常用光輻射源第一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日第02章常用光輻射源討論：研究光輻射源的意義

光輻射源光電探測器輻射強度輻射光譜······靈敏度響應光譜······第二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日第02章常用光輻射源光輻射源分類:自然光源人工光源--被動探測系統--主動探測系統討論：舉例說明

第三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日漆黑環境中的人和鐵絲網的溫差溫度低溫度高－－自然光源，如太陽、導彈尾焰、人體等，可組成被動探測系統，其信息源直接來自目標自身的輻射或外來光輻射，它沒有人為的光發射系統，如天文光電探測、紅外跟蹤制導、微光夜視儀······第四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日半導體激光器－－人工光源，如黑體輻射器、白熾燈、激光器等，可組成主動探測系統，其信息源來自人造光源對目標的反射、透射和散射等光輻射，它一般需要人為精心設計光發射系統，如激光制導、光電精密微小尺寸測量、光電磁場測量······第五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日第02章常用光輻射源光輻射源分類:自然光源人工光源--被動探測系統--主動探測系統本章介紹：熱輻射光源氣體放電光源

激光器

發光二極管

第六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日第02章常用光輻射源2.1黑體輻射2.2光源的基本特性參數2.3熱輻射光源2.4*氣體放電光源2.5激光器2.6發光二極管第七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日2.1黑體輻射能夠在任何溫度下全部吸收所有波長輻射的物體叫絕對黑體－－簡稱黑體輻射出度輻射照度－－黑體－－其他物體第八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日2.1黑體輻射能夠在任何溫度下全部吸收所有波長輻射的物體叫絕對黑體－－簡稱黑體輻射出度入射輻射例如：黑體模擬器遠處開著的窗戶第九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日2.1黑體輻射能夠在任何溫度下全部吸收所有波長輻射的物體叫絕對黑體－－簡稱黑體研究黑體輻射意義：－－比較基準▲黑體模擬器

▲近似黑體，如太陽、地球、海水······

▲用黑體某些特性表征光源和輻射體絕對黑體是理想熱輻射源，自然界并不存在！！第十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日1.發射率和基爾霍夫定律光譜發射率：一般輻射體：黑體：2.1黑體輻射第十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日發射率的意義：例：地面物體發射率近似值土質黑土稀草麥田砂石灰巖砂礫雪海水ε0.870.840.930.890.9l0.910.0950.99根據地面物體發射率的差別及對環境輻射的反射率的差別，遙感系統能把道路、河流等地形區分開來。衛星紅外遙感原理：2.1黑體輻射第十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日例1X國衛星監視YYY潛艇基地

海面冰封潛艇出航December25,2001RussiaKamchatkaSubmarineBase第十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日例2紅外遙感紅外遙感熱像光譜輻射儀重慶紅外遙感地圖第十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日例2紅外遙感偽彩色圖：顏色—溫度第十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日1.發射率和基爾霍夫定律光譜發射率：基爾霍夫定律：－－強吸收體必是強發射體！！！2.1黑體輻射第十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日2．普朗克輻射公式黑體光譜輻出度與波長、絕對溫度之間關系峰值波長和溫度關系：溫度升高向短波方向移動

2.1黑體輻射第十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日峰值波長和溫度的關系：溫度升高向短波方向移動

例1：燒紅的火鉗

0.6微米0.78微米3~5微米8~14微米2．普朗克輻射公式溫度高－－通紅溫度低－－暗紅第十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日例2：典型軍事目標輻射

溫度升高，輻射的峰值波長向短波方向移動

2．普朗克輻射公式高溫體熱輻射1~5微米常溫體熱輻射8~14微米第十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日2．普朗克輻射公式某一溫度下灰體的輻射具有與同溫度下黑體相似的光譜能量分布特性。重要概念－－灰體問題：灰體與同溫度的黑體是否具有相同的峰值波長？第二十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日2．普朗克輻射公式灰體的意義例

計算常溫下T=300K的海水在8～14μm的輻射出度Me8～14。目標－－艦艇背景－－海水黑體海水如何計算？第二十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日例3：常見的三類輻射體

灰體的光譜輻射分布與黑體的光譜輻射分布形狀相似，最大值的位置也一致－－常將熱輻射體按灰體或黑體計算。2．普朗克輻射公式第二十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日3．維恩位移定律紅外技術中，用維恩定律計算出某一溫度的峰值波長，以確定紅外探測器工作的峰值波長．2.1黑體輻射峰值波長第二十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日3．維恩位移定律例：直升機的排氣溫度為540°C，宜選用峰值波長為多少的探測器？2.1黑體輻射表中哪種探測器合適？第二十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日4．斯蒂芬——玻爾茲曼定律例：黑體的全光譜輻射出射度與溫度成4次方的關系．在紅外隱身技術中，第一要素就是如何降低武器平臺的溫度，以最大限度的減少向環境的紅外輻射能。2.1黑體輻射第二十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日4．斯蒂芬——玻爾茲曼定律降低武器平臺的溫度后，紅外輻射的峰值波長的輻出度將按溫度5次方的關系向長波方向偏離．根據降低的溫度數值，可以具體計算武器平臺紅外輻射的峰值是否移出紅外探測器的探測范圍，進而評估紅外隱身的效果．斯蒂芬—玻爾茲曼定律的一個特殊形式——黑體光譜輻射出射度峰值的表達式：例：紅外隱身效果評估2.1黑體輻射第二十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日維恩位移定律－－峰值波長斯蒂芬－玻爾茲曼定律－－總輻射出度普朗克輻射公式－－光譜輻射能分布比較：2.1黑體輻射第二十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日2.1黑體輻射黑體輻射定律的應用例1.

便攜式輻射測溫儀可用于電力系統中電接頭的溫度檢查·······

測溫范圍

PT120:-20℃～1200℃

瞄準方式：激光瞄準、望遠鏡瞄準討論：測溫儀的工作原理--斯蒂芬－玻爾茲曼定律

--測量對象的發射率第二十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日2.1黑體輻射黑體輻射定律的應用例2.工業冶煉中的應用工業上冶煉金屬鎳，出爐時間依靠有經驗的工人師傅發現爐火為“孔雀藍”(稱標識色)時，即是出爐的最好時機。討論：1.這種方法的缺點？（主觀）2.黑體輻射定律（客觀）

提示：維恩位移定律黑體輻射在工業冶煉金屬鎳中應用第二十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日第二章常用光輻射源2.1黑體輻射2.2光源的基本特性參數2.3熱輻射光源2.4氣體放電光源2.5激光器2.6發光二極管第三十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日2.2光源的基本特性參數1.輻射效率和發光效率2.光譜功率分布3.光強的空間分布4.光源的色溫第三十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日2.光譜功率分布在選擇光源的時候，應選擇光譜功率分布的峰值波長與光電器件的靈敏波長相一致線狀光譜帶狀光譜連續光譜混合光譜2.2光源的基本特性參數第三十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日2.光譜功率分布2.2光源的基本特性參數實驗測得的He-Ne激光譜線－－帶狀光譜第三十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日2.光譜功率分布2.2光源的基本特性參數實驗中測得的溴鎢燈譜線－－連續光譜第三十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日2.光譜功率分布2.2光源的基本特性參數實驗中測得的熒光燈譜線－－混合光譜第三十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日4.光源的色溫如果熱輻射光源發光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光的顏色相同，則黑體的這一溫度稱為該輻射源的色溫。在一定溫度下，黑體的光譜輻射分布曲線是唯一的。色溫的意義－－比較基準第三十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日4.光源的色溫如果熱輻射光源發光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光的顏色相同，則黑體的這一溫度稱為該輻射源的色溫。色溫的實例白熾燈：連續光譜：---可見光譜段中部和黑體輻射曲線相差約0.5％---整個光譜段內和黑體輻射曲線平均相差2％---色溫為2856K的白熾燈代表什么意義？

第三十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日4.光源的色溫如果熱輻射光源發光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光的顏色相同，則黑體的這一溫度稱為該輻射源的色溫。色溫的實例太陽：太陽的色溫--5900K第三十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日色溫圖色溫升高4.光源的色溫第三十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日4.光源的色溫如果熱輻射光源發光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光的顏色相同，則黑體的這一溫度稱為該輻射源的色溫。色溫與生活沉穩、恬靜的人適合選擇6500～9000K的色溫熱情奔放的人適于選用4000～5600K的色溫色溫高色溫低第四十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日4.光源的色溫如果熱輻射光源發光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光的顏色相同，則黑體的這一溫度稱為該輻射源的色溫。問題：1.發出連續光譜的白熾燈2.發出帶狀光譜的光源同色異譜第四十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日4.光源的色溫熒光燈譜線即同一色溫可由不同的光譜能量分布構成同色異譜白光紅綠藍第四十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日第二章常用光輻射源2.1黑體輻射2.2光源的基本特性參數2.3熱輻射光源2.4氣體放電光源2.5激光器2.6發光二極管第四十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日2.3熱輻射光源物體因溫度而輻射能量的現象叫熱輻射。熱輻射又名“紅外輻射”，

是一種肉眼不可見光。可見光波段熱輻射波段第四十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日地下熱源引起地表溫差管道海灣戰爭中，此原理用于探測沙堆下的坦克。第四十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日2.3熱輻射光源物體因溫度而輻射能量的現象叫熱輻射。2.黑體輻射器3.白熾燈與鹵鎢燈1.自然輻射源第四十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日1.自然輻射源1.自然輻射源太陽：黑體色溫5900K峰值波長？第四十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日1.自然輻射源1.自然輻射源人體：近似灰體能量分布8～12μm紅外被動成像第四十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日1.自然輻射源1.自然輻射源波長(微米)2.74.2尾焰的光譜特征

4.4‘紅’峰‘藍’峰飛行器：近似灰體選擇性發射紅外告警第四十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日飛行器與天空－－目標與背景的輻射對比度目標輻射出射度：背景輻射出射度：1.自然輻射源第五十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日飛行器與天空－－目標與背景的輻射對比度設TT=310K,TB=300K全光譜：C≈0.06251~2.5μm：C≈0.31743~5μm：C≈0.17428~12μm：C≈0.07931.自然輻射源第五十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日飛行器與天空－－目標與背景的輻射對比度短波紅外圖像有最好的對比度發展方向－－紅外多光譜成像光譜儀第五十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日2.黑體輻射器人工模擬絕對黑體－－黑體模擬器

能夠在任何溫度下全部吸收所有波長輻射的物體叫絕對黑體－－恒溫空腔黑體輻射－－所有波長入射－－多次漫射及吸收2.3熱輻射光源第五十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日2.黑體輻射器2.3熱輻射光源標準光源---紅外光譜區0.75μm～2.5μm0.75μm～6μm應用：最高工作溫度：3000K，實際<2000K.為什么？一種人造黑體輻射器結構示意圖第五十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日3.白熾燈與鹵鎢燈可見光譜段中部和黑體輻射曲線相差約0.5％整個光譜段內和黑體輻射曲線平均相差2％色溫限制：～2800K光譜范圍：0.4~3μm

白熾燈特點：光電技術常用測試光源：色溫2856K白熾鎢絲燈鹵鎢燈特點：（自讀）2.3熱輻射光源第五十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日第02章常用光輻射源2.1黑體輻射2.2光源的基本特性參數2.3熱輻射光源2.4氣體放電光源2.5激光器2.6發光二極管第五十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日2.5激光器第五十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日例：氦氖激光器,波長為632．8nm的紅光，頻率為4.74×1014Hz，譜線寬度只有9X10-2Hz；普通的氦氖氣體放電管,同樣頻率的光，其譜線寬度達1.52×109Hz高單色性：高方向性：例：定向性好的探照燈，直徑一米左右的光束，不出十公里就擴大為直徑幾十米的光斑了。氦氖氣體激光器，一條細而亮的筆直光束，光束的發射角3X10－4rad，十分接近于衍射極限(2X10－4rad)2.5激光器第五十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日2.5激光器激光器由工作物質、諧振腔和泵浦源組成：第五十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日2.5激光器產生激光的必要條件：粒子數反轉諧振腔泵浦源

第六十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日2.5激光器1.氣體激光器2*.固體激光器3*.染料激光器4.半導體激光器（LD）第六十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日1.氣體激光器He-Ne激光器：CO2激光器：峰值波長632.8nm，波長穩定度10－6，用于精密計量、全息術、準直測量、激光陀螺等典型的波長為10.6μm，脈沖放電方式，峰值功率可達千兆瓦，用于金屬材料的切割、寶石加工、手術治療、自由空間激光通信等特點：光束質量高，單色性和方向性優于固體和

半導體激光器

2.5激光器第六十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日4.半導體激光器（LD）半導體激光器。常用的是PN結注入式，也稱激光二極管（LaserDiode，簡稱LD）。LD在電子線路中的符號2.5激光器第六十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日4.半導體激光器（LD）粒子數反轉：？？？諧振腔：－－晶體解理面泵浦源－－外電源必須滿足上述三個激光產生的條件：2.5激光器第六十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日諧振腔：利用半導體晶體的自然解理面，作為激光器的諧振腔。GaAs注入式半導體激光器結構示意圖4.半導體激光器第六十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日粒子數反轉：加正向電壓－注入電流－注入--導帶中電子數目>價帶中電子數目粒子數反轉重摻雜4.半導體激光器結區粒子數反轉第六十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日4.半導體激光器（LD）高能電子與空穴相遇－－發光，解理面諧振腔的共振放大，定向發射－－激光。第六十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日4.半導體激光器（LD）摘自國家精品課程《光纖通信技術》--深圳職業技術學院制作第六十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日半導體激光器的P－I特性自發輻射－－熒光受激輻射－－激光4.半導體激光器第六十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日調制特性LD的重要特性：直接調制（光源內部調制）調制頻率高達10GHz，可應用于光通信4.半導體激光器第七十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日4.半導體激光器（LD）輸出功率：連續波幾mW到數百mW脈沖波可達數W陣列式達到幾十W波長：0.33～44μm應用舉例嫦娥激光高度計①通訊，作光源100億路電話，全世界人同時通話②光計算機，1000億次/秒③激光全息；DCD；激光雷達；火炮自動瞄準第七十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日半導體激光器尺寸4.半導體激光器第七十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日半導體激光器功率4.半導體激光器第七十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日激光器軍事應用舉例：據俄羅斯紐帶新聞網2005年11月1日報道，美國軍方研制出世界第一款實用型激光步槍－－“PhaSR”激光步槍最大特點：暫時使人失明，被照射者的視力可以自然恢復激光不會給人體眼球帶來永久性損傷4.半導體激光器第七十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日激光器軍事應用舉例：4.半導體激光器WJG-2002激光槍來源：網易軍事war.163.com中國新型激光眩目器第七十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日第02章常用光輻射源2.1黑體輻射2.2光源的基本特性參數2.3熱輻射光源2.4氣體放電光源2.5激光器2.6發光二極管第七十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日2.6發光二極管發光二極管，簡稱LED（LightEmittingDiode），也叫做注入型電致發光器件。LED(LD)在電子線路中的符號第七十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日2.6發光二極管1．發光原理與結構2．伏安特性和時間響應3.超高亮度發光二極管第七十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日1．發光原理與結構與半導體激光器類似，PN結，無諧振腔等要求，不是激光，而是熒光發光原理：2.6發光二極管第七十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日1．發光原理與結構峰值波長：峰值波長范圍：255nm～1670nm

近年來，GaN藍、紫LED－－白光注：中央臺，2003科學與教育“研究生論文”——新材料“藍光、紫光”2.6發光二極管第八十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日開啟電壓：1～2V工作電流：5~50mA2．伏安特性和時間響應2.6發光二極管第八十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期日時間響應：(a)穩定發光(b)脈沖調制發光