光电技术第1章第1节
第一章第1节元素周期表
二、元素周期表的结构
不同横行中最外层电子数相同的 2、族： 元素按电子层数递增的顺序由上 到下排成纵行。
共 18 个纵行， 16 个族
七 共7个主族 主族序数＝最外层电子数 主 （A族）表示为罗马数字加A 七 副族： ⅢB , ⅣB ,ⅤB , ⅥB , ⅦB ，ⅠB , ⅡB 副 族 共7个副族 零 （B族）表示为罗马数字加B 八 包含三列(8、9、10) 第VIII 族： 族 最外层稳定结构的稀有气体元素 零族：
元素金属性强弱判断依据：
1、根据金属单质与水或者与酸反应置换出氢的 难易程度。置换出氢越容易，则金属性越强。
已知金属A可与冷水反应， 金属B和热水才能反应，金属 C和水不能反应，判断金属A、 B、C金属性强弱如何？
金属性 A〉 B〉 C
元素金属性强弱判断依据：
1、根据金属单质与水或者与酸反应置换出氢的
碱金属与氧气反应比较
单质 Li Na K Rb Cs 与O2反应 Li2O Na2O、Na2O2 K2O、K2O2、KO2 更为复杂 更为复杂 反应程度
越 来 越 剧 烈
（1）碱金属元素原子的最外层都有 1个电子，它们的化学性质相似 ①与O2的反应
Δ Δ 4Li + O2 ＝ 2Li2O
Li、Rb、Cs 又如何呢？
二、元素周期表的结构
具有相同电子层数的元素，按 1、周期： 照原子序数递增顺序由左往右 排成横行。 共 7 横行— 7 个周期
周期数 = 电子层数
短周期 三 短 周期 四 长周期 长 （横向）
第1周期： 2种元素 第2周期：
第3周期：
第4周期：
8种元素 18种元素
第5周期：
第6周期： 32种元素 第7周期： 26种元素
4.2光电效应(第1课时） 教案-2021-2022学年高中物理人教版（2019）选择性必修3
4.2光电效应(第1课时）〖教材分析〗本节由光电效应的实验规律和光电效应解释中的疑难两部分组成，内容不多，但是难度大，也很抽象。
本节知识是本章的重点内容，为下一节认识光的粒子性做好铺垫。
光电效应的实验能够培养学生提出问题、猜想与假设、分析论证等能力。
〖教学目标与核心素养〗物理观念∶知道光电效应的实验规律以及用波动理论解释中的疑难。
科学思维∶运用光的波动理论能对光电效应的实验规律提出有依据的质疑，形成对比、质疑的思维。
科学探究：通过观察光电效应的实验过程培养学生观察能力，感悟以实验为基础的科学探究方法。
科学态度与责任∶领略微观世界的奇妙和谐，培养学生对科学的好奇心和求知欲，能够体验探索自然规律的艰辛与喜悦。
〖教学重难点〗教学重点：光电效应的实验规律。
教学难点：光电效应的实验规律。
〖教学准备〗多媒体课件等。
〖教学过程〗一、新课引入把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开。
用紫外线灯照射锌板，观察验电器指针的变化。
这个现象说明了什么问题?实验现象：看到验电器的薄片，张角逐渐减小。
实验分析：光具有能量，用光照着金属，会使金属内的自由电子能量增大，摆脱金属的束缚，跑到金属外面去，锌板上的正电荷与验电器薄片上的负电荷中和，所以夹角减少。
实验结论：说明紫外光照射后的锌板带的是正电，电子从锌板表面逸出。
光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出。
这种电子常称为光电子。
动图展示光电效应的过程。
思考：怎么衡量光电效应的强弱呢？这就得看单位时间内电子跑出来多少，这用验电器就不方便，所以使用这样的电路。
二、新课教学（一）光电效应的实验规律1.研究光电效应的电路图①阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极。
②K在受到光照时能够发射光电子③阳极A吸收阴极K发出的光电子，形成光电流，光电流越大，说明光电效应越强。
（只要读出电流的大小，就知道光电效应的强弱了）思考：为什么要加正向电压？不加正向电压电路中有电流吗？电压表电流表，用来测电压电流的，电阻用来保护电路什么的。
第1节光的直线传播36张PPT课件(人教版)
三 光线
光线：在物理学中，我们通常用一条带箭头的直线表示光的传 播路径和方向，将这条带箭头的直线称为光线.
光线
光束
作法 沿光的传播路线 画一条直线，并在直 线上画上箭头表示光 的传播方向.
注意 光线不是实际存在的，而是研究光的行进过程中 细窄光束的抽象，是表示光的一种理想模型.
你能解释为什么“坐井观天，所见甚小”吗？ 请根据光的直线传播原理作图说明.
可见区域
有趣的手影 想知道这些手影是怎么形成的吗？
四 光的直线传播的应用 1.影子的形成
光源
不
物
透
体
明
的
物
影
体
子
由于光沿直线传播，在不透明的物体后面光照射不 到的区域形成影.
2.日食和月食
日食
月食传播速度是 声音在15℃空气中传播速度是
3×108 m/s 340m/s
如果一个飞人以光 速绕地球飞行，在1s内 他就可以绕地球7圈半！
太阳到地球之间的距离约为1.5×1011 m， 太阳发出的光经过8分20秒到达地球.
8分20秒
课堂小结
光源
概念：能够发光的物体叫做光源 分类
第四章 光现象
第1节 光的直线传播
新课引入
想一想：生活中的光都来自哪里？
新课目标
学习目标 1.了解光源，知道光源的分类. 2.知道光在同种均匀介质中沿直线传播.能解释影子、 日月食的成因以及小孔成像.(重难点) 3.了解光在真空和空气中的传播速度.
新课讲授
一 光源
光源： 自身能够发光的物体叫做光源.
探究一：光在空气中沿直线传播
南理工光电检测技术课程光电检测器件
优点：灵敏度高，工作电流大（达数毫安） ， 光谱响应范围宽，所测光强范围宽，，无极性之分。
缺点：响应时间长，频率特性差，强光线性差， 受温度影响大。
主要用于红外的弱光探测与开关控制。
路灯自动点熄原理图如图所示，分析它的工作原理。
二、光电池
★它是利用光生伏特效应制成的将光能转换成电能的 器件。它是一种不需加偏压就能把光能直接转换成电 能P-N结光电器件。
3、优缺点
优点：光电阴极面积大，灵敏度较高；暗电流小，最低 可达10-14A；光电发射弛豫过程极短。
缺点：真空光电管一般体积都比较大、工作电压高达百 伏到数百伏、玻壳容易破碎等。目前已基本被固体光电器 件所代替。
建立在光电效应、二次电子发射和电子光学理论基础上 的，把微弱入射光转换成光电子，并获倍增的器件。
金属材料是否满足良好的光电发射材料的条件？
★金属吸收效率很低 ； ★金属中光电子逸出深度很浅，只有几纳米； ★金属逸出功大多为大于3eV，对λ>410nm的可见光来说，很难 产生光电发射，量子效率低；
半导体材料是否满足良好的光电发射材料的条件？
★光吸收系数比金属大； ★体内自由电子少，散射能量变小——故量子效率比金
光电检测光电池具有光敏面积大，频率响应高，光电流随 照度线性变化。
太阳能光电池耐辐射，转换效率高，成本低，体积小，结 构简单、重量轻、可靠性高、寿命长，在空间能直接利用太 阳能转换成电能的特点。
I
U RL
Ip Ij
I
U RL
符号 连接电路
等效电路
三、光敏二极管
与普通二极管相比:
共同点：一个PN结，单向导电性 不同点：
第二章、光电检测器件
光电技术期末总结
光电技术期末总结光电技术，顾名思义是通过光和电的相互作用来实现各种功能的技术。
光电技术广泛应用于通信、显示、能源、生物医学等领域，已经成为了现代社会发展不可或缺的一部分。
本文将对光电技术的原理、应用以及未来发展进行总结。
一、光电技术的原理光电技术实质上是光和电的相互转换。
光是一种电磁波，它具有波粒二象性，既可以看作是由粒子组成的光子流，也可以看作是由电场和磁场构成的电磁波。
而电则是由电子流组成的电流。
光电技术的核心在于通过材料的光电效应或半导体的光电效应将光能转化为电能，或者将电能转化为光能。
光电技术的原理有多种，其中最常见的是光电效应。
光电效应指的是当光照射到金属或半导体表面时，光子与物质相互作用产生电子的现象。
根据光电效应的不同，可以将光电技术分为光电导技术、光电堆技术和光电传感技术等。
二、光电技术的应用光电技术在各个领域都有广泛的应用。
以下将对光电技术在通信、显示、能源和生物医学四个领域中的应用进行简要介绍。
1. 光电技术在通信领域的应用光电技术在通信领域的应用主要体现在光纤通信中。
光纤通信采用光的传输方式，具有大带宽、低损耗、长传输距离等优势，广泛应用于互联网、电视、电话等领域。
光纤通信是将光信号转换为电信号再进行传输和处理的过程，其中光电转换器件起到了至关重要的作用。
2. 光电技术在显示领域的应用光电技术在显示领域的应用主要体现在液晶显示器和有机发光二极管（OLED）显示器中。
液晶显示器通过光电效应将电信号转化为光信号，实现图像的显示。
OLED显示器则是利用有机材料的电致发光特性将电信号转化为光信号，具有极高的色彩还原度和对比度，逐渐替代了液晶显示器成为主流的显示技术。
3. 光电技术在能源领域的应用光电技术在能源领域的应用主要体现在太阳能的利用上。
利用光电效应，太阳能可以转化为电能。
光电技术通过太阳能电池板将光能转化为电能，用于供电等用途。
太阳能电池板具有高效、可再生、环保等优势，是未来可持续能源的重要组成部分。
光电技术第四版期末总结
光电技术第四版期末总结本学期的光电技术课程中，我从理论到实践，全面系统地学习和掌握了光电技术的基础知识和相关实验操作技能。
通过课程的学习，我对光电技术的发展现状、应用领域以及未来的发展方向有了更全面的了解。
首先，在理论方面，我系统地学习了光电技术的基本概念、原理和相关理论知识。
光电技术是现代科学技术的一项重要组成部分，与多个学科有着密切的关联。
通过学习光电技术的基本原理，我了解到光电材料、光电器件以及光电系统的构成和工作原理。
同时，我也学习到了光电材料的特性、光电器件的分类和特点以及光电系统的设计和应用。
这些理论知识的掌握，为我进一步的学习和研究打下了坚实的基础。
其次，在实践方面，我通过实验操作和实际项目的开展，掌握了光电技术的实际应用技能。
在实验中，我学习了激光器的原理和调谐方法、光电器件的测试和应用以及光纤通信系统的设计和搭建。
通过实验操作的学习，我对光电器件的性能测试和系统调试有了更加深入的了解。
此外，我还参与了一个实际光电项目的开发，通过对项目的需求分析、方案设计、原型制作和实验测试等环节的学习和实践，我学到了项目管理的基本方法和实践技巧。
这些实践经验的积累，为我今后从事光电技术领域的工作打下了良好的基础。
最后，通过本学期的学习，我对光电技术的应用领域和未来发展方向有了更加深入的认识。
光电技术作为一门交叉学科，广泛应用于信息技术、生物医学、能源和环境等领域。
特别是在通信领域，光纤通信和光网络技术已经成为主流，为信息传输和存储提供了更加高效和可靠的方式。
未来，光电技术的发展方向主要包括光电器件的微纳制造技术、光电材料的合成和改性技术以及光电系统的高性能和低成本化。
我相信，随着光电技术的不断进步，它将在更多领域发挥重要作用，为社会发展和人类福祉做出更大贡献。
综上所述，通过本学期光电技术的学习，我不仅掌握了光电技术的理论知识和相关实践技能，而且对光电技术的应用领域和未来发展方向有了更加深入的了解。
第1节光电效应
二、探究光电效应产生的条件和规律
（控制变量法） （请记在实验报告单上）
极限频率
极限频率 1.用红光照射K, 无 光电流。增大红光的光照强 度，无 光电流，延长红光的光照时间，也无 光
电流. 2..光强一定，逐渐增加光照频率，发现用绿光照
• ⑵产生光电效应时，单位时间内逸出金属表面 的电子数与光的强度 有 关。光的强度越大， 单位时间内逸出的电子数越 多 。
• ⑶从光照射到金属表面至产生光用一定强度的紫光照射时，增大电源电压U, 观察光电流的变化情况？
答：光电流的趋于一个 极大值，这样达到极 大值的光电流称为饱和光电流。 2.增大紫光照射强度,饱和光电流增大。
用如图所示的光电管研究光电效应的实验中， 用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的 指针发生偏转。而用另一频率的单色光b照射光电管阴
C 极K时，电流计G的指针不发生偏转，那么（ ）
• A、a光的波长一定大于b光的波长 • B、增加b光的强度可能使电流计
G的指针发生偏转 • C、只增加a光的强度可使通过
射K,有 光电流，用紫光照射K，也 有电流。 3.增大紫光的光照强度，可发现光电流 增大 。
以上现象说明：
⑴能否发生光电效应应与光的 频率 有光，与光 照的 强度和时间 无光。
⑵产生光电效应时，电流计指针偏转大小与光的
强度有关 。
• 大量实验研究发现：
• ⑴每一种金属对应着一种光的 最小频率 又称 为极限频率，只有当入射光的频率 大于或等于 这 个最小频率时，才能发生光电效应。
电流计G的电流增大 • D、用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是
由d到c
光电效应
与事实矛盾
二、电磁说解释光电效应的困难
3.关于光电子的最大初动能的困难
光强越大 电子获得的能量越大
飞出金属表面的动能越大 光电子的最初动能与光强有关而与频率无关
与事实矛盾
三.光电效应解释中的疑难
1、经典电磁理论：1、光的能量是连续的 2、光强越大，光的能量越大。 2 .经典理论的疑难
①光越强，光电子的初动能应该越大，实验表明光电子的最 大初动能只与光的频率有关。 ②不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足够能 量从而逸出表面，不应存在截止频率。
不同颜色的光在真空中的传播速度为C 在同一种介质中，不同颜色的光传播速度不同： 红光的传播速度最大，折射率最小 紫光的传播速度最小，折射率最大
一束白光经过棱镜后会发生什么现象? 白光经过 棱镜后在 光屏上形 成一条彩 色的亮带
红光在上端，紫光在最下端. 白光实际上是由各种单色光组成的复色光. 同种介质对不同频率的光的偏折角度不同； 同种介质对不同频率的光的折射率不同．
b.存在截止频率
从实验中可以看出，当入射光的频率减小到某一数 值νC时，即使不施加反向电压也没有光电流，这表 明已经没有光电子了。 νC称为截止频率或极限频率。 当入射光频率低于截止频率时，无 论光强多大也无电子逸出金属表面。 即不能发生光电效应。－－规律三
3、效应具有瞬时性
单色光
K V R
A G
效应的实验规律,荣获1921年诺贝尔物理学奖。
4.光电效应理论的验证
美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应”实 验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，h 的值与理论值完全 一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。
爱因斯坦由于对光电效 应的理论解释和对理论 物理学的贡献获得1921 年诺贝尔物理学奖
第一部分光电式传感器的基本知识教学-精选
第一节 光电式传感器的基本知识
二、常用光源及光电式传感器种类
1．常用光源
（1）自然光源 太阳光、月光等自然界存在的光线。
（2）热辐射光源 热物体都会向空间发出一定的光辐射，基于这种原理的光 源称为热辐射光源。
（3）电致发光器件——发光二极管 固体发光材料在电场激发下产生的发光现象称为电致发光， 它是将电能直接转换成光能的过程。
（6）响应时间 光敏电阻受光照后，光电流并不立刻升到最大值，而要经 历一段时间（上升时间）才能达到最大值。同样，光照停止后， 光电流也需要经过一段时间（下降时间）才能恢复到其暗电流 值，这段时间称为响应时间。
（7）温度特性 温度，暗电阻和灵敏度。
第二节 光电式传感器及其基本特性
三、光敏晶体管
1．光敏二极管 光敏二极管的 PN 结装在管壳的顶部，可以直接受到光的 照射。 当有光照射时，形成与光照度成正比的比无光时大得多的 反向电流即光电流。
第二节 光电式传感器及其基本特性
1．光电池的结构及工作原理
在 N 型衬底上渗入 P 型杂质形成 一个大面积的 PN 结，作为光照敏感面。 光子能量大于硅的禁带宽度，P 型区每 吸收一个光子就产生一对光生电子 - 空 穴对，并形成由表及里扩散的自然 趋势。PN 结内电场使扩散到 PN 结附近的电子 - 空穴对分离， 光生电子被推向 N 区，光生空穴被留在 P 区，从而使 N 区带 负电，P 区带正电，形成光生电动势。
面的一个自由电子，使电子的能量增加到 h。
当电子获得的能量大于阴极材料的逸出功 A 时，自由电子就可以克服金属表面束缚而逸出， 形成电子发射。这种逸出的电子成为光电子。
1——阳极 A，2 ——阴极 K，3 ——石英玻 璃外壳，4 ——抽气管蒂，5 ——阳极引脚，6 — —阴极引脚。
光电传感器应用技术第11-章1节课件
11.1.2 序列光电信号二值化处理
序列光电信号是指有序排列分体或集成光电器件按时间顺 序或规律输出的信号称为序列光电信号。例如光电二极管阵列， 线、面阵CCD的输出信号均属于序列光电信号。
对序列光电信号进行二值化处理的主要目的是为提高测量 速度和突出主要信息。例如，在信息为图像的特定标志而不是 图像灰度的系统中，为提高信息的检取速度，采取对图像信息 进行二值化处理。实际上许多检测对像在本质上也表现为二值 情况，如图纸、文字的输入，物体外形尺寸、所处位置与运动 状态的检测等。
}
11.3.3 序列光电信号的量化处理
1．高分辨率的A/D转换器ADS8322
ADS8322为16位并行输出 的高速高分辨率的A/D转换 器。如图11-26所示为 ADS8322转换器的管脚定 义与分布图。
图11-27为ADS8322的转换原理图，从图可以看出，它具有内部 基准电源和采样保持电路。当基准电源为1.5V~2.6V时，其满量 程输入电压值为3.0V~5.2V。
如图11-17所示为TLC5540器件的频率响应特性，它的带宽（响应下降到3db的频率为截止频率）很宽，在10MHz内响应特性曲线基本不变，在70MHz是 响应曲线接近-3db。
图11-18所示为TLC5540器件的功率损耗特性。
⑸ TLC5540 A/D转换器的注意事项
图11-19所示为TLC5540电源系统的连接方法与参考电压端 口的滤波电路。A/D转换电路的设计关键在模拟地、数字地、 模拟电源与数字电源的设置和连接方法。
2. 高分辨率的A/D转换器 8位A/D转换
器件的分辨率只 有1/256，分辨力 和动态范围都太 低。在光度测量 应用中显得力不 充心，尤其在光 谱探测中常要求 A/D器件具有更高 的转换精度和更 大的动态范围。 为此必须引入分 辨率更高的A/D转 换器件。
第1节 光电效应
二、光电效应规律 1、产生光电效应的条件
2、光电子最大初动能
3、光电效应产生的时间 4、光电流强度的决定
1、产生光电效应的条件
实 任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的 验 结 频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应， 论 低于这个频率的光，无论光强怎样大，也不能产
生光电效应。
如图所示装置，不同 单色光照射不同金属， 要产生光电效应，必须 有一个最低频率。 如锌板用紫外线照射， 能产生光电效应，用黄 光照射则不能产生光电 效应。
多次实验结论是:
当入射光的频率大于极限频率时， 光电流强度与入射光的强度成正比。
二、 光电效应规律
1）光电效应的发生几乎是瞬时的，时间不超过10－ 9s. 2）任何金属都有一个能产生光电效应的最低照射 光频率，叫做极限频率 3）光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增 大，而与入射光强度无关。 4）光电流强度与入射光的强度成正比． 得出结论:光电效应的发生与否,与光的强弱无关 ,与照射时间的长短无关,与光的频率、金属材料 的种类有关。
五、光电方程 光子说对光电效应的解释：
1. 使金属表面的电子能挣脱原子核的引力而逸出成 为光电子所需做的功叫逸出功
W h 0
2. 在光电效应中，入射光的能量等于出射的光电子 的最大初动能与逸出功之和： 即： h Ekm W 或
Ekm h W
这叫爱因斯坦光电效应方程，简称光电方程
部分金属的极限频率和波长
金属 波长 （μm） 频率 （Hz） 铯 钠 锌
0.372 0 8.065 × 1014
银
铂
0.660 0 0.500 0 4.545 ×1014 6.000 × 1014
0.260 0 0.196 2 1.153 × 1014 1.529 × 1014
《光电功能材料与器件》教学大纲
光电功能材料与器件》课程教学大纲课程代码（五号黑体）：MCHM3042课程性质：专业必修课程授课对象：材料化学、功能材料等专业开课学期：总学时：54学时学分：3学分讲课学时：52学时实验学时：0学时实践学时：2学时指定教材：王筱梅，《有机光电材料与器件》，化学工业出版社，2014年参考书目（五号黑体）5－20部左右（五号宋体）刘恩科，《半导体物理学》，电子工业出版社，2007年黄昆半，《导体物理基础》，科学出版社，1999年李晔，《光化学基础与应用》，化学工业出版社，2000年刘亟须，《物理光学基础教程》，北京理工大学出版社，2000年朱建国，《电子与光电子材料》，国防工业出版社，2007年刘云圻，《有机纳米与分子器件》，科学出版社，2010年李文连，《有机光电子器件的原理、结构设计及其应用》，科学出版社，2012年教学目的：（五号黑体）本课程为材料化学专业和功能材料专业的专业必修课。
通过本课程的学习使学生了解和掌握各种光电材料的基本原理、基本性质、制备技术，及光电子材料的现状及发展趋势有。
了解和掌握光电子器件相关理论与器件物理，掌握有机发光二极管、有机太阳能电池、有机场效应晶体管、生物传感器等分子材料器件的基本类型、结构、工作机理、电学特性、电学特性参数表征及其应用，为光电器件的研究、设计及应用奠定理论基础。
第一章物质吸收光谱与颜色（五号黑体）课时：2.5周，共8课时（五号宋体）教学内容第一节光的基本性质光的波粒二象性第二节电子跃迁一、基态与激发态分子的基态与激发态的性质比较二、电子跃迁类型有机分子电子能级跃迁三、跃迁允许与跃迁禁阻电子跃迁允许与跃迁禁阻示意图第三节紫外-可见吸收光谱一、吸收光的条件能量要大于一定值二、朗伯-比耳定律样品对光波的吸光能力与该溶液的浓度和吸收层厚度成正比。
三、紫外-可见吸收光谱在近紫外-可见-近红外光谱区域内，某一样品对不同波长单色光的吸收强度的变化情况，简称吸收光谱。
第1节 光电效应汇总
速度会有差异，直接从金 属表面飞出的速度最大， 其动能为最大初动能。
(2) 最大初动能的测定
甲
U
m , e-
乙
实验电路如图甲（其中单色光的 入口C用石英窗），用来测定光电子的 最大初动能。当图中电流表G读数为零 时，伏特表V中的读数就是图乙中的U。
设光电子的最大初动能为1/2 mv2， 若光电子置于左图匀强场中，则光电子 作匀减速直线运动。
多次实验结论是:
当入射光的频率大于极限频率时，
光电流强度与入射光的强度成正比。
二、 光电效应规律
1）光电效应的发生几乎是瞬时的，时间不超过10－ 92s）. 任何金属都有一个能产生光电效应的最低照射 光频率，叫做极限频率
3）光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增 大，而与入射光强度无关。
4）光电流强度与入射光的强度成正比．
困难2 光强越大，电子可获得更多 能量，光电子的最大初动能 也应该越大，遏止电压也应 越大。即出射电子的最大初 动能应该由光强来决定
困难3 光强大时，电子能量积累的 时间就短，光强小时，能量 积累的时间就长
光电效应实验结果 如果ν﹤ν0，无论光 强有多大，都不能发生 光电效应，光能应由光 频率来决定
会变大。。
表明锌板在射线照射下失去电子而带正电
光电效应
一、光电效应
1 定义：在光的照射下，物体表面发出电子的现象
叫做光电效应。发射出来的电子叫光电子。
猜想:具备哪些条件才可能发发生光电效应规律, 要发生与哪些因素有关?
1）与光的强度有关吗?
2）与光的颜色即与光的频率有关吗？ 3）与光照射时间有关吗？
光电子的最大初动能、 遏止电压都与光强无关， 而与频率有关
光电检测技术课件第5-6节课
发光电流与温度的关系曲线 温度对PN结的复合发光是有影响的，在偏臵电压不变 的情况下，结温升高到一定程度后，电流将变小，发光亮 度减弱，电流与温度的关系大致如上图所示。
（3）发光二极管的主要特性
5）时间响应 这里说的时间响应，是指发光二极管启亮与熄灭时的时间
延迟。发光二极管的响应时间很短，一般只有几纳秒至几十纳
（3）发光二极管的主要特性
3）光谱特性
几种LED的光谱特性曲线 发光二极管所发出的光不是纯单色光，但是，除了激光外， 它的谱线宽度都比其它光源所发出光的谱线窄。例如，砷化镓 发光二极管的谱线宽度只有25nm。因此，可认为是单色光。 其它发光二极管的光谱特性曲线示于上图。
（3）发光二极管的主要特性
§1.4 光在介质中的传输（4学时） §1.5 常用光学系统（4学时） §1.6 光学变换器件（调制器，4学时） §1.7 半导体基础知识与光电效应（4学时） 第二章 光电转换技术（探测器） §2.1 光电探测器（点，8学时） §2.2 热电探测器（点， 4学时） §2.3 光电成像器件（面， 4学时） 第三章 光电检测电路设计（4学时） 第四章 非相干与相干系统（8学时） 第五章 典型光电检测应用系统（微弱信号检测2 学时，其它2学时） 第六章 现代光谱检测技术（4学时）
上图为不同LED灯具之配光曲线比较，它们分别是Narrow Angle、Parabolic(抛物线型)、Batwing(蝠蝙翅状)三种配光曲 线之灯具。
（4）发光二极管的主要应用
白色LED照明灯
大屏显示器
手电筒
仪器仪表的指示灯
汽车信号灯
交通信号灯
地砖灯
装饰灯、 礼品灯
图5.4 可以卷起来的显示器
（3）发光二极管的主要特性
《光电信息技术》PPT课件
目录 章首 节首 上一张 下一张 结束
目录
序 前言
第一章：光电信息技术物理基础
§1.1 理论基础 §1.1.1 半导体能带理论 §1.1.2 光电发射效应 §1.1.3 光电导效应 §1.1.4 光伏效应 §1.1.5 热释电效应
21
目录 章首 节首 上一张 下一张 结束
8
目录 章首 节首 上一张 下一张 结束
专家倡导的“863计划”受信息化、数字 化、网络化浪潮的推动，中国的光电信 息市场和产业也呈现出高速增长态势， 成为拉动整个国民经济增长的第一支柱 行业。1999年底全国范围内建成了“八 横八纵”的光缆网．武汉、广东和长春
等地提出了建设中国光谷的规划。
现代信息技术的发展，迫切需要培
划的
7
目录 章首 节首 上一张 下一张 结束
重点是光电子产业。据国家统计资料显 示，世纪具有代表意义的主导产业，第 一是光子产业，第二是信息通信产 业……”。 我国政府十分重视光电子技术和产 业的发展，已将它列入国民经济优先发 展的领域，把光电子产业列为国家重点 发展计划，继1986年3月王大恒等四位
8 ．试设计一个用于水下作业的光纤开关系统， 用双向可控硅控制用电器。请画出全部电子线 路图。
25
目录 章首 节首 上一张 下一张 结束
§4.2.2 光电遥控 §4.2.3 光纤开关 §4.3 光纤通信 §4.3.1 光纤通信原理及构成 §4.3.2 光纤通信系统 §4.3.3 光纤网络系统 §4.4 光纤传感器 §4.4.1 元件型光纤传感器 §4.4.2 传输型光纤传感器
13
目录 章首 节首 上一张 下一张 结束
(整理)传感器第一章
第一章练习题第一节：机电一体化系统常用传感器知识点一：传感器的定义、组成和功能。
（第一节）1、传感器一般有敏感元件、转换元件和三部分组成。
（200914）2、传感器的组成部分中，直接感受被测物理量的是_____________。
（200502）A、转换元件B、敏感元件C、转换电路D、放大元件3、传感器中直接感受被测量的部分是（）（200803）A.转换元件B.敏感元件C.转换电路D.调理电路4、传感器的主要功能是（）。
（200901）A传递信息 B感受被测量 C分析、处理信号 D执行要求的操作知识点二：传感器的分类。
（第一节及表1-1）（一）按被测量对象分类：1、下面传感器中属于非接触式传感器的是（）。
A．触觉传感器 B.滑动觉传感器 C．压触觉传感器 D．视觉传感器（二）按工作机理分类：2、利用光电效应的传感器属于_____________。
（200302）A、电阻型B、结构型C、物性型D、电感型（三）按被测物理量分类：3、下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是：_____________。
（200101）A、压力B、力矩C、温度D、厚度4、适合于使用红外传感器进行测量的被测物理量是 _____________。
（200703）A、转度B、温度C、厚度D、加速度（四）按工作原理分类：5、按照工作原理分类，固体图象式传感器属于_____________。
（200103）A、光电式传感器B、电容式传感器C、压电式传感器D、磁电式传感器（五）按传感器能量源分类：6、无源型传感器又称为_____________转换型传感器。
（200314）7、按传感器能量源分类，以下传感器不属于能量转换型的是_____________。
（200603）A、压电式传感器B、热电式传感器C、光电式传感器D、压阻式传感器（六）按输出信号的性质分类：8、按输出信号的性质可将传感器分为、、。
第三节：传感器与检测系统基本特性的评价指标与选用原则。
光电成像原理与技术第一节
欢迎来到光电成像原理与技术的第一讲。在这个系列中，我们将探讨光电成 像的定义和作用，基本原理和技术分类，应用领域，未来趋势以及挑战。让 我们开始吧！
光电成像的定义和作用
1 定义
2 作用
光电成像是利用光电探测器接收物体反射 或发射的光线，并将其转换为电信号，形 成图像的技术。
如超分辨、宽视角、3D成像等。
到成像光线不足、光照不均等问题。
总结和回顾
知识点
我们学习了光电成像的基本原理、技术分类、应 用领域、发展趋势、挑战和未来展望。
重要性
光电成像作为一种先进的检测技术，已广泛应用 在医学、安防、军事等领域，对提高生命健康和 保障社会安全起到了重要作用。
安防监控
摄像头、人脸识别系统、车辆识别系统、智 能物流等。
电视广播
数字电视、高清电视、超高清电视等。
光电成像的发展趋势
分辨率更高
高像素、高清晰度。
感知更全面
多频段、全波段、多通道。
处理更快速
大数据、深度学习、云计算。
光电成像技术的挑战和未来展望
1
展望
2
未来发展趋势是信息化、自动化、智 能化方向。也不断探索新的成像技术，
光电成像技术可以实现照相、电视、夜视、 红外成像、医学诊断、卫星拍照等众多领 域。
光电成像的基本原理
图像采集
光被透过光圈并打在成像器件上，就能产生电 信号。不同成像器件对光线的敏感程度不同。
图像处理
经过采集成像设备采集的图像，会被传输给图 像处理器进行图像去噪、压缩、锐化、增强等 处理。
图像输出
图像处理之后，输出到显示设备，如液晶显示 器，以便观察和分析，或者用于其他应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
光电技术天津大学精仪学院王庆有2009年2月第1章光电技术基础•光电技术最基本的理论是光的波粒二象性。
即光是以电磁波方式传播的粒子。
•光的本质是物质，它具有粒子性，又称为光量子或光子。
光子具有动量与能量，并分别表示为p与e，式中h为普朗克常数（6.626×10-34J·s）；v为光的振动频率(s-1)；c为光在真空中的传播速度（3×108m·s-1）。
•光的量子性成功地解释了光与物质作用时引起的光电效应，而光电效应又充分证明了光的量子性。
图1-1为电磁波按波长的分布及各波长区域的定义（称为电磁波谱）。
电磁波谱的频率范围很宽，涵盖了由宇宙射线到无线电波（102～1025Hz ）的宽阔频域。
光辐射仅仅是电磁波谱中的一小部分，它包括的波长区域从几纳米到几毫米，即10-9～10-3m 的范围。
在这个范围内，只有0.38～0.78μm 的光才能引起人眼的视觉感，故称这部分光为可见光。
红外紫外可见光10156182191210101010101010324f /Hz 图1-1 电磁辐射光谱的分布X 射线Γ射线近红外远红外电磁波1.1 光辐射的度量1.1.1 与光源有关的辐射度参数与光度参数1. 辐（射）能和光能以辐射形式发射、传播或接收的能量称为辐（射）能，用符号Q e 表示，其计量单位为焦耳（J ）。
光能是光通量在可见光范围内对时间的积分，以Q v 表示，其计量单位为流明秒（lm·s ）。
2.辐（射）通量和光通量辐（射）通量或辐（射）功率是以辐射形式发射、传播或接收的功率；或者说，在单位时间内，以辐射形式发射、传播或接收的辐（射）能称为辐（射）通量，以符号Φe 表示，其计量单位为瓦（W ），即t Q Φd d e e =tQ Φe e =•对可见光，光源表面在无穷小时间段内发射、传播或接收的所有可见光谱，光能被无穷短时间间隔d t 来除，其商定义为光通量Φv ，即••（1-3）•若在t 时间内发射、传播或接收的光能不随时间改变，则式（1-3）简化为（1-4）•Φv 的计量单位为流(明)（lm ）。
显然，辐（射）通量对时间的积分称为辐（射）能，而光通量对时间的积分称为光能。
tQ Φd d v v =t Q Φv v =•3.辐(射)出(射)度和光出(射)度•对有限大小面积A 的面光源，表面某点处的面元向半球面空间内发射的辐通量d Φe 与该面元面积d A 之比，定义为辐(射)出(射)度M e ，即A ΦM d d e e =⎰=)(e e d A A M Φ（1-5）M e 的计量单位是瓦（特）每平方米[W ／m2]。
面光源A 向半球面空间内发射的总辐通量为（1-6）对于可见光，面光源A 表面某一点处的面元向半球面空间发射的光通量d Φv 、与面元面积d A 之比称为光出(射)度M v ，即（1-7）其计量单位为勒(克司)[lx]或[lm/m 2]。
•对均匀发射辐射的面光源有（1-8）•由式（1-7），面光源向半球面空间发射的总光通量为•（1-9）A ΦM v v =⎰=)(v v d A A M ΦAΦM d d νv =•4.辐(射)强度和发光强度对点光源在给定方向的立体角元d Ω内发射的辐通量d Φe ，与该方向立体角元d Ω之比定义为点光源在该方向的辐(射)强度I e ，即辐(射)强度的计量单位为瓦（特）每球面度[W ／sr]。
点光源在有限立体角Ω内发射的辐通量为各向同性的点光源向所有方向发射的总辐通量为ΩΦI d d e e =（1-10）⎰=ΩΩI Φd e e （1-11）⎰==π40e e e π4d I ΩI Φ（1-12）•对可见光，与式（1-9）类似，定义发光强度为对各向同性的点光源向所有方向发射的总光通量为一般点光源是各向异性的，其发光强度分布随方向而异。
ΩΦI d d v v =（1-13）⎰=ΩΩI Φd v v （1-14）发光强度的单位是坎德拉（candela），简称为坎[cd]。
1979年第十六届国际计量大会通过决议，将坎德拉重新定义为：在给定方向上能发射540×1012Hz的单色辐射源，在此方向上的辐强度为（1/683）W/sr，其发光强度定义为一个坎德拉[cd]。
由式（1-13），对发光强度为1cd的点光源，向给定方向1球面度(sr)内发射的光通量定义为1流明（lm）。
发光强度为1cd的点光源在整个球空间所发出的总光通量为=4πI＝12.566 lm。
Ｖ•5.辐(射)亮度和亮度光源表面某一点处的面元在给定方向上的辐强度除以该面元在垂直于给定方向平面上的正投影面积，称为辐射亮度L e ，即式中，为所给方向与面元法线之间的夹角。
辐亮度L e 的计量单位为瓦（特）每球面度平方米[W／（sr ·m 2 ）]。
θθcos d d d cos d d e 2e e A ΩΦA I L ==（1-15）对可见光，亮度Lv定义为光源表面某一点处的面元在给定方向上的发光强度除以该面元在垂直给定方向平面上的正投影面积，即L v 的计量单位是坎德拉每平方米[cd／m2]。
θθcosdddcosddv2vv AΩΦAIL==（1-16）•若L e，L v与光源发射辐射的方向无关，且由式（1-15）、（1-16）表示，这样的光源称为余弦辐射体或朗伯辐射体。
黑体是一个理想的余弦辐射体，而一般光源的亮度多少与方向有关。
粗糙表面的辐射体或反射体及太阳等是一个近似的余弦辐射体。
•余弦辐射体表面某面元d S 处向半球面空间发射的通量为•式中，。
光学系统CCD2⎰⎰=ΩSLΦddcosdθϕθθddsind=Ω对上式在半球面空间内积分的结果为由上式得到余弦辐射体的Me 与Le、Mv与Lv的关系为⎰⎰====2π2πdπdcossindddϕθθθθϕALALΦπee ML=πvv ML=（1-17）（1-18）•6.辐(射)效率与发光效率光源所发射的总辐射通量Φe 与外界提供给光源的功率P 之比称为光源的辐(射)效率ηe ；光源发射的总光通量Φv 与提供的功率P 之比称为发光效率ηv 。
它们分别为辐效率ηe 无量纲，发光效率ηv 的计量单位是流明每瓦[lm·W -1]。
对限定在波长λ1～λ2范围内的辐效率00e e 100⨯=P ΦηP Φv v =η（1-19）（1-20）0021e e 100d ⨯=⎰∆P Φλλλλλη（1-21）1.1.2与接收器有关的辐射度参数与光度参数从接收器的角度讨论辐射度与光度的参数称为与接收器有关的辐射度参数与光度参数。
接收光源发射辐射的接收器可以是探测器，也可以是反射辐射的反射器，或两者兼有。
与接收器有关的辐射度参数与光度参数有以下2种。
1.辐照度与照度辐照度Ee 是照射到物体表面某一点处面元的辐通量dΦe除以该面元的面积d A的商，即E e 的计量单位是瓦（特）每平方米[W／m2]。
AΦEddee（1-22）•若辐通量是均匀地照射在物体表面上，则式（1-22）简化为•注意，不要把辐照度E e 与辐出度M e 混淆起来。
虽然两者单位相同，但定义不一样。
辐照度是从物体表面接收辐射通量的角度来定义的，辐出度是从面光源表面发射辐射的角度来定义的。
被测物光学系统2CCD2光学系统1重叠部分A ΦE e e (1-23)本身不辐射的反射体接收辐射后，吸收一部分，反射一部分。
若把反射体当做辐射体，则光谱辐出度M er （λ）（r 代表反射）与辐射体接收的光谱辐照度E e （λ）的关系为 式中,ρe （λ）为辐射度光谱反射比，是波长的函数。
对式（1-24）的波长积分，得到反射体的辐出度(1-25))()(e e er λλρE M =(1-24)⎰=λλρd )(e e e E M•对可见光，照射到物体表面某一面元的光通量d Φv 除以该面元面积d A 称为光照度E v ，即AΦE d d v v =（1-26）AΦE v v =E v 的计量单位是勒（克司）[lx]。
对接收光的反射体，同样有)()()(v v v λλρλE M =⎰=λλρd )(v v v E M （1-27）（1-28）式中，ρv （λ）为光度光谱反射比，是波长的函数。
2.辐照量和曝光量辐照量与曝光量是光电接收器接收辐射能量的重要度量参数，光电器件的输出信号常与所接收的入射辐射能量有关。
照射到物体表面某一面元的辐照度E e 在时间t 内的积分称为辐照量H e ，即⎰=t t E H 0e e d （1-29）辐照量H e 的计量单位是焦尔每平方米[J/m 2]。
如果面元上的辐照度E e 与时间无关，式（1-29）可简化为t E H e e =（1-30）•与辐照量H e 对应的光度量是曝光量H v ，它定义为物体表面某一面元接收的光照度E v 在时间t 内的积分，即⎰=t t E H 0v v d （1-31）H v 的计量单位是勒（克司）秒[lx.s]。
如果面元上的光照度E v 与时间无关，式（1-31）可简化为tE H v v =1.2 光谱辐射分布与量子流速率•1.2.1光源的光谱辐射分布参量•光源发射的辐射能在辐射光谱范围内是按波长分布的。
光源在单位波长范围内发射的辐射量称为辐射量的光谱密度X e,λ，简称为光谱辐射量，即λλd d e ,e x X =式中，通用符号X e,λ是波长的函数，代表所有的光谱辐射量，如光谱辐射通量Φe,λ、光谱辐射出度M e,λ、光谱辐射强度I e,λ、光谱辐射亮度L e,λ、光谱辐照度E e,λ等。
（1-32）同样，以符号X v,λ表示光源在可见光区单位波长范围内发射的光度量称为光度量的光谱密集度，简称为光谱光度量，即λλd d v ,v X X =式中，X v,λ代表光谱光通量Φv,λ、光谱光出射度M v,λ、光谱发光强度I v,λ和光谱光照度E v,λ等。
（1-33）光源的辐射度参量X e,λ随波长λ的分布曲线称为该光源的绝对光谱辐射分布曲线。
该曲线任一波长λ处的X e,λ除以峰值波长λmax 处的光谱辐射量最大值X e,λmax 的商X e,λr ，称为光源的相对光谱辐射量，即max ,e ,e r ,e λλλX X X =（1-34）相对光谱辐射量X e,λr 与波长λ的关系称为光源相对光谱辐射分布。
光源在波长λ1～λ2范围内发射的辐射通量⎰=∆21,e e d λλλλΦΦ（1-35）若积分区间从λ1=0到λ2→∞，得到光源发出的所有波长的总辐射通量⎰⎰∞∞==0r ,e max ,e 0,e e d d λλλλλΦΦΦΦ光源在波长λ1～λ2之间的辐通量ΔΦe 与总辐通量Φe 之比称为该光源的比辐射q e ，即⎰⎰∞=0,e 21,e e d d λλλλλλΦΦq 式中，q e 没有量纲。