在光學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中均驶，光源的選取不可忽略昏兆。光源器件的種類有很多，比如傳統(tǒng)的光源白熾燈和鹵鎢燈等妇穴，比如發(fā)光二極管LED爬虱，當(dāng)然還有激光光源等腾它。LED和激光器作為現(xiàn)代光源跑筝，應(yīng)用非常廣泛。當(dāng)確定了光源的類型瞒滴，當(dāng)然還要考慮光源的波長(zhǎng)，發(fā)散性妓忍，穩(wěn)定性，亮度等等世剖。本文主要介紹了LED發(fā)光二極管定罢，激光器光源的一些基本原理以及應(yīng)用。
光源
1 發(fā)光二極管
發(fā)光二級(jí)管是一種小而穩(wěn)定的強(qiáng)光光源搁廓，目前引颈，在可見光譜中是zui高效的有色光源。商業(yè)可用的發(fā)光二極管的光譜范圍包括近紫外光譜到可見光再到近紅外光譜境蜕。
(1) LED基礎(chǔ)
發(fā)光二極管是一種半導(dǎo)體器件蝙场，其發(fā)光原理是基于載流子通過p-n結(jié)的電致發(fā)光粱年。一般來說售滤，發(fā)光二極管工作時(shí)就是一個(gè)普通的半導(dǎo)體二極管：應(yīng)用前導(dǎo)偏置產(chǎn)生一個(gè)流過p-n結(jié)的電流。外電場(chǎng)使電子-空穴對(duì)進(jìn)入勢(shì)壘區(qū)的節(jié)點(diǎn)界面，在這里發(fā)生復(fù)合完箩。復(fù)合可以是一個(gè)自發(fā)的輻射過程，也可以是晶體材料以振蕩形式將能量釋放到晶格的非輻射過程(成為聲子)阻逮。這個(gè)產(chǎn)生額外載體和隨后注入載體的重新組合稱為注入式電致發(fā)光。發(fā)光二極管發(fā)射的幾乎都是單色非相干光秩彤。
發(fā)射光子的能量和發(fā)光二極管輻射光的波長(zhǎng)取決于半導(dǎo)體材料形成p-n結(jié)的帶隙能叔扼。發(fā)射光子的能量近似由下列表達(dá)式?jīng)Q定：
式中，h為普朗克常量漫雷；v為輻射光頻率瓜富；Eg為帶隙能，即半導(dǎo)體器件導(dǎo)帶和價(jià)帶的能量差降盹。
電子和空穴的平均動(dòng)能由波爾茲曼分布決定与柑，即熱能KT。當(dāng)KT
式中剑辫，c為光在真空中的速度干旧。
發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度由Eg和KT的值決定。事實(shí)上妹蔽，光強(qiáng)度是光子能量E的函數(shù)，由下式表示：
發(fā)光二極管理論輻射光譜的zui大強(qiáng)度發(fā)生在以下能量處：
(2) 發(fā)光二極管的應(yīng)用
LED的應(yīng)用大致可以以發(fā)射光譜范圍來劃分挠将。發(fā)光波長(zhǎng)在紅外范圍(λ>800mm)的LED應(yīng)用在通信系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制和光耦合器中舔稀。在可見光范圍內(nèi)的白光LED和彩色LED一般主要應(yīng)用于普通照明乳丰、指示、交通信號(hào)燈和標(biāo)識(shí)牌产园。紫外LED(λ<400nm)被用作白光LED的泵浦源，以及生物技術(shù)和牙科夜郁。
2 激光器
激光器是一種能夠產(chǎn)生高準(zhǔn)直什燕、高能量的單色和相干輻射光束的設(shè)備。區(qū)分激光器與一般光源的是激光器du一wu二的光特性：相干性竞端、單色性屎即、定向性、偏振高強(qiáng)度。目前zui普遍的激光器能夠發(fā)射193nm(深紫外光)到10.6nm(遠(yuǎn)紅外)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的連續(xù)波或者脈沖激光技俐。
（1）激光產(chǎn)生的基本原理
光放大的第1個(gè)條件是存在一個(gè)增益介質(zhì)(也叫活性介質(zhì))能夠維持一個(gè)優(yōu)勢(shì)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)來產(chǎn)生受激輻射乘陪。為了聚集原子來放大一個(gè)入射輻射，必須打破原子的動(dòng)力平衡態(tài)以產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)啡邑。當(dāng)外界能量(泵浦能量)提供給處于一個(gè)特定激發(fā)態(tài)的原子系統(tǒng)時(shí)，這種情況的發(fā)生是有可能的井赌。
一個(gè)非平衡的環(huán)境一般不能由增加系統(tǒng)溫度來實(shí)現(xiàn)和維持谣拣。因此族展，光放大的第二個(gè)條件是持續(xù)的泵浦能量來產(chǎn)生和維持優(yōu)勢(shì)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)來森缠，從而產(chǎn)生受激輻射。
大多數(shù)的激光材料只有很低的增益仪缸，為了產(chǎn)生一個(gè)很大的放大贵涵，光必須經(jīng)過一個(gè)很長(zhǎng)的激光介質(zhì)，這個(gè)過程可以通過在兩個(gè)鏡子之間放置一個(gè)增益介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)恰画，鏡子來回反射光線通過增益介質(zhì)。增益介質(zhì)和兩個(gè)鏡子組成激光諧振腔拴还。
影響激光的主要因素是增益介質(zhì)跨晴、泵浦，以及激光腔或者諧振片林。激光器材料和高能量輸出也需要一個(gè)冷卻系統(tǒng)端盆。
（2）激光模式
FP腔的穩(wěn)定性由鏡面的曲率半徑和鏡間距離決定。作為一個(gè)穩(wěn)定的腔體费封，曲率半徑應(yīng)該是鏡體間距的數(shù)倍焕妙。FP腔將支持波長(zhǎng)λm、頻率Vm的駐波模式弓摘，且滿足條件：
式中焚鹊，L為鏡子間距末患；c為真空中的光速；n為活性介質(zhì)的折射率锤窑；m為一個(gè)較大的正整數(shù)璧针。
連續(xù)模式被不同的常數(shù)分開，它是FP標(biāo)準(zhǔn)具的自由光譜范圍:
兩個(gè)相鄰位模式間相近的距離△λ可以表示為:
(3)激光器的應(yīng)用
大多數(shù)光學(xué)計(jì)量技術(shù)需要激光器輸出在可見光范圍內(nèi)果复，如He-Ne激光器、He-Cd激光器(441.6μm)、可調(diào)諧染料激光器走搁、Ti:藍(lán)寶石和翡翠玉(兩者都在遠(yuǎn)紅外范圍)激光器独柑。干涉測(cè)量技術(shù)和全息術(shù)利用脈沖激光用于解決與記錄系統(tǒng)的穩(wěn)定性相關(guān)的問題。光學(xué)遙感和通信應(yīng)用包含纖維主要利用Nd:YAG激光器私植。zui大能量的CO2激光器廣泛應(yīng)用于工業(yè)應(yīng)用忌栅，如材料加工(激光切割，焊接曲稼，鉆孔索绪，等等),目前以上幾乎所有的激光器都應(yīng)用于醫(yī)療過程。
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