第2章 光电检测技术与应用
光电检测技术与应用教案范文
光电检测技术与应用教案范文一、光电检测技术与应用教案范文概述近几年来，随着光电检测技术与应用教案范文建设不断增加，给光电检测技术与应用教案范文的经济发展带来了前所未有的机遇，光电检测技术与应用教案范文投资越显重要。
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（一）光电检测技术与应用教案范文基本概念光电检测技术与应用教案范文是选择和决定光电检测技术与应用教案范文投资行动方案的过程，是对拟建光电检测技术与应用教案范文的必要性和可行性进行技术经济论证，对不同光电检测技术与应用教案范文方案进行技术经济比较选择及做出判断和决定的过程。
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光电检测技术与应用教案范文的可行性研究不仅是光电检测技术与应用教案范文本身的一个工作环节，也是做出正确光电检测技术与应用教案范文、进行光电检测技术与应用教案范文设计和筹措资金的重要依据。
光电检测技术的研究与应用
光电检测技术的研究与应用随着科技不断发展，各种新技术、新材料不断涌现。
其中，光电检测技术是指应用光电效应、光电传感等基础原理开发制造的各种光电检测器件和系统，广泛应用于光学通讯、医疗、环境监测、工业制造等领域。
本文将从光电检测技术的基本原理、研究现状及应用进行阐述。
一、光电检测技术基本原理光电检测技术是指应用光电效应（包括内光电效应、外光电效应）、光电传感等基础原理开发制造的各种光电检测器件和系统。
光电效应是指材料因受到电磁辐射的照射，而引起电子的运动并产生电信号的现象。
主要有三种光电效应：内光电效应、外光电效应和热电效应。
其中最常用的是外光电效应，即当光照射到光电器件表面时，会释放出电子，产生电子流，电子流的大小与照射到的光强度呈正比。
光电传感器是指将外界的光信号转换为电信号进行测量的一种传感器件。
光电传感器具有线性范围广、响应灵敏、零点稳定、无机械零件、非接触式测量等优点。
常见的光电传感器有：光电开关、光电编码器、光电传感器等。
二、光电检测技术研究现状目前，国内外对于光电检测技术的研究和发展都非常活跃，主要体现在以下几个方面：1.制备新型光电材料的研究：新型光电材料的制备对于进一步提高光电检测技术的性能至关重要，如新型薄膜光伏材料的研究。
2. 提高光电传感器性能的研究：目前国内外对光电传感器的研究主要集中在提高其精度、响应速度、质量稳定性和使用寿命等多方面。
3. 光电检测技术在实际应用中的研究：光电检测技术广泛应用于通讯、医疗、环境监测、人工智能等领域。
三、光电检测技术的应用1. 通讯领域光电检测技术在通讯领域的应用主要是光通讯。
光通讯是使用光在通信中传输信息的技术。
在光通讯中，光电器件起着非常关键的作用。
例如，用于转换和放大光信号的光电检测器件、光放大器等，它们的性能直接影响到光通讯系统的传输能力和传输距离。
2. 医疗领域光电检测技术在医疗领域主要应用于光学生物成像和光治疗两个方面。
在生物成像中，光电检测器件被用于检测人体内部的光信号，为医生提供用于诊断疾病的图像信息；在光治疗中，光电检测技术被用于治疗癌症、皮肤病等，通过使用红外光线热疗等方法来消灭病菌或减轻疾病的症状。
光电检测技术与应用教案范文
光电检测技术与应用教案范文一、教学目标1.知识与能力理解光电检测技术的原理和应用；掌握光电传感器的工作原理和分类；熟悉光电检测系统的构成和工作原理；了解光电检测技术在工业自动化、安防监控、医疗器械等领域的应用。
2.情感态度价值观激发学生对光电检测技术的兴趣，增强对技术创新的认识；培养学生的实践操作能力和团队合作意识；引导学生关注光电检测技术在社会生产生活中的重要作用。
二、教学重点和难点1.教学重点光电传感器的工作原理和分类；光电检测系统的构成和工作原理；光电检测技术在不同领域的应用。
2.教学难点理解光电传感器的工作原理；掌握光电检测系统的构成和工作原理；深入理解光电检测技术在工业自动化、安防监控、医疗器械等领域的应用。
三、教学内容1.光电传感器的工作原理和分类(1)光电传感器的基本原理(2)光电传感器的分类及特点2.光电检测系统的构成和工作原理(1)光源和接收器(2)光电传感器的信号处理(3)光电检测系统的工作原理3.光电检测技术在工业自动化、安防监控、医疗器械等领域的应用(1)工业自动化中的光电检测技术应用(2)安防监控中的光电检测技术应用(3)医疗器械中的光电检测技术应用四、教学过程1.导入新课通过展示光电传感器的实际应用场景，激发学生对光电检测技术的兴趣，引出本节课的主题。
2.讲解光电传感器的工作原理和分类通过示意图和实物演示，讲解光电传感器的工作原理，介绍常见的光电传感器分类及特点。
3.分组讨论光电检测系统的构成和工作原理学生分组讨论光电检测系统的构成和工作原理，每个小组汇报讨论结果，全班共同完善理解。
4.实验操作进行光电传感器的实验操作，让学生亲自动手操纵光电检测系统，加深对其工作原理的理解。
5.教师总结总结本节课的主要内容，强调光电检测技术在工业自动化、安防监控、医疗器械等领域的重要应用，并展示相关案例。
六、教学评价1.作业要求学生结合课上所学内容，撰写一份小论文，讨论光电检测技术在某一领域的应用及意义。
光电检测技术与应用
光电传感器是基于光电效应将光电信号转换为电信号的一种传感器光学系统的基本模型光发射机-> 光学信道一>光接收机光学系统通常分为：主动式，被动式。
主动式：光发射机主要由光源和调制器构成。
被动式：光发射机为被检测物体的热辐射。
光学信道：主要由大气，空间，水下和光纤。
光接收机是用于收集入射的光信号并加以处理，恢复光载波的信息。
光接收机分为：功率（直接）检测器，外差接收机。
光电检测技术特点：1. 高精度：是各种检测技术中精度最高的一种：激光测距法测地球与月亮的距离分辨率达1m2. 高速度：光是各种物质中传播速度最快的。
3. 远距离，程量：光是最便于远距离传播的介质4. 非接触性：光照到被测物体上可以认为是没有测量力，因此无摩擦。
5. 寿命长：光波是永不磨损的。
6. 具有很强的信息处理和运算能力，可将复杂信息并行处理。
光电传感器：1•直射型2反射型3辐射型光电检测的基本方法有：1•直接作用法.2.差动测量法3补偿测量法4•脉冲测量法直接作用法：收被测物理控制的光通量，经光电转换后有检测机构直接得到所求被测物理量。
差动测量法：利用被测量与某一标准量相比较，所得差或数值比克反应被测量的大小。
光电检测技术的发展趋势：1. 发展纳米，亚纳米高精度的光电测量新技术。
2. 发展小型的，快速的微型光，机，电检测系统。
3. 非接触，快速在线测量。
4. 发展闭环控制的光电检测系统。
5. 向微空间或大空间三维技术发展。
6. 向人们无法触及的领域发展。
7. 发展光电跟踪与光电扫描技术。
在物质受到辐射光的照射后，材料的电学性质发生了变化的现象称为光电效应光电效应分为：外光电效应和内光电效应光电导效应是一种内光电效应。
光电导效应也分为本征型和非本征型两类光电导效应是非平衡载流子效应，因此存在一定的|弛豫现象|:光电导材料从光照开始到获得稳定的光电流需要一定能的时间。
弛豫现象也叫惰性。
光生伏特效应：与光照相联系的是|少数载流子|的行为。
光电检测技术(业界精制)
– 光学变换 – 光电变换 – 电路处理
检测的基本概念
定义：确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作
被测对象： 被测信息：
宇宙万物（固液气体、动物、植物、天体 ……）
物理量（光、电、力、热、磁、声、…） 化学量（PH、成份…） 生物量（酶、葡萄糖、…） ……
全部操作： 检测器具 检测过程
非PN结 电子管类
其他类
实例
PN光电二极管（Si,Ge, GaAs) PIN光电二极管（Si） 雪崩光电二极管(Si, Ge) 光电晶体管(Si) 集成光电传感器和光电晶闸管(Si)
光电元件(CdS, CdSe, Se, PbS) 热电元件(PZT, LiTaO3, PbTiO3) 光电管，摄像管，光电倍增管
传感器、检测仪器、检测装置、检测系统 信号采集、信号处理、信号显示、信号输出
例：空调机测量控制室温 被测对象： 室内空气 被测信息： 温度 检测器具： 温度传感器 --- 热电阻、热电偶
操作过程：空气 热敏电阻 电信号 处理 显示
空调机
返回
直接测量：对仪表读数不经任何运算，直接得出被测量的
5、光电传感、光纤传感和图象传感 6、激光、红外、微光探测，定向和制导 7、光电精密测试，在线检测和控制技术 8、混合光电信息处理、识别和图象分析
光电信息技术
9、光电人工智能和机器视觉 10、光（电）逻辑运算和光（电）计算机及光电数据存储 11、生物光子学
本课程着重在第5、6、7三个方面的一些基本知识，
光电变换
– 光电/热电器件（传感器）、变换电路、前置放大 – 将信息变为能够驱动电路处理系统的电信息（电信号的放大
和处理）。
电路处理
– 放大、滤波、调制、解调、A/D、D/A、微机与接口、控制。
光电检测技术与应用
的总时间内必须是选通状电检测系统典型电路 完整的检测电路设计：前几部分由光电转换二极管与前级放大器组成，其器件选用高性能低噪声运算 放大器来实现电路匹配并将光电流转换成电压信号，以实现数倍的放大。 CCD 驱动电路时序方法：直接数字电路驱动方法、单片机驱动方法、EPROM 驱动方法、专用 IC 驱动 方法 为了解决视频信号在实际应用时，物像边缘明暗交界处光强是连续变化而不是理想的阶跃跳变，可用 比较整形（阈值发）和二次微分（微分法）。 电子细分的方法：移相电阻链细分、幅度分割细分、计算法细分 光生伏特器件可否进行反向偏置？哪些光电器件工作时必须进行反向偏置？ 可以，所有的光生伏特器件都可以进行反向偏置。光敏晶体管、光电场效应晶体管、复合光敏晶体等 必须进行反向偏置。 已知某光敏晶体管的伏安特性曲线见图 6-6.当入射光通量为正弦调制量，即 时，要得到 4.5V 的输出电压，试设计该光敏晶体管的变换电路，并画出输入/输出的波 形图，分析输入与输出信号间的相位关系。 根据题目的要求，找到入射光通量的最大值和最小值：
1) 2) 3) 4)
5) 将循环码转变成二进制或二进制转变为循环码，课本 222 页 6) 用相位法测距时，选用准确度皆为千分之一的两把尺子，一把尺子的测尺长度为 10m，另一把尺子的 测尺长度为 1km，若测距为 462.153m，两把尺子测得的有效数字各为多少？ 尺子 ，准确度为 1cm 用 测得 2.153cm ，有效数字为四位 尺子 ，准确度为 1m 用 测得 462m ，有效数字为四位。
则暗点流电阻为：
有光照时，串联电路中的电流为：
则亮电流电阻为：
(ii)
该光敏电阻的光电导为：
由光电导灵敏度：
得：
6) 已知 CdS 光敏电阻的暗电流电阻 ，在照度为 100lx 时亮电阻 ，用此光敏电阻控 制继电器，如图 3-116 所示，如果继电器的线圈电阻为 ，继电器的吸合电流为 2mA ，问需要多 少照度时才能使继电器吸合？如果需要在 400lx 时继电器才能吸合，则此电路需要作如何改进？ (i) 该光敏电阻的光电导为：
《光电检测技术与应用》郭培源
辐射度的基本物理量
辐射照度Ee：投射在单位面积上的辐射通量。 单位：［W/m2］ 辐射出射度Ｍe ：扩展辐射源单位面积所辐射 的通量（也称辐射本领）。单位：［W/m2］ 辐射亮度Ｌe ：辐射表面定向发射的辐射强度。 单位：［W/m2．Sr］ 光谱辐射通量Φe（λ）：辐射通量的光谱密度， 即单位波长间隔内的辐射通量。
辐射亮度
辐射出射度 辐射照度
Ｌ
Ｍ Ｅ
＝dI / dA cos
瓦特／球面度 Wm-2 sr-1 平方米
瓦特／平方米 瓦特／平方米 Wm-2 Wm-2
M d / dA
E d / dA
光度量的最基本单位
发光强度Iv：发出波长为555nm的单色辐射， 在给定方向上的发光强度规定为1cd。单位： 坎德拉（Candela）［cd］，它是国际单位制 中七个基本单位之一。 光通量Φv：光强度为1cd的均匀点光源在1sr内 发出的光通量。单位：流明［lm］。 光照度Ev：单位面积所接受的入射光的量 ，单 位：勒克斯［lx］，相当于 1平方米面积上接 受到1个流明的光通量。
光电变换
– 光电/热电器件（传感器）、变换电路、前置放大 – 将信息变为能够驱动电路处理系统的电信息（电信号的放大 和处理）。
电路处理
– 放大、滤波、调制、解调、A/D、D/A、微机与接口、控制。
光电检测系统与人操作功能比较
被测物体 手控
感觉器官
人脑
被测物体 执行机构
光电传感
微机
光电传感部分相当于人身的感觉器官
二、检测技术在日常生活中的应用
家用电器： 数码相机、数码摄像机：自动对焦---红外测距传感器 自动感应灯：亮度检测---光敏电阻 空调、冰箱、电饭煲：温度检测---热敏电阻、热电偶 电话、麦克风：话音转换---驻极电容传感器 遥控接收：红外检测---光敏二极管、光敏三极管 可视对讲、可视电话：图像获取---面阵CCD 办公商务：扫描仪：文档扫描---线阵CCD 红外传输数据：红外检测---光敏二极管、光敏三极管 医疗卫生： 数字体温计：接触式---热敏电阻，非接触式---红外传感器 电子血压计：血压检测 --- 压力传感器 血糖测试仪、胆固醇检测仪 --- 离子传感器
光电检测技术与应用课后答案
第2章1、简述光电效应的工作原理。
什么是暗电流？什么是亮电流？P11答：暗电流指的是在无光照时，由外电压作用下P-N结内流过的单向电流；光照时，光生载流子迅速增加，阻值急剧减少，在外场作用下，光生载流子沿一定方向运动，形成亮电流。
2、简述光生伏特效应的工作原理。
为什么光伏效应器件比光电导效应器件有更快的响应速度？P15答：（1）光生伏特效应的工作基础是内光电效应.当用适当波长的光照射PN结时，由于内建场的作用（不加外电场），光生电子拉向n区，光生空穴拉向p区，相当于PN结上加一个正电压。
（2）光生伏效应中，与光照相联系的是少数载流子的行为，因为少数载流子的寿命通常很短，所以以光伏效应为基础的检测器件比以光电导效应为基础的检测器件有更快的响应速度。
3、简述光热效应工作原理。
热电检测器件有哪些特点？P15、P17第3章2、对于同一种型号的光敏电阻来讲，在不同光照度和不同环境温度下，其光电导灵敏度与时间常数是否相同？为什么？如果照度相同而温度不同时情况又会如何？3、为什么结型光电器件在正向偏置时，没有明显的光电效应？它必须在哪种偏置状态？为什么？答：因为p-n结在外加正向偏压时，即使没有光照，电流也随着电压指数级在增加，所以有光照时，光电效应不明显。
p-n结必须在反向偏压的状态下，有明显的光电效应产生，这是因为p-n结在反偏电压下产生的电流要饱和，所以光照增加时，得到的光生电流就会明显增加。
5、光电导器件响应时间（频率特性）受哪些因素限制？光伏器件与光电导器件工作频率哪个高？实际使用时如何改善其工作频率响应？6、硅光电池的开路电压为什么随着温度的升高而下降？影响光电倍增管工作的环境因素有哪些？如何减少这些因素的影响？答：温度升高时，半导体的导电性将发生一定的变化，即少数载流子浓度随着温度的升高而指数式增大，相对来说多数载流子所占据的比例即越来越小，这就使得多数载流子往对方扩散的作用减弱，从而起阻挡作用的p-n结势垒高度也就降低。
光电检测技术与运用复习提纲
光电检测技术与运用复习提纲1、光电检测系统的基本结构形式分为：几何光学变换的光电检测方法和物理光学变换的光电检测方法。
2、几何光学变换的机构形式：辐射式、反射式、遮挡式、透射式；3、物理光学变换的光电检测的基本结构：干涉式与衍射式。
4、光电检测系统各部分的功能：①光源和照明光学系统：发出的光束作为载体携带被测信息，也可以作为被测对象②被测对象及光学变换：利用各种光学效应，使光束携带上被检测对象的特征信息种待测信号的光与光电探测器实现合理的匹配，以满足光电转换的需要。
④光，形成待检测的光信号。
③光信号的匹配处理：使光源发出的光或产生的携带各电转换：其主要作用是以光信号为媒质，以光电探测器为手段，将各种经待测量调制的光信号转换成电信号，以利于采用目前最为成熟的电子技术进行信号的放大、处理、测量和控制等。
⑤电信号的放大与处理：实现对微弱信号的检测；实现光源的稳定化。
⑥存储、显示与控制系统：将处理好的待测量电信号直接经显示系统显示。
5、可见光的范围：380〜780nm6物体发光有两种基本形式：热辐射及“发光”辐射7、“发光”辐射与热辐射不同，它主要借助其他一些外来激发过程而获得能量，产生辐射发射。
这种发光形式包括：电致发光、光致发光、化学发光、热发光；8、按照光辐射来源不同，将光源分成：自然光源和人造光源。
9、辐射效率：在给定入1〜入2波长范围内，某一辐射发出的辐射通量与产生这些辐射通量所需的电功率之比，称为该辐射源在规定光谱范围内的辐射效率；10、在给定入1〜入2波长范围内，某一辐射体（光源）所发射的光通量与产生这些光通量所需的电功率之比，就是该光源的发光效率；11、相关色温：对于一般光源，它的颜色与任何温度下黑体辐射的颜色都不相同，这时的光源用相关色温表示，在均匀色度中，如果光源的色坐标点与一温度下黑体辐射的色坐标接近，则该黑体的温度称为光源的相关色温；12、光源的颜色包含两方面的含义，即色表和显色性。
光电检测技术与应用.PPt
（2）周期测量法 在周期测量法中，采用固定频率很高的参考脉 冲 fs 作为计数器的脉冲源，而让被测信号 fx 经整 形后再经过一个门控电路去控制闸门，其电路原 60 f 理图如图9-31所示。 n=
m
1. 透射分离型主动开关
将发光管和光电接收管相对安装，以形成光通路。 当无物体档光时，开关接通；当有物体挡光时，开关 就断开。
透射
此外
此外，透射分离型主动开关也用于工业自动控制、自动报警及一些引爆、 燃烧等封闭室内的室外点火等的控制。
2.反射型主动开关
光电开关的发光管和光电接收管平行安装 （或略有倾角）。当发光管发出的光遇到障碍时， 在距离足够近时，由障碍物反射回来的 光被 光电接收管接受而开关动作。这种开 关可 应用于各种机械运行的行程限制、位 置传 感，也有效地用于汽车的紧急制动。
热释电检测器有两个特点：一是只 或 交变响应突变的辐射，而是响应光谱无选 择型。使它对静止的环境辐射不作反应， 而能够检测人的活动。当人走近光电开关 作用区域时，热释电器件接受人身的辐射， 输出电脉冲信号使被动开关接通， 其过 程可由图9-28所设示的方块图完成。
图中，光电脉冲经放大器和带通滤波器 后形成控制信号去触发定时器。定时器可 认为设定时间，在设定时间内控制信号报 警器发声，定时完毕后开关断开。 此外，火焰报警、火车车轮轴故障的自 动报警等装置也是类似的被动开关。
9.2.2 光电转速计
1.光电转速计原理 光电转速计原理如图9-29所示。盘1装 在欲测转速的轴上，光源从2出发的光线， 2 经盘1调制后透射或反射至光电检测器3， 转速可由光电检测器3产生的脉冲频率 决定。
n=
60 f m
图 9-29 光电转速计原理 （a）带孔的盘 （b）带齿的盘 （c）黑白相间的盘
光电检测技术及应用周云秀
光电检测技术及应用周云秀
光电检测技术是通过光电转换原理实现对物体或信号的检测和测量的技术。
随着科学技术的不断进步，光电检测技术已经广泛应用于各个领域，包括生物医学、环境监测、工业自动化以及通信等。
首先，光电检测技术在生物医学领域中具有重要的应用。
例如，光电传感器可以通过检测人体外部光线的强度和频率来测量人体的脉搏和心率。
此外，光电检测技术还有助于实现对生物分子的快速检测和识别。
通过与光学技术相结合，可以在细胞和组织层面上进行非侵入性的研究和诊断。
光电检测技术在环境监测中也有广泛的应用。
例如，光电传感器可以检测空气中的污染物浓度，如二氧化碳和甲醛等有害气体。
此外，光电传感器还可以用于测量土壤中的湿度和温度，以便更好地了解植物生长的环境。
在工业自动化方面，光电检测技术被广泛应用于位置和运动的测量。
例如，光电开关可以检测到物体的到位情况，从而实现自动化生产线的操作控制。
此外，光电检测技术还可以用于测量物体的直径、高度和形状等参数，从而实现对产品质量的控制。
最后，光电检测技术在通信领域中也发挥着重要作用。
例如，光电探测器可以将光信号转换为电信号，实现光纤通信系统中的信号传输和接收。
此外，光电检测技术还可以用于光谱分析和光学测距，从而提高通信系统的传输速率和可靠性。
总结来说，光电检测技术在各个领域中都具有重要的应用价值。
通过利用光电转换原理，可以实现对物体或信号的精确检测和测量。
随着科技的不断发展，光电检测技术将会在更多的领域中得到应用，并为人们的生活和工作带来更多的便利和效益。
信息光学中的光电检测技术及应用
信息光学中的光电检测技术及应用在信息光学领域，光电检测技术是至关重要的。
它是指利用光电效应将光信号转化为电信号的技术。
本文将介绍光电检测技术的基本原理和常见的应用领域。
一、光电检测技术的基本原理光电检测技术是基于光电效应的，其原理是当光照射到光敏材料或器件时，会产生光电子或载流子，从而产生电流或电压信号。
光电检测技术可以分为两大类：光电转换和光电放大。
1. 光电转换光电转换是指将光信号转化为电信号的过程。
常见的光电转换器件有光电二极管、光敏电阻、光伏电池、光电倍增管等。
其中，光电二极管是最常见的光电转换器件之一。
当光照射到光电二极管上时，光子激发了半导体材料中的电子，使其从价带跃迁到导带，产生电流。
而光敏电阻则是通过光照射后改变其电阻值来实现光电转换。
2. 光电放大光电放大是指将微弱的光信号通过光电器件放大成较大的电信号。
光电放大常用的器件有光电倍增管、光电晶体管和光电三极管等。
光电倍增管是一种能够将单个光子转化为多个电子的器件，它通过光电子倍增过程放大光信号。
光电晶体管和光电三极管则是通过控制电流或电压来放大光信号。
二、光电检测技术的应用光电检测技术在诸多领域中有着广泛的应用。
以下将介绍一些常见的应用领域。
1. 光通信光通信是指利用光信号传输信息的通信方式。
光电检测技术在光通信领域中起到了至关重要的作用。
通过光电转换器件，可以将接收到的光信号转化为电信号，进而进行信号处理和解码。
2. 光电传感光电传感是指利用光电检测技术进行物理量或化学成分的测量和检测。
比如在环境监测中，光电转换器件可以用来检测大气中的污染物浓度；在医学诊断中，光电检测技术可以用来检测体内物质的含量。
3. 光生物学光生物学是研究光与生物体相互作用的学科。
光电检测技术在光生物学中有着广泛的应用，可以用于观测生物体的光物理过程，如光合作用、光信号传导等，从而揭示生物体的生命活动规律。
4. 光学成像光电检测技术在光学成像领域中也被广泛应用。
完整word版,光电检测技术和应用_郭培源_课后答案
光电检测技术与应用课后答案第1章1、举例说明你说知道的检测系统的工作原理。
（1）光电检测技术在工业生产领域中的应用：在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位…（2）光电检测技术在日常生活中的应用：家用电器——数码相机、数码摄像机：自动对焦---红外测距传感器自动感应灯：亮度检测---光敏电阻空调、冰箱、电饭煲：温度检测---热敏电阻、热电偶遥控接收：红外检测---光敏二极管、光敏三极管可视对讲、可视电话：图像获取---面阵CCD医疗卫生——数字体温计：接触式---热敏电阻，非接触式---红外传感器办公商务——扫描仪：文档扫描---线阵CCD红外传输数据：红外检测---光敏二极管、光敏三极管（3）光电检测技术在军事上的应用：夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标光电检测技术应用实例简介点钞机（1）激光检测—激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字，会使荧光字产生一定波长的激光，通过对此激光的检测可辨别钞票的真假。
由于仿制困难，故用于辨伪很准确。
（2）红外穿透检测—红外信号的检测红外穿透的工作原理是利用人民币的纸张比较坚固、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高，因而对红外信号的吸收能力较强来辨别钞票的真假。
人民币的纸质特征与假钞的纸质特征有一定的差异，用红外信号对钞票进行穿透检测时，它们对红外信号的吸收能力将会不同，利用这一原理，可以实现辨伪。
（3）荧光反应的检测—荧光信号的检测荧光检测的工作原理是针对人民币的纸质进行检测。
人民币采用专用纸张制造（含85％以上的优质棉花），假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造，经漂白处理后的纸张在紫外线（波长为365nm的蓝光）的照射下会出现荧光反应（在紫外线的激发下衍射出波长为420－460nm的蓝光），人民币则没有荧光反应。
所以，用紫外光源对运动钞票进行照射并同时用硅光电池检测钞票的荧光反映，可判别钞票真假。
（4）纸宽的检测—红外发光二极管及接收二极管的应用主要是用于根据钞票经过此红外发光及接收二极管所用的时间及电机的转速来间接的计算出钞票的宽度，并对机器的运行状态进行判断，比如有无卡纸等；同时也能根据钞票的宽度判断出其面值。
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其中，f ( E )(电子占据某一能量状态E的几率)
玻耳 兹曼 常数
(2) 半导体中的费米能级(EF＝(E-+E+)/2)
导带
EED EFn
EF EFp EA E+
价带 本征半导体 N型半导体 P型半导体
禁带宽度Eg＝E- - E+
2.3 半导体基础知识
四、载流子的运动 3、非平衡载流子 (1) 在外界作用下，电子＆空穴 的产生率大于复合率，导致载流 (2) 复合率=Δn/ζ，式中,，ζ为常数，称 (1) 定义 子数目增加，这种增加的电子＆ 为非平衡载流子的寿命。其物理意义： 空穴称为非平衡载流子。 (3)（a）直接复合：导带电子直接落在价 (2) 寿命 （a）标志着非平衡载流子复合的快慢； 带空穴的位置上而与空穴结合失去其自由 （b）非平衡载流子的浓度衰减到原来 (3) 复合 态的过程。（b）间接复合：导带电子通 的1/e所需的时间；（c）非平衡载流子 (4) 陷阱效应 过复合中心（由于半导体中晶体结构的不 的平均存在时间。
2.3 半导体基础知识
三、能带理论
2、电子共有化运动（Flash演示）：
1）原子以一定的周期重复排列所构成的物体称为 晶体； 2）晶体中的不同原子的电子轨道发生不同程度的 交迭，使原来隶属于某一原子的电子，不再是此 原子私有，而是在整个晶体中运动，成为整个晶 体所共有，这种现象称作电子的共有化； 3）电子的共有化只发生在能量相同的量子态之间。
2.3 半导体基础知识
1、几个概念
(5) 载流子; (6)施主杂质，受主杂质，施主能级;
在晶体中掺杂的杂质，如杂质 本身为正电中心，施予电子， 我们称之为施主杂质，而被束 缚于施主上的电子的能量状态 称为施主能级；如杂质本身是 负电中心，接受电子，我们称 之为受主杂质，受主的空能量 状态称为受主能级。
2.3 半导体基础知识
三、能带理论
3.晶体中电子的能带(Flash演示) 1) 能量区域中密集的能级形象称为能带； 2) 能量最高的价电子填满的能带称为价带； 3) 能量最低的能带为导带，中间为禁带； 4) 绝缘体、半导体、导体的能带情况。
2.3 半导体基础知识
四、载流子的运动
物质受到光照后所产生的光电 子只在物质内部运动而不会逸 出物质外部的现象，其多发生 于半导体内。
光电发射效应
1905年德国物理学家爱因斯坦 用光量子学说解释了光电发 射效应，获得1921年诺贝尔物 理学奖。
过程：（1）电子吸收光子以后产生激 发，即得到能量；（2）得到光子能量 的电子（受激电子）从发射体内向真空 界面运动（电子传输）；（3）这种受 激电子越过表面势垒向真空逸出。
完整性和杂质的存在，在禁带内存在一些 深能级，这些能级能俘获自由电子与自由 空穴，从而使它们复合，这种深能级称为 (4) 杂质能级积累非平衡载 复合中心）与价带上的空穴复合。 流子的作用。
2.3 半导体基础知识
五、载流子的运动(Flash演示) 1、扩散运动 2、漂移运动 六、半导体对光的吸收 由于光子的作用使电子由价带跃迁到导带 1、本征吸收 引起的吸收 2、杂质吸收 杂质能级中的电子与空穴吸收光子， 3、自由载流子吸收 4、激子吸收 5、晶格吸收
辐射出射度
Le
Me
瓦特／球面度 平方米
瓦特／平方米
Wm-2 sr-1
Wm-2
M d / dA
辐射照度
Ee
E d / dA
瓦特／平方米
Wm-2
2.2 辐射与光度学量
光度量的最基本单位 发光强度Iv：发出波长为555nm的单色辐射， 在给定方向上的发光强度规定为1cd。单位： 坎德拉（Candela）［cd］，它是国际单位制 中七个基本单位之一。 光通量Φv：光强度为1cd的均匀点光源在1sr内 发出的光通量。单位：流明［lm］。 光照度Ev：单位面积所接收的入射光的量 ， 单位：勒克斯［lx］，相当于 1平方米面积上 接受到1个流明的光通量。
波动理论
2.1 光的基本性质
光量子说
1900年普朗克在研究黑体辐射时，提出辐射的 量子论 1905年，爱因斯坦在解释光电发射现象时提出 光量子的概念 光子的能量与光的频率成正比 光具有波粒二象性
第二章 光电检测技术基础
主要教学内容： 2.1 光的基本性质 2.2 辐射与光度学量 2.3 半导体基础知识 2.4 光电效应
2.4 光电效应
一、定义
因光照而引起物体电学特性的改变称为光 电效应。 二、类型 外光电效应：光电发射效应 内光电效应：光电导效应&光生伏特效应
光电导效应
1、定义 半导体受光照射后，其 内部产生光生载流子， 使半导体中载流子数 显著增加而电阻减小的 现象。 本征半导体 & 杂质半导体都能产生光 电导效应，当光子能量 大时， 易于发生本征光电导； 当光子能量小时，易于 发生杂质光电导。
2.2 辐射与光度学量
辐射度的基本物理量 辐射出射度Me ：辐射体在单位面积内所辐射的 通量或功率称为辐射出射度（也称辐射本领）。 用来量度物体辐射能力的物理量。单位： [W/m2] 辐射亮度Le ：辐射表面定向发射的辐射强度。 单位：[W/m2.Sr] 辐射照度Ee：投射在单位面积上的辐射通量。 单位：[W/m2] 光谱辐射通量Φe(λ)：辐射通量的光谱密度，即 单位波长间隔内的辐射通量。
2.2 辐射与光度学量
光度的基本物理量 光度量和辐射度量的定义、定义方程是 一一对应的。辐射度量下标为e，例如Qe， Φe，Ie，Me，Ee，光度量下标为v，Qv， Φv，Iv，Lv，Mv，Ev。 光度量只在可见光区（380~780nm)才有 意义。 辐射度量和光度量都是波长的函数。
晴天阳光直射地面照度约为100000lx 晴天背阴处照度约为10000lx 晴天室内北窗附近照度约为2000lx 晴天室内中央照度约为200lx 晴天室内角落照度约为20lx 阴天室外50—500lx 阴天室内5—50lx 月光（满月）2500lx 日光灯5000lx 电视机荧光屏100lx 阅读书刊时所需的照度50~60lx 在40W白炽灯下1m远处的照度约为30lx 晴朗月夜照度约为0.2lx 黑夜0.001lx
2.3 半导体基础知识
四、载流子的运动 2、热平衡载流子 (1)费米能级EF
f (E) 1 1 e
E EF kT
E EF 时，f ( E ) 1 / 2 E EF 时，f ( E ) 1 / 2 E E 时，f ( E ) 1 / 2 F
第二章 光电检测技术基础
主要教学内容： 2.1 光的基本性质 2.2 辐射与光度学量 2.3 半导体基础知识 2.4 光电效应
2.3 半导体基础知识
一、定义
以电阻率界限定义
导体 半导体 绝缘体
10－6 Ω•cm
－3 铜， 10 银 等
硅， 锗 等
硫化镉
1012
云母， 琥珀
2.3 半导体基础知识 纯硅在室温下的电导率为5×10
2.4 光电效应
一、定义
因光照而引起物体电学特性的改变称为光 电效应。 二、类型 外光电效应：光电发射效应 内光电效应：光电导效应&光生伏特效应
1、几个概念
(1) 本征半导体：完全纯净＆结构完整的半导体。
(2) 本征激发：电子由价带直接激发跃迁到导带。 (3) N型半导体＆P型半导体：主要由电子导电的半 导体称为？？？ (4) 空穴：价带中的电子空位。
电子＆空穴都能导电，我们通称 他们为载流子。在N型半导体中， 一般把电子称为多数载流子，而 在P型半导体中，空穴自然称为 四、载流子的运动 多数载流子；
光电发射效应的主要性质
斯托列托夫定律(光电发射第一定律) 当入射光线的频谱成分不变时，光电阴极的饱和 光电发射电流I k 与被阴极所吸收的光通量（标度 k 可见光对人眼的视觉刺激程度的量称）成正比。 即 I k S k k
表征光电发 射灵敏度的 系数
光电发射效应的主要性质
爱因斯坦定律(光电发射第二定律) 发射出光电子的最大动能随入射光频率的增高而线性 增大，而与入射光的光强无关，即光电子发射的能量 关系符合爱因斯坦公式： 1 h ( me 2 ) max 0 2
之一的杂质时，电导率却上升至2Ω1•cm-1，几乎增加了一百万倍。
2.3 半导体基础知识
三、能带理论
1、电子运动的三个特点：
1）具有稳定的运动状态（量子态），每一个量子态 所确定的能量称为能级。越外层能量越高； 2）严格讲原子中没有完全确定的轨道；
3）泡利不相容原理：每一个能级中，最多容纳两个 自旋方向相反的电子。
第二章 光电检测技术基础
主要教学内容： 2.1 光的基本性质 2.2 辐射与光度学量 2.3 半导体基础知识 2.4 光电效应
2.4 光电效应
一、定义 物质受到光照后 因光照而引起物体电学特性的改变称为 向外发射电子的 光电效应。 现象，其多发生 于金属&金属氧化 二、类型 物 外光电效应：光电发射效应 内光电效应：光电导效应&光生伏特效应
2.2 辐射与光度学量
辐射度的基本物理量 辐射能Qe ：一种以电磁波的形式发射、 传播或接收的能量。单位：焦耳[J] 辐射通量Φe：光源在单位时间内辐射的 总能量称为光源的辐射通量，也记为辐 射功率Pe，是辐射能的时间变化率。单 位：瓦[W] 辐射强度Ie：点辐射源在给定方向上通过 单位立体角内的辐射通量。单位：[W/Sr]