光电子技术第19课.pptx
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1、精彩回顾光源光源光源可分为自然光源和电光源光源可分为自然光源和电光源光电式传感器对光源的选择因素:波长、相干性、体积、造价、功率电光源的分类电光源的分类热光源气体放电光源固体发光光源激光光源热辐射光源热辐射光源发光原理:热辐射热辐射温度高温度高 辐射能量大辐射能量大 辐射光谱的峰值波长短辐射光谱的峰值波长短白炽灯 1米螺旋形钨丝,蒸发变黑,加氮气喇叭形感柱,固定金属部件,其中的排气管用来把玻壳里的空气抽走,然后将下端烧焊密封,灯就不漏气了。l 制造方便,成本低,线路简单,产量最大,应用最广泛l 白炽灯的发明,美国通常归功于爱迪生,英国则归功于斯旺。在英国,电灯发明百周年纪念于1978年10月举
2、行,而美国则于一年后的11月举行l 澳大利亚政府推出了一项逐步采用节能荧光照明设备,以减少温室气体排放的计划,从2010年开始将禁止使用白炽灯泡气体放电光源 发光原理发光原理:电流通过气体发光 光谱不连续,光谱与气体的种类种类及放电条件有关。改变气体的成分成分、压力压力、阴极材料阴极材料和放电放电电流电流的大小,可以得到主要在某一光谱范围的辐射源。日光灯、低压汞灯、氢灯、钠灯、镉灯、氦灯是光谱仪器中常用的光源。固体发光光源 发光原理:发光原理:电场激发固体发光材料发光。器件称为电致发光器件,如发光二极管(LED),半导体电子元件,当电子与空穴复合时能辐射出可见光。磷砷化镓二极管发红光,磷化镓二
3、极管发绿光,碳化硅二极管发黄光。加正向电压正向电压后,从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子,在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合复合,产生自发辐射的荧光荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同,释放出的能量越多能量越多,则发出的光的波长越短波长越短。电子和空穴复合,所释放的能量Eg等于PN结的禁带宽度(即能量间隙)。所放出的光子能量用h表示,h为普朗克常数,为光的频率。则普朗克常数h=6.610-34J.s;光速c=3108m/s;Eg的单位为电子伏(eV),1eV=1.610-19J。hc=19.810-2
4、6mWs=12.410-7meV。可见光的波长近似地认为在710-7m以下,所以制作发光二极管的材料,其禁带宽度至少应大于普通二极管是用锗或硅制造的,这两种材料的禁带宽度Eg分别为0.67eV和1.12eV,显然不能使用。h c/=1.8 eV 通常用的砷化镓和磷化镓两种材料固溶体,写作GaAs1-xPx,x代表磷化镓的比例,当x0.35时,可得到Eg1.8eV的材料。改变x值还可以决定发光波长,使在550900nm间变化,它已经进入红外区。与此相似的可供制作发光二极管的材料见下表。材料材料波长波长/nm材料材料波长波长/nmZnS340CuSe-ZnSe400630SiC480ZnxCd1-
5、xTe590830GaP565,680GaAs1-xPx550900GaAs900InPxAs1-x9103150InP920InxGa1-xAs8501350表2-1 LED材料发光二极管的伏安曲线发光二极管的伏安曲线U/VU/V I/mAI/mA -10 -5 0 12GaAsP(GaAsP(红红)GaAsP(GaAsP(绿绿)发光二极管的伏安特性与普通二极管相似,但随材料禁带宽度的不同,开启(点燃)电压略有差异。图为砷磷化镓发光二极管的伏安曲线,红色约为1.7V开启,绿色约为2.2V。注意,图上的横坐标正负值刻度比例不同。一般而言,发光二极管的反向击穿电压大于5V,为了安全起见,使用时反
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