生物医学光子学_scy-3_光子测试技术20151125.ppt

21 Chapter 4 Measurement technologies in Biomedical photonics 4.1 Light source 4.2 Photoelectronic detector　 4.3 Technologies for measuring weak light　 4.4 Direct methods for measuring optical properties of tissue Chapter 4 Measurement technologies in Biomedical photonics Chapter 4 Measurement technologies in Biomedical photonics §4.1 Light sources § 4.1.1 光源的分类 Continuous wavelength Monochromatic light source § 4.1.2 生物医学检测、临床诊断和治疗中的激光器 Continuous wavelength §4.1 Light source (1) 白炽灯 钨丝加热。 发射的是连续光谱 在可见光谱段中部和黑体辐射曲线仅相差0.5% 在整个光谱段内和黑体辐射曲线平均相差也不过2%。 § 4.1.1 光源的分类 §4.1 Light source (2) 卤钨灯（Halogen lamp） 通过上述的卤钨循环过程延长了灯泡的寿命，提高灯的色温并可提高发光效率。 §4.1 Light source (3)氘灯（Deuterium lamp） 阴极被加热后发射电子，电子由于受阳极电压的加速作用不断与气体高速碰撞，氘原子获得能量，从而使氘原子内层电子跃迁到高能级，处于激发态的氘原子返回到低能级时将发射光子 §4.1 Light source 优点 缺点 应用 白炽灯 价格低、寿命也较长 钨的熔点只有3680K，增加钨的工作温度导致钨的蒸发，使寿命降低 光电测量中最常用的光源之一 卤钨灯（Halogen lamp） 控制了温度，则卤钨灯的波长和能量均稳定，价格较低， 能量低，尺寸也较大。 适用波长范围是320～1100nm。 氘灯（Deuterium lamp） 连续和稳定的紫外辐射 寿命有限，例如国产氘灯的寿命仅五百小时左右。 波长范围是195～400nm。 §4.1.1 光源的分类 §4.1 Light source 材料 GaInN InGaAIP /GaAs GaAlP GaAlAs/GaAs GaP/GaP GaAlAs GaAs 波长（nm） 370，450，525 562，574 644 660 700 880 940 表4-1 发光二极管材料和发射波长 准单色和单色光源：LED LED：发光二极管由一个PN结组成。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。 能量约等于禁带宽度 强度可以通过调控电压（所加电流）调节。 一般工作电压2-3.6V，工作电流0.02-0.03A，使用寿命可达10万小时。 §4.1 Light source LED材料 材料化学式 颜色 铝砷化镓 砷化镓 砷化镓磷化物磷化铟镓 铝磷化镓（掺杂氧化锌) AlGaAs GaAsP AlGaInP GaP:ZnO 红色及红外线 铝磷化镓 铟氮化镓/氮化镓 磷化镓 磷化铟镓铝 铝磷化镓 InGaN/GaN GaP AlGaInP AlGaP 绿色 磷化铝铟 镓砷化镓 磷化物 磷化铟镓铝 磷化镓 GaAsPAlGaInP AlGaInP GaP 高亮度的橘红色，橙色，黄色，绿色 磷砷化镓 GaAsP 红色，橘红色，黄色 磷化镓 硒化锌 铟氮化镓 碳化硅 GaP ZnSe InGaN SiC 红色，黄色，绿色 氮化镓(GaN) 　 绿色，翠绿色，蓝色 铟氮化镓 InGaN 近紫外线，蓝绿色，蓝色 碳化硅(用作衬底) SiC 蓝色 硅(用作衬底) Si 蓝色 蓝宝石(用作衬底) Al2O3 蓝色 硒化锌 ZnSe 蓝色 钻石 C　　 紫外线 氮化铝,氮化铝镓 AlN AlGaN 波长为远至近的紫外线 准单色和单色光源：LED §4.1 Light source 准单色和单色光源： LASER 　各类激光器 气体激光器 氦氖：0.6328 um，1.15 um，3.39 um； CO2: 10.6 um； 氩