电光源原理复习题及答案.doc

1、电光源原理综合复习课内容第一章 复习题1不可见光的分类。不可见光中波长比红光长的光称为红外线，波长比紫光短的光称为紫外线，波长小于 200 nm 的光称为真空紫外，真空紫外光只能在真空中传播。2人眼的视觉状态分类。人眼的视觉状态分为明视觉、暗视觉和中介视觉。3照明光源的光学参数有哪些？照明光源的光学参数有光通量、光强度、光照度、光亮度和光量。4光强的基本单位坎德拉(cd)的定义。1 坎德拉是频率为 的单色辐射源在给定方向上的发光强度，Hz12054该方向上的辐射强度为 。srW/6835光源颜色的含义。光源的颜色有两方面的含义：色表和显色性。6光源的颜色与光谱能量分布的关系。光源的颜色是由它的

2、光谱能量分布决定的。光源的光谱能量分布决定了它的色表和显色性。但是光源的色表不能决定它的光谱能量分布，即“同色异谱”现象。第二章 复习题1基尔霍夫定律的具体内容。基尔霍夫定律的内容：物体的光谱辐射出度 和物体的光谱吸收率TM,之间存在一定的比例关系；而且这一比例关系与辐射体的性质无关，只T,是波长 和温度 的函数 。即：Tf,Tf,2用作白炽灯灯丝的材料有哪些方面的要求？用作白炽灯灯丝的材料应当满足以下几方面的要求：（1）熔点高；（2）蒸发率小；（3）可见辐射选择性好；（4）有合适的电阻率；（5）加工容易；（6）机械强度好。3白炽灯的充气要注意哪些问题？白炽灯的充气问题可以归结为以下几点：（1

3、）充气能抑制钨的蒸发，所充气压越高，效果越好。或使灯的寿命延长，或使灯的光效提高。（2）由于气压越高，功率损失也越大，所以对一定输入功率和灯丝结构的白炽灯来说存在着一个最佳的充气压。（3）充入的惰性气体（氙、氪、氩）的分子量越大，抑制钨蒸发的效果越好，气体的热导损失也越小。对于高压充气灯泡，还应掺入一定比例的氮气，以免发生放电现象。（4）充气灯中应采用螺旋形灯丝，缩短灯丝长度对延长灯的寿命和减小灯的热导损失都是有益的。4白炽灯的研发方向。白炽灯的研发方向有：白炽灯的小型化、反射型白炽灯、带红外反射层的白炽灯。第三章 复习题1简述卤钨循环原理。卤钨循环（再生循环）：在适当的温度条件下，从灯丝蒸发

4、出来的钨在泡壁区域内与卤素反应形成挥发性的卤钨化合物。当卤钨化合物扩散到较热的灯丝周围区域时，又分解成卤素和钨，释放出来的钨部分回到灯丝上，而卤素再继续扩散到温度较低的区域与钨化合。2常用的卤钨循环剂有哪些？常用的卤钨循环剂有：碘、溴和溴化氢、卤素和碳氢化合物、溴化磷和溴化硼、氟化物等。3 卤钨灯的主要应用有哪些？卤钨灯的主要应用有：泛光照明卤钨灯、投光照明卤钨灯、汽车卤钨灯、舞台和影视照明卤钨灯、复印机用卤钨灯等。第四章 复习题1电子从阴极逸出的主要方式有哪些？使电子获得足够的能量从阴极逸出的主要方式有：加热、正离子轰击和施加强电场等，相应的阴极发射称为热电子发射、正离子轰击发射和场致发射等

5、。2带电粒子在气体中的运动形式有哪些？带电粒子在气体中具有 3 种基本运动形式：无固定方向的热运动；在电极间电场作用下沿着电场方向的有向运动；由于浓度差造成的带电粒子的扩散运动。3解释潘宁效应。潘宁效应：原子 A 的亚稳电位 高于原子 B 的电离电位 ，受激原子 AmViV与基态原子 B 作用后，使基态原子 B 电离，而原子 A 能级降低甚至返回到基态。可用式子表示为： e*潘宁效应只有当灯内的主要气体有亚稳能级，并且亚稳电位高于杂质气体的电离电位时才起作用。利用潘宁效应也可以降低灯的着火电压。4电弧的种类有哪些？根据决定电弧形状和稳定性的因素，可将电弧分为 3 类：（1）管壁稳定型电弧；（2

6、）对流稳定型电弧；（3）电极稳定型电弧。5谱线的轮廓有哪些形式？谱线的轮廓有两种形式，即色散型（或洛仑兹型）轮廓和高斯型轮廓。第五章 复习题1决定荧光灯的发光效率的因素。荧光灯的发光效率主要取决于两个因素：产生波长为 253.7nm 的紫外辐射的效率和荧光粉将此波长的紫外辐射转换为可见光的效率。2灯用荧光粉有哪些要求。灯用荧光粉必须满足以下的要求：（1）对汞电弧产生的紫外辐射有很强的吸收；（2）具有较高的量子效率；（3）具有较高的发光效率；（4）具有合适的辐射光谱；（5）粒度能够控制在一定的范围之内，兼顾涂粉和发光性能的要求；（6）色度重现性好；（7）良好的分散性；（8）良好的涂覆性；（9）良

7、好的热稳定性、热猝灭性、化学稳定性、抗紫外性和抗离子轰击等；（10）较好的光衰性能。3三基色荧光粉产生窄带辐射的波长。三基色荧光粉可以在波长为 450nm、540nm 和 610nm 的附近区域内产生窄带辐射。44 种光色的荧光灯具体颜色和窄带波长。4 种光色的荧光灯的具体颜色有：暖白色、白色、冷白色和日光色。最佳光谱都是由 4 个窄带构成的，窄带的近似位置为 460nm、530nm 、580nm 和620nm。第六章 复习题1爱伦巴斯的通道模型。 爱伦巴斯的通道模型：电弧可以看成是半径为 的圆柱，具有均匀的温度efr；在该圆柱的外面是温度为 的较冷的气体。半径为 的圆柱成为放电的efTwTf

8、通道，它传导全部电流，并产生全部的辐射。2高压汞灯的典型结构示意图。3降低高压汞灯启动电压的方法。实验发现，采用双辅助电极可大大降低灯的启动电压 。用氩-氖混合气ignV体代替单纯的氩气也能降低灯的启动电压 。实验还发现，当与辅助电极串联ignV的电阻阻值变小时，灯的启动电压 也会降低。i4提高电弧的放电功率密度的途径。提高电弧的放电功率密度有两种途径：（1）增加放电电流密度；（2）增加电场强度。5超高压汞灯的种类。（1）增大单位弧长所对应的泡壳表面积，使泡壳远离电弧。采用这种方法制成的汞灯称为球形超高压汞灯；（2）采用强迫风冷或水冷。这种方法制成的汞灯称为毛细管超高压汞灯。6产生高亮度放电元

9、素的条件。研究发现，只有具有很高电离电位并且能产生极高气压的元素，才能形成高亮度的放电。7UHP 光源的应用场所。UHP 光源一般工作在 200bar 以上的汞蒸气压下，能产生极高的亮度，有很好的颜色特性，是多媒体投影系统的理想光源。第七章 复习题1钠 D 线的概念。钠原子的最低激发电位为 2.1V，相应的共振线波长为 589.0nm 和589.6nm。这两根谱线就是通常所说的钠的“双黄线” ，即 D 线。2低压钠灯的应用范围。小功率（35W）的低压钠灯主要用于多雾的港口、码头、矿井等处作为照明或信号灯，也可用于公路、隧道照明和安全照明等。3高压钠蒸气放电的特点。高压钠蒸气放电具有收缩的电弧、

10、高电流密度和高气体温度。4提高高压钠灯光效的途径。要提高高压钠灯的光效，应增加管径、提高管壁温度，选择合适的 值，1P并使 约为 812nm。为了使灯的寿命足够长，电弧管的管壁温度不宜超过1500K，管壁负载应低于 20W/cm2。5U 形低压钠灯的结构示意图。6高压钠灯的结构示意图。第八章 复习题1继白炽灯、荧光灯之后的第三代光源有哪些？金属卤化物灯和高压钠灯是继白炽灯、荧光灯之后的第三代光源。2在金属卤化物灯中加入汞的原因有哪些？在金属卤化物灯中加入汞的原因有 3 个：（1）加入汞可以提高灯的光效。充入汞蒸气能起到阻碍金属蒸气和卤素气体的扩散。故汞蒸气称为缓冲气体。实践证明：用汞蒸气作为缓

11、冲气体，比用氙气时光效要高。（2）加入汞可以改善灯的电特性。在金属卤化物灯中，灯的电场强度和管压主要是由汞蒸气压决定的。（3）加入汞有利于灯的启动。由于在室温时汞的气压很低，因此启动要比充氙时容易得多。3我国照明用的金属卤化物灯的分类。我国照明用金属卤化物灯有美标和欧标两大类。美标金属卤化物灯的启动通常采用超前顶峰式镇流器，欧标金属卤化物灯的启动是采用电感镇流器加触发器。4分析金属卤化物灯中电弧收缩产生的原因及纠正的方法。电弧收缩主要是由下列 3 种情况产生的：（1）热导率 随温度变化有一极值。在氢气、氮气、空气和氟化硫中的电弧收缩都与这个因素有关，某些金属碘化物灯中的电弧收缩也与此因素有关。

12、（2）垂直方向的对流也可能会导致电弧收缩，特别是靠近灯下面的电极处。在汞灯和金属碘化物灯中，在靠近下面电极处电弧的收缩比上面电极附近的电弧收缩得厉害就是这个原因。（3）辐射特性引起的电弧收缩。当加入灯中的金属原子的电离电位和平均激发电位相差较大时，导电区域便集中在轴心部分，形成收缩的电弧。纠正电弧收缩的方法是加一些碱金属或有强共振辐射的金属到电弧中。碱金属由于电离电位较低，使电弧在低温区电离增加，使电弧变粗。铟、铊等金属有强的共振辐射，使电弧展宽。5小功率金属卤化物灯主要有哪些方面的不足？小功率金属卤化物灯的不足主要有：（1）电弧管热损耗功率所占的比例增加，使灯的光效下降；（2）灯管小型化后由

13、于体积减小，导致杂质气体的相对含量增大。（3）由于灯的电流减小，电极上电弧热点变得不稳定；（4）采用高频工作时，有音响共振现象发生。6金属卤化物灯的新品种有哪些？金属卤化物灯的新品种有：UPS 型金属卤化物灯和陶瓷金属卤化物灯。第十章 复习题1.比较交流粉末电致发光光源与交直流粉末电致发光光源的异同。ADC-PEL 器件与 AC-PEL 器件的异同有：（1）在激发的条件和介质上，AC-PEL 的激发是通过交变电场实现，期间采用绝缘介质，依靠位移电流激发发光中心，可以近似成一个有损耗的容性负载元件；而 ADC-PEL 的激发必须通过传导电流来实现，要求介质必须具有一定的导电性，可以近似看成一个电

14、阻性负载元件。（2）ADC-PEL 器件的制备必须经过特有的电加工过程，即使得器件从起始的不发光的低阻态向发光的高阻态的转变过程，该过程一旦完成，器件便永久获得在直流和交流电压下的发光特性。（3）ADC-PEL 器件的发光的高场区只是在靠近 ITO（正极）的一个颗粒层厚的范围，因此该器件的发光区是局部的；而 AC-PEL 器件在整个发光层中的荧光粉颗粒全部参与发光。2. LED 从技术发展及应用方面可以分为几个阶段？LED 从技术发展及应用方面可以分为以下 3 个阶段：（1）指示应用阶段；（2）信号、显示阶段；（3）全彩应用及照明阶段。3. 论述发光二极管的发光工作原理并绘出示意图。图 10.

15、2.3 是 LED 的发光原理简图。 （a ）图表示热平衡状态下 PN 结的能带图：图中 V 表示价带，C 表示导带，E F 表示费米能级，D 表示施主能级，A 表示受主能级，E g 表示禁带宽度。在 N 区导带上，实心点表示自由电子，在 P 区价带上，空心点表示自由空穴。在 N 区导带底附近有浅施主能级 D，施主（杂质）电离向导带提供大量的电子。因此 N 区的多数载流子的电子。在 P 区价带上方附近有浅受主能级 A，受主（杂质）电离向价带提供大量的空穴。因此 P区的多数载流子是空穴。在热平衡时 N 区和 P 区的费米能级是一致的。 （b）图表示外加正向电压时 PN 结的能带图，此时 PN 结

16、的势垒降低，结果出现了 N区的电子注入到 P 区，P 区的空穴注入到 N 区的非热平衡状态。这些注入的电子和空穴在 PN 结附近发生复合，并将多余的能量以发光的形式释放出来，从而观察到 PN 结发光，所以这种发光也称为注入式发光。有一些电子和空穴在非辐射复合中心复合后，多余的能量以热能的形式释放出来，不能向外辐射发光，这种过程称为无辐射复合过程。为了提高 LED 的发光效率，应尽量减少产生非辐射复合中心的晶体缺陷和杂质浓度，减少无辐射复合过程。4.LED 的衬底材料通常有哪些要求？选择衬底材料通常有以下几个要求：（1）结构特性好；（2）界面特性好；（3）化学稳定性好；（4）热学性能好；（5）（

17、6）光学性能好；（7）机械性能好；（8）成本低。5. 选择 LED 芯片发光材料有哪些要求 ?LED 的芯片发光材料一般有以下几个要求：（1）有合适的禁带宽度 Eg。（2）可获得高电导率的 N 型和 P 型晶体。（3）可获得完整性好的优质晶体。（4）发光复合几率大。6. LED 芯片发光层结构有哪些？芯片发光层结构有：双异质结(DH)、单量子阱(SQW)、多量子阱(MQW)。7. 提高光引出效率的芯片结构技术有哪些？用来提高光引出效率的芯片结构技术有：（1）引入厚窗口层。（2）透明衬底技术。（3）分布布拉格反射结构。（4）芯片倒装技术。（5）表面粗化技术。（6）异形芯片技术。8. 封装对 LE

18、D 器件的作用有哪些？封装在 LED 器件中所起的作用有以下几个方面：（1）保护芯片不受外界环境的影响；（2）提高 LED 的出光效率，并实现特定的光学分布；（3）提高 LED 器件尤其是大功率器件的导热能力；（4）标准化封装方便 LED 的安装于应用。9. 大功率 LED 器件常用的配光分布有哪些？大功率 LED 器件常用的配光分布有朗伯型、蝙蝠翼型、侧发光型和准直型。10.衡量 LED 的发光效率有哪些？衡量 LED 的效率有：内量子效率、外量子效率、辐射效率和发光效率等。11. 实现白光 LED 的方法有哪些？实现白光 LED 有两种基本的方法：第一种方法是通过荧光粉的转换得到白光 LE

19、D，称为 PC LED(phosphor-converted LED)；第二种方法是把不同颜色的芯片封装在同一个器件中，多芯片混合发射出白光，称为 MC LED(multi-chip LED)。根据参与混合白光的基色光源的数目，又可以分为二基色体系和多基色体系。12. 完整的 LED 应用设计方案主要有哪些方面？一个完整的 LED 应用设计方案主要由电路驱动设计、二次光学设计和热设计组成。13. 有机薄膜电致发光器件（OLED）的基本原理。有机薄膜电致发光器件（OLED）的基本原理是：电子与空穴分别经有机半导体薄膜发光层两侧的阴极和阳极注入到该层后，相互复合而产生发光。14论述 OLED 的具

20、体发光过程。OLED 的具体发光过程可分为以下几个阶段：（1）载流子的注入：在外加驱动电压后，电子和空穴各自从阴极和阳极向电极间的有机功能层注入。即电子向电子传输层的最低未被占据分子轨道（LUMO能级，相当于半导体导带）注入，而空穴向空穴传输层的最高未被占据分子轨道（HOMO 能级，相当于半导体价带）注入。（2）载流子的迁移：注入的电子和空穴分别经过电子传输层和空穴传输层向它们之间的发光层迁移。这种迁移是跳跃或隧穿运动。（3）激子的形成和迁移：电子和空穴在发光层中的某一复合区复合而形成激子，激子在电场作用下迁移，将能量传递给发光分子，使其受到激发，从基态跃迁到发光态。（4）电致发光的产生：受激分子从激发态回到基态时产生辐射跃迁，发出光子。对于 OLED 而言，如何增加载流子的注入，并且尽可能使两种载流子的注入达到平衡，从而提高透明的复合几率是至关重要的。采用多层结构，可以提高载流子的注入水平并将载流子有效地限制在发光层内，从而有效地提高两种载流子的复合几率和器件的光效。