光電檢測(cè)原理與技術(shù)--第3章光源及輻射源(編輯修改稿)
2025-04-15 23:26 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 電子和空穴復(fù)合 ， 所釋放的能量 Eg等于 PN結(jié)的禁帶寬度 （ 即能量間隙 ） 。 所放出的光子能量用 hν表示 ，h為普朗克常數(shù) ， ν為光的頻率 。 則 gEhc??gEch ??gEh ??普朗克常數(shù) h=╳ ；光速 c=3╳ 108m/s； Eg的單位為電子伏（ eV）， 1eV=╳ 1019J。 hc= 1026m?W?s= 107m?eV。 可見光的波長 λ近似地認(rèn)為在 7 107m以下，所以制作發(fā)光二極管的材料，其禁帶寬度至少應(yīng)大于 h c /λ= eV 普通二極管是用鍺或硅制造的，這兩種材料的禁帶寬度 Eg分別為 ，顯然不能使用。 (1)發(fā)光二極管的發(fā)光亮度與正向電流之間的關(guān)系如圖 318所示。工作電流低于 25mA時(shí)，兩者基本為線性關(guān)系 。 圖 3l8 發(fā)光二極管的發(fā)光特性 (2)發(fā)光二極管的響應(yīng)速度極快，時(shí)間常數(shù)約為 l06109s。 (3)光二極管的正向電壓很低，約 2V左右 。 (4)發(fā)光二極管還具有小巧輕便、耐振動(dòng)、壽命長 (大于5000h)和單色性好等優(yōu)點(diǎn) 。 (5)發(fā)光二極管的主要缺點(diǎn)是發(fā)光效率低，有效發(fā)光面很難做大。另外，發(fā)出短波光 (如藍(lán)紫色 )的材料極少，制成的短波發(fā)光二極管的價(jià)格昂貴?？朔@些缺點(diǎn)將使發(fā)光二極管作用及應(yīng)用范圍劇增。 下面介紹目前常用的幾種發(fā)光二極管及特點(diǎn) (GaP)發(fā)光二極管 在磷化鎵中摻入鋅和氧時(shí)，所形成的復(fù)合物可發(fā)紅光、發(fā)光中心波長為 ，其帶寬為 。當(dāng)摻入鋅和氮時(shí)，器件可發(fā)綠光，其發(fā)光的中心波長為 ，而帶寬約為 。圖 319所示是磷砷化鎵發(fā)光二極管的伏安特性曲線 圖 319 GaP發(fā)光二極管伏安特性曲線 (GaAs)發(fā)光二極管 砷化鎵發(fā)光二極管的發(fā)光效率較高。反向耐壓約為－ 5V，正向交變電壓約為 。該二極管發(fā)出近紅外光，中心波長為 0. 94μm ，帶寬為 。當(dāng)溫度上升時(shí)，輻射波長向長波方向移動(dòng)。這種發(fā)光二極管的最大優(yōu)點(diǎn)是脈沖響應(yīng)快．時(shí)間常數(shù)約為幾斗毫微秒 ?所以能產(chǎn)生高頻調(diào)制的光束，這使它的應(yīng)用十分廣泛。如用于光纖通訊、紅外夜視等多種領(lǐng)域中。 (GaAs1xPx)發(fā)光二極管 當(dāng)磷砷化鎵的材料含量比不同時(shí)，即 x由 10變化，其發(fā)光光譜可出 變化到 。所以，可以制成不同發(fā)光顏色的發(fā)光二極管。 一般取 x≈ ，于是有 λ m＝ ， Δλ ＝ 。正向電流為10mA，正向突變電壓為 ；反向耐壓－ 3V，反向電流約 10μA 。它可在－ 55~100℃ 溫度下工作，隨著溫度上升，工作電流下降，同時(shí)發(fā)光也減弱。為了使發(fā)光二極管降溫 ?可使用散熱器或冷卻器。 這種發(fā)光二般管的特點(diǎn)是 PN結(jié)制備比較簡單，當(dāng)電流升高時(shí) ?發(fā)光曲線飽和現(xiàn)象不太明顯。另外 ?這種光源也適用于高頻調(diào)制，所以也有著廣泛的應(yīng)用。 發(fā)光二極管的部分商品型號(hào)與性能參數(shù)見表 311。 通常用的砷化鎵和磷化鎵兩種材料固溶體 ， 寫作 GaAs1xPx， x代表磷化鎵的比例 ， 當(dāng) x＞ ， 可得到 Eg≥ 。 改變 x值還可以決定發(fā)光波長 ， 使 λ 在 550～ 900nm間變化 ， 它已經(jīng)進(jìn)入紅外區(qū) 。 與此相似的可供制作發(fā)光二極管的材料見下表 。 材料 波長 /nm 材料 波長 /nm ZnS 340 CuSeZnSe 400～ 630 SiC 480 ZnxCd1xTe 590～ 830 GaP 565,680 GaAs1xPx 550～ 900 GaAs 900 InPxAs1x 910～ 3150 InP 920 InxGa1xAs 850～ 1350 表 1 LED材料 發(fā)光二極管的 伏安特性 與普通二極管相似 ， 但隨材料禁帶寬度的不同 ， 開啟 （ 點(diǎn)燃 ） 電壓略有差異 。 圖為砷磷化鎵發(fā)光二極管的伏安曲線 ， 紅色約為 啟 ， 綠色約為 。 注意，圖上的橫坐標(biāo)正負(fù)值刻度比例不同。一般而言，發(fā)光二極管的反向擊穿電壓大于 5V，為了安全起見，使用時(shí)反向電壓應(yīng)在 5V以下。 U/V I/mA 10 5 0 1 2 GaAsP(紅 ) GaAsP(綠 ) 發(fā)光二極管的 光譜特性 如圖所示 。 圖中 砷磷化鎵 的曲線有兩根 ， 這是因?yàn)槠洳馁|(zhì)成分稍有差異而得到不同的峰值波長 λ p 。 除峰值波長 λ p決定發(fā)光顏色之外 ， 峰的寬度 （ 用 Δλ 描述 ） 決定光的色彩純度 ， Δλ 越小 ，其光色越純 。 0 600 700 800 900 1000 GaAsP λ p=670nm λ p=655nm GaAsP λ p=565nm GaP λ p=950nm GaAs 發(fā)光二極管的光譜特性 λ/nm 相對(duì)靈敏度 ? LED固態(tài)照明被認(rèn)為是 21世紀(jì)照明新節(jié)能光源，因?yàn)樵谕瑯恿炼认?，半?dǎo)體燈耗電僅為普通白熾燈的 1/10,而壽命卻可以延長 100。此外， LED器件是冷光源，具有光效高、工作電壓低、耗電量小、體積小、可平面封裝、易于開發(fā)輕薄型產(chǎn)品、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固壽命很長等特點(diǎn)。 LED2022年最新進(jìn)展 ? 光效 100~150 流明 /瓦 （實(shí)驗(yàn)室） 40~60流明 /瓦 （批量產(chǎn)） 150~200流明 /瓦 （目標(biāo)） ? 最大功率 1~10瓦（單片） ? 價(jià)格 $ （白熾燈 $） LED在照明業(yè)中應(yīng)用 ? LED目前主要應(yīng)用于廣告和裝飾照明，道路交通信號(hào)光源，汽車的指示燈和剎車燈，庭園燈以及飛機(jī)和車廂內(nèi)的閱讀燈。 ? 現(xiàn) LED正在道路照明上積極拓寬應(yīng)用。 ? 但 LED在一般照明中的應(yīng)用尚在探索和努力之中。 白光 LED的實(shí)際應(yīng)用 LED用于街道照明 LED在景觀照明中的應(yīng)用 LED在景觀照明中的應(yīng)用 LED在景觀照明中的應(yīng)用 激光器 ? 激光器的結(jié)構(gòu)與原理 ? 激光器的種類 ? 激光器的特性參數(shù) ? 激光器在光電檢測(cè)方面的應(yīng)用 激光器的原理 ? 受激輻射：激光是受激輻射的光放大。 ? 粒子數(shù)反轉(zhuǎn) ? 增益大于損耗 ? 激光器由三部分組成：激活介質(zhì)，諧振腔和激發(fā)源。 ? 激光具有：單色性，方向性，高亮度，相干性。 激發(fā)源 激活介質(zhì) 激光器的特性參數(shù) ? 功率（平均／峰值），能量 ? 波長，頻率，線寬 ? 脈沖寬度，重復(fù)頻率 ? 光斑直徑，發(fā)散角，Ｍ－平方因子 ? 模式，波長可調(diào)諧性 ? 穩(wěn)定性（波長／頻率／功率／能量／方向等），壽命，光電效率 激光器的類型 ? 氣體、固體、半導(dǎo)體激光器 ? 紫外、可見和紅外激光器 ? 連續(xù)、準(zhǔn)連續(xù)和脈沖激光器 ? 單頻、單模激光器 ? 可調(diào)諧激光器 ? 超短脈沖激光器 激光是 20世紀(jì) 60年代出現(xiàn)的最
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