Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
1 Ánh sáng và phép đo quang.

1 Ánh sáng và phép đo quang.

Tải bản đầy đủ - 0trang

được giải phóng khỏi nguyên tử để trở thành điện tử tự do.



Hình 2.1: phổ ánh sáng

Để giải phóng điện tử khỏi nguyên tử cần phải cung cấp cho nó một

năng lượng bằng năng lượng liên kết W .Khi một photon được hấp thụ sẽ có



một điện tử e được giải phóng điện tử nếu W   W 

Nghĩa là:



Hay:







w



(2.4)



h



(2.5)



hc

 w





Bước sóng ngưỡng (bước sóng lớn nhất) của ánh sáng có thể gây nên hiện

tượng giải phóng điện tử được tính từ biểu thức:

hc

s 

w



Hay:



s( m)  1,

237



(2.6)



(2.7)



w (ev)

Nói chung, loại điện tích được giải phóng do chiếu sáng phụ thuộc vào bản

chất của vật liệu bị chiếu sáng. Khi chiếu sáng chất điện môi và bán dẫn tinh



khiết, các điện tích được giải phóng là cặp điện tử - lỗ trống (hình 2.2a). Đối

với trường hợp bán dẫn pha tạp, khi bị chiếu sáng nó sẽ giải phóng điện tử

(nếu pha tạp dono, hình 2.2b) hoặc lỗ trống (nếu pha tạp acxepto, hình 2.2c).



Hiện tượng giải phóng hạt dẫn dưới tác dụng của ánh sáng bằng hiệu ứng

quang điện gây nên sự thay đổi tính chất điện của vật liệu. Đây là nguyên lí

cơ bản của các cảm biến quang.

Dưới tác dụng của ánh sáng, hiệu ứng quang điện tỉ lệ thuận với số lượng hạt

dẫn được giải phóng trong một đơn vị thời gian. Tuy nhiên, ngay cả khi



  s thì cũng khơng phải tất cả các photon chiếu xuống bề mặt mẫu đều

tham gia vào việc giải phóng hạt dẫn, bởi vì một số bị phản xạ từ bề mặt và

số khác sẽ chuyển năng lượng của chúng thành năng lượng của dao động

nhiệt.



Hình 2.2: Ảnh hưởng của bản chất vật liệu đến dạng điện tích được giải

phóng dưới tác dụng của ánh sáng.

Đối với vật liệu có hệ số phản xạ R lớn và bị chiếu bởi ánh sáng đơn

sắc có cơng suất  :

- Số photon chiếu tới trong một giây:









ninc 



h







h



- Số photon bị hấp thụ trong một giây:



na  (1  R)ninc  (1  R)



hc



- Số điện tử hoặc lỗ trống được giải phóng trong một giây:



(2.8)



(2.9)





G  .n   (1  R)

a

hc



(2.10)



trong đó  là hiệu suất lượng tử (số điện tử hoặc lỗ trống trung bình được

giải phóng khi một photon bị hấp thụ).

2.1.2. Các đơn vị đo quang.

2.1.2.1. Các đơn vị đo năng lượng:

- Năng lượng bức xạ Q là năng lượng phát xạ, lan truyền hoặc hấp

thụ dưới dạng bức xạ được đo bằng jun ( J ).

Thông thường ánh sáng (  ): là công suất phát xạ, lan truyền hoặc hấp thu,

đo bằng oat (w):





dQ



(2.11)



dt



- Cường độ ánh sáng ( I ): là luồng năng lượng phát ra theo một hướng cho

trước dưới một đơn vị góc khối, có đơn vị đo là oat/steradian:



I



d

d



(2.12)



- Độ chói năng lượng ( L ): là tỉ số giữa cường độ ánh sáng phát ra bởi một

phần tử bề mặt dA theo một hướng xác định và diện tích hình chiếu của

phần tử này trên mặt phẳng P vng góc với hướng đó, dAn  dAcos



( là



góc giữa P và mặt phẳng chứa dA ). Độ chói năng lượng được đo bằng

2



oat/steriandian.m :

L  dI / dAn



(2.13)



- Độ rọi năng lượng ( E ): là tỉ số giữa năng lượng thu được bởi

một phần tử bề mặt và diện tích của phần tử đó. Độ rọi năng lượng được đo

bằng



oat/m

:



2



E



d

dA



(2.14)



2.1.2.2. Đơn vị đo thị giác

Độ nhạy của mắt người đối với ánh sáng có bước sóng khác nhau là khác

nhau.Đường cong độ nhạy tương đối của mắt V (  )) biểu diễn trên hình 2.3



Hình 2.3: Đường cong độ nhạy tương đối của mắt người

Các đại lượng thị giác có thể nhận được từ đại lượng năng lượng thông qua

hệ số tỉ lệ K.V ( ) ). Đối với một bước sóng cho trước, hệ số K tỉ lệ thuận

độ nhạy tương đối của mắt.

Luồng ánh sáng (v ): theo qui ước, một lượng ánh sáng năng lượng 1W với

bước sóng  tương ứng với luồng ánh sáng bằng 680 lumen. Như vậy

max

K  680 .

Đối với bức xạ đơn sắc có bước sóng  :

 ( )  680.V ( ).( ) lumen



(2.15)



Đối với bức xạ phổ liên tục, luồng ánh sáng tổng hợp là tổng của các luồng

ánh sáng tương ứng với những bước sóng khác nhau của phổ:





2



  680 V ( )

1



d(  )

d



d



(2.16)



d( )



trong đó



.d là biến thiên d



d



của luồng ánh sáng 



giữa 



và  +d  ,  và  là giới hạn của vùng ánh sáng nhìn thấy, theo qui

1

2

ước 1  380nm và   760nm .

2

Cũng tương tự như vậy, mọi đại lượng thị giác XV đều có thể được chuyển

đổi thành đại lượng năng lượng tương ứng với X . Phụ thuộc vào loại bức

xạ:

-Đối với bức xạ đơn sắc:



X     680.V    .X   

(2.17)

-Đối với bức xạ liên tục :

2



X  680 V ( )

1



trong đó dX ( )



dX ( )

d



(2.18)



d



.d là biến thiên dX của đại lượng X tương ứng với bước



d



sóng nằm giữa 





  d .



Bảng liệt kê các đơn vị đo quang cơ bản

Đơn vị thị giác



Đơn vị năng lượng



Luồng (thông lượng)



Lumen (lm)



Oat(w)



Cường độ



Canđela (cd)



Oat/sr (w/Sr)



Độ chói



Canđela/m (cd/m )



Độ rọi



Lumen/m hay lux (lx)



W/m (W/m )



Năng lượng



Lumen.s (lm.s)



Jun (J)



2.1.3. Nguồn sáng



2



2



2



2



2



Oat/sr.m (W/sr.m )

2



2



Việc sử dụng một cảm biến quang chỉ có hiệu quả khi nó phù hợp với

bức xạ ánh sáng (phổ, thông lượng, tần số). Nguồn sáng sẽ quyết định mọi



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

1 Ánh sáng và phép đo quang.

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×