光在信号技术中的应用

光的产生--对各种可能性的总结

光可以通过各种方式产生。在信号技术领域,LED被用于大多数的应用中。

LED

LED

发光二极管是使用某些半导体制造的。外来原子被添加到半导体中,目的是优化导电性。半导体的一半(n区)被掺入比半导体原子多一个键合电子的外来原子。这个多余的原子可以自由移动并增加导电性。

另一半(p区)则掺入了比半导体少一个电子的外来原子。当LED被打开时,这些故障("空穴")会被自由电子填满(重组)。因此,辐射光子形式的能量被释放出来。发出的光的能量和颜色是由半导体的材料决定的;例如GaAsP(磷化镓)会产生红光。

灯泡

Gluehlampen

钨丝被加热到很高的温度,因此在很宽的波长上辐射出能量。这被认为是类似于太阳光的光。钨灯丝随着时间的推移而蒸发。当钨的含量低于一定水平时,灯泡的最大寿命就达到了。由于钨会迅速氧化,与空气接触时就会被破坏,所以灯丝必须被保存在非氧化的环境中,如真空。这就导致了我们熟悉的具有密封玻璃体的灯泡。

卤素灯泡

Halogenlampen

这些是灯泡,其中钨丝被少量的卤素所包围。由此产生的化学反应具有延长钨丝寿命的作用,并在灯泡的整个寿命期内稳定光输出。

放电管

Gasentladungslampen

氙气闪光灯管被广泛用于信号技术中。它们由一个充满惰性气体氙气的玻璃管组成。足够高的电压会导致具有火花间隙的能量放电和高强度的闪光。

光量级的基本单位

照明和信号技术领域有不同的基本单位来定义光本身。
其中最重要的单位是流明、坎德拉和勒克斯。

  • Lumen (unit lm)

    光电流是以流明为单位的,它是一个发光源的整个可见光输出的单位。 光电流由以下公式定义,称为亮度特性:

    光电流φ [单位:lm] = 辐射容量 x 亮度特性V(λ)

    亮度对人眼的印象是基于灵敏度曲线V(λ),它再现了眼睛与波长有关的感觉。这条曲线上的最大点在555纳米左右;我们在这个波长下看得最清楚;V(555纳米)=1。

  • Candela (价值 cd)
Candela

在信号技术中,只有在某一方向上发射的那部分光流才是重要的。这种光强度是以坎德拉为单位测量的。它是由灯的光电流和立体测量法定义的

光强度[cd]=光电流φ/立体测量Ω

Candela

一个完整的球体,其二面角为Ω=4πsr。sr代表立体,是二面角的单位。
例如:一支家用蜡烛发出的光强度为12,566流明,其光强度相对于立体度为12,566 lm/4π sr≈1cd。

这就解释了这个名字:candela是拉丁语中蜡烛的意思。

  • Lux (单位 lx)

    照明密度是照明装置中的一个重要单位。它是衡量一个地区被照亮的亮度的标准。而光强(以cd为单位)是光源的一个属性,照明密度是根据被照亮的区域来计算的。如果发射的光电流是恒定的,以下公式就适用:

    光密度 E [in Lux] = 轻型电流 φ / 表面 A