光电传感器应用技术 教学课件 ppt 作者 王庆有 第2章 第2节
20页1、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=37,2.3 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、,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589010 -10 m、589610 -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
3、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”。,2.5 半导体发光二极管光源,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高,用发光二极管作光源有许多优点。,2.5.1 发光二极管的发光机理,发光二极管(即LED)是一种注入电致发光器件,它由P型和 N型半导体组合而成。其发光机理常分为PN结注入发光与异质结注入发光两种。,1. PN结注入发光,PN结处于平衡时,存在一定的势垒区,其能带如图2-15 所示。当加正偏压时,PN结区势垒降低,从扩,散区注入的大量非平衡载流子不断地复合发光,并主要发生在p区。,2. 异质结注入发光,为了提高载流子注入效率,可以采用异质结。图2-16a表示理想的异质结能带图。由于p区和n区的禁带宽度不相等,当加上正向电压时小区的势
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