第二章光电检测技术基础
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——光检基本原则
第二章光电检测系统设计的基本原则九个基本原则：1．匹配原则（光电匹配、精度匹配）见P122．阿贝比较原则3．运动学原则（按自由度确定约束数）4．统一基面原则（设计、工艺、测量基准统一）5．最小变形原则使仪器变形小（刚度大、热稳定性好），补偿变形。
6．经济原则社会价值V=F/CF：产品功能；C：成本。
要求：功能多、成本低，则价值高。
7．系列化原则8．通用化原则9．标准化原则§2-1 阿贝比较原则一．结构型式对测量误差的影响1.并联型式(一)导轨无误差,则没影响(二)导轨有误差时:量无影响。
(导轨有间隙的情况)②. 悬臂支架绕X、Z轴转动, 则对测量无影响。
(绕X轴转动,离焦,不影响测量; 绕Z轴转动, 显微镜在X方向移动量相同, 不影响测量)③. 绕Y轴转动, 对测量有影响δ1=a ·tg φ=a ·(φ+1/3φ3+2/15φ5+…)≈a ·φ (一阶误差, 即阿贝误差) 例: 令a=100mmφ=10″ 秒化弧度系数: ρ=206265≈2×105 则δ1=a ·10″/ρ=5μmY XZφM 1 M 2M 1′M 2′｝δ1标准件轴线被测件轴线a2. 串联型式 (缺点:体积大)①. 悬臂支架沿X, Y, Z 轴平移,两个显微镜作同样运动,则对测量无影响。
(导轨有间隙的情况)被测件标准件M 1M 2XYZC图2 串联型式②.悬臂支架绕X 轴转动, 显微镜离焦,不影响测量。
③. 绕Y 轴转动, 对测量有影响δ2′=C －C ·cos φ=C(1－ cos φ)=C 〔1－(1－φ2/2！+φ4/4！－……)≈C ·φ2/2④. 绕Z 轴转动, 对测量有影响 δ2〞=OH －C =C/cos φ－C=C(sec φ－1)=C(1+φ2/2！+……－≈C ·φ2/2串联型式,绕Y, Z 轴转动引起的总δ2=δ2′+δ2〞= C ·φ2,为二阶误差。
光电检测技术研究
光电检测技术研究摘要光电检测技术，作为现代信息技术领域的一大支柱，已在通信、工业生产、医疗健康和环境监控等诸多方面展现出广泛的应用潜力。
本研究致力于深入探索光电检测技术的奥秘，从基础理论、应用实践、未来趋势到所面临的挑战进行全面剖析。
通过细致解析光电效应的本质、各类光电检测器件的特性和功能，以及光电信号的精密处理与解析方法，本研究揭示了光电技术如何巧妙地将光信息转化为电信号的核心转化机制。
此外，论文还深入挖掘了光电检测技术在不同领域的具体应用案例，比如在工业生产线上对产品质量的精密检测、医学领域中影像诊断的高精度实现，以及环境监测中污染物的敏感识别，充分证明了光电检测技术在实际应用中的多元化优势与深远的社会效益。
这些分析不仅彰显了技术的现时影响力，也为预测其未来发展路径提供了宝贵洞见。
在技术发展方面，本论文指出光电检测技术正朝着更高灵敏度、更快响应速度、智能化及网络化的方向发展。
针对目前存在的技术挑战，如提高光电检测器件性能指标、降低噪声干扰、实现复杂环境下信号的稳定传输等，提出了相应的解决方案和建议。
此外，针对产业发展，本论文提出了加强技术研发投入、优化产业规划和布局、完善法律法规和标准体系以及加强国际合作与交流等建议，旨在推动光电检测技术产业的持续健康发展。
光电检测技术以其独特的技术优势和广泛的应用前景，在现代社会中扮演着越来越重要的角色。
未来，随着新材料、新工艺的涌现以及人工智能、物联网等技术的快速发展，光电检测技术将在更多领域展现出其巨大的潜力和价值。
本论文的研究成果不仅为光电检测技术的发展和应用提供了理论支持和实践指导，也为相关领域的研究和产业发展提供了新的思路和方向。
关键词：光电检测技术；光电效应；光电检测器件；信号处理；应用领域；技术发展趋势；挑战与解决方案；产业发展建议目录摘要 (1)第一章引言 (3)1.1 光电检测技术的背景与意义 (3)1.2 国内外研究现状与发展趋势 (4)1.3 论文的研究方法与创新点 (5)第二章光电检测技术的基本原理 (6)2.1 光电效应及其应用 (6)2.2 光电检测器件的种类与特性 (7)2.3 光电信号的处理与分析 (8)第三章光电检测技术的应用领域 (10)3.1 在工业检测中的应用 (10)3.2 在医学影像中的应用 (11)3.3 在环境监测中的应用 (11)第四章光电检测技术的发展与挑战 (13)4.1 技术发展趋势 (13)4.2 技术挑战与解决方案 (13)4.3 产业发展与政策建议 (14)第五章结论 (16)5.1 研究成果总结 (16)5.2 未来研究方向与展望 (17)第一章引言1.1 光电检测技术的背景与意义光电检测技术是现代信息科学领域的一个重要分支，该技术通过光电效应将光信号转换成电信号，从而实现信息的有效检测、识别与传输。
《光电检测技术基础》课件
信息量大
光电检测技术受到环境因素的影响较大，如温度、湿度、光照等，可能导致测量误差。
对环境条件敏感
光电检测设备通常较为昂贵，对于一些小型企业和实验室而言，购置和维护成本较高。
设备成本高
光电检测技术需要专业的知识和技能，操作和维护需要专业人员，限制了其在某些领域的应用。
专业性强
由于获取的信息量大，对数据的解读和分析需要较高的专业水平，增加了使用难度。
光纤传感技术是一种利用光纤作为敏感元件进行测量的技术，具有抗电磁干扰、耐腐蚀、可远程测量等特点。它主要用于测量温度、压力、位移等参数，在石油化工、航空航天、交通运输等领域有广泛应用。
光电检测技术的优缺点分析
05
光电检测技术利用光子与物质的相互作用，能够实现高精度的测量，尤其在光谱分析、激光雷达等领域具有显著优势。
数据解读难度大
通过改进设备结构和材料，降低环境因素对检测结果的影响，提高检测的稳定性和可靠性。
提高稳定性与可靠性
加强光电检测技术与其它相关领域的交叉融合，如物理学、化学、生物学等，拓展其在前沿科学研究中的应用。
多学科交叉融合
通过技术优化和规模化生产，降低光电检测设备的成本，促进其在更广泛领域的推广应用。
光电式传感器的应用非常广泛，例如在自动控制系统中用于检测光束的通断，在测量领域用于检测物体的位置和尺寸，在环保领域用于检测烟尘、水质等。
光电式传感器通常由光电器件、测量电路和机械装置组成，其中光电器件是核心部分，其性能直接影响传感器的测量精度和稳定性。
红外检测技术是一种利用红外辐射进行检测的技术，具有非接触、高精度、高灵敏度等特点。它主要用于测量温度、气体浓度、湿度等参数，在工业生产和科学研究等领域有广泛应用。
显示系统
光电检测原理与技术--第2章光电检测技术基础
注意事项：
• 系统误差是测量过程中某一突出因素变化所引起的，随机 误差是测量过程中多种因素微小变化综合引起，两者不存 在绝对的界限。
c、粗大误差（Gross error）
2.1 检测量的误差及数据处理
一、 前言 二、 测量过程与误差的基本概念 三、 随机误差 四、 系统误差
一、前言
1、研究误差的意义
（1）、 确定测量误差是整个测量过程不可缺少的重要环 节。对于不知其测量误差的测量结果，往往是无法应用从而也
是无意义的。 例：机加工中，制造与某个孔相配合的轴。
（2）、误差理论是保证和提高测量准确性必要的理论依据。
例：用台式血压计测量人体血压。
测量仪器、测量方法、测量人员、测量环境、 测量对象等都会产生误差。
二、 测量过程与误差的基本概念
1、测量过程与标准
(1)测量：借助于专门设备，以确定被测对象的量值为目的所 进行的操作。它是一个比较过程，即通过一定的实验方法将被 测量与一个作为比较单位的标准量相比较的过程。 测量包括测量过程和测量结果。
试比较两电压测量结果准确度的高低。
解：A、B两电压测量结果的相对误差分别为：
rA
A xA
1.0 100.0
1%
通过比较可知A的准确度高于B
rB
B x
0.2 5.0
4%
的准确度。
c、额定相对误差
一种简化和方便实用的主要用于表示电表的误差，广泛用在电工和热工仪表方面，少 数无线电测量仪器也用这种误差表示方法。
定义：又称“疏失误差”或“寄生误差”，明显超出在 规定条件下预期的误差。 特征：明显的歪曲测量结果。成因可归纳为测量条 件突变或人为因素。
《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
光电检测与技术知识点总结
光电检测与技术知识点总结一、光电检测基础知识1. 光电效应：光子射入物质时，将能量传递给物质，或者将物质中的粒子激发出来。
前者称为光吸收，后者称为光发射。
2. 光电效应分类：外光电效应、内光电效应和光热效应。
3. 光电效应的应用：光电管、光电倍增管、光电摄像管等。
二、光电检测技术基础1. 光电检测器的分类：根据工作原理，可分为外光电效应检测器、内光电效应检测器和光热效应检测器。
2. 光电检测器的工作特性：光谱响应、频率响应、线性范围、探测率和噪声等。
3. 常用光电检测器：光电二极管、光电晶体管、光电池、光电倍增管等。
三、光电检测系统1. 光电检测系统的基本组成：光源、被测物、光电检测器、信号处理电路和显示设备。
2. 光电检测系统的应用：测量长度、测量角度、测量速度、测量温度等。
3. 光电检测系统的误差来源：光源的不稳定性、光学系统的误差、探测器噪声和信号处理电路的误差等。
四、常用光电检测技术1. 红外线检测技术：利用红外线的热效应，可以测量物体的温度和辐射功率。
红外线传感器有热敏电阻、热电偶等。
2. 激光雷达技术：利用激光的反射和散射，可以测量物体的距离和形状。
常用的激光雷达有脉冲式和连续波式两种。
3. 光纤传感器技术：利用光纤的传光特性，可以测量物体的位移、压力和温度等物理量。
光纤传感器有折射率型、光强调制型和光相位调制型等。
4. 图像传感器技术：利用图像传感器将光学图像转换为电信号，可以测量物体的尺寸和形状。
常用的图像传感器有CCD和CMOS两种。
5. 色彩传感器技术：利用色彩传感器测量物体的颜色和色差，可以应用于颜色识别和颜色检测等方面。
常用的色彩传感器有RGB和CMYK两种。
光电检测技术应用、分析与特点
现 代 物 关理 于、 教光 育学 奠 基 人
————爱因斯坦（1879—1955）
一、为什么要学习光电检测技术？
• 生活处处离不开光（人信息80%通过光获取） • 光是电子技术未来发展的必然； • 当代科技加速发展和学科交叉整合的趋势； • 光电技术已经渗透到机电工程、计算技术、医
学等各个领域； • 二十一世纪是光的世纪； • 具有创新精神和实践能力的高素质人才培养。
感觉器官
人脑
被测物体
光电传感
微机
执行机构
光电传感部分相当于人身的感觉器官
光电检测的特点:
高精度：从地球到月球激光测距的精度 达到1米。
高速度：光速是最快的。 远距离、大量程：遥控、遥测和遥感。 非接触式检测：不改变被测物体性质的
条件下进行测量。
寿命长：光电检测中通常无机械运动部分， 故测量装置寿命长，工作可靠、准确度高， 对被测物无形状和大小要求。
课程目的与任务
光电检测技术是“光子技术”与“电子技术”相结合 的产物，是继微电子技术后兴起的一门高新技 术，目前已成为信息科学的重要支柱。本课程 讲解了光电检测技术的基本知识，包括：
➢ 光电检测器件
➢ 热电检测器件
探测
➢ 光电成像器件
➢ 发光与耦合器件
光源
➢ 光电信号检测电路设计、数据采集和处理
第三章 光电检测器件
第四章 热电检测器件基本原理
第五章 光电成像检测器件
第六章 发光与耦合器件
第七章 第八章
光 光电 电信 信号号检的测数电据路采设集计与微（机接略（口）不讲）
第九章 光电信号的变换和检测技术 （略）
第十章 光电信号的变换形式与检测方法
第十一章 光电检测技术的典型应用
第二章光电检测技术基础
光电导器件的光电导增益与带宽积为一常数，即MΔf=常数。表明，光电导增益越大，光电灵敏度越高，而器件的带宽越低。反之亦然。这一结论对光电效应现象有普遍性。
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光信息科学与技术系
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光信息科学与技术系
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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。
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光信息科学与技术系
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本征光电导效应
本征光电导效应：是指本征半导体材料发生光电导效应。 即：光子能量hv大于材料禁带宽度Eg的入射光，才能激发出电子空穴对，使材料产生光电导效应。针对本征半导体材料。即： hv>Eg 即存在截止波长：λ0=hc/Eg=1.24/Eg。
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光信息科学与技术系
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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
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光信息科学与技术系
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载流子的输运过程
扩散 漂移 复合
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光信息科学与技术系
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光辐射度量
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。
S
ds
定义：单位时间、单位面积元在某波长附近单位波长间
隔内辐射的能量。
意义：描述不同波长的光波在辐射通量中所占的比例。
单位：W nm1
d ,d e d
与 e
e 的关系：
第二章光电检测技术基础
d
0
3、视见函数
人眼对不同波长（或光颜的色辐）射的通光量波具有不同 的人敏眼感对光程的度亮，暗即感使觉接收到相同的辐射都通有量关，不 同波长的光给人眼的感光觉的也波不长一样。
第二章 光电检测技术基础
第二章光电检测技术基础
光的基本性质 辐射与光度学量 半导体基础知识 光电效应
第二章光电检测技术基础
第一节 辐射度量与光度量
第二章光电检测技术基础
光学发展的概况
人类感官接收到外部世界的总信息 量中至少有90％以上通过眼睛
光学是一门古老的学科，又是一门 新兴的年轻学科
第二章光电检测技术基础
（五）、现代光学时期
从1950年至今
1、全息术、光学传递函数和激光的问世是经 典光学向现代光学过渡的标志 2、光学焕发了青春，以空前的规模和速度飞 速发展
1）智能光学仪器 2）全息术 3）光纤通信 4）光计算机 5）激光光谱学的实验方法
第二章光电检测技术基础
一、光的基本性质
第二章光电检测技术基础
（四）、量子光学时期
1900~1950，近50年 1、1900年普朗克提出了量子假说，成功地解 释了黑体辐射问题 2、爱因斯坦提出了光子假说，成功地解释了 光电效应问题 3、光的某些行为象经典的“波动” 4、另一些行为却象经典的“粒子” 5、光是一种几率波，又具有可分割性，光具 有“波粒二象性”
第二章光电检测技术基础
光谱
光波：波长为10—106nm的电磁波 可见光：波长380—780nm 紫外线：波长10—380nm，
波长300—380nm称为近紫外线 波长200—300nm称为远紫外线 波长10—200nm称为极远紫外线， 红外线：波长780—106nm 波长3μm（即3000nm）以下的称近红 外线 波长超过3μm 的红外线称为远红外线。 光谱分布如图所示。
光谱学
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光在电磁波谱中的位置
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二 光辐射度量
辐射能Qe ：一种以电磁波的形式发射、 传播或接受的能量。单位：焦耳[J]
辐射通量Φe：单位时间内通过一定面积 发射、传播或接受的能量，又称辐射功率 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］
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光辐射度量的名称、符号和定义方程
名称 辐射能 辐射能密度
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
wdQ/dv 焦耳／立方米 Jm-3
dQ/dt
瓦特
W
P
Ｉ
Id/d 瓦特／球面度 Wsr-1
Ｌ Ld2 /d dc Ao s瓦特／球面度 Wm-2
牛顿——微粒说
–根据光直线传播现象，对反射和折射做了解释 –不能解释较为复杂的光现象：干涉、衍射和偏 振
波动理论
–惠更斯、杨氏和费涅耳等 –解释光的干涉和衍射现象 –麦克斯韦电磁理论：光是一种电磁波
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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
50
10 5
1 0.5
光的波长与频率的关系由光速确定，真空中的光速
c=2.99793×1010cm/s，通常c≈3×1010cm/s。光的波长
λ和频率ν的关系为
νλ=3×1010cm / s
ν的单位为Hz，λ的单第二位章光为电检cm测技。术基础
光的波动性
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光的粒子性
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如正常人眼对黄绿光最敏感，红光和紫光较 差，而对红外和紫外则无反应。
在引起相同视觉的情况下，若所需某单色的 辐射通量越小，则说明人眼对该光敏感度越高 ；反之，越低。
激光器诞生后，光学开始了迅猛发 展，成为科研前沿极为活跃的学科
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五个时期
（一）、萌芽时期
公元前500年-公元1500年经历大约2000年 面镜、眼镜和幻灯等光学元件已相继出现
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（二）、几何光学时期
1500-1800，大约300年
1、建立了光的反射定律和折射定律， 奠定了几何光学的基础
＝ d/Idc Aos
平方米
sr-1
Ｍ
瓦特／平方米 Wm-2
Md/dA
Ｅ
Ed/dA 瓦特／平方米 Wm-2
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三 光度量
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1、辐射通量
定义：单位时间、单位面积元上辐射的所有波长的能量
即：光源表面上单位面积的辐射功率。
意义：描述光源发射辐射的能力。单位：W
2、分布函数 e
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0.01
波长/μm
0.05 0.1
1 0.5
极远紫外 外 远外 近 可见光 近红外
10 5 远红外
紫紫
106 5×105
105 5×104
104 5×103
103
波数/cm-1
3×1018
频率/Hz
1016 5×1015
1015 5×1014
1014 5×1013
100
光子能量/eV
2、研制出了望远镜和显微镜等光学仪 器
3、牛顿为代表的微粒说占据了统治地 位
4、对折射定律的解释是错误的
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（三）、波动光学时期
1800~1900，近100年
1、杨氏利用实验成功ຫໍສະໝຸດ 解释了光的干涉象 2、惠更斯－菲涅耳原理成功地解释了光的 衍射现象 3、菲涅耳公式成功地解释了光的偏振现象 4、麦克斯韦的电磁理论证明光是电磁波 5、傅科的实验证实光在水中传播的速度小 于在空气中的传播速度 6、波动光学的理论体系已经形成，光的波 动说战胜了光的微粒说