bài giảng môn học quang điện tử và quang điện, chương 5

Các nguồn bức xạ -Nguồn đơn sắc: Lasers, LE Ds -Nguồn phổ liên tục: Đèn nóng sáng -Nguồn phổ vạch: đèn hồ quang * Incoherent or noise sources: Đèn nóng sáng; LEDS; Đèn hồ quang. → không có quan hệ pha cố định giữa các sóng bức xạ * Coherent sources: Laser khí hoặc laser bán dẫn. * Đèn hồ quang: Hồ quang hình thành giữa các điện cực trong khí hiếm khi áp đặt điện thế ban đầu lớn. Khi dòng ion được thiết lập trong hồ quang, điện áp giảm mạnh và hồ quang được duy trì. Phổ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
bài giảng môn học quang điện tử và quang điện, chương 5 Chương 5: BỨC XẠ VÀ BỨC XẠ KẾ 1/ Các nguồn bức xạ -Nguồn đơn sắc: Lasers, LE Ds -Nguồn phổ liên tục: Đèn nóng sáng -Nguồn phổ vạch: đèn hồ quang * Incoherent or noise sources: Đèn nóng sáng; LEDS; Đèn hồ quang. → không có quan hệ pha cố định giữa các sóng bức xạ * Coherent sources: Laser khí hoặc laser bán dẫn. * Đèn hồ quang: Hồ quang hình thành giữa các điện cực trong khíhiếm khi áp đặt điện thế ban đầu lớn. Khi dòng ion được thiết lập trong hồquang, điện áp giảm mạnh và hồ quang được duy trì. Phổ phát xạ phụthuộc loại khí. -Khi dòng hồ quang đi qua khí, các điện tử trong các ion khí sẽ thayđổi mức năng lượng và phát xạ photon có bước sóng cho bởi: λ = hc/∆E = 1.24 x 103 (eV.nm)/ ∆E, với ∆E là chênh lệch năng lượng giữa các mức được phép, phụthuộc vào các nguyên tố Æ bước sóng bức xạ bởi mỗi nguyên tố là cốđịnh. *Đèn huỳnh quang: là trường hợp riêng của đèn hồ quang, khi ống đènđược phủ bột huỳnh quang (chủ yếu là phosphor). Bột huỳnh quang sẽ táibức xạ trong vùng khả kiến khi bị chiếu xạ bởi năng lượng tại các bướcsóng ngoài vùng khả kiến. Trong đèn huỳnh quang, hồ quang được tạo ratrong hơi thuỷ ngân. Hơi thuỷ ngân phát xạ photon ở vùng khả kiến vàcực tím. Các tia cực tím sẽ tạo ra huỳnh quang. -Với cùng 1 điện năng cung cấp, đèn huỳnh quang phát xạ năng lượng cao hơn 1đèn nóng sáng *Các vùng bức xạ: Extreme UV (ultraviolet) 10 – 200 (nm) Far UV 200 - 300 Near UV 300 – 380 Visible 380 - 770 Near IR (infrared) 770 –1500 2 Middle IR 1500 – 6000 Far IR 6000 – 40000 Far- Far IR 40000 – 1000 000 2) Các khái niệm cơ bản: - Radiant energy (năng lượng bức xạ): Qe Joule (J) - Radiant Flux (dòng bức xạ) Φe = (dQe/dt)|qua diện dA Watt (W - Flux density (mật độ dòng quang tới / đvdt) còn gọi là irradiance(độ rọi năng lượng): He = d Φe/dA (W/m2) - Radiant Emittance (độ trưng năng lượng) là mật độ dòng kích thích trên bề mặtcủa nguồn được kiểm tra: Me = d Φe/dA (W/m2) - Radiant Intensity (cường độ bức Ie = d Φe/dω (W/sr), xạ): dω = dA/R2 Steradian Chú ý trường hợp nguồn điểm đẳng hướng: Ie = Φe/4π = HeR2. - Radiance (công suất bức xạ trên đơn vị góc đặc và trên đơn vị diện tích) Lλ = d Φe/dωdAcosθ (W/sr.m2) - Spectral Radiant Power (công suất bức xạ trên đơn vị bước sóng): Φλ = dQe/dλ (W/nm) - Spectral Emittance (phổ kích thích, độ rọi phổ) Wλ = dMe/ dλ (W/m2.nm) - Spectral Radiant Intensity: Iλ = dIe/ dλ (W/sr.nm) - Spectral Radiance: Lλ = dLe/ dλ (W/sr.m2.nm) 3) Nóng sáng và vật đen (Incandescent and Blackbodies) - Các chất rắn và chất lỏng bức xạ ánh sáng khả kiến khi nhiệt độ ≥ 3 500oc - Bề mặt hấp thụ toàn bộ năng lượng bức xạ đến một cách lý tưởng gọi là vật đen -Vật bức xạ nóng sáng có đặc trưng tương tự như vật đen -Bản chất bức xạ từ vật đen được nghiên cứu bởi Max Planck: Năng lượng bứcxạ từ vật đen phân bố trong khoảng tần số rộng, theo dạng toán học xácđịnh và thayđổi theo nhiệt độcủa vật đen 4 - Độ trưng năng lượng tổng cộng Me ≡ diện tích giới hạn bởi đường phân bốnăng lượng theo bước sóng : λ 2 ∆M e = ∫ Wλ dλ , λ 1 với Wλ = C1λ-5/(eC2/λ- 1), trong đó C1 = 3.74 x 10-16W.m2, C2 = 1.4385 x 10-2m.K -Độ rọi năng lượng tổng cộng: ∞ 4 -8 2 4 ∆M = dλ = σT , với σ = 5.672 x 10 (W/m K ) e ∫ Wλ 0 Æ Tính được bước sóng ứng với độ rọi phổ cực đại Æ Tính được độ rọi năng lượng của nguồn có diện tích A * Nóng sáng của vật thể thực - Vật thể thực không bức xạ nhiều công suất như vật đen ở cùng một nhiệt độ - Tỷ số giữa độ trưng năng thực trên độ trưng năng của vật đen lý tưởng gọi là độphát xạ (emissivity, ≡ Tỷ số công suất hấp thụ của vật với công suất hấpe) thụ củavật đen lý tưởng: a. Me = e σ T4, e =a Công suất hấp thụ từ công suất đến: Φe = aHA Ví dụ : Xét đèn nóng sáng có vật bức xạ ở nhiệt độ T, đặt trong vỏ 11được hút chân không, nhiệt độ làm việc ổn định của vỏ là T1 Gọi P là ...