beat365中国在线体育光学仪器中的常用光源

　　beat365中国在线体育光学仪器中的常用光源关于光学仪器中的常用光源第1页，共71页，编辑于2022年，星期四一切能产生光辐射的辐射源都称为光源天然光源人造光源电磁波谱第2页，共71页，编辑于2022年，星期四按照发光机理，光源的分类：需要了解各类光源的发光机理、重要特性、适用场合，以便正确选用光源。第3页，共71页，编辑于2022年，星期四1.1辐射度学与光度学的基础知识为了对光辐射进行定量描述，需引入计量光辐射的物理量，有两套体系：辐射度单位体系和光度单位体系。介绍描述光辐射的一套参量光辐射:以电磁波形式或粒子(光子)形式传播的能量,可用光学元件反射、成像或色散，这种能量及其传播过程叫光辐射。第4页，共71页，编辑于2022年，星期四一、辐射度的基本物理量1.辐射能单位为J（焦耳）2.辐射通量又称辐射功率单位为W（瓦、焦耳每秒）3.辐射强度描述点辐射源的辐射功率在不同方向上的分布。第5页，共71页，编辑于2022年，星期四单位:（瓦每球面度）4.辐射出射度与辐射亮度单位：（瓦每平方米）单位：（瓦每球面度平方米）第6页，共71页，编辑于2022年，星期四的定义的定义5.辐射照度单位：（瓦每平方米）6.光谱辐射量辐射量的光谱密度，辐射量随波长的变化率。第7页，共71页，编辑于2022年，星期四光谱辐射通量与波长的关系辐射度量都有类似关系。光谱辐射出射度光谱辐射亮度光谱辐射照度第8页，共71页，编辑于2022年，星期四二、光度的基本物理量1.光谱光视效率V(λ):详见表1.1国际照明委员会（CIE）根据对许多人的大量观察结果，确定了人眼对各种光波长的相对灵敏度，称为光谱光视效率，或称视见函数，见图。第9页，共71页，编辑于2022年，星期四2.光度量光度量与辐射度量是一一对应的。辐射度量是客观物理量，光度量体现了人的视觉特性。1）光能单位：lms（流明秒）2）光通量单位：lm（流明）3）发光强度单位：cd（坎德拉）发光强度是光度量中最基本的单位。在明视觉时，规定：683lm此时，V(λ）=11W＜683lm第10页，共71页，编辑于2022年，星期四可见，555nm是明视觉曲线中人眼最敏感波长，V(555nm)=1。于是,同一波长下，辐射通量与光通量之间的换算关系：对含有多种波长的辐射通量，它对应的光通量为：第11页，共71页，编辑于2022年，星期四与光亮度单位：lm/m2单位：cd/m2实用单位：sb(熙提)1sb104cd/m25)光照度单位：lx（勒克斯）1lx1lm/m2普适关系式：第12页，共71页，编辑于2022年，星期四1.2热辐射光源一、理想的热辐射光源—绝对黑体在热平衡条件下绝对黑体热辐射能力最强。由于内部原子、分子的热运动而产生辐射的光源辐射光谱是连续光谱第13页，共71页，编辑于2022年，星期四普朗克公式绝对黑体的温度决定了它的辐射光谱分布灰体：α(λ，T)＜1的热辐射光源，具有与绝对黑体类似的辐射规律。色温；相关色温热辐射光源发射光的颜色如果与黑体在某一温度下的辐射光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该热辐射光源的色温；如果不相同，就以发光颜色最相近的黑体温度为它的相关色温。第14页，共71页，编辑于2022年，星期四1.太阳与黑体辐射器二、实际的热辐射光源太阳的光谱分布非常接近于绝对黑体黑体辐射器：科学制作的小孔空腔结构，可以很好地实现绝对黑体的辐射功能。常用作标准光源，最高工作温度是3000K。第15页，共71页，编辑于2022年，星期四2.白炽灯与卤钨灯钨丝做灯丝玻璃泡壳;色温约2800K,辐射光谱约0.4～3μm。可见光占6～12%，用于照明；加红外滤光片可作为近红外光源。石英泡壳;泡壳内充入微量卤族元素或其化合物（如溴化硼）;形成卤钨循环。色温3200K以上,辐射光谱为0.25～3.5μm。发光效率可达30lm/W(为白炽灯的2～3倍)，作仪器白光源.卤钨灯白炽灯第16页，共71页，编辑于2022年，星期四1.3气体放电光源发光机理：气体放电。泡壳：用玻璃或石英等材料制造；电极：阴极、阳极或不区分（交流灯）泡壳内充入发光用的气体：金属蒸汽、金属化合物蒸汽、惰性气体基本结构气体放电光源的特点：1）发光效率高,节能。2）电极牢固紧凑，耐震，抗冲击。3）寿命长，比白炽灯长2～10倍。4）辐射光谱可以选择，只要选用适当的发光材料。第17页，共71页，编辑于2022年，星期四1.低压汞灯：作253.7nm紫外光源；作荧光灯（…日光灯）。2.高压汞灯：可见辐射加强，呈带状光谱，可作高效照明光源。3.球形超高压汞灯：很好的蓝绿光点光源。第18页，共71页，编辑于2022年，星期四二、钠灯泡壳内充的是氖氩混合气体与金属钠滴。低压钠灯：发出波长589nm、589.6nm两条谱线的单色光源。高压钠灯：接近白光，亮度高，用于照明光源。三、金属卤化物灯金属卤化物气体。通过金属卤化物循环，提供足够的金属原子气体。铊灯（碘化铊）：绿光，峰值535nm。镝灯（碘化镝、碘化铊）：色温6000K。钠铊铟灯（碘化钠、碘化铊、碘化铟）：近白色光源,色温5500K。第19页，共71页，编辑于2022年，星期四四、氙灯泡壳内充的是是惰性气体—氙。色温6000K，亮度高，被称为“小太阳”，寿命长。长弧氙灯:短弧氙灯:脉冲氙灯:日光色点光源大范围照明光源脉冲时间极短（nS～pS)，光很强,用于光泵、光信号源、照相制版、高速摄影第20页，共71页，编辑于2022年，星期四泡壳内充有高纯度的氘气灯的紫外辐射强度高、稳定性好、寿命长，常用作连续紫外光源（185～400nm）。第21页，共71页，编辑于2022年，星期四1.4激光器20世纪激光的诞生标志着人类对光子的掌握和利用进入了一个崭新的阶段。“Laser”：lightamplificationstimulatedemissionradiation“受激辐射光放大”。第22页，共71页，编辑于2022年，星期四一、激光器概述激光器的基本结构第23页，共71页，编辑于2022年，星期四激光形成机理自发辐射引发受激辐射；谐振腔对辐射光波选频放大。（1）光与原子作用的三种跃迁受激吸收处于低能态E1（基态）的原子，受光照满足hν=E2—E1原子可能吸收光子能量跃迁到高能态E2（激发态）。第24页，共71页，编辑于2022年，星期四自发辐射处于高能态的原子不稳定beat365中国在线体育，要自发从E2跃迁到E1，并发射一光子，光子能量满足hν=E2—E1。受激辐射处于高能态的原子，在自发辐射之前，受外来光子的诱发，在E2跃迁到E1的同时，发射一个与外来光子全同的（同方向、同频、同相位、同偏振）光子。依次不断地得到大量特征相同的光子，就实现了相干光的放大。复利原则.ppt第25页，共71页，编辑于2022年，星期四（2）产生激光的条件粒子数反转（前提条件） 故使受激辐射大于受激吸收, 必须: N2N1 即粒子数反转。热平衡下beat365中国在线体育，原子的各能级分布服从玻尔兹曼分布定律： Ni=Aexp（-Ei/kT）于是：N2/N1=exp[-（E2-E1）/kT] N2/N1=10-40。实现反转的物质叫激活介质（或者叫激光工作物）。 激活介质需要外界输入能量。外界输入能量的过程叫“泵浦”。 激活介质本身必需要有适当的能级结构。 第26页，共71页，编辑于2022年，星期四 例如激光的三能级系统: 泵浦使原子吸收能量跃迁到高能态E3。 E3不稳定(平均寿命约10-8s)，无辐射跃迁到亚稳态E2（平均寿命约10~3~1s）。 E2有可能积聚大量粒子，从而受激辐射。 第27页，共71页，编辑于2022年，星期四 光学谐振腔（必要条件） 工作物两端对称地放置两反射镜。 有谐振腔，偏离腔轴线的光子来回几次后最终逸出腔外。 而沿轴线的光子来回反射，被增益介质连锁式光放大。 无谐振腔的受激辐射方向是随机的。 第28页，共71页，编辑于2022年，星期四 阈值条件（决定性条件） 有了激活介质和谐振腔还不一定输出激光beat365中国在线体育。 只有当光在腔内来回一次，增益大于损耗才能产生激光。 虽然激活介质能使光得到增益放大；但介质吸收、散射；端面发射、透射等会产生光能损耗。 描述工作物对光的放大能力, I=IoeGx(G是增益系数)。 于是, I2 I1eGLI3 反射率)I4 r2I1e2GLI5 r1I4 =r1 r2I1e2GL 反射率)必须，I5 I1，即:r1 r2e2GL r1r2e2GL 即为产生激光的阈值条件。第29页，共71页，编辑于2022年，星期四 激光的优越性 高亮度、高方向性、高单色性和高度的时间空间相干性 已有数百种激光器，输出波长从近紫外直到远红外，辐射功率从毫瓦到万瓦、兆瓦级。 激光将对21世纪的科技腾飞和产业产生深远的影响！ 激光技术为科学技术的发展打开了宽阔而又崭新的通道，在科学的各个领域创造了许多惊人的奇迹，在高新科学技术记录中创造了许多之最： 第30页，共71页，编辑于2022年，星期四 １、激光能产生最大的能量密度。激光输出脉冲功率达131015 W，亿度以上高温，能焊接、加工和切割最难熔的材料； ２、激光能产生最高的压强。光压强达31011大气压，可以实现激光聚变点火； ３、激光能产生最短的脉冲。780nm达4fs，相当该光1.5周期进入强场物理领域，用超短激光脉冲研究光合作用，能看到皮秒（1ps 10-15s）内发生的变化；４、最精密光刻。能制造最小的光机电一体化设备，加工的最小机械零件从几微米到几十微米，制作的大规模集成线 μm，纳米器件和量子光学器件最终可达50nm，测量精度就更高了（测长的精度达0.005μm）； 第31页，共71页，编辑于2022年，星期四 ５、激光能产生最大的信息量。目前已接近3T（Tera即1012）目标，即通信传输容量T bit/s，运算速度T bit/s，三维立体存储密度T bit/cm3 ６、激光能产生最保密的通信系统。光量子通信是目前理论证明的最安全的通信系统，目前美国、日本、瑞士等几个国家建立了量子通信系统；７、激光能产生最低的温度。激光冷却可将原子冷却到20nK，接近绝对零度，量子冷却到基态，为量子光学和量子力学的实验研究准备了条件 第32页，共71页，编辑于2022年，星期四1.气体激光器 工作物质是气体或金属蒸汽，通过气体放电实现粒子数反转。 工作物质（气体）均匀性好，输出光束的质量相当高。 2.固体激光器 工作物质是掺杂的晶体或光学玻璃，光泵浦。 有脉冲输出激光器和连续输出激光器。 主要优点：能量大、峰值功率高、结构紧凑、坚固可靠和使用方便。 第33页，共71页，编辑于2022年，星期四