《光源与光检测器》课件.pptVIP

*******************光源与光检测器光源和光检测器是光学系统的重要组成部分。光源产生光，光检测器接收并测量光信号。光源的基本概念发光物体光源是能够发出可见光的物体。各种光源都发射光，这使得我们能够看到周围的世界。光源可分为自然光源和人造光源。太阳是自然光源，而电灯是人造光源。不同的光源具有不同的发光特性。光的特性光具有波粒二象性，既表现为波，也表现为粒子。光具有直线传播、反射、折射、干涉、衍射等特性。光速是宇宙中最快的速度。光源的分类热辐射光源包括白炽灯、卤素灯等，利用电流通过灯丝发热产生光。气体放电光源通过气体放电产生光，如荧光灯、高压汞灯、钠灯等。激光光源利用激光器产生高强度、单色性、方向性强的光，应用广泛。半导体光源利用半导体材料发光，如LED、激光二极管等，具有节能、环保的特点。黑体辐射理论黑体是指能够完全吸收所有波长的电磁辐射的理想物体。黑体辐射是指黑体在热力学平衡状态下发射的电磁辐射。1普朗克辐射定律描述黑体在不同温度下辐射能量的分布规律2维恩位移定律描述黑体辐射能量峰值波长与温度之间的关系3斯特藩-玻尔兹曼定律描述黑体辐射能量总功率与温度之间的关系4基尔霍夫定律描述黑体辐射能力与吸收能力之间的关系黑体辐射理论在物理学、天文学、热力学等领域具有广泛的应用，例如解释恒星的辐射、热辐射计的原理以及辐射测温等。光子发射过程1原子跃迁电子从高能级跃迁到低能级2能量释放能量以光子的形式释放3光子发射光子从原子中发射出来光子发射是一个原子从激发态跃迁到基态的过程。当原子吸收能量时，电子会跃迁到更高的能级，处于激发态。为了回到稳定的基态，电子会释放能量，这个能量以光子的形式释放出来，即光子发射。半导体光源的原理1PN结半导体光源基于PN结的原理。PN结是由P型半导体和N型半导体通过特定工艺连接形成的，它具有独特的性质，可以实现光电转换。2电流注入当PN结正向偏置时，电子从N型半导体注入P型半导体，空穴从P型半导体注入N型半导体。这些载流子在PN结区域发生复合，释放能量。3光子发射释放的能量以光子的形式辐射出去，这就是半导体光源发光的原理。光子的能量取决于半导体材料的能带结构。半导体激光器结构半导体激光器由PN结组成，通过施加电流产生受激辐射。应用光纤通信光盘存储激光扫描原理当PN结两端施加正向电压时，注入的载流子发生复合，释放光子。特点体积小效率高寿命长LED的工作原理PN结注入LED通过PN结将电子从N型半导体注入P型半导体，空穴从P型半导体注入N型半导体，使电子和空穴复合释放光子。能量跃迁电子从较高能级跃迁到较低能级释放能量，能量以光子的形式释放出来。光子发射光子发射的能量对应于跃迁能级差，决定了LED发光的颜色。光子从LED晶片表面发射出来，形成可见光。常见光源的特性对比不同类型的光源在光效、寿命、成本等方面存在显著差异，选择合适的光源需要根据应用场景进行综合考虑。100光效白炽灯的光效最低，LED的光效最高，节能灯的光效介于两者之间。1000寿命LED的寿命最长，可以达到数万小时，白炽灯的寿命最短，只有几百小时。10成本白炽灯的成本最低，LED的成本最高，节能灯的成本介于两者之间。1环保LED最环保，不含汞，节能灯含有汞，白炽灯最不环保。光检测器的基本概念光电转换光检测器通过将光信号转换为电信号，实现对光信号的感知和测量。光敏材料光检测器通常采用光敏材料，这些材料在光照射下会发生电学性质的变化。光电效应光电效应是光检测器工作原理的基础，它描述了光子与物质相互作用后产生的电子发射现象。应用领域光检测器广泛应用于各种领域，例如工业自动化、医疗诊断、环境监测和科学研究。光电效应1光电效应概述光电效应是指当光照射到金属表面时，金属中的电子吸收光能并从金属表面逸出的现象。2爱因斯坦解释爱因斯坦利用光的量子理论解释了光电效应现象，并提出了光电效应方程。3光电效应方程光电效应方程描述了光电子的动能与入射光频率和材料功函数之间的关系。4应用光电效应在光电管、光电倍增管等光电器件中得到广泛应用。光电效应是量子力学中的重要现象，它不仅解释了光的波粒二象性，也为光电器件的发展奠定了理论基础。p-n结光电二极管1PN结光电二极管是一种基于半导体材料的光敏元件。它利用光照射在PN结上，产生光电流。光电流的大小与光照强度成正比。2构成PN结光电二极管通常由PN结和金属电极组成。光照射在PN结上，产生光生电子-空穴对，进而产生光电流。3用途PN结光电二极管可用于