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第五章 光 源
§1 概 述
任何把其它形式能量转化为光能并发射出来的物体叫做光源,可分为被动和主动发光
的光源,因此,光源这个题目太大,如图5-1 示,现只介绍在光学实验室里经常使用的光
源,例如,热辐射类型和非热辐射类型。
图5-1 光源的分类
热辐射类型光源就是将热能转化为光能的器件,从热辐射的量子理论,温度处于绝对
零度的物体都可能辐射,即为温度辐射,已知黑体是完全的温度辐射体,其它的辐射体发
射的能量在同一温度时少于黑体,理论和实验研究得出不同绝对温度下黑体的辐射亮度与
光波长的关系曲线如图5-2 示,绝对温度决定辐射的最大波长值,它们成反比关系,叫做维
恩定律:λ =A /T,其中A 是常数(A=2.896×10-3 m.K ),可见随着温度增高光波长的峰
m
值移向短波方向。非热辐射类型可能是电致发光,光致发光,化学发光或生物发光等等光
源,使用者可视具体需求和可能选用某种光源。我们只介绍常用的光源,如钨灯,钠灯,
汞灯和激光器等。图 5-3 和 5-4 分别给出卤素灯和氙气灯的发射谱线,它们来自产品广
告资料。
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图5-2 黑体辐射
图5-3 卤素灯光谱
图5-4 氙灯光谱
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§2 连续光谱灯
根据上述热辐射理论,光波长与温度满足一定的规律。加热铁、碳或钨等物体,可
以发射出连续光谱而成为光源。常见的为钨制成的灯,因为钨具有蒸发速率较小、发光效
率较高,灯的寿命较长等特点,钨可制成丝或带状,叫做钨丝灯或钨带灯。钨的辐射本领
见图5-5 示,可见它发射的是连续谱线。在灯泡内充氩或氮等惰性气体时,它们发射可见
光波和近红外光波,构成连续谱线,图5-6 中的a 表示光栅光谱仪测绘的白炽灯谱线,看
起来颜色白里含黄红色。钨灯工作电压用交流或直流电压,电压大小或功率大小可视需要
选择。灯泡里充有溴、碘、或其它卤元素时,是溴钨灯、碘钨灯、或卤钨灯。溴钨灯也发
射连续光谱(图5-6 的c),但更近白色,因为里边短波长成份比白炽灯发射的多。图5-
6 的b 是钨带灯发射的谱线。溴钨灯工作电压一般在几十伏以内,交流或直流电均可,由于
工作电压不同,加热钨丝产生的温度也不
同,对应的的光波长也不同,图5-7 表示
钨带灯在不同电流加热时,测量其温度变化
的情况。实验室使用它们时要保持恒流或恒
压,同时还加有风冷,目的在于保持稳定的
工作温度,以保证在长时间点燃它们时,其
发射谱线形状和强度不发生变化或相对变
化较小。顺便提一下,钨的熔点高达 3665
Κ,采用熔化拉丝成型很难,因此,一般是
将钨粉与粘合剂混合,挤压成带状或细丝,
高温烧结固化,去掉粘合剂,得到钨丝或钨 图5-5 钨灯
带,钨丝很脆,易断。最后,还要进入玻璃 图5-5 钨灯
工艺流程,才能制成钨灯。
3000
800
2900
2800
600
c 2700
)
u.
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