常用光辐射源精品课件

1、常用光辐射源第1页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三第02章 常用光辐射源讨论：研究光辐射源的意义 光辐射源光电探测器辐射强度辐射光谱 灵 敏 度响应光谱 第2页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三第02章 常用光辐射源光辐射源分类: 自然光源人工光源-被动探测系统-主动探测系统讨论： 举例说明 第3页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三 漆黑环境中的人和铁丝网的温差温度低温度高自然光源，如太阳、导弹尾焰、人体等，可组成被动探测系统，其信息源直接来自目标自身的辐射或外来光辐射，它没有人为的光发射系统，如天文光电探测、红外跟踪制导、微

2、光夜视仪第4页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三半导体激光器人工光源，如黑体辐射器、白炽灯、激光器等，可组成主动探测系统，其信息源来自人造光源对目标的反射、透射和散射等光辐射，它一般需要人为精心设计光发射系统，如激光制导、光电精密微小尺寸测量、光电磁场测量第5页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三第02章 常用光辐射源光辐射源分类: 自然光源人工光源-被动探测系统-主动探测系统本章介绍：热辐射光源 气体放电光源 激光器 发光二极管 第6页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三第02章 常用光辐射源2.1 黑体辐射2.2 光源的基本特性

3、参数2.3 热辐射光源2.4* 气体放电光源2.5 激光器2.6 发光二极管第7页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三2.1 黑体辐射能够在任何温度下全部吸收所有波长辐射的物体叫绝对黑体简称黑体辐射出度 辐射照度 黑体 其他物体 第8页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三2.1 黑体辐射能够在任何温度下全部吸收所有波长辐射的物体叫绝对黑体简称黑体辐射出度 入射辐射 例如： 黑体模拟器 远处开着的窗户 第9页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三2.1 黑体辐射能够在任何温度下全部吸收所有波长辐射的物体叫绝对黑体简称黑体研究黑体辐射意义：

4、比较基准 黑体模拟器 近似黑体，如太阳、地球、海水 用黑体某些特性表征光源和辐射体绝对黑体是理想热辐射源，自然界并不存在！ 第10页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三1.发射率和基尔霍夫定律 光谱发射率： 一般辐射体： 黑体： 2.1 黑体辐射第11页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三发射率的意义：例：地面物体发射率近似值土质黑土稀草麦田砂石灰岩砂砾雪海水0.870.840.930.890.9l0.910.0950.99根据地面物体发射率的差别及对环境辐射的反射率的差别，遥感系统能把道路、河流等地形区分开来。卫星红外遥感原理：2.1 黑体辐射第12页

5、，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三例1 X国卫星监视YYY潜艇基地 海面冰封 潜艇出航December 25, 2001RussiaKamchatka Submarine Base第13页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三例2 红外遥感红外遥感热像光谱辐射仪重庆红外遥感地图 第14页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三例2 红外遥感伪彩色图：颜色温度第15页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三1.发射率和基尔霍夫定律 光谱发射率： 基尔霍夫定律：强吸收体必是强发射体！2.1 黑体辐射第16页，共88页，2022

6、年，5月20日，20点39分，星期三2普朗克辐射公式黑体光谱辐出度与波长、绝对温度之间关系 峰值波长和温度关系：温度升高向短波方向移动 2.1 黑体辐射第17页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三峰值波长和温度的关系：温度升高向短波方向移动 例1：烧红的火钳 0.6 微米 0.7 8微米 35微米 814 微米2普朗克辐射公式温度高通红温度低暗红第18页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三例2：典型军事目标辐射 温度升高，辐射的峰值波长向短波方向移动 2普朗克辐射公式高温体热辐射 15 微米 常温体热辐射 814 微米第19页，共88页，2022年，5月

7、20日，20点39分，星期三2普朗克辐射公式 某一温度下灰体的辐射具有与同温度下黑体相似的光谱能量分布特性。重要概念灰体问题：灰体与同温度的黑体是否具有相同的峰值波长？第20页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三2普朗克辐射公式灰体的意义例 计算常温下T=300K的海水在814m的辐射出度Me814。 目标舰艇背景海水黑体海水如何计算？第21页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三例3：常见的三类辐射体 灰体的光谱辐射分布与黑体的光谱辐射分布形状相似，最大值的位置也一致常将热辐射体按灰体或黑体计算。 2普朗克辐射公式第22页，共88页，2022年，5月20

8、日，20点39分，星期三3维恩位移定律红外技术中，用维恩定律计算出某一温度的峰值波长，以确定红外探测器工作的峰值波长2.1 黑体辐射峰值波长第23页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三3维恩位移定律例：直升机的排气温度为540C，宜选用峰值波长为 多少的探测器？2.1 黑体辐射表中哪种探测器合适？第24页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三4斯蒂芬玻尔兹曼定律例：黑体的全光谱辐射出射度与温度成4次方的关系在红外隐身技术中，第一要素就是如何降低武器平台的温度，以最大限度的减少向环境的红外辐射能。2.1 黑体辐射第25页，共88页，2022年，5月20日，2

9、0点39分，星期三4斯蒂芬玻尔兹曼定律降低武器平台的温度后，红外辐射的峰值波长的辐出度将按温度5次方的关系向长波方向偏离根据降低的温度数值，可以具体计算武器平台红外辐射的峰值是否移出红外探测器的探测范围，进而评估红外隐身的效果斯蒂芬玻尔兹曼定律的一个特殊形式黑体光谱辐射出射度峰值的表达式：例：红外隐身效果评估2.1 黑体辐射第26页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三维恩位移定律 峰值波长斯蒂芬玻尔兹曼定律 总辐射出度普朗克辐射公式 光谱辐射能分布比 较：2.1 黑体辐射第27页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三2.1 黑体辐射黑体辐射定律的应用例1.

10、 便携式辐射测温仪可用于电力系统中电接头的温度检查测温范围 PT120:-201200瞄准方式：激光瞄准、 望远镜瞄准 讨论：测温仪的工作原理 -斯蒂芬玻尔兹曼定律 - 测量对象的发射率第28页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三2.1 黑体辐射黑体辐射定律的应用例2. 工业冶炼中的应用工业上冶炼金属镍，出炉时间依靠有经验的工人师傅发现炉火为“孔雀蓝”(称标识色)时，即是出炉的最好时机。讨论： 1.这种方法的缺点？（主观） 2.黑体辐射定律 （客观） 提示：维恩位移定律 黑体辐射在工业冶炼金属镍中应用第29页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三第二章 常

11、用光辐射源2.1 黑体辐射2.2 光源的基本特性参数2.3 热辐射光源2.4 气体放电光源2.5 激光器2.6 发光二极管第30页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三2.2 光源的基本特性参数1. 辐射效率和发光效率2. 光谱功率分布3. 光强的空间分布4. 光源的色温第31页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三2.光谱功率分布在选择光源的时候，应选择光谱功率分布的峰值波长与光电器件的灵敏波长相一致 线状光谱 带状光谱 连续光谱 混合光谱 2.2 光源的基本特性参数第32页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三2.光谱功率分布2.2 光

12、源的基本特性参数实验测得的He-Ne 激光谱线带状光谱第33页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三2.光谱功率分布2.2 光源的基本特性参数实验中测得的溴钨灯谱线连续光谱第34页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三2.光谱功率分布2.2 光源的基本特性参数实验中测得的荧光灯谱线混合光谱第35页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三4.光源的色温如果热辐射光源发光的颜色与黑体在某一温度下辐射光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源的色温。 在一定温度下，黑体的光谱辐射分布曲线是唯一的。色温的意义比较基准第36页，共88页，2022年，5

13、月20日，20点39分，星期三4.光源的色温如果热辐射光源发光的颜色与黑体在某一温度下辐射光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源的色温。 色温的实例白炽灯：连续光谱：-可见光谱段中部和黑体辐射曲线相差约0.5-整个光谱段内和黑体辐射曲线平均相差2-色温为2856K的白炽灯代表什么意义？ 第37页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三4.光源的色温如果热辐射光源发光的颜色与黑体在某一温度下辐射光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源的色温。 色温的实例太阳：太阳的色温- 5900K第38页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三色温图色温升高4.光源的色温

14、第39页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三4.光源的色温如果热辐射光源发光的颜色与黑体在某一温度下辐射光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源的色温。 色温与生活沉稳、恬静的人适合选择65009000K的色温热情奔放的人适于选用40005600K的色温色温高色温低第40页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三4.光源的色温如果热辐射光源发光的颜色与黑体在某一温度下辐射光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源的色温。 问题：1. 发出连续光谱的白炽灯2. 发出带状光谱的光源同色异谱第41页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三4. 光

15、源的色温荧光灯谱线即同一色温可由不同的光谱能量 分布构成同色异谱白 光红绿蓝第42页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三第二章 常用光辐射源2.1 黑体辐射2.2 光源的基本特性参数2.3 热辐射光源2.4 气体放电光源2.5 激光器2.6 发光二极管第43页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三2.3 热辐射光源物体因温度而辐射能量的现象叫热辐射。 热辐射又名 “红外辐射”， 是一种肉眼不可见光。可见光波段热辐射波段第44页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三地下热源引起地表温差管道海湾战争中，此原理用于探测沙堆下的坦克。第45页，共

16、88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三 2.3 热辐射光源物体因温度而辐射能量的现象叫热辐射。 2. 黑体辐射器3. 白炽灯与卤钨灯1. 自然辐射源第46页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三1. 自然辐射源 1. 自然辐射源太阳：黑体 色温 5900K 峰值波长 ？第47页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三1. 自然辐射源1. 自然辐射源人体： 近似灰体 能量分布812m 红外被动成像第48页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三1. 自然辐射源 1. 自然辐射源 波长(微米)2.74.2尾焰的光谱特征 4.4红峰蓝峰

17、飞行器： 近似灰体 选择性发射红外告警第49页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三飞行器与天空目标与背景的辐射对比度目标辐射出射度：背景辐射出射度：1. 自然辐射源第50页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三飞行器与天空目标与背景的辐射对比度设TT=310K,TB=300K全光谱： C0.062512.5m： C0.317435m： C0.1742812m： C0.07931. 自然辐射源第51页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三飞行器与天空目标与背景的辐射对比度短波红外图像有最好的对比度发展方向红外多光谱成像光谱仪第52页，共88

18、页，2022年，5月20日，20点39分，星期三2. 黑体辐射器人工模拟绝对黑体 黑体模拟器 能够在任何温度下全部吸收所有波长辐射的物体叫绝对黑体 恒温 空腔黑体辐射 所有波长入射 多次漫射及吸收 2.3 热辐射光源第53页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三2.黑体辐射器2.3 热辐射光源标准光源 - 红外光谱区 0.75m2.5m 0.75m6m应用：最高工作温度：3000 K，实际价带中电子数目粒子数反转重掺杂4. 半导体激光器结区粒子数反转第66页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三4. 半导体激光器（LD）高能电子与空穴相遇发光，解理面谐振腔的

19、共振放大，定向发射激光。 第67页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三4. 半导体激光器（LD）摘自国家精品课程光纤通信技术 -深圳职业技术学院制作第68页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三半导体激光器的PI 特性自发辐射荧光 受激辐射激光 4. 半导体激光器第69页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三调制特性LD的重要特性：直接调制（光源内部调制）调制频率高达10 GHz，可应用于光通信4. 半导体激光器第70页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三4. 半导体激光器（LD）输出功率： 连续波几mW到数百mW 脉

20、冲波可达数W 阵列式达到几十W波长： 0.3344 m应用举例 嫦娥激光高度计 通讯，作光源 100亿路电话，全世界人同时通话 光计算机，1000亿次/秒 激光全息；DCD；激光雷达；火炮自动瞄准第71页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三半导体激光器尺寸4. 半导体激光器第72页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三半导体激光器功率4. 半导体激光器第73页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三激光器军事应用举例：据俄罗斯纽带新闻网2005年11月1日报道，美国军方研制出世界第一款实用型激光步枪 “PhaSR”激光步枪最大特点：暂时使人

21、失明，被照射者的视力可以自然恢复激光不会给人体眼球带来永久性损伤4. 半导体激光器第74页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三激光器军事应用举例：4. 半导体激光器WJG-2002激光枪 来源：网易军事 中国新型激光眩目器 第75页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三第02章 常用光辐射源2.1 黑体辐射2.2 光源的基本特性参数2.3 热辐射光源2.4 气体放电光源2.5 激光器2.6 发光二极管第76页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三 2.6 发光二极管发光二极管，简称LED（Light Emitting Diode），也叫做

22、注入型电致发光器件。 LED (LD)在电子线路中的符号第77页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三2.6 发光二极管1发光原理与结构2伏安特性和时间响应3. 超高亮度发光二极管第78页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三1发光原理与结构与半导体激光器类似，PN结，无谐振腔等要求，不是激光，而是荧光发光原理：2.6 发光二极管第79页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三1发光原理与结构峰值波长： 峰值波长范围：255nm1670nm 近年来，GaN蓝、紫LED白光 注：中央台，2003科学与教育“研究生论文” 新材料“蓝光、紫光”2.6 发光二极管第80页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三开启电压：12V 工作电流：550mA 2伏安特性和时间响应2.6 发光二极管第81页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三时间响应：(a)稳定发光 (b)脉冲调制发光 (c) 模拟调制发光InGaAsP LED，时间响应25 ns，调制带宽50140 MHz。直接调制技术，相位测距仪、能见度仪及短距离通讯中获得应用。2.6 发光二极管第82页，共88页，2022年，5月20日，20点39分，星期三 应用举例： 仪表指