕制、排列应保证均匀加热; 测温：用高精 度的热电偶检测辐射器空腔内的温度; 尺寸:为了使 温度均匀稳定，全辐射器空腔的几何尺寸的内腔长 度和出口直径比l/d＞1.5。
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 m)
可见区(0.38～0.78 m )
m 红外区(>0.7光8电检测中的常用)光源简介
6.46% 46.25% 47.29%
标准海平面上太阳的光谱辐射照度曲线
光通过大气 层时,大气层在 不同程度上吸收 太阳辐射，而且 它们都是光谱选 择性的吸收介质。
把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。
常用发光强度
矢量和发光强度曲
线来描述光源的空
间光强分布。右图
为气体发光源的光
强分布图。
光电检测中的常用光源简介
2.1.4 光源的颜色
光源的颜色包含两方面含义：色表和显色性。 为了提高光的利用率，一般选择发光强度大的
方向作用为眼照睛明直方接向观。察为光了源利时用所背看面到方的向颜的色光称辐为射光， 可源以的在色光表源。的例背：面高安压装钠反灯光色罩表，呈反黄光色罩，的荧焦光点灯位色于 光表源呈的白发色光。中心上。
热辐射源有：太阳、白炽灯、黑体辐射器、 气体放电灯等。
光电检测中的常用光源简介
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 平均辐亮度：2.01×107Wm-2sr-l 平均亮度：1.95×109cdm-2。
照明显光示源光：源太：阳CR、T白、炽PD灯P、、黑LC体D辐、射EL器D、。气体放 电灯等。
显照示明光光源源着:着重重强强调调图光电电像检测能的中的转清常用换晰光源为度简介光、能饱的和效度率和和对颜比色度。;
§2.1 光源的特性参数
特性参数主要有：辐射效率和发光效率、光谱功 率分布、空间光强分布、光源的颜色和光源的色温。
光电检测中的常用 光源简介
光电检测中的常用光源简介
1
电子学中：电源，光电子学中第一个接触的是光源。 光电检测中:电光源是最常用的。按光波的时、
空相位特征，光源分成和非相干光源：
:其光波能在时间和空间上。
相干光源有即：一激种光无、限非连续线光性波光学器件。 非相干光源有：显示光源、照明光源和信息处理光源。
辐射到地球上的太阳光，要穿过一层很厚的大 气层，因而太阳光在光谱、空间分布、能量大小、 偏振状态等方面都发生了变化。
光电检测中的常用光源简介
2.黑体模拟器
在许多光电仪器中，往往需要辐射源的温度特性 和光谱特性与理想黑体的特性相似。这种辐射源常称 为黑体模拟器，也称基准辐射源。
几种工 程黑体 的典型 结构