[激光原理与应用-35]：《光电检测技术-2》- 光学测量基础 - 认识光源

Posted 2022-12-15 文火冰糖的硅基工坊

目录

一、对光源的基本要求

二、光源的定义

三、光源的分类

四、产生途径

五、电光效应发光

5.1 发展历史

5.2 发展前景

5.3 主要种类

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一、对光源的基本要求

二、光源的定义

光源是一个物理学名词，能发出一定波长范围的电磁波(包括可见光以及紫外线、红外线和X射线等不可见光)的物体。通常则指能发可见光的物体。

光源可以分为自然光源（天然光源）和人造光源。太阳、打开的电灯、燃烧着的蜡烛等都是光源。

在物理学中，指能发出一定波长范围的电磁波（包括可见光与紫外线、红外线、X射线等不可见光）的物体。通常指能发出可见光的发光体。

但像月亮表面、桌面等依靠它们反射外来光才能使人们看到它们，这样的反射物不能称为光源或者发光体。

在我们的日常生活中离不开可见光的光源。可见光以及不可见光的光源还被广泛地应用到工农业、医学和国防现代化等方面。

能够自己发光而且正在发光的物体叫光源。

三、光源的分类

（1）按照来源分类

光源可以分为自然光源（天然光源）和人造光源。

（2）根据光的传播方向

光源可分为点光源和平行光源。

四、光产生的途径

4.1 热效应

第一类是热效应产生的光。

太阳光就是很好的例子，此外蜡烛等物品也都一样，此类光随着温度的变化会改变颜色。

4.2 原子跃迁

第二类原子跃迁发光，即高能级向低能级的跃迁。

​​​​​​荧光灯灯管内壁涂抹的荧光物质被电磁波能量激发而产生光。

此外霓虹灯的原理也是一样。

原子发光具有独自的特征谱线。

科学家经常利用这个原理鉴别元素种类。

激光就属于“原子跃迁”产生的光。

4.3 辐射发光

第三类是物质内部带电粒子加速运动时所产生的光。

如，同步加速器（synchrotron）工作时发出的同步辐射光，同时携带有强大的能量。

另外，原子炉（核反应堆）发出的淡蓝色微光（切伦科夫辐射）也属于这种。

所谓的“切伦科夫辐射”，就是指带电粒子在介质中的速度可能超过介质中的光速，在这种情况下会发生辐射，类似于“音爆”。

五、电光效应发光

5.1 发展历史

18世纪末，人类对电光源的开始研究。

19世纪初，英国的H.戴维发明碳弧灯。

1879年，美国的T.A.爱迪生发明了具有实用价值的碳丝白炽灯，使人类从漫长的火光照明进入电气照明时代。1907年采用拉制的钨丝作为白炽体。1912年，美国的I.朗缪尔等人对充气白炽灯进行研究，提高了白炽灯的发光效率并延长了寿命，扩大了白炽灯应用范围。

20世纪30年代初，低压钠灯研制成功。

1938年，欧洲和美国研制出荧光灯，发光效率和寿命均为白炽灯的3倍以上，这是电光源技术的一大突破。

1940年代高压汞灯进入实用阶段。1950年代末，体积和光衰极小的卤钨灯问世，改变了热辐射光源技术进展滞缓的状态，这是电光源技术的又一重大突破。1960年代开发了金属卤化物灯和高压钠灯，其发光效率远高于高压汞灯。1980年代出现了细管径紧凑型节能荧光灯、小功率高压钠灯和小功率金属卤化物灯，使电光源进入了小型化、节能化和电子化的新时期。

5.2 发展前景

电光源的发明促进了电力装置的建设。电光源的转换效率高，电能供给稳定，控制和使用方便，安全可靠，并可方便地用仪器、仪表计数耗能，故在其问世后一百多年中，很快得到了普及。它不仅成为人类日常生活的必需品，而且在工业、农业、交通运输以及国防和科学研究中，都发挥着重要作用。研制、开发和推广应用节能型电光源已引起人们的高度重视。

5.3 主要种类

照明光源是以照明为目的，辐射出主要为人眼视觉的可见光谱（波长380～780nm）的电光源。

其规格品种繁多，功率从0.1W到20kW，产量占电光源总产量的95%以上。

照明光源品种很多，按发光形式分为热辐射光源、气体放电光源和电致发光光源3类。

备注：激光光源由于其方向性和汇聚性特征，越来越懂的领域得到了广泛的应用。

1. 热辐射光源：

电流流经导电物体，使之在高温下辐射光能的光源。包括白炽灯和卤钨灯两种。

2. 气体放电光源：

电流流经气体或金属蒸气，使之产生气体放电而发光的光源。气体放电有弧光放电和辉光放电两种，放电电压有低气压、高气压和超高气压3种。

弧光放电光源包括：荧光灯、低压钠灯等低气压气体放电灯，高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯等高强度气体放电灯，超高压汞灯等超高压气体放电灯，以及碳弧灯、氙灯、某些光谱光源等放电气压跨度较大的气体放电灯。

辉光放电光源包括利用负辉区辉光放电的辉光指示光源和利用正柱区辉光放电的霓虹灯，二者均为低气压放电灯；此外还包括某些光谱光源。

3.电致发光光源： 

在电场作用下，使固体物质发光的光源。它将电能直接转变为光能。包括场致发光光源和发光二极管两种。

4、激光光源

通过激发态粒子在受激辐射作用下发光，输出光波波长从短波紫外直到远红外，这种光源称为激光光源。

5. 其它种类

不以照明为目的，能辐射大量紫外光谱（1～380nm）和红外光谱（780～1×106nm）的电光源，包括紫外光源、红外光源和非照明用的可见光源。