研究生光电检测第2章

合集下载

光电检测技术精品专业课件

光电检测技术精品专业课件
血糖测试仪
三、在军事上的应用
美军研制的未来单兵作战武器
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。
四、检测技术在国防领域的应用
美国国家导弹防御计划---NMD
1.地基拦截器 2.早期预警系统 3.前沿部署(如雷达) 4.管理与控制系统 5. 卫星红外线监测系统
监测系统: 探测和发现 敌人导弹的发射并追踪 导弹的飞行轨道;
16、业余生活要有意义,不要越轨。2021/7/232021/7/23Jul y 23, 2021
17、一个人即使已登上顶峰,也仍要 自强不 息。2021/7/232021/7/232021/7/232021/7/23
光电检测技术
光电传感器:
– 基于光电效应,将光信号转换为电信号的一种光电器件 – 将非电量转换为与之有确定对应关系的电量输出。
硅原子数百万分之一的杂质时,电导率为2 /(欧姆•厘米))
半导体导电能力及性质受光、电、磁等作用的影 响。
本征和杂质半导体
本征半导体就是没有杂质和缺陷的半导体。
在绝对零度时,价带中的全部量子态都被电子占据,而 导带中的量子态全部空着(半导体的共价键结构,能带、 电子、空穴对,载流子)。温度升高,导电能力增强, 电子、空穴对
光电检测技术 与应用
教材
《光电检测技术与应用》郭培源 编著 北京航空航天大学出版社
参考书目
《光电检测技术》曾光宇等编著 清华大学出版社 《激光光电检测》吕海宝等编著 国防科技大学出版社 《光电检测技术》雷玉堂等编著 中国计量出版社
目录
第一章 绪论
第二章 2.1 2.2 2.3 2.4
光电检测技术基础 光的基本性质 辐射与光度学量 半导体基础知识 光电效应

《光电技术(第2版)》第2章光电探测器2

《光电技术(第2版)》第2章光电探测器2

(一)基本结构与原理
硅光电二极管
分为 以P型硅为衬底的(国产型号2DU系列) 以N型硅为衬底的(国产型号2CU系列)
光电二极管的电流方程
PN结的电流方程为
qU
I ID (e kT 1)
硅光电二极管伏安特性曲线
式中:U是加在二极管两端的电压,T为温度,k为 玻耳兹曼常数,q为电子电量。
ID和U均为负值,且 U kT / q 时(室温下很容易 满足)的电流称为反向电流或暗电流。
出功率和转化效率。即把受光面做得较大, 或把多个光电池作串、并联组成电池组,与 镍镉蓄电池配合,可作为卫星、微波站等无 输电线路地区的电源供给。
2、光电池用作检测元件
利用其光敏面大,频率响应高,光电流 与照度线性变化,适用于开关和线性测量等。
3 、光电池零伏偏置电路
A是高输入阻抗放大器,Ri 是光生伏特器件内阻,
光敏面小,势垒电容小,响应快,但工艺困难。
(2)扩散层PN结光电二极管: 耗尽层厚度小于结的任一边的扩散长度,工作 区是结两边的扩散区,光电流主要由扩散流 引起。
(3) 耗尽层型PN结光电二极管
耗尽层厚度大于结的任一边的扩散长度,光 电转换主要在耗尽层内,光电流主要由漂移 电流引起的。有很高的频率响应。
结构:为了实现雪崩过程,基片杂质浓度 很高,使之容易碰撞电离;
片子厚度较薄,保证较高的电场强度
三种雪崩光电二极管结构示意图
影响雪崩光敏二极管工作的因素:
(1)雪崩过程伴有一定的噪声,并受温度 的影响较大;
(2)表面材料的缺陷使PN结各电场分布不 均,局部先击穿使漏电流变大,增强了噪声;
(3)工作偏压必须适当。
最佳工作点在B 处,接近雪崩点 附近。 为了压低暗电流, 可把工作点左移 一些。

《光电检测技术》第2课PPT课件

《光电检测技术》第2课PPT课件

假定人眼同时观察2个在同一位置的辐射体A和B,它 们在观察方向的辐射强度相等,A的波长为λ,B的波 长为555nm,则人眼对A的视觉强度与人眼对B的视觉 强度之比为波长λ的A辐射体对人眼的视见函数。
V(λ)是个无量纲的物理量
将555nm所对应的黄绿光波长的光谱光视效率值定为1,
所以V(λ)<1
.
18
能源与动力工程学院
2.2 辐射度参数与光度参数的关系
2、视见函数曲线:
暗视觉
明视觉
.
19
能源与动力工程学院
2.2 辐射度参数与光度参数的关系
二、辐射度参数与光度参数的转换:
XVKmV()Xe
光功当量常数= KmV()
明视觉条件:Km=683 lm/w
暗视觉条件:Km′=1725 lm/w
整个可见光范围内:
单位:lm(流明)
.
6
能源与动力工程学院
2.1 辐射量和光学量及其单位
3、辐射出射度与光出射度:
• 辐射出射度: Me
面积为A的有限辐射体,表面某点面元处dA向半
球空间内发射的辐射通量dΦe
定义式:
Me
de
dA
• 光出射度: Mv
均匀辐射:
M
e
e A
面光源单位元表面内向外所发射的光通量
公式:Mv=dΦV/dA 发光均匀:Mv=Φv/A
第二章 光辐射的光度学基础
.
1
.
2
可见光区波长分布
光色 红(Red) 橙(Orange) 黄(Yellow) 绿(Green) 青(Cyan) 蓝(Blue) 紫(Violet)
波长λ(nm) 780~630 630~600 600~570 570~500 500~470 470~420 420~380

光电检测技术—第二章

光电检测技术—第二章
第二章 光电检测用光源
光电检测技术—第二章
光学变换
光电变换
光电检测技术—第二章
电路处理
第二章 光电检测用光源
掌握内容 发光二极管和激光光源的产生机理及基本特性,
为正确使用打下一定基础。 理解内容 光产生的基本原理及方法 了解内容 气体光源和部分固体光源的机理和基本特性。
光电检测技术—第二章
– X射线、紫外辐射、可见光、红外辐射。
狭义上——可见光
– 对人眼能产生目视刺激而形成“光亮”感的 电磁辐射。
– 380~780nm。
光电检测技术—第二章
2.1.1 光的本质及产生
光是从实物中发射出来的,是以电磁波传播的物 质
粒子在不断地运动:原子内有若干电子围绕原子 核不断运动
运动有多种可能状态 不同运动状态的电子具有不同能量 当它们的运动受到骚扰时就可能发射出电磁波。
– 光通量在可见光范围内对时间的积分。 – 流明秒:lm.s
光电检测技术—第二章
2.2 光源的基本特性参数
辐射通量Φe :
– 在单位时间内,以辐射形式发射、传播或接收的辐 射能。
– 瓦:W
光通量Φv :
– 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,其光能被无穷短时间间隔 dt来除,其商定义为光通量。
2.1.1 光的本质及产生
实际上,物质受激而发光是很复杂的,有些同 属几种受激过程。
平衡和非平衡辐射:
– 热辐射是一种能达到平衡状态的辐射,也称温度辐 射,是热平衡状态的辐射。
– 激发发光是一种非平衡辐射,即以一种外加能量转 换成光能的过程。其光谱包括线光谱、带光谱。
光电检测技术—第二章
2.1.2 光源分类

《光电检测技术第二版》中国计量出版社第二章课件续

《光电检测技术第二版》中国计量出版社第二章课件续

&− U )
正向连接
-
当p-n结反向连 结反向连 接时, 接时,外电场方向 与 结中的电场方向 相同, 相同,结中电场增 势垒升高, 强,势垒升高,扩 散减弱, 散减弱,少数载流 子形成反向电流。 子形成反向电流。
p
n
+
e(U0 + U )
反向连接
光电检测技术基础
实际上,PN结在反向工作时还有一定的微小电流, 这是由P区少数载流子(电子)和N区少数载流子(空穴) 在电场力的作用下形成的.称为PN结的反向电流,它 的大小与外加电压基本无关,但它随温度而变化. 反向电流一般很小(因P区的电子和N区的空穴很少), PN结表现为一个很大的电阻,所以仍认为PN结外加反 向电压时基本上不导电.
光电检测技术基础
当加到PN结上的反向电压超过一定数值时,反向 电流就有明显的增加,甚至突然猛增,这种现象叫PN 结的击穿。PN结击穿后,其单向导电特性遭到了破坏, 同时可能因反向电流过大而使PN结烧坏。 击穿并不一定是坏事。在电子线路中常用的硅稳 压管就利用了击穿现象。因为它击穿以后,通过PN结 的电流可以有相当大的变化而其两端电压却变化很小, 所以起到了稳压作用。
PN结的单向导电特性 如果在PN结上加一电压,当P区接正而N区接负时就 有一定的电流通过,并且随外加电压的升高电流迅速增 大,这时的外加电压称为正向电压或正向偏置电压; 当P区接负而N区接正时,电流就很微小并且电流数 值与外加电压关系不大。这就是PN结的单向导电特性。 这时的外加电压称反向电压或反向偏置电压。
−+ −+ −+
n
U0
p-n结 结
光电检测技术基础
由于空间电荷区存在着 电场,所以在空间电荷区的 两边就有电位差,这个电位 差叫做接触电位差,通常也 称为内建电势。一般硅PN结 的接触电位差为0.5-0.8V, 锗PN结的接触电位差为0.10.3V.

光电传感与检测 第2章 光电检测技术基础1

光电传感与检测 第2章 光电检测技术基础1

内建电场阻碍空穴和电子的继续扩散,对空穴来说, 电场力要把空穴推到P区,对电子来说,电场力要把电 子拉到N区,电场力对载流子的这种作用叫做漂移作 用.由此可见,漂移作用和扩散作用二者是一对矛盾, 有扩散运动就会产生内建电场,引起漂移运动,而漂移 运动又削弱了扩散运动。当二者的作用相等时,就达到 了动态平衡,这时空间电荷区的宽度和空间电荷数目就 不再增加,内建电场也不再增强,PN结处于动态平衡状 态,形成PN结。
晶体中电子的能带


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;
晶体的能带
非平衡载流子
(1)定义: 在外界作用下,电子&空穴的产生率大于复合率,导致载流子数目增 加,这种增加的电子&空穴称为非平衡载流子。 (2)寿命:复合率=Δn/ζ,式中,,ζ为常数,称为非平衡载流子 的寿命。其物理意义:(1)标志着非平衡载流子复合的快慢;(2) 非平衡载流子的浓度衰减到原来的1/e所需的时间;(3)非平衡载流 子的平均存在时间。 (3)复合:(1)直接复合:导带电子直接落在价带空穴的位置上而 与空穴结合失去其自由态的过程。(2)间接复合:导带电子通过复 合中心(由于半导体中晶体结构的不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,这种深能级称为复合中心)与价带上的空穴复合。 (4)陷阱效应:杂质能级积累非平衡载流子的作用。
辐射度量和光度参数在概念上不一样,但它们的计 量方法有很多相同之处,常用相同的符号表示,为区 别,右下角标“e”表示辐射度参数,标“v”或不标表 示光度参数。 1、关于辐射源的参数 计量辐射源在辐射波长范围内发射连续光谱或单色 光谱能量的参数。 ①辐射能和光能

南理工光电检测技术课程02光电检测器

南理工光电检测技术课程02光电检测器

线性动态范围
描述光电检测器在保持线性响应时的输入光功率范围,单位 为dB。线性动态范围越大,光电检测器对光信号的动态范围 越大。
饱和度
描述光电检测器在接收超过其最大承受光功率时的响应状态 。当光功率超过饱和度时,光电检测器的输出将不再随输入 光功率增加而增加,导致信号损失。
03
光电检测器的性能比较
环境监测
生物医学
在环境监测领域,光电检测器可用于检测 空气质量、水质、辐射等环境参数,实现 环境监测和保护。
在生物医学领域,光电检测器可用于生物 组织、细胞和分子的光学检测和成像,为 医学研究和诊断提供支持。
02
光电检测器的技术参数
响应度与响应速度
响应度
描述光电检测器对光信号的敏感 程度,单位为A/W或A/lux。响应 度越高,光电检测器的光电转换 效率越高。
光电倍增管与硅光电倍增管
光电倍增管 具有较高的灵敏度和响应速度;
可以放大微弱的光信号;
光电倍增管与硅光电倍增管
但体积较大,容易受到电磁干扰; 硅光电倍增管 具有体积小、重量轻、稳定性好等优点;
光电倍增管与硅光电倍增管
响应速度快,且具有较好的线性度;
但对紫外光和短波长光较为不敏感。
对可见光和近红外光有较高的灵敏度;
04
光电检测器的应用实例
光电检测器在环境监测中的应用
总结词
广泛用于环境监测领域,如空气质量、水质和土壤成分的检测。
详细描述
光电检测器可以检测空气中的有害气体、颗粒物和气溶胶等物质,为环境保护和治理提供科学依据。在水质检测 方面,光电检测器可以检测水中的溶解氧、浊度、pH值等参数,确保水质安全。在土壤成分检测中,光电检测 器能够分析土壤中的养分、重金属和其他污染物,为农业生产和土地保护提供数据支持。

光电检测技术-Ch02演示课件.ppt

光电检测技术-Ch02演示课件.ppt

牛顿望远镜——反射式 望远镜
牛顿光学系统主镜是抛物面反射镜,次镜 是平面反射镜,位于主镜焦点附近,且与光轴 成45度角。对于无限远轴上点没有像差。
施密特光学系统——折 反式光学系统
望远镜的光学性能
视角放大率——通过望远镜观察物体,物体的像对眼睛 的张角与人眼直接物体时物体对人眼张角的正切比值
距离的地方。
分划板
望远光学系统
开普勒望远镜
垂轴放大倍率 角放大倍率 轴向放大倍率
f2 '
f1 '
f1 '
f2 '


dx ' dx


f2 f1
' '
2
伽利略望远镜
开普勒望远系统
开普勒式望远镜是折射式望远镜的一种。物镜组和 目镜组是凸透镜形式。这种望远镜成像是倒立的, 但视场可以设计的较大,最早由德国科学家开普勒 (Johannes Kepler)于1611年发明。
e

250 f '2
f1' f2 '
显微镜的光学间隔 X’
显微镜分辨本领
分辨力——成像光学系统的分辨本领,是光学 系统可以分清细节的能力。
显微镜分辨率——能分辨的物方最近的两个点 之间距离来衡量。
受光的衍射效应的影响,点光源经过理想的光学系统所成 的像也不是点像,而是由一系列明暗相间的光环组成的衍 射斑。
Chapter 2
学习目放大镜 显微镜 望远镜
理想光学系统模型
理想光学系统的建立
物空间中每一点对应于像空间中相应的点,且 只对应一点,这两个对应点称为物像空间的共 轭点
物空间中的每一条直线对应于像空间相应的直 线,而且只对应一条,这两条对应直线称为物 像空间的共轭线

南京理工大学光电检测-习题解答

南京理工大学光电检测-习题解答

南京理工大学光电检测课后习题答案第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。

光电检测技术与应用第2章光电检测技术基础

光电检测技术与应用第2章光电检测技术基础

基本概念: 1、稳态光电流:稳定均匀光照 3、亮电导率和亮电流
30.03.2019 光信息科学与技术系
2、暗电导率和暗电流 4、光电导和光电流
15
基本公式:

暗电导率Gd=σdS/L
暗电流Id= σdSU/L 亮电导率Gl= σlS/L 亮电流Il= σlSU/L 光电导Gp= ΔσS/L 光电流Ip= ΔσSU/L
30.03.2019 光信息科学与技术系 8
杂质吸收和自由载流子吸收
引起杂质吸收的光子的最小能量应等于杂质的 电离能 由于杂质电离能比禁带宽度小,杂质吸收的光 谱区位于本征吸收的长波方向. 自由载流子吸收是由同一能带内不同能级之间 的跃迁引起的。载流子浓度很大时,导带中的 电子和价带中的空穴产生带内能级间跃迁而出 现的非选择性吸收
30.03.2019
光信息科学与技术系
12
光对电子的直接作用是物质产生光 电效应的起因
光电效应的起因: 在光的作用下,当光敏物质中的 电子直接吸收光子的能量足以克服原子核的束缚时, 电子就会从基态被激发到高能态,脱离原子核的束 缚,在外电场作用下参与导电,因而产生了光电效 应。
这里需要说明的是,如果光子不是直接与电子起作 用,而是能量被固体晶格振动吸收,引起固体的温 度升高,导致固体电学性质的改变,这种情况就不 是光电效应,而是热电效应。
30.03.2019 光信息科学与技术系 25
(2)、杂质光电导的光谱分布
半导体杂质吸收光子将杂质能级上的电子或空穴激
发成为自由的光生载流子,这就要求光子能量必须大于 等于杂质的电离能。由于杂质的电离能小于禁带宽度,
因此杂质光电导的光谱响应波长比本征光电导的长。同
时由于杂质原子数目少,所以杂质光电导效应相对本征 光电导来说也微弱得多。

南理工光电检测技术课程02 光电检测器件

南理工光电检测技术课程02 光电检测器件

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。
一、简答题 1、光电倍增管的基本结构与工作原理是什么? 2、光电倍增管的供电电路注意哪些问题 ?
二、文献检索(电子作业发至wlty21@) 什么是负电子亲和势(NEA)光电阴极?原理?
第三节、半导体光电检测器件
一、光敏电阻
本征型半导体光敏电阻、掺杂型半导体光敏电阻
当入射光子使电子由价带越升到导带时,导带中的电子和
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——故量子效率比金属
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。
★按用途可分成太阳能光电池和光电检测光电池。
在P(N)型硅作基底,然后在基底上扩散N(P )型半导体作为受光面。构成P-N结后,再经过各 种工艺处理,分别在基底和光敏面上制作输出电极, 涂上二氧化硅作保护膜,即成光电池。
6.噪声等效功率(NEP)
或称最小可探测功率Pmin。 信噪比为1时,入射到探测器上

光电检测器PPT课件

光电检测器PPT课件

3. 为了不使阳极脉动电流引起极间电压发生大的变 化,常在最后几级的分压电阻上并联电容器。
C1
Ι ΑΜ τ LV DD
C1δC2δ2C3
C1 C2 C3
光电倍增管供电. 电路图
32
32
§2-2 真空光电探测器件
光电倍增管 光电倍增管的供电电路
4. 接地方式:倍增管的接地方式有两种,即阴极接地或 阳极接地.
.
29
29
§2-2 真空光电探测器件
光电倍增管 光电倍增管的供电电路
1. 倍增管各电极要求直流供电,从阴极开始至各级 的电压要依次升高,一般多采用电阻链分压办法来 供电。一般情况下,各级电压均相等,约80~100V, 总电压约1000~1300V。
C1 C2 C3
光电倍增管供电. 电路图
30
30
§2-2 真空光电探测器件
3.阳极伏安特性曲线是指阳极电流与阳极和最 末一级倍增极之间电压的关系。
4.在电路设计时,一般使用阳极伏安特性曲线来 进行负载电阻、输出电流、输出电压的计算。
.
24
24
阳极伏安特性曲线
.
25
25
§2-2 真空光电探测器件
光电倍增管
光电特性
光电倍增管的的主要参量与特性
1. 阳极光电流与入射
于光电阴极的光通量之 间的函数关系。
2.噪声等效功率(NEP)表述倍增管阳极信号与噪
声有效值之比等于1时,入射于倍增管光电阴极的光功率
(通量)的有效值。即
IA/InA=1时, NEP=InA/SA
它是倍增管可能探测到的信号光功率(通量)的最小值。
.
28
28
§2-2 真空光电探测器件

第2章光电检测

第2章光电检测
辐射通量, 辐射功率 辐射强度
辐射亮度
辐射出射度
辐射照度
符号 Q
定义方程
单位 焦耳
符号 J
w
w dQ / dv
焦耳/立方米 Jm-3

dQ / dt
P
瓦特
W

I d / d 瓦特/球面度 Wsr-1
L L d 2 / ddS cos 瓦特/球面度 Wm-2
=dI / dS cos
507nm
555nm
人眼对应明视觉和暗视觉的视见函数
第11页
光视效能K:目视引起刺激的光通量与光源发出的辐 射通量之比,单位为lm/W。

K V e
Km
0 V ()e ()d

0 e ()d
KmV
第12页
2.2.3 朗伯辐射体及其辐射特性
朗伯辐射体:对于某些自身发射辐射的辐射源,其辐亮 度与方向无关,即辐射源各方向的辐亮度不变,这类辐 射源称为朗伯辐射体。
噪声的电流均方值为: 与元件有关 的参数
I
2 n

k1I f
/
f

—与流过元器件电流有关的常数,常取=2 —与元器件材料性质有关的系数,约在0.8~1.3之 间,常取=1。
I
2 n

k1I 2f
/
f
——非白噪声
第33页
(4)产生-复合(G-R)噪声
由于半导体内的载流子在产生和复合过程中,自由电子
和空穴数随机起伏所形成。半导体辐射探测器件中的一
种主要噪声。
载流子的平均寿命
噪声的电流均方值为:
I
2 n

4qI ( / e )f 1 4 2 f 2 2

光电检测技术2详解

光电检测技术2详解
15
气体放电光源具有的特点: 1. 发光效率高。比同瓦数的白炽灯发光效率高 2~10倍。 2. 由于不靠灯丝发光,电极可以做得牢固、紧凑、 耐震、抗冲击。 3. 寿命长。一般比白炽灯寿命长2~10倍。 4. 光色适应性强,可在较大范围内选择。 由于这些特点,气体放电光源具有很强的竞争力, 在光电测量和照明中得到广泛使用。
14
§2.3 气体放电光源 也称气体灯。制作时在灯中充入发光用的气 体,如氦、氖、氙、氪等,或金属蒸气,如汞、 钠、铊、镝等,这些元素的原子在电场作用下电 离出电子和离子。 气体放电原理: 当离子向阴极、电子向阳极运动时,从电场中 得到加速,当它们与气体原子或分子高速碰撞时会 激励出新的电子和离子。在碰撞过程中有些电子会 跃迁到高能级,引起原子的激发。受激原子回到低 能级时就会发射出相应的辐射.
发光屏结构与交流发光屏相似,它依靠传导电 流产生激发发光。常用的发光材料是ZnS:Mn、Cu, 发橙黄色的光。 直流发光屏亮度较高,亮度随传导电流的增大而 迅速上升。优点是驱动电路简单、制造工艺简单和成 25 本低。
2.4.3.薄膜场致发光屏 薄膜发光屏与粉末发光屏形式上很相似,但是 很薄(约1微米左右)
氘灯的 外形及 其紫外 光谱分 布图。
氘灯的紫外线辐射强度高、稳定性好、寿命长, 常用作各种紫外分光光度计的连续紫外光源。 19
2.3.2.原子光谱灯 原子光谱灯又称空心阴极灯,其结构如下图所示。 阳极和圆筒形阴极封在玻壳内,玻壳上部有一透明石 英窗。工作时窗口透射出放电辉光,其中主要是阴极 金属的原子光谱.
或者说物体反射光在人眼 内产生的颜色感觉
当光源照射物体时,物体呈现的颜色与该物体 在完全辐射体照射下所呈现的颜色的一致性,就是 该光源的显色性。

光电检测技术知到章节答案智慧树2023年哈尔滨工程大学

光电检测技术知到章节答案智慧树2023年哈尔滨工程大学

光电检测技术知到章节测试答案智慧树2023年最新哈尔滨工程大学第一章测试1.对于下列器件,其所使用波长范围主要是红外线的是哪种仪器?()参考答案:数字体温计2.下列日常所用器件中,哪种应用属于光电变换?()。

参考答案:电视3.下列应用中需要光电跟踪控制的是?()。

参考答案:光纤通信;武器制导;红外遥感;工业产品的在线检测4.下列检测过程中,可以实现非接触检测的是?()。

参考答案:汽车行驶速度检测;火灾现场温度检测;大气污染程度检测5.光电传感器是将被测量的量转换成光信号的变化,然后通过光电元件转换成电信号。

()参考答案:对第二章测试1.下列哪种噪声属于非白噪声?()参考答案:产生-复合噪声;温度噪声;1/f噪声2.光电倍增管的工作原理是基于下列哪种物理效应?()参考答案:光电发射效应3.对于光电倍增管,产生光电效应的部位是?()参考答案:阴极4.对于光电倍增管,假设阴极灵敏度为5 μA/lm,阳极灵敏度为50 A/lm,阳极允许的最大输出电流为 A,那么阴极允许的最大光通量为多少?()参考答案:2x lm5.假设光电倍增管输入电路的电阻和电容分别是R=2 kΩ和C=0.1 μF,那么其带宽是多少?()参考答案:1250 Hz6.下列光电检测器件中,可以用于位置检测的器件是?()参考答案:楔环检测器;光电位置传感器;光电编码器;象限检测器7.下列光电检测器件中,其基本结构属于电容器结构的器件是?()参考答案:CCDD的工作频率与下列哪些因素有关?()参考答案:载流子迁移率;温度;少数载流子的寿命;电极长度;掺杂浓度9.在利用光电位置传感器进行检测时,光斑位置越远离器件中心,测量误差越小。

()参考答案:错10.光电位置传感器与象限检测器件相比,光敏面不需要分割,可以消除盲区的影响,可以连续测量。

()参考答案:对D的电极间隙越小,电荷越容易转移。

()参考答案:对D的像元间距越大,分辨率越高。

()参考答案:错第三章测试1.热电检测器件的噪声主要是下列哪种噪声?()参考答案:温度噪声2.下列哪种电阻的电阻值随着温度的升高而升高?()参考答案:合金电阻;白金电阻3.下列热电检测器件中,只能在交变热辐射条件下工作的热电检测是哪种?()参考答案:热释电检测器4.参考答案:54 s5.热交换能量的方式有传导、辐射、对流三种。

  1. 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. 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. 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)。

Ag-O-Cs 光电阴极的光谱响应曲线如图 2.1-3(b) 所 示。 它的长波灵敏度延伸至红外1.2 μm, 并且有两 个峰值, 近红外800 nm处有一主峰, 另一主峰处于紫 外350 nm。 Ag-O-Cs 光电阴极的灵敏度较低, 其光照灵敏度约 为30 μA/lm, 辐照灵敏度为3 mA/W, 量子效率在峰 值波长处也只有1%; 它的热电子发射密度在室温下超 过任何其它实用阴极, 约为10-11~10-14 A/cm2。
第2章 点探测器
第2章 点探测器
2.1 光电管 2.2 光电倍增管 2.3 光电导探测器 2.4 PN结光伏探测器的工作模式 2.5 硅光电池 2.6 光电二极管 2.7 象限探测器和位敏探测器 2.8 光热探测器 习题与思考题
第2章 点探测器
2.1 光 电 管
光电管是依据光电发射效应而工作的一种光电探 测器。 其结构原理和偏置电路如图2.1-1所示, 主要由 光阴极K、 阳极A和管壳组成。 如果管壳内是真空状 态, 就称为真空光电管; 如果管壳内充有增益气体, 就称为充气光电管。
(2.1-1)
式中Eφ是光阴极材料的功函数。 该式仅仅说明了理 想情况下光阴极材料能否产生光电子发射的条件, 至于 发射效应本身是否有效, 该式无法说明。
第2章 点探测器
实际上, 光电子从光阴极内部逸出表面经过三个 过程: (1) 光阴极内部电子吸收光子能量, 被激发到真空 能级以上的高能量状态; (2) 这些高能量的光电子在向表面运动的过程中, 受到其它电子碰撞、 散射而失去一部分能量; (3) 光电子到达表面时还要克服表面势垒才能最后 逸出。
u 1 Rd i tan
所以光电管的暗电导g为
1 tan g Rd
(2.1-10)
第2章 点探测器
2. 表征光电管进入饱和区快慢的参数g′ 在光照情况下, 流过光电管的电流i包括光电流和 暗电流两部分, 即 i=gu+SP 止与电阻符号相混淆。 (2.1-11)
式中S为光电流灵敏度, 这里采用符号S是为了防
第2章 点探测器
量子效率 / % 50
In
0.06
GaA s
Ga 0.94 A s
In
0.1 2
10 5
Ga 0
.82
As
1 0.5 Ag -O-Cs
0.1
0.5
0.7
0.9
1.1
波长 / m
图 2.1-6 负电子亲和势材料的光谱响应曲线
第2章 点探测器
2.1.2 光电特性和伏安特性 光电管典型的光电特性曲线如图2.1-7所示。 图中 曲线1、 2、 3是真空光电管的情况, 而曲线4、 5、 6 则是充气光电管的情况。 不论哪一种情况, 光电流与 光照量在一定范围内呈直线关系。 从光电管的偏置电路 (见图 2.1-1) 可知, 光电管两 端电压u和流过的电流i之间有关系 u=V-iRL 关系称为光电管的伏安特性。 (2.1-9) 式中V是偏置电压(或电源电压)。 u和i之间的变化
第2章 点探测器

阳极A A u 阴极K 反射型 GD K + V - RL
光 透射型
图 2.1-1 光电管及偏置电路
第2章 点探测器
2.1.1 光阴极材料及其光谱响应 我们已经知道, 光阴极光谱响应的截止波长λc由 式(1.1-4)决定, 即
1.24 c ( m) E ( eV )
第2章 点探测器
因此, 一个良好的光阴极应该满足三个条件: (1) 光阴极表面对光辐射的反射小而吸收大; (2) 光电子在向表面运动中受到的能量散射损耗小; (3) 光阴极表面势垒低, 电子逸出概率大。
第2章 点探测器
许多金属和半导体材料虽然都能产生光电效应, 但依据上述原则, 金属和半导体材料相比光电发射效 率要低得多, 因而光阴极通常都采用半导体材料。 半 导体材料光阴极又分为正电子亲和势(亦称经典光阴极) 和负电子亲和势(NEA阴极)两种类型。 NEA光阴极是 当前性能最好的光阴极。 为了有一个明确的物理概 念, 结合图2.1-2来说明两种光阴极类型之间的主要差 别。
第2章 点探测器
对于金属情况, 见图2.1-2(a)。 金属内的“冷”电子 (即光电子)发射来源于费米能级EF附近。 光电发射阈 值定义为电子真空能级E0与EF之差, 即 Eφ=E0-EF (2.1-2) 对半导体材料, 见图2.1-2(b), 半导体内“冷”电子 发射来源于价带EV附近, 因此表面处的Eφ为 Eφ=EA+Eg 电子亲和势。 (2.1-3) 式中Eg为禁带宽度, EA为E0和导带EC之差, 称为
第2章 点探测器
负电子亲和势光电阴极与前述的正电子亲和势光电 阴极相比, 具有以下特点: (1) 量子效率高: 负电子亲和势阴极因其表面无表 面势垒, 所以受激电子跃迁到导带并迁移到表面后, 无需克服表面势垒就可以较容易地逸出表面。 (2) 光谱响应延伸到红外、 光谱响应度均匀: 正电 子亲和势光电阴极的阈值波长为
本来P型Si的发射阈值是Ed1=EA1+Eg1, 电子受光激 发进入导带后需克服亲和势EA1才能逸出表面。 现在 由于表面存在N型薄层, 使耗尽区的电位下降, 表面 电位降低Ed。 光电子在表面附近受到耗尽区内建电场 的作用, 从Si的导带底部漂移到表面Cs2O的导带底部。 此时, 电子只需克服EA2就能逸出表面。 对于P型Si的 光电子需克服的有效亲和势为 EAe=EA2-Ed (2.1-6)
第2章 点探测器
现以 Si-Cs2O 光电阴极为例加以说明。 它是在P型 Si的基质材料上涂一层极薄的金属Cs, 经特殊处理而 形成 N 型 Cs2O 。 表面为 N 型的材料有丰富的自由电 子, 基底为P型材料有丰富的空穴, 它们相互扩散形 成表面电荷局部耗尽。 与PN结情况类似, 耗尽区的 电位下降Ed, 造成能带弯曲, 如图2.1-5(b)所示。 图 2.1-5(a)分别表示P型Si和N型Cs2O两种材料的能带图。
第2章 点探测器
e e E0 E EF EA EC EF EV (a) (b) E E0 EA e EC EF EV
e E0 EA E E EC EA e EF EV
e
EA
E0 E
(c)
(d)
图 2.1-2 典型光阴极能级示意图 (a) 金属; (b) 理想半导体; (c) 正电子亲和势; (d) 负电子亲和势
第2章 点探测器
i / A 6 25 20 15 10 5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 (a) Pv / lm 5 4 3 2 1 i / A
20 15 10 5 0 0.15 (lm) 0.1 0.05 0 50 100 150 200 250 (b) u/V
图 2.1-7 光电管的光电和伏安特性曲线 (a) 光电特性曲线; (b) 伏安特性曲线
通常所说的电子亲合势就指的是EAe, 这样, 半导
第2章 点探测器
1. 银氧铯(Ag-O-Cs)光电阴极 银氧铯阴极是最早出现的实用光电阴极。 目前, 除了Ⅲ-Ⅴ族材料的光电阴极外,它仍然是在近红外区 具有使用价值的惟一阴极。
第2章 点探测器
银氧铯阴极是以Ag为基底, 氧化银为中间层, 上 面再有一层带有过剩Cs原子及Ag原子的氧化铯, 而表 面由Cs原子组成, 可用[Ag]-Cs2OAgCs-Cs的符号表 示, 如图2.1-3(a)所示。 有一些光电器件也有不用氧化 而用硫化, 或以碱金属代替铯原子, 其目的都是希望 得到高的响应度及合适的光谱响应范围。
1240 c nm Eg E A
(2.1-7)
第2章 点探测器
而负电子亲和势光电阴极的阈值波长为
1240 c nm Eg
(2.1-8)
第2章 点探测器
(3) 热电子发射小: 与光谱响应范围类似的正电子 亲和势的光电发射材料相比, 负电子亲和势材料的禁 带宽度一般比较宽, 所以在没有强电场作用的情况 下, 热电子发射较小, 一般只有10-16 A/cm2。 (4) 光电子的能量集中: 当负电子亲和势光电阴极 受光照时, 价带中的电子受激发而跃迁至导带, 此光 激发电子在导带内很快热化 ( 约 10-12 s) , 落入导带底 (寿命达10-9 s), 热化电子很容易扩散到达能带弯曲的 表面, 然后发射出去, 所以其光电子能量基本上都等 于导带底的能量。
第2章 点探测器
E A2 E A1 EC1 E F1 E V1 E g1 Si (a) Eg2 Cs 2O
E0 E C2 E F2 E V2
EC1

EA e
EA2
Ed

E0 EC2 EF EV2
EF E V1
- -
+ + + +
表面 耗尽区
(b)
图 2.1-5 负电子亲和势材料表面能带弯曲图
第2章 点探测器
第2章 点探测器
4. 紫外光电阴极 一般来说, 对可见光灵敏的光电阴极, 对紫外光 也都具有较高的量子效率。 但在某些应用中, 为了消 除背景辐射的影响, 要求光电阴极只对所探测的紫外 辐射信号灵敏, 而对可见光无响应, 这种阴极通常称 为“日盲”型光电阴极。 目前比较实用的“日盲”型光电阴极有碲化铯(CsTe) 和碘化铯(CsI)两种。 CsTe阴极的长波限为0.32 μm, 而CsI阴极的长波限为0.2 μm。
第2章 点探测器
从图 2.1-8 可见, 直线 OM′是所有曲线进入饱和 区的分界线, 它与电压轴的夹角α″是固定值, 显然
第2章 点探测器
2. 单碱锑化物光电阴极 金属锑与碱金属锂、 钠、 钾、 铷、 铯中的一种 化合, 都能形成具有稳定光电发射的发射体 LiSb 、 NaSb、 KSb、 RbSb和CsSb等。其中, 以CsSb阴极的 灵敏度为最高, 是最有实用价值的光电发射材料, 广 泛用于紫外和可见光区的光电探测器中。 锑铯阴极的典型光谱响应曲线如图2.1-4所示。
相关文档
最新文档