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1、光电子技术（2）四、发光效率发光效率是对人造光源而言的，指光源所发出的光通量与输入的功率之比。对电光源，发光效率指发出的光通量与电光源消耗的电功率之比。用辐射度量和光度量表示：光电子技术LectureNew优秀课件光电子技术（2）式中显然，1表示消耗功率P后转换为可见光谱范围的电磁辐射的效率，2表示可见光谱范围的辐射功率转换为光通量的效率。通常称2为理想光效。光电子技术LectureNew优秀课件1.2 热辐射描述与光源一、热辐射性质1、基尔霍夫定律任何物体总是在不断地向外辐射能量，同时也在接收外来的辐射能量。接收的能量大于发射的能量，此物体的温度升高，反之，温度下降。当接收与辐射达到平衡时，
2、物体的温度保持恒定。所以，温度是度量物体热辐射平衡的一个参数。（1）辐射本领Me(,T)光电子技术（2）光电子技术LectureNew优秀课件光电子技术（2）描述物体热辐射能力，物体的辐射本领用它的光谱辐射出射度表示：（2）吸收本领 (,T)描述物体吸收辐射的能力，定义为物体吸收的在到+d范围的辐射通量与入射的同一光谱范围的辐射通量之比：光电子技术LectureNew优秀课件光电子技术（2）通常，Me(,T)和(,T)的分布不仅随T变化，而且随物体的性质而变化，并且变化可能千差万别，然而，基尔霍夫定律表明：任何物体的发射本领与其吸收本领之比是一个与物体性质无关的普适函数，这个普适函数只依赖和T
3、两个变量。即：这个普适函数就是黑体的辐射分布公式，它困扰了19世纪的科学。同时导致了量子力学的诞生。能量量子化正是普朗克为了导出与黑体热辐射实验结果一致的理论公式过程中提出来的。光电子技术LectureNew优秀课件光电子技术（2）2、黑体辐射（1）、黑体黑体指吸收本领(,T)恒为1的热辐射体。定义物体的发射率为物体的辐射本领与黑体的辐射本领之比：上式表明好的发射体也是好的吸收体，同时也表明实验上只需测量发射率或吸收本领之一，通常对发光源测量发射率较方便，而不发光的物体，测量吸收本领较方便。（2）黑体辐射本领普朗克辐射公式光电子技术LectureNew优秀课件光电子技术（2）式中C1=2hc2
4、=(3.7418320.000020)*10-16 W m2C2=c h/k=(1.438786 0.000045)*10-2 m K黑体辐射性质：（1）单峰结构；（2）辐射能量随温度增加，存在关系Meb(T)=T4；（3）峰值波长随温度升高蓝移，存在关系mT=a=2898m K。3、热辐射体分类分为黑体、灰体和选择辐射体光电子技术LectureNew优秀课件光电子技术（2）4、色温和相关色温色温是用黑体的温度来标度普通热辐射源的温度。色温：如果热辐射体的光色与温度为T的黑体的光色完全一样，则称该热辐射体的色温为T；相关色温：如果热辐射体的光色与温度为T的黑体的光色最接近，则称T为该黑体的相关
5、色温。二、常用热辐射光源1、白炽灯钨丝加热发光，玻壳内充氩或氮汽。特点：电流大、温度高、色温高，显色性好，正电阻性。光电子技术LectureNew优秀课件光电子技术（2）缺点：钨蒸发损耗，寿命短，玻璃壳变黑，光通量降低2、卤钨灯在白炽灯中改充卤素元素气体，如Br2，I2等，卤素与钨反应：W+X2 WX（气态）T+T-灯丝附近温度高，钨蒸汽压高，抑制钨蒸发。在玻璃壳附近，温度较低，形成WX，阻止钨沉积在玻璃壳上而损耗。所以，卤钨反应抑制了钨损耗，延长了钨丝的寿命。与白炽灯比较，卤钨灯特点：（1）体积小；（2）光通量稳定。（3）光效率高，20-30流明/瓦；（4）色温高，达3300K；（5）寿命长
6、。光电子技术LectureNew优秀课件光电子技术（2）3、标准照明体4、标准光源标准照明体指特定的光谱功率分布。CIE针对不同的用途定义了不同的标准照明体，其中常用的三种标准照明体为：标准照明体A：温度为2856K的黑体所发出的光谱标准照明体B：相关色温约为4874K的直射阳光的光谱标准照明体C：相关色温为6774K的平均日光的光谱标准光源指实现标准照明体的发光源。常用标准光源有三种（1）黑体光电子技术LectureNew优秀课件光电子技术（2）根据黑体辐射本领可得其辐射亮度，由此辐射公式可得各种色温的光谱功率分布，因此，它是初级标准光源。但是，直接使用它不方便。常使用通过它校正过的其它次级
7、标准光源。如钨带灯、碳弧等。（2）、钨带灯钨带灯由2*0.05*L mm3尺寸的钨带发光，封装在真空或充惰性气体的玻璃壳内。对紫外标准光源，需要开一石英窗口。钨带灯为低压大电流供电，需要稳流。只要知道了钨的发射率(,T)，就能通过黑体的光谱求得钨带光电子技术LectureNew优秀课件光电子技术（2）灯的光谱亮度：（3）、钨管灯又名钨管黑体灯，由厚度约25m的钨皮，卷成直径约2mm的钨管，管长约45mm，管芯装一钨丝，钨管一端开1mm孔径，钨丝通电发光从此孔射出。钨管放入真空或充氩汽的玻璃壳内。钨管灯在可见区的发射率很高，是最接近黑体的一种灯。是一种良好的标准光源。光电子技术LectureNe
8、w优秀课件光电子技术（2）1.3、气体放电光源一、气体放电光源的基本原理1、气体放电与电子发射气体放电指电流通过气体媒质时产生的放电现象。气体放电的种类很多，但在光源中用得较多的是辉光和弧光放电两类。气体放电灯结构：放电气体、阴极、阳极和玻璃罩气体放电发光的基本过程：、初始电子加速、加速电子与气体分子碰撞，能量传给气体分子，使其激发、跃迁到高能级光电子技术LectureNew优秀课件光电子技术（2）、受激发分子返回基态时，发射光子，即发光。发射波长：E=E2-E1， E2、E1分别为分子激发态和基态能量。初始电子由阴极发射产生，阴极发射方式主要有三种：、热电子发射使阴极温度升高，部分电子得到足
9、够能量，克服金属的逸出功，逸出金属表面。金属热发射电流密度：式中A0=4emek2/h3，为金属的逸出功光电子技术LectureNew优秀课件光电子技术（2）上式表明，升温或降低金属逸出功，均有利提高发射电流。热电子发射是弧光放电的主要形式之一。、正离子轰击发射正离子轰击就是利用高动能的正离子轰击阴极，使阴极发射电子，它是辉光放电的主要形式，又称冷阴极发射。由于冷阴极发射效率很低，所以，辉光放电光源的阴极通常较大，做成圆筒状。冷阴极发射对熔点要求不高，但要求能承受正离子轰击。一般用铝、镍、铁、铜等材料做冷阴极。为了使正离子获得足够动能，通常在阴极附近设置大的电位差。、场致发射场致发射就是对阴极
10、表面施加强电场，克服逸出功，使大量的电子发射。它是目前正在研究、应用于平板显示的一种技术。光电子技术LectureNew优秀课件光电子技术（2）2、气体辐射根据能带理论，当施加强电场时，能带会发生弯曲，从而降低了表面的逸处功。电子从阴极到达阳极过程中要与气体分子发生复杂的相互作用,气体分子被加速电子轰击后会跃迁到高能级或电离，处于激发态的分子不稳定，会自发辐射返回基态，并发射出光子，光子能量为：式中E光子能量，单位电子伏特，为光子波长，单位微米。EH为分子的高激发态电位，EL为低激发态电位。所以不同物质的分子能发射不同颜色的光。光电子技术LectureNew优秀课件光电子技术（2）共振辐射：从
11、激发态向基态跃迁的辐射。气体放电光源的优点：（1）可获得高色温，不像热辐射光源色温受灯丝熔点限制。（2）辐射光谱可选择性好，只要选择适当的发光材料即可；（3）发光效率远比热辐射的高；（4）寿命长，寿命期内光通量稳定。3、气体放电的伏安特性4、气体放电灯的稳流直流供电用电组稳流低频交流供电用电感高频交流用电容稳流光电子技术LectureNew优秀课件复习要点1、人造光源的发光效率与理想光效？2、发射本领、吸收本领与基尔霍夫定律？3、黑体概念、黑体辐射分布特点？4、热辐射体分类、色温与相关色温？5、卤钨灯结构、卤钨循环原理及卤钨灯特点？6、标准照明体、标准光源、A、B、C标准照明体？7、气体放电发光的工作原理、初始电子的发射方式、弧光与 辉光放电？8、气体放电光源的优点及放电伏安特性？9、直流、低频和高频放电灯的稳流方式？光电子技术LectureNew优秀课件作业二1、说明蓝色火焰与黄色火焰的色温谁高，为什么？2、何谓标准照明体与标准光源? 初级和次级标准光源?3、说明气体放电发光的工作原理? 假设气体放电灯中所充工 作气体的激发态与基态能量差为2eV，则此灯发什么颜色光？光电子技术LectureNew优秀课件
