光源怎么分類?光源的類型及光源特性參數(shù)
2024-05-30
光源怎么分類?光源可以分為自然光和人造光兩類,其中自然光如太陽、月亮等,人造光如白熾燈、日光燈等。標(biāo)準(zhǔn)光源箱中所使用的光源,都是人造光源。本文對光源的類型及光源的特性參數(shù)做了介紹,對光源知識感興趣的朋友可以了解一下!
光源的分類:
光源是能產(chǎn)生光輻射的輻射源。天然光源是自然界中存在的,恒星(太陽)等;人造光源是人為將各種形式的能量(熱能、電能、化學(xué)能)轉(zhuǎn)化成光輻射的器件,其中利用電能產(chǎn)生光輻射的器件稱為電光源。
按照光波在時間、空間上的相位特征可分為相干光源和非相干光源;按照發(fā)光機(jī)理可以分為熱輻射光源、氣體發(fā)光光源、固體發(fā)光光源和激光器光源。
1.熱輻射光源
物體由于溫度升高而向周圍溫度較低環(huán)境發(fā)射能量的形式稱為熱輻射,這種物體稱為熱輻射源。如太陽、黑體模擬器、白熾燈等。
2.氣體放電光源
在燈中充入發(fā)光用的氣體,這些氣體的原子在電場作用下電離出電子和離子。當(dāng)離子向陰極、電子向陽極運(yùn)動時,從電場中得到加速,在它們與氣體原子或分子高速碰撞時會激勵出新的電子和離子。在碰撞過程中有些電子會躍遷到高能級,引起原子的激發(fā)。受激原子回到低能級時就會發(fā)射出相應(yīng)的輻射,這樣的發(fā)光機(jī)制被稱為氣體放電原理。
利用氣體放電原理制成的光源稱為氣體放電光源。氣體放電光源的特點(diǎn)發(fā)光效率高、耐震、抗沖擊、壽命長、光色適應(yīng)性好。常用的有脈沖燈、原子光譜燈、汞燈等。
3.固體發(fā)光光源
固體發(fā)光光源又稱為平板發(fā)光器件,也稱平板顯示器。
按發(fā)光類型分為主動發(fā)光型(媒質(zhì)自己發(fā)光)和被動發(fā)光型(靠媒質(zhì)調(diào)制外部光源實(shí)現(xiàn)信息顯示)。
按媒質(zhì)和工作原理分為液晶顯示(LCD)、等離子體顯示(PDP)、電致發(fā)光顯示(ECD)、電泳發(fā)光顯示(EPD)。
場致發(fā)光固體在電場的作用下將電能直接轉(zhuǎn)換為光能的發(fā)光現(xiàn)象,也稱電致發(fā)光,有粉末場致發(fā)光源、薄膜場致發(fā)光源、結(jié)型場致發(fā)光源(二極管)三種形態(tài)。
發(fā)光二極管(LED):少數(shù)載流子在PN結(jié)區(qū)的注入與復(fù)合而產(chǎn)生發(fā)光的一種半導(dǎo)體光源。屬于低電壓小電流器件,在室溫下即可得到足夠的亮度,發(fā)光響應(yīng)速度快、性能穩(wěn)定、壽命長、單色性好,發(fā)光的半寬度一般為幾十nm。
4.激光器光源
氣體激光器工作物質(zhì)由一種或幾種氣體組成,可發(fā)射多種波長的光,主要集中于可見和紅外部分。
固體激光器:工作物質(zhì)為具有特殊能力的高質(zhì)量的光學(xué)玻璃或光學(xué)晶體里面摻入具有發(fā)射激發(fā)能力的金屬離子。主要有紅寶石、釹玻璃、釔鋁石榴石激光器等。
染料激光器:工作物質(zhì)為染料,有連續(xù)和脈沖兩種工作方式。連續(xù)方式輸出穩(wěn)定,線寬小,功率大于1W;脈沖方式輸出功率高,輸出能量可達(dá)120mJ。
半導(dǎo)體激光器:工作物質(zhì)為半導(dǎo)體,輸出波長為0.33-44um,體積小,功率高,壽命長。用于光通信、光學(xué)測量等。
光源特性參數(shù):
1.輻射效率
在給定λ1~λ2波長范圍內(nèi),某一輻射源發(fā)出的輻射通量與產(chǎn)生這些輻射通量所需的電功率之比。
2.發(fā)光效率
某一光源所發(fā)射的光通量與產(chǎn)生這些光通量所需的電功率之比。
3.光譜功率
光譜功率分布四種情況:線狀光譜、帶狀光譜、連續(xù)光譜、混合光譜,如下圖所示:
在選擇光源時,它的光譜功率分布應(yīng)由測量對象的要求來決定。在目視光學(xué)系統(tǒng)中,一般采用可見光譜輻射比較豐富的光源。對于彩色攝像用光源,應(yīng)采用類似于日光色的光源,如鹵鎢燈、氙燈等。在紫外分光光度計(jì)中,通常使用氘燈、汞氙燈等紫外輻射較強(qiáng)的光源。
4.空間光強(qiáng)分布
常用發(fā)光強(qiáng)度矢量和發(fā)光強(qiáng)度曲線來描述光源的這種空間光強(qiáng)分布特性。在空間某一截面上,自原點(diǎn)向各徑向取矢量,矢量的長度與該方向的發(fā)光強(qiáng)度成正比,稱其為發(fā)光強(qiáng)度矢量;將各矢量的端點(diǎn)連起來,就得到光源在該截面上的發(fā)光強(qiáng)度分布曲線,也稱配光曲線。
5.光源的顏色
光源的顏色包含了色表和顯色性兩方面的含義。用眼睛直接觀察光源時所看到的顏色稱為光源的色表當(dāng)用這種光源照射物體時,物體呈現(xiàn)的顏色(也就是物體反射光在人眼內(nèi)產(chǎn)生的顏色感覺)與該物體在完全輻射體照射下所呈現(xiàn)的顏色的一致性,稱為該光源的顯色性。
光源對于物體顏色呈現(xiàn)的程度稱為顯色性,通常叫做顯色指數(shù)(Ra)。顯色性是指事物的真實(shí)顏色(其自身的色澤)與某一標(biāo)準(zhǔn)光源下所顯示的顏色的關(guān)系。Ra值的確定,是將DIN6169標(biāo)準(zhǔn)中定義的8種測試顏色在標(biāo)準(zhǔn)光源和被測試光源下做比較,色差越小的則表明被測光源顏色的顯色性越好(紅、黑、黃、粉紅、綠、藍(lán)、紫、棕色)。
6.光源的色溫
黑體的溫度與它的輻射特性是一一對應(yīng)的,從光源的顏色與溫度的這種關(guān)系,引出了顏色溫度的概念,簡稱色溫。一般光源的色溫,經(jīng)常用色溫、相關(guān)色溫和分布溫度表示。如果輻射源發(fā)出的光的顏色與黑體在某一溫度下輻射出的光的顏色相同,則黑體的這一溫度稱為該幅射的色溫;若一個光源的顏色與任何溫度下的黑體輻射的顏色都不相同,這時的光源用相關(guān)色溫表示,在均勻色度圖中,如果光源的色坐標(biāo)點(diǎn)與某一溫度下的黑體輻射的色坐標(biāo)點(diǎn)最接近,則該黑體的溫度稱為這個光源的相關(guān)色溫;輻射源在某一波長范圍內(nèi)輻射的相對光譜功率分布,與黑體在某一溫度下輻射的相對光譜功率分布一致,那么該黑體的溫度稱為這個輻射源的分布溫度。