Лабы по КОЭ / ЛР2 Исследование цветовых характеристик излучателей

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)

Кафедра Фотоники

ОТЧЕТ

по лабораторной работе №2

по дисциплине «Квантовая и оптическая электроника»

Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ ЦВЕТОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ

Студенты гр.
Преподаватель		Дегтерев А.Э.

Санкт-Петербург

202X

Цель работы

Целью работы является исследование цветовых характеристик излучателей.

Основные положения

Международная комиссия по освещению, МКО (CIE), ввела понятие функции чувствительности человеческого глаза, эта функция до сих пор является фотометрическим стандартом. В результате кривая видности глаза человека определила форму локуса цветовой диаграммы (рис. 1), которая является важнейшим графиком, используемым для определения цветности излучателей.

Доминирующей длиной волны тестируемого источника света считается длина волны монохроматического излучения, расположенная на краю цветовой диаграммы на самом коротком расстоянии от точки с координатами цветности источника. Для определения доминирующей длины волны проводят прямую линию к краю диаграммы, проходящую через точку равной энергии источника белого света и точку с координатами цветности (х, у), соответствующими тестируемому источнику света. Точка пересечения этой прямой с внешней границей цветовой диаграммы и будет определять доминирующую длину волны источника.

В качестве эталонного источника белого цвета использовалось равномерно светящееся пятно с координатами (x = 1/3, y = 1/3). Также показано расположение типичных светодиодов синего, зеленого и красного свечения. Чистота цвета или насыщенность цвета источника света равна расстоянию на цветовом графике между точкой с координатами цветности (х, у) и точкой равной энергии, деленному на расстояние между точкой доминирующей длины волны и точкой равной энергии. Для определения чистоты цвета используется выражение:

Для монохроматических источников (Δλ → 0), расположенных по периметру цветового графика, чистота цвета, как правило, равна 100 %, а для источников белого света она равна 0 %.

Описание лабораторной установки

Рисунок 1 – Схема установки

Обработка результатов

Спектры люминесценции, измеренные при различных токах.

Рисунок 2 – Спектры образца №1

Рисунок 3 – Спектры образца № 2

Рисунок 4 – Спектры образца № 3

Рисунок 5 – Спектры образца № 4

Рисунок 6 – Спектры образца № 5

Рисунок 7 – Спектры образца № 6

Рисунок 8 – Спектры образца № 7

Рисунок 9 – Спектры образца № 8

Рисунок 10 – Спектры образца № 9

Рисунок 11 – Спектры образца № 10

Рисунок 12 – Спектры образца № 11

Рисунок 13 – Спектры образца № 12

Зависимость длины волны в максимуме изучения и доминантной длины от тока для каждого светодиода на одном графике.

Рисунок 14 – Длины волн в максимуме излучения

Рисунок 15 – Зависимость доминантной длины волны от тока

Зависимость цветовой температуры (ССТ) от тока для белых излучателей.

Цветовая температура — это характеристика хода интенсивности излучения источника света как функции длины волны в оптическом диапазоне. ССТ можно вычислить по формуле Планка:

Зависимости ССТ для белых излучателей, вычисленные по экспериментальным значениям длин волн и температуры при различных токах приведены на рисунках 16 и 17.

Значения T для 11-го и 12-го излучателей являются единственным изменяющимся параметром в выражении. Для 11-го T ≈ 2300 K, для 12-го T ≈ 4300 K.

Рисунок 16 – Зависимость ССТ от тока для 11-го излучателя

Рисунок 17 – Зависимость ССТ от тока для 12-го излучателя

Цветовая диаграмма

Пользуясь полученными в ходе эксперимента координатами были отмечены точки на цветовой диаграмме, соответствующие цветам исследованных излучателей.

Рисунок 18 – Цветовая диаграмма с отмеченными цветами излучателей

Отметить 2-й излучатель на диаграмме не удалось, так как в записанном в ходе эксперимента файле Y координата отрицательная, а X лежит около 0. Спектры же 2-го излучателя показывают, что правый “хвост” спектра попадает в видимый диапазон, то есть мы видим фиолетовый, как и было в эксперименте. А пик уже находится в УФ диапазоне, потому, вероятно, отобразить на цветовой диаграмме излучатель не удается.

Выводы

В лабораторной работе были исследованы спектральные характеристики различных излучателей. Все они, за исключением первого, были светодиодами. Первым источником излучения была лампа накаливания. По полученным в ходе эксперимента значениям интенсивности были построены графики спектров интенсивности. Спектры соответствуют зафиксированным в протоколе цветам излучателей.

Также на цветовой диаграмме были отмечены точки, соответствующие цветовым координатам излучателей, полученным автоматически в ходе эксперимента. Как можно увидеть по получившейся диаграмме, большинство точек соответствует полученным спектрам.

По построенному графику длин волн в максимуме излучения видно, что максимум практически не сдвигается у всех излучателей кроме лампы накаливания, у которой при росте тока излучатель разогрелся, максимум сместился в видимый диапазон. У полупроводниковых СИД же максимум не сдвигается из-за постоянного значения ширины запрещенной зоны. Доминантная длина волны тоже у большинства излучателей не меняется.

Зависимость ССТ была вычислена для белых излучателей с помощью формулы Планка. Как можно увидеть, цветовая температура влияет на ход кривой и на порядок значений.