光电检测技术第二章
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
光电检测应用中的基础知识
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月王大恒等四位专家倡导的 “863计划”之后，在此基础上开始了 “973计划”，这两个高科技计划的
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……”。
的定义
dS cosd
d 2 LdS cosd
d d d A
d
dS
d
dA r2
rd r sind sindd
r2
d 2 LdS cos sindd
2
d LdS 2 cos sind d
0
0
根据辐出度的定义
LdS
M
d dS
LdS
dS
L
3. 漫反射面 ----把入射光向各个方向
均匀的散射的各种表面
价带 性
本征激发
2）掺5族元素时------N型半导体的能级
低
处于共价键之外
温
下
导带
杂质能级 禁带
价带
常
温
被激发至导带
下
低
导带
温
杂质能级
下
禁带
价带
导带
施主能级 禁带
价带
本征激发+杂质激发
3）掺3族元素时-----P型半导体
低 温 下
B
导带
杂质能级
价带
低
导带
温
下
杂质能级
价带
常
温
下
B
导带
受主能级
价带
杂质激发+本征激发
《 光电检测技术 》教学大纲
《光电检测技术》教学大纲课程代码：课程中文名：光电检测技术课程英文名：课程类别：专业技术科适用专业：光伏材料应用、光伏发电应用、电子技术等专业课程学时： 48学时课程学分： 3学分一、课程的专业性质、地位和作用（目的）1、性质：必修2、地位：光电检测技术是光学与电子学技术相结合而产生的一门新型检测技术，它是利用电子技术对光学信息进行检测，并进一步传递、存储、控制、计算和显示。
光电检测技术是现代检测技术最重要的手段和方法之一。
3、作用：通过本课程的教学，使学生了解和掌握各种光电器件的结构、工作原理、工作过程、工作特性及其基本的应用，培养学生通过了解器件的性能特点来搭建检测系统的能力，培养学生学习的能力和综合运用知识的能力，培养学生理论联系实际的学风和科学态度，提高学生的分析处理实际问题的能力，为以后的工作和学习打下基础。
二、教学内容、学时分配和教学的基本要求第一章光电检测应用中的基础知识6学时，其中理论教学 6 学时，实践或其他教学0 学时1.1 辐射度学和光度学基本概念1.2 半导体基础知识1.3 基本概念1.4 光电探测器的噪声和特性参数重点:辐射度学和光度学基本概念难点:光电探测器的噪声和特性参数教学要求:本章介绍了光电检测应用中的基础知识，要求学生对基本概念有理解，进而掌握光电探测器的噪声及特性参数第二章光电检测中的常用光源3学时，其中理论教学3学时，实践或其他教学0学时2.1 光源的特性参数2.2 热辐射源2.3 气体放电光源2.4 固体发光光源2.5 激光器重点：光源的特性参数难点：气体、固体发光光源和激光器的工作原理教学要求:本章要求学生掌握各种固体发光的工作原理及其应用第三章结型光电器件 6 学时，理论教学6 学时，实践或其他教学0学时3.1 结型光电器件工作原理3.2 硅光电池3.3 硅光电二极管和硅光电三极管3.4 结型光电器件的放大电路3.5 特殊结型光电二极管3.6 结型光电器件的应用举例——光电耦合器件重点：结型光电器件的工作原理；硅光电池的工作原理及特性；硅光电二极管和硅光电三极管的性能比较难点：结型光电器件的放大电路及应用举例——光电耦合器件教学要求：要求学生掌握硅光电池的工作原理；硅光电二极管和硅光电三极管的性能比较及结型光电器件的放大电路及应用——光电耦合器件第四章光电导器件6学时，其中理论教学 6 学时，实践或其他教学0学时4.1光敏电阻的工作原理4.2 光敏电阻的主要性能参数4.3 光敏电阻的偏置电路和噪声4.4 光敏电阻的特点和应用重点：光敏电阻的工作原理和特性参数难点：光敏电阻的应用教学要求：要求学生掌握光敏电阻的工作原理及性能参数及光敏电阻的应用第五章真空光电器件3学时，其中理论教学3学时，实践或其他教学0学时5.1 光电阴极5.2 光电管与光电倍增管5.3 光电倍增管的主要特性参数5.4 光电倍增管的供电和信号输出电路5.5 微通道板光电倍增管5.6 光电倍增管的应用重点：光电管与光电倍增管的工作原理、特性参数难点：光电倍增管的供电和信号输出电路及应用教学要求：要求学生掌握光电管与光电倍增管的工作原理、特性参数及实际应用第六章真空成像器件3学时，其中理论教学3学时，实践或其他教学0学时6.1像管6.2常见像管6.3摄像管6.4光导靶和存储靶6.5摄像管的特性参数6.6摄像管的发展方向重点：像管与摄像管的工作原理难点：光导靶和存储靶的原理及摄像管的特性参数教学要求：要求学生掌握像管与摄像管的工作原理及特性参数第七章固体成像器6学时，其中理论教学 6 学时，实践或其他教学0学时7.1 电荷耦合器件7.2 电荷耦合器件的分类7.3 CCD摄像机分类7.4 CCD的特性参数7.5 自扫描光电二极管阵列7.6 固体摄像器件的发展现状和应用重点：电荷耦合器件的工作原理；CCD的特性参数难点：自扫描光电二极管阵列教学要求：要求学生掌握CCD固体成像器件的工作原理第八章红外辐射与红外探测器6学时其中理论教学 6 学时，实践或其他教学0学时8.1 红外辐射的基础知识8.2 红外探测器8.3 红外探测器的性能参数及使用中应注意的事项8.4 红外测温8.5 红外成像8.6 红外无损检测8.7 红外探测技术在军事上的应用重点：红外探测器的工作原理、性能参数及使用中应注意的事项难点：红外探测器的具体应用教学要求：要求学生掌握红外辐射的基础知识，并掌握红外探测器的各种具体应用第九章光导纤维与光纤传感器6学时其中理论教学 6 学时，实践或其他教学0学时9.1 光导纤维基础知识9.2 光导纤维的应用9.3 光纤传感器的分类及构成9.4 功能型光纤传感器9.5 非功能型光纤传感器重点：光导纤维的基础知识及功能型光纤传感器的工作原理难点：非功能型光纤传感器的工作原理教学要求：要求学生掌握光导纤维的基础知识，并掌握光纤传感器的工作原理第十章太赫兹波的产生与检测3学时其中理论教学 3 学时，实践或其他教学0学时10.1 概述10.2 THz辐射光谱学10.3 THz辐射成像重点：THz辐射成像的原理难点：THz辐射成像的原理教学要求：要求学生掌握THz辐射成像的原理三、各章节教学课时分配表本课程各部分教学内容计划学时数分配如下：四、课程的考核办法和成绩评定：1、考试 2.笔试（闭卷）3.平时成绩比重：平时成绩（包括考勤、作业、答疑、课堂练习、课外实验、等）占30%4.期末成绩比重:卷面考试占70%。
光电检测技术与应用课后答案
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。
光电检测原理与技术知到章节答案智慧树2023年内蒙古大学
光电检测原理与技术知到章节测试答案智慧树2023年最新内蒙古大学第一章测试1.以下属于光电检测仪器的有（）。
参考答案:光敏电阻2.光电检测系统的组成包括（）。
参考答案:光电探测器;光电检测电路;光源;光学系统3.以下属于光电检测技术的特点的有（）。
参考答案:寿命长;速度快;距离远;精度高4.光电检测技术是对待测光学量或由非光学待测物理量转换成光学量，通过光电转换和电路处理的方法进行检测的技术。
（）参考答案:对5.半导体激光器在激光外径扫描仪中起到提供光源的作用。
（）参考答案:对第二章测试1.可见光的波长范围是（）。
参考答案:380 nm～780 nm2.半导体对光的吸收种类不包括（）。
参考答案:电子吸收3.荧光灯的光谱功率谱是（）。
参考答案:复合光谱4.激光器的发光原理是（）。
参考答案:受激辐射5.视角分辨率的单位通常为（）。
参考答案:lpi6.光调制包括（）。
参考答案:PM;AM;FM7.电光效应反映介质折射率与电场强度可能呈（）。
参考答案:平方关系;线性关系8.大气散射包括（）。
参考答案:瑞利散射;无规则散射;米氏散射9.光纤损耗包括（）。
参考答案:吸收损耗;散射损耗10.参考答案:1.63 lm和5.22×105 cd第三章测试1.以下主要利用光电子发射效应的光电器件有（）。
参考答案:光电倍增管;真空光电管2.可用作光敏电阻的主要材料包括有（）。
参考答案:有机材料;半导体;金属;高分子材料3.以下主要利用光伏效应的光电器件有（）。
参考答案:CIGS电池4.以下属于声光调制晶体的有（）。
参考答案:PbMoO5.以下效应可用于普朗克常量测量的是（）。
参考答案:光电效应6.光伏探测器处于光电导工作模式，其外加偏压为正向偏压。
（）参考答案:错7.光敏电阻的电阻温度系数可正可负。
（）参考答案:对8.光电导探测器的工作原理是多子导电。
（）参考答案:对9.光电倍增管的阳极灵敏度和阴极灵敏度之比是电流增益。
《光电检测技术》PPT课件
Lcos
与法线成θ角方向上的辐射强度ΔΙθ为
I
LA c os
I0 cos
即：在某一方向上的辐射强度等于这个面垂直方向上的辐射强度 乘以方向角的余弦
4. 朗伯辐射源的L与M关系
2
M L
cosd L0
d 2 cos sind L 0
= 1 metres
尺 1 Decimetre
分 米 = 1 dm
=
10-1 metres
1 Centimetre
厘 米 = 1 cm
=
10-2 metres
1 Millimetre
毫 米 = 1 mm
= 10-3 metres
1 Decimillimetre 丝 米 = 1 dmm =
10-4 metres
五、辐射传输中的相关定律
考虑到辐射在介质和光学元件的表面反射、内部吸收和散射 情况
1. 总功率定律
由能量守恒定律
Pi P P P
定义：反射率：
P
Pi
吸收率： 透过率：
P
则：
Pi
P
Pi
1
26
注意点： 1. 反射率、吸收率、透过率通常随辐射光波长发生变化； 2. 影响反射率的主要因素是：材料种类、表面特性、入射角； 3. 影响吸收率的主要因素是：材料种类、均匀性、温度； 4. 透射率是被动的，随材料的反射率和吸收率而变化。
辐能密度定义为单位体积元内的辐射能，即
dQ
dV
4. 辐射通量（Φ，P）
单位时间内的辐射能
dQ 、 P dQ
dt
dt
7
5. 辐射强度（ I ）
《光电检测技术》全【2024版】
3.4 金属卤化物灯——第三代光源
1、工作原理 ：
（1）放电管内金属卤化物蒸发，向电弧中心扩散 （2）电弧中心，金属卤化物分子分解为金属原子和卤原子 （3）金属原子处于高能级时产生辐射，并参与放电 （4）金属原子和卤素原子向浓度低的管壁区域扩散，并在 低温区重新复合为金属卤化物分子，依次循环
（2）光源色温：
a.色温：辐射源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射 光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源的色温
b.相关色温：光源的色坐标点与某一温度下的黑体辐射 的色坐标点最接近，则该黑体的温度称为该光源的相关 色温。
能源与动力工程学院
3.2 热辐射光源
1、太阳光 ：直径约为1.392×109m的光球，到地球的
能源与动力工程学院
3.1 光源的基本参数
3、光谱功率谱分布：光源输出功率与光谱的波长关系 常见的光谱功率分布有四种型式： 线状光谱：有若干条明显分隔的细线组成； 带状光谱：由分开的谱带组成,谱带又包含许多谱线； 连续光谱：谱线连成一体； 复合光谱：由以上三种光谱混合而成。
能源与动力工程学院
3.1 光源的基本参数
4、空间光强分布： （1）许多光源的发光强度在各个方向是不同的。 （2）若在光源辐射光的空间某一截面上，将发光强度 相同的点连线，就得到该光源在该截面的发光强度曲线 ，称为 配光曲线；
（3）HG500型发光二极 管的配光曲线。
（4）为提高光的利用率，一般选择发光强度高的方向 作为照明方向。
能源与动力工程学院
Pi
单位：流明每瓦
0.38e ()d
Pi
Km
0.78
V ()d
0.38
0.78
可见辐射通量在输入功率中所占比例： V
朗伯余弦定律
每周案例
• 这是什么？
照度计 测量单位面积上被照射的光通量 价格:数十元-上万元
第2章 光电检测技术基础
照度计原理
光辐射探测器放在待测平面，光照引起探测器的光电流，放大后通 过仪表或数字读出。对于标定过的照度计，读出的数据代表了所测 平面的照度值。 照度计的基本结构是光电测量头及其示数装置。
问题：漫射光器、减光器、校正滤光片各起什么作用？
问题：如何度量光的特性呢？
请看演示
第2章 光电检测技术基础
问题：如何度量光的特性呢？
某液晶显示器的参数： 对比度：350:1 亮度：250cd/m2 ? 响应时间 1ms 分辨率 1024*768 可视角度 -170°- 170° 40瓦的白炽灯泡的光通量为340流明（lm） ? 40瓦的日光灯的光通量为1100流明（lm） ? Lm是什么意思，白炽灯与日光灯为什么不一样？
辐射度量与光度量
• 辐射度量（Radiometry）：能量的分布的强弱、 时间、空间等特性 • 光度量 (Photometry) ：考虑到人眼的主观感受
第2章 光电检测技术基础
辐射度量（Radiometry）
是用能量单位描述辐射能的客观物理量
• • • • •
辐射能(Q) Radiant energy,焦耳（Joule) 辐能密度 (w) Radiation density, Joule per cubic metre 辐射通量（Ф )或称辐射功率,Radiant flux, 瓦（Watt) 辐射强度（I) Radiant intensity ,Watt per steradian 辐亮度 (L)Radiaance, Watt per steradian per square metre • 辐射出射度(M) Radiant exitance, watt per square metre • 辐照度(E) Irradiance, watt per square metre
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。
光电检测技术PPT课件
第六章 光纤传感检测 第七章 光电信号的数据采集与微机接口 第八章 光电检测技术的典型应用
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5
第一章 绪 论
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6
1.光电系统描述
光是一种电磁波，电磁波谱包括：长波电震荡、无线 电波、 微波、光波（包括红外光、可见光、紫外光）、 射线等。光波的波长范围为1mm-10nm,频率为3x10113x1016Hz,它是工作于电磁波波谱图上最后波段的系统， 特点是波长短，频率高.(与电子系统载波相比，光电系 统载波的频率提高了几个量级，因此载波能量大，分 辨率高，但易受大气的吸收等影响，传输距离受限， 易遮挡）。
光电检测系统：是利用光电传感器实现各类检测。
它将被测量的量转换成光通量,再转换成电量，并综合 利用信息传送和处理技术，完成在线和自动测量
光电检测系统包括
– 光学变换
– 光电变换
– 电路处理
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11
光学变换
– 时域变换：调制振幅、频率、相位、脉宽（干涉、 衍射）
– 空域变换：光学扫描（扫描盘）
事实上是光学参量调制：光强、波长、相位、偏振
在纯净的半导体中掺入一定的杂质，可以显著地控制半 导体的导电性质。
掺入的杂质可以分为施主杂质（磷）和受主杂质（棚）。 施主杂质电离后成为不可移动的带正电的施主离子，同
时向导带提供电子，使半导体成为多数载流子为电子的 n型半导体。 受主杂质电离后成为不可移动的带负电的受主离子，同 时向价带提供空穴，使半导体成为多数载流子为空穴的 p型半导体。
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26
第二章 光电检测技术基础
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27
光的基本性质 辐射与光度学量 半导体基础知识 光电效应
光电检测技术
光电检测技术第一章：信息技术主要包括：1.电子信息技术、2.光学信息技术、3.光电信息技术。
图1-2光电系统框图图1-2中，光源产生的光是信息传递的媒介。
某光源与照明用光学系统一起获得测量所需的光载波，如点照明、平行光照明等。
某光学变换：光载波与被测对象相互作用而将被测量载荷到光载波上。
某光学变换是用各种调制方法来实现的。
某光信息：光学变换后的光载波上载荷的各种被测信息。
某光电转换：光信息经光电器件实现由光向电的信息转换。
某电信息处理：解调、滤波、整形、判向、细分，或计算机处理等。
光学变换与光电转换是光电测量的核心部分。
某光学变换通常是用各种光学元件和光学系统来实现的，如平面镜、光狭缝、光楔、透镜、角锥棱镜、偏振器、波片、码盘、光栅、调制器、光成像系统、光干涉系统等，实现将被测量转换为光参量（振幅、频率、相位、偏振态、传播方向变化等）。
某光电转换是用各种光电变换器件来完成的，如光电检测器件、光电摄像器件、光电热敏器件等。
第二章：2.人眼对光的视觉效能也称为视见函数。
人眼的视网膜上布满了大量的感官细胞：杆状细胞和锥状细胞。
某杆状细胞灵敏度高，能感受微弱光刺激。
某锥状细胞感光灵敏度低，但能很好地区别颜色和辨别被视物的细节。
3.光度学中，为了表示人眼对不同波长辐射的敏感度差别，定义了一个函数V(λ)，称为“视见函数”（“光谱光视效能”）。
在明视情况，即光亮度大于3cd/m2时，人眼的敏感波长λ＝555nm 的视见函数（光谱光视效率）规定为1，即V(555)＝1。
4..照度(EV)：照度是投射到单位面积上的光通量，或者说接受光的面元上单位面积被辐射的光通量。
若辐射光通量为dΦV，接收面元的面积是dA，那么照度EV=dΦV/dA，单位为勒克斯l某=lm·m-2。
5.光通量Φv：光通量又称为光功率，单位：流明［lm］。
光通量是按人眼视觉强度来度量的辐射量。
与电磁辐射的辐射通量Φe相对应。
光通量与辐射通量之间的关系可以用下式表示：0.78VKme()V()dV(λ)是视见函数；0.38Km是光功当量，它表示人眼在明视条件下，在波长为555nm时，光辐射所产生的光感觉效能，按照国际温标IPTS-68理论计算值Km=680(lm/W)。
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v
E1vE0 h
式中： h 为 普 朗 克 常 数 ， h=6 ． 62×10-27 尔 格 ·秒 =4.13×l0-15 eV·S
光电检测技术第二章
应用：由于原子中有很多可能的能级，而原子受激后可
发射出多种频率的光。因此，利用光的频率分立特性，
用适当的仪器可以把它们分辩出来。
可见荧光。
光致发光原理
当光投射到物质上时，光子直接与物质中的电子 起作用(吸收、动量传递等)，引起电子能态的改变， 电子由高能态跃迁到低能态过程中发出辐射。
光电检测技术第二章
3． 化学发光
由化学反应提供能量而引起的发光，称化学发光。 例如：磷在空气中缓慢氧化而发光。
4． 热发光
物体被加热到一定温度而发光，称热发光。 例如：钠或钠盐在火焰中发出的钠黄光。
（分立的线光谱称为原子光谱，其中每一条谱线代表一个
频率的光。）
（一）热辐射
l温度辐射的频率与强度取决于热平衡时的温度
l任何高于绝对温度0K的物体都具有热辐射。
l自然界中的任何物体都是热辐射体。
温度低的物体发红外辐射，500。C左右时物体的温度 辐射开始发部分暗红色的可见光。温度越高，发出的辐 射波长越短；大约在1500。C时的温度辐射体开始发白光。 热辐射光谱是连续光谱。
光电检测技术第二章
二、光谱功率分布 定义：自然光源和人造光源大都是由单
色光组成的复色光。不同光源在不同 光谱上辐射出不同的光谱功率，常用 光谱功率分布来描述。若令其最大值 为l，将光谱功率分布进行规一化处理， 那么经过归一化后的光谱功率分布称 为相对光谱功率分常可分成四种情况： l 图a为线状光谱，由若干条明显分隔的细线 组成。如低压汞灯。 l 图b称为带状光谱，由一些分开的谱带组成， 每一谱带中又包含许多细谱线。如高压汞灯、 高压钠灯就属于这种分布。 l 图c为连续光谱，所有热辐射光源的光谱都 是连续光谱。 l 图d为混合光谱，它由连续光谱与线、带谱 混合而成。一般荧光灯的光谱就属于这种分布。
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§2.1 光的产生
一、光的辐射
l光是从实物中发射出来的，是以电磁波传播的 物质 l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 l 运动有多种可能状态 l不同运动状态的电子具有不同能量 l当它们的运动受到骚扰时就可能发射出电磁波。
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假设E0 、 E1为电子的两个运动状态，E0为基态， 电子受激获得一定能量而跃迁到激发态E1，当 电子从激发态回到基态时，能量从E1变到E0，
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。
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第二章 主要内容
§2.1光的产生 §2.2光电仪器中的常用光源 §2.3发光二极管 §2.4激光光源 §2.5其他光源
应用：热辐射是红外探测技术和温度非接触测量的依据。
（二）发光辐射
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二、光的产生方法
激励可以使发光物质产生光，外界提供激励能的形 式可有多种方式，常用的有以下几种方法：电致发光、 光致发光、化学发光、 热发光和场致发光。
1． 电致发光
物质中的原子或离子受到被电场加速的电子的轰击， 使原子中的电子从被加速的电子那里获得动能，由低能 态跃迁到高能态；当它由受激状态回复到正常状态时， 就会发出辐射。这一过程称为电致发光。
热发光的原理是特定的材料在特定的温度下才 可能发光。
火焰中的原子、离子或电子具有足够的动能去 碰撞达到一定温度的钠原子，使钠原子受激而发光， 其光谱为线光谱。
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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。例如： l 白炽灯中钨丝通以电流会发光，本质是电流 通过电阻丝产生的热发光； l 物质加热后燃烧发的光通常是氧化化学反应 发光； 平衡和非平衡辐射： l 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、 带光谱和连续光谱。 l 温度辐射是一种能达到平衡状态的辐射。也 称热辐射，即热平衡状态的辐射。
例如： 发光二极管所产生的光就是电致发光。
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2． 光致发光
物体被光直接照射或预先被照射而引起自身的辐射
称为光致发光。 例如： l 荧光、示波管、显象管、日光灯等中荧光物质的余辉；
钠光灯被另一钠光灯照射发出的黄光(称为共振辐射)；
l 短波长的紫外光照射到杂质(油污)上发出波长较长的
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分类：按照发光机理，光源可以分成如下几类：
太阳
热辐射光源
白炽灯、卤钨灯
黑体辐射器
汞灯
荧光灯
钠灯
气体放电光源
氙灯
光源
金属卤化物灯
空心阴极灯
场致发光
固体发光光源， 发光二极管
气体激光器
固体激光器
激光器
染料激光器
半导体激光器
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§2.2 光源的基本特性参数
一、辐射效率和发光效率 定义1： 在给定λ1—λ2波长范围内，某一光源发出的辐
射通量与产生这些辐射通量所需的电功率之比，称为该 光源在规定光谱范围内的辐射效率。
epe 12(p)d
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定义2： 在给定λ1— λ2波长范围内，某一光源 发出的光通量与产生这些辐射通量所需的电功 率之比，称为该光源的光效率。
pK•m 12(p)V()d
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（1）从ηe 、 ην可以看出，如果光电测量系统的 光谱范围为λ1~ λ2，那么应尽可能选用η较高的 光源。 （2）Km称为明视觉最大光谱光视效能，它表示 人眼对波长为555nm[V（ λ =555）=1]光辐射产 生光感觉的效能，且λ1 = 380nm， λ2 = 780nm。 实际上是光度参量对辐射度参量的转换常数。 （3）V（ λ）称为“标准光度观察者”光谱光视 效率，或称视见函数。
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三、光源分类 定义： 一切能产生光辐射的辐射源，无论是天
然的，还是人造的，都称为光源。 l 天然光源：是自然界中存在的：如太阳、恒
星等，在天文光电探测中，常常会遇到这些光 辐射的测量。 l 人造光源：人为将各种形式的能量(热能、电 能、化学能)转化成光辐射能的器件。其中利用 电能产生光的器件称为电光源，在一般光电测 量系统中，电光源是最常见的光源。