CH3光源及辐射源课程.ppt

知识点： 提高泵浦将大量低能态E1的原子抽运到激发态E3上，由于能级E3的寿命（原子停留时间）很短，大量原子通过自发辐射会跃迁到亚稳态能级E2上，亚稳态能级E2的寿命较长，自发跃迁的概率也很小，如果光抽运的强度足够大，就可以使处于E2状态的原子数N2超过处于E1状态的原子数N1，并达到N1N2，从而在能级E1和E2之间实现粒子数反转。具有这样原子数分布的发光体系在外来光子诱导下就可以产生激光。 * 知识点： 当高能态粒子在频率为v的辐射场的激励下，从高能态向低能态跃迁时，也发射一个能量为hv的光子，即受激辐射。受激辐射光子与激励光子具有相同状态，如频率、相位等。这些辐射波（由激励光子和受激辐射光子组成）沿由两平面构成的谐振腔来回传播时，沿轴线的来回反射次数越多，它会激发出更多的辐射，从而使辐射能量放大。当这些辐射在谐振腔内来回一次所获得的增益等于或大于它所遭受的各种损耗之和，即满足阈值条件时，受激和经过放大的辐射通过部分透射的平面镜输出到腔外，产生激光。 * 知识点： 在工作物质的两端放置两块反射镜，这两块反射镜可以是平面的，也可以是凹面的，或者是一平一凹的，并使两反射镜的轴线与工作物质的轴线平行放置，这时反射竟就构成了光学谐振腔，如图所示的是平行平面谐振腔。 光学谐振腔的主要作用是获得单色性和方向性都很好的激光。谐振腔可以使偏离轴线的光子经反射后从侧面直接逸出腔外或者经过几次来回反射最终逸出腔外，只有和轴线平行的光子能在这谐振腔两反射镜之间不断往复地运行，迫使其他处于高能态的原子发生受激辐射，使轴线方向运行的光子不断增加并从部分反射镜输出，从而得到具有很高方向性的激光束。 谐振腔不仅对激光束的方向具有选择性，对激光的频率也能加以选择。当激光在谐振腔中来回反射时，将形成以反射镜为节点的驻波。根据驻波条件，对一定的腔长L，仅当受激发射光波的波长满足 L=k?/2 (k=1,2,3…) 的光才能在腔内形成稳定的驻波，即才能实现稳定的光振荡，而不满足上述条件的光，则在多次反射过程中相互减弱以至消失。利用谐振腔的这种特性可获得单色性很好的激光。 * * * 3.3.2 气体灯 气体灯是将电极间的放电过程密封在泡壳中进行，所以又叫做封闭式电弧放电光源。 气体灯的特点是辐射稳定，功率大，且发光效率高。因此在照明、光度和光谱学中都起着很重要的作用。 (1)脉冲灯 这种灯的特点是在极短的时间内发出很强的光辐射，其结构和工作电路原理如图3-12所示。 图3-12脉冲灯原理 * (2)燃烧式闪光泡 这种灯泡只能使用一次，所以又叫做单次闪光泡，它的持点是瞬时光强大、耗电少、体积小而携带方便等。 闪光泡的结构及点燃电路如图3-13所示。 图3-13燃烧式闪光泡结构及电路原理 * (3)原子光谱灯 原子光谱灯又称空心阴极灯，其结构如图3-14所示 图3-14 原子光谱灯结构原理 3.4 固体发光光源 * 3.4.1 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光屏。按激发电源不同，又有交流和直流电致激发屏两种。 1.交流粉末场致发光屏 该发光屏的结构如图3-15所示。 图3-15 交流粉末场致发光屏 * 2.直流粉末场致发光屏 该发光屏依靠传导电流产生激发发光。目前实用的发光材料是ZnS：Mn，Cu，发光为橙黄色。 直流发光屏具有光亮度较高，且亮度随传导电流的增大而迅速上升的持点。此外还具有驱动电路简单、制造工艺简单和成本低等优点。其主要缺点是效率低、寿命短。 3.薄膜电致发光屏 薄膜发光屏与粉末发光屏在形式上很相似。在薄膜的两电极间施加适当的电压就可发光。可以制成交流或直流的薄膜电致发光屏。 3.4.2 发光二极管 * 发光机理：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，则促进了扩散运动的进行，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。 发光二极管的结构原理如图3-17所示。 图3-17 发光二极管的结构原理 * 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3-18所示。工作电流低于25mA时，两者基本为线性关系; 图3-l8 发光二极管的发光特性 * 发光二极管的主要特点如下： (2)发光二极管的响应速度极快，时间常数约为l0-6~10-9s; (3)光二极管的正向电压很低，约2V左右; (4)发光二极管还具有小巧轻便、耐振动、寿命长(大于5000h)和单色性好等优点; 发光二极管的主要缺点是发光效率低，有效发光面很难