《光源及光发》课件

光源及光发本课件将介绍光源和光发的基本概念，并讨论不同类型的光源和光发技术光源基础知识光源定义光源是指能够发出可见光的物体，包括自然光源和人造光源自然光源自然光源是来自自然界的，如太阳、月亮、星星等人造光源人造光源是人工制造的，如白炽灯、荧光灯、灯等LED光源的种类热辐射光源气体放电光源例如白炽灯，依靠灯丝发热产生光，发光效率低，并产生大量如荧光灯、高压汞灯，利用气体在电场中放电发光，效率更高，热量寿命更长发光二极管光源其他光源光源利用半导体材料发光，效率极高，节能环保，寿命更激光光源、太阳能光源、化学发光光源等LED长，是未来发展方向白炽灯发光原理特点历史白炽灯利用电阻丝加热发光，当电流通白炽灯结构简单，价格便宜，但光效白炽灯的发明标志着人类进入电气时过灯丝时，灯丝被加热到高温，从而发低、寿命短，且耗能高，逐渐被更节能代，它为照明带来了巨大改变，但如今出可见光的光源取代已逐渐退出历史舞台荧光灯荧光灯是一种常用的光源，利用气体放电产生的紫外线激发荧光粉发光荧光灯具有高光效、寿命长、节能环保等优点，广泛应用于照明领域光源LED光源采用半导体材料制成，以其高效率、长寿命、环保性等优势，逐LED渐成为照明领域的主流光源具有多种颜色，可调光，可用于各种应用，例如室内照明、汽车LED照明、信号灯和显示屏常见光源的特性光效色温12指光源每瓦消耗的功率所产指光源光色偏冷或偏暖程生的光通量，单位是流明瓦度，单位是开尔文（）/K（）lm/W显色性寿命34指光源对物体颜色的还原程指光源正常工作时，光通量度，用显色指数表示，衰减到初始值的时所经Ra70%值越高，显色性越好历的时间，单位是小时Ra（）h光通量和光效色温和显色性色温显色性光源颜色物体颜色的还原程度单位开尔文（K）单位显色指数（Ra）暖白光（3000K）Ra=90以上，显色性高正白光（4000K）Ra=80-90，显色性良好冷白光（6000K）Ra=70-80，显色性较差光源选择原则用途和环境经济性选择光源要考虑其使用场景例如，室内照明需要柔和的光选择光源时，需要考虑其成本和寿命例如，光源虽然初LED线，而室外照明则需要明亮的光线此外，还要考虑环境温度始成本较高，但其寿命较长，可节省长期运行成本和湿度等因素光发射基础光发射是光源将能量转化为光能的过程光发射的原理涉及光的产生和发射过程，是理解光源工作原理的关键光发射的物理原理物质的原子结构1原子是由原子核和电子构成电子跃迁2电子在不同能级之间跃迁会释放或吸收能量光子的发射3电子从高能级跃迁到低能级时会释放光子光发射是物质原子中电子从高能级跃迁到低能级时，能量以光子的形式释放出来的过程电子激发态电子跃迁能量来源当原子或分子吸收能量时，电光照、热量、电场、化学反应子会从低能级跃迁到高能级，等都可以提供能量，使电子跃形成电子激发态迁到激发态不稳定性电子激发态是不稳定的，激发态电子会很快回到基态，并释放能量辐射跃迁发射光子电子从高能级跃迁到低能级，释放能量，形成光子能级跃迁电子跃迁遵循量子力学原理，特定能量跃迁对应特定光子能量光谱特性辐射跃迁产生的光子能量决定了光源发出的光谱特性，如颜色和波长热辐射热辐射高温物体红外辐射所有温度高于绝对零度的物体都会发射温度越高，物体发射的热辐射能量越热辐射的波长范围很广，包括红外、可电磁辐射，称为热辐射大，波长越短，可见光部分增加见光和紫外线，其中红外部分占绝大多数冷辉光冷阴极电极低电压驱动12冷辉光灯利用低温阴极电子由于没有加热灯丝，所以冷发射，电子撞击气体原子发辉光灯可以用较低的电压驱生电离，产生光动节能环保应用广泛34冷辉光灯是一种低功耗、长冷辉光灯在各种领域得到应寿命的光源，比传统的荧光用，如背光源、仪器照明、灯更加节能环保特殊照明等电致发光原理应用电致发光是指在电场作用下，某些材料电致发光技术广泛应用于显示设备、照中的电子被激发而发出光明设备、生物成像等领域电子在电场作用下跃迁到高能级，然后例如，、、显示屏、发光LED OLEDEL在回到低能级时，以光子的形式释放能二极管等量光学上的吸收、散射和反射吸收散射12当光线照射到物质表面时，光线在传播过程中遇到微小一部分光会被物质吸收，转粒子，会发生散射现象，改化为热能或其他形式的能变光线的传播方向量反射3光线照射到物体表面时，一部分光线会以一定的角度反射回去，形成反射光光线的直线传播直线传播光在均匀介质中沿直线传播光线模型用光线来描述光传播路径，简化分析光学现象光速光在真空中传播速度最快，约为每秒30万公里光影现象光在直线传播过程中，会形成阴影和投影光的折射和衍射光的折射1光从一种介质进入另一种介质时，传播方向发生改变的现象例如，光线从空气进入水中，会发生折射，导致物体在水中的位置看起来比实际位置更高光的衍射2光在传播过程中遇到障碍物或孔隙时，会偏离直线传播的现象例如，光线通过狭缝后，会发生衍射，形成明暗相间的衍射条纹应用3折射和衍射是光学中的重要现象，在透镜、望远镜、显微镜等光学仪器中都有广泛应用光学元件及应用透镜棱镜透镜是用来改变光线方向的光学元件棱镜可以将白光分解成七色光，是光谱常见的透镜有凸透镜和凹透镜，用于相分析的重要工具棱镜也用于光学仪器机、显微镜、望远镜等中改变光线路径反射镜偏振片反射镜用于改变光线方向平面镜和曲偏振片可以过滤特定方向的光波，用于面镜都是反射镜，用于汽车、望远镜、显示器、相机、太阳镜等，减少眩光激光器等光路设计目标照明效果1光线强度和方向光学元件选择2透镜、反射镜等光源定位3距离、角度等模拟软件4光学仿真软件实际测试5验证光线效果光路设计是光学系统的重要环节，需要根据目标照明效果选择合适的元件和光源，并通过模拟软件进行仿真测试，最终达到理想的光线效果光电转换原理光电转换光电效应光电转换是指将光能转化为电能的过程光电转换器件可以利用光电效当光照射到金属表面时，金属中的电子吸收光能，从而从金属表面逸出，应或光伏效应将光能直接转化为电能产生光电流光电转换器件光伏电池光电倍增管将光能直接转换为电能的器件通过光电效应将光信号转换为电信号，并进行放大•硅基太阳能电池•高灵敏度光探测•薄膜太阳能电池•应用于科学研究和医疗领域光电二极管光敏晶体管将光信号转换为电流信号光照射后改变其电流增益的器件•光电探测器•光控制开关•光通信和光传感应用•光学传感器光电探测器件光敏电阻光电二极管光电倍增管图像传感器CMOS光敏电阻是一种利用光电效光电二极管是一种利用光电光电倍增管是一种利用光电图像传感器是一种利CMOS应工作的半导体器件，其电效应工作的结半导体器效应和二次电子发射效应工用光电效应工作的集成电路PN阻值随照射光强度的变化而件，其可以将光能转换为电作的真空电子器件，具有很器件，可以将光信号转换为变化能高的灵敏度数字图像光电效应应用太阳能电池数字成像光电探测器太阳能电池利用光电效应将光能转化为数字相机和摄像机使用光电二极管将光光电探测器用于检测光信号，在自动控电能，为各种设备提供清洁能源信号转换为电信号，形成图像制、安全系统和医疗设备中发挥重要作用光源控制技术光源亮度调节光源颜色调节通过改变光源输入功率，可通过控制光源的光谱特性，以控制光源的亮度，满足不可以调整光源的颜色，满足同场景的需求不同的审美和功能需求光源方向控制光源时间控制通过使用透镜、反射镜等光通过定时器或传感器控制光学元件，可以控制光源的光源的开关，可以实现光源的束方向，实现照明效果的优智能化控制化光源电源电源的功能电源类型光源电源是光源的能量来源，将电能转换为光源所需的特定电常见的电源类型包括线性电源、开关电源、恒流电源等压和电流不同类型的电源适用于不同的光源类型，如白炽灯、荧光灯、电源负责稳定输入电压，提供持续的电力供应，并控制光源的灯等LED亮度和工作模式驱动电路LED电流控制电压转换驱动电路的主要功能是稳驱动电路将电源电压转换LED LED定电流，保证正常工作，为所需的电压，保证LED LED LED延长其寿命的正常工作电压保护功能调光功能驱动电路还具有过流、过某些驱动电路还具备调光功LED压、短路等保护功能，确保能，可以通过调节电流来控制的安全性亮度LEDLED调光技术模拟调光模拟调光通过改变电压或电流来控制光源亮度数字调光数字调光使用数字信号控制光源亮度，实现精准控制脉宽调制PWM是一种常用的数字调光技术，通过快速开关来调节平均亮度PWM总结与展望光源及光发技术领域不断发展，未来将朝着更加节能高效、智能化、个性化方向发展例如，光源应用将更加广泛，包括智慧照明、光通信、光显示等领域。