光电传感器应用技术 教学课件 作者 王庆有 第2章 第2节.ppt

2.5 半导体发光二极管光源 1. PN结注入发光 2.5.2 发光强度—电流特性 2.5.3 发光光谱和发光效率 * 2.2.2 卤钨灯 卤钨灯是一种改进的钨丝白炽灯。钨丝在高温下蒸发使灯泡变黑，如果降低白炽灯的灯丝温度，则发光效率降低。在灯泡中充入6价元素氟、氯、溴或碘等卤族元素，使它们与蒸发在玻璃壳上的钨形成卤化物。当这些卤化物回到灯丝附近时，遇到高温便会分解，钨又回到钨丝上。这样，灯丝的温度可以大大提高，而玻璃壳也不会发黑。因此，灯丝发光亮度高、效率高，使卤钨灯具有形体小，成本低的特点。 常用的卤钨灯有碘钨灯和溴钨灯。在光电传感器技术中应用最多的卤钨灯为溴钨灯。 图2-7所示为4种溴钨灯的外形尺寸图。 其中（a）与（c）型为低功率的溴钨仪器灯，（a）型灯为具有矩形灯丝的面光源灯，它基本能满足测量仪器对光源均匀性的要求。而（c）灯的灯丝很小，近似为“点”光源，用于要求光源发光面尽量小的测量仪器中。 表2-5 仪器用国产卤钨灯 H=37 b 6.5 5×8 45 57 15 50 13 500～15 000 500 55 LYQ55-500 d 6.5 2.5×5.5 38 57 14 50 6 750～7 500 250 24 LYQ24-250 d 6.5 2.3×3.5 37 54 12.5 50 4 050～4 5000 150 24 LYQ24-150 d 6.5 1.9×3.7 36 52 11.5 50 2 700～3 000 100 12 LYQ12-100 d 6.5 2×3 36 52 11.5 50 2 025～2 250 75 12 LYQ12-75 d 6.5 1.5×1.6 36 52 11.5 50 1 2600～1 400 50 12 LYQ12-50 a 6.5 1×3 25 42 10.5 100 510～570 30 6 LYQ6-30 c 4.5 1×3 30 45 10.5 50 500～600 25 6 LYQ6-25 a 4 0.8×2.3 11～12 42 8.5 200 360～400 20 6 LYQ6-20 a 4 1.1×1.2 14～15 42 8.5 200 270 15 6 LYQ6-15 c 5 1×3 20+1 42 10.5 50 800～1 000 40 5 LYQ5-40 开档d` 灯丝尺寸 d·l或A· B 光中心高 H 全长 L 最大直径D (W) (V) 图 号 主要尺寸 平均寿命(h) 光通量 (Lm) 规 格 型 号 2.3 气体放电灯 气体放电灯包含汞灯、钠灯、氙灯和铟灯等。它们是通过高压使气体电离放电产生很强的光辐射，而不象钨丝灯那样是通过加热灯丝使其发光，因而也称气体放电灯，它为冷光源。气体放电灯的共同特点是发出的光谱为线光谱或带状光谱，因为它们的发光机理属于等离子体发光。 2.3.1 气体放电 在紫外线或在宇宙射线作用下，会有少量气体分子被电离成正、负离子和自由电子 ，电压增高后将出现如图2-8所示的激发光现象。 在辉光放电时，将产生明暗相间的区域，各区域的电势和光强分布如图2-9所示，弧光放电发出的光极其明亮，可用在电影放映和公共场所照明。无论辉光放电或弧光放电，都是气体的场致发光现象。在气体放电过程中，由于电场的作用使带电粒子动能增加到足以能电离其他气体分子时，气体分子吸收带电粒子的能量，使其电子处于激发状态。这种激发态是不稳定的，一般在10-8s以内。从激发态回到低能态或基态，以发光的形式放出能量。如钠蒸汽原子辐射出5890×10 -10 m、5896×10 -10 m的双黄光。 2.4 金属蒸气灯 2.4.1 水银蒸气灯（汞灯） 汞灯是在石英玻璃管内充入汞，当灯点燃时，灯中汞被蒸发，汞蒸气压强增至几个大气压，从而产生辉光放电。 如图2-13（a）所示为高压汞灯的基本结构图，它由灯座灯内支持架与内部发光室（那里汞蒸气被两电极间的电场所激发），由于汞灯是金属汞蒸气在高压下被激发产生汞光谱的多条特征谱线。这些谱线的强弱与光谱分布均与汞元素有关，常将其用作标定光谱仪器的已知光谱光源。 2.4.2 钠灯 在钠-钙玻璃内充入钠蒸汽，当钨丝点燃后，只发射589.0nm、589.6nm的双黄光，为此可用来校正光谱仪器或作其他用途。此外，还有氢灯、氘灯等光谱定标用灯。这里不再讨论，需要这方面内容时可查找“光学技术手册”。 1907年首次发现半导体二极管在正向偏置的情况下发光。70年代末，人们开始用发光二极管作为数码显示器和图像显示器。进十年来，发光二极管的发光效率及发光光谱都有了很大的提