光电检测技术基础
光电检测技术概述
光电检测技术概述光电检测技术是指利用光学和电子技术结合，通过检测光信号的特征和变化来实现对目标物体或环境的测量、监测和控制的一种技术。
光电检测技术被广泛应用于光学通信、光学测量、光学成像、光学传感、光学信息处理、光学控制等领域，具有高精度、非接触、快速响应、无污染、易自动化等优点。
光电检测技术的基本原理是利用光电器件将光信号转换为电信号，再通过电子器件进行信号处理和判定，最后通过控制单元实现对目标物体或环境的测量、监测和控制。
光电器件包括光电二极管、光电三极管、光敏电阻、光电导、光电二极管等，电子器件包括放大器、比较器、数字信号处理器、逻辑电路等，控制单元可以是微处理器、机器人等。
1.光学通信：光电检测技术在光学通信中起着关键作用，光电检测器件用于接收和检测光信号，通过电子器件进行信号处理和解码，实现信息的传输和交流。
光电检测技术在光纤通信、激光通信、无线光通信等领域得到广泛应用。
2.光学测量：光电检测技术在光学测量中可以实现对物体或环境的位置、形状、尺寸、颜色等参数的测量。
例如，在工业生产中，利用光电检测技术可以实现对产品的自动检测和测量，提高生产效率和质量；在环境监测中，可以利用光电检测技术对大气污染、水质污染等进行监测和检测。
3.光学传感：光电检测技术在光学传感中可以实现对环境参数的测量和监测。
例如，利用光电检测技术可以实现对温度、湿度、压力等物理量的测量；利用光电检测技术可以实现对气体、液体、固体等化学参数的测量。
4.光学成像：光电检测技术在光学成像中可以实现对目标物体的拍摄和图像处理。
例如，在医学影像中，利用光电检测技术可以实现对人体内部器官的成像和检测；在遥感影像中，利用光电检测技术可以实现对地球表面的成像和监测。
总结起来，光电检测技术是一种利用光学和电子技术结合的技术，广泛应用于光学通信、光学测量、光学成像、光学传感等领域。
光电检测技术具有高精度、非接触、快速响应、无污染、易自动化等优点，为现代工业生产、环境监测、医学诊断等提供了有力的技术支持。
《光电检测技术》课件
生物医学
光电检测技术在生物医学领域的 应用包括光谱分析、荧光成像、 激光共聚焦显微镜等，有助于疾 病的诊断和治疗。
工业生产
光电检测技术在工业生产中的应 用包括产品质量检测、生产线自 动化控制等，可以提高生产效率 和产品质量。
光电检测技术的发展趋势
智能化
随着人工智能技术的发展，光电检测技术 将逐渐实现智能化，能够自动识别和分类
目标，提高检测精度和效率。
微型化
随着微纳加工技术的发展，光电检测器件 将逐渐微型化，能够应用于更广泛的领域
，如生物医疗、环境监测等。
高光谱成像
高光谱成像技术能够获取目标的多光谱信 息，有助于更准确地分析物质成分和状态 ，是光电检测技术的重要发展方向。
多模态融合
将多种光电检测技术进行融合，实现多模 态信息获取和分析，能够提高检测的准确 性和可靠性。
利用光电检测技术快速读取条形码的设备
详细描述
光电式条形码阅读器通过发射光源和接收装置，快速扫描条形码并将光信号转 换成电信号，实现快速、准确地读取条形码信息。广泛应用于超市、图书馆、 物流等领域，提高信息录入效率和准确性。
光电式指纹识别系统
总结词
利用光电检测技术进行指纹识别的系统
详细描述
光电式指纹识别系统通过发射光源和图像传感器，获取指纹的反射光信号，再转换成电信号进行处理。系统能够 实现高精度、高速度的指纹识别，广泛应用于身份认证、门禁控制等领域，提高安全到探测器表面时，光子与材料中的电子相 互作用，使电子从束缚状态跃迁到导带，形成光生电压或电流，从而实现对光 信号的探测。
03
常见的光伏探测器有硅、锗等。
光子探测器
光子探测器是利用光子效应制成的探测器，主要应用于紫外、可见和近红外波段的探测。
《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
光电检测技术
光电检测技术摘要：光电检测技术是一种利用光电效应来检测和测量物体的技术。
本文将介绍光电检测技术的原理和应用领域，探讨光电检测技术的优势和局限，并展望其未来发展方向。
第一部分：光电检测技术的原理1.1 光电效应的基本原理光电效应是指当光照射到特定材料表面时，产生光电子和电子的释放现象。
光电效应包括光电发射效应和光电吸收效应两种情况。
在光电检测技术中，一般利用光电发射效应来实现光电测量。
1.2 光电检测元件在光电检测技术中，常用的光电检测元件包括光电二极管、光敏电阻、光电倍增管等。
这些元件能够将光信号转化为电信号，并进行相应的电路处理。
1.3 光电检测技术的基本原理光电检测技术利用光电效应的原理，将光信号转化为电信号，并通过电路处理和分析得到所需的测量结果。
光电检测技术可以实现对光强度、光功率、光频率等参数的测量。
第二部分：光电检测技术的应用领域2.1 工业自动化光电检测技术在工业自动化领域中有广泛的应用。
例如，光电传感器可以用于检测物体的位置、速度和形状等信息，从而实现对生产流程的控制和优化。
2.2 无损检测光电检测技术可以用于无损检测领域，例如对材料的缺陷、组织结构和磨损程度进行检测和分析，从而提高材料的品质和可靠性。
2.3 生物医学在生物医学领域中，光电检测技术可以用于血氧测量、生物分子测量、细胞成像等应用。
例如，光电子学显微镜可以观察和研究微观生物结构。
2.4 环境监测光电检测技术在环境监测领域中被广泛应用。
例如，光电二极管可以用于光强度的测量，从而监测光照强度对环境的影响。
第三部分：光电检测技术的优势和局限3.1 优势光电检测技术具有响应速度快、精度高、可靠性强等优点。
光电检测元件体积小，可放置在狭小的空间中，并能耐受高温和高压等恶劣环境。
3.2 局限光电检测技术在进行远距离测量和透明物体测量时存在一定的局限。
此外，光电检测技术的应用受到光照强度和环境噪声等因素的影响。
第四部分：光电检测技术的未来发展方向随着科技的不断进步，光电检测技术将会在以下几个方面得到进一步发展：4.1 小型化和集成化光电检测元件将趋向于小型化和集成化，以适应小型化和高性能化的设备和系统要求。
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 第一章 光电检测应用中的基础知识
光电检测系 统组成： 被测对象的
信息加载
例：
激光 外径 扫描 仪原 理图
光源
信息 载体
被测 对像
光电探 测器
信息处理
光学 系统
光电
转换
t nT
d t
放大 边缘检测
电动机 驱动
门控
主
振
处理
§1.1 辐射度学和光度学基本概念
X光辐射（10~100nm)
电磁辐射
紫外辐射 (100~380nm)
红、橙、黄、 可见光辐射 (380~780nm) 绿、青、蓝、
) )
0
1. 基尔霍夫定律
M e1( ,T ) M e2 ( ,T ) M e3( ,T ) ... M eB( ,T ) 常数
1( ,T ) 2( ,T ) 3( ,T )
B ( ,T )
aB( ,T ) 1
M e1( ,T ) 1( ,T )
M e2 ( ,T ) 2( ,T )
带填充空位
价带
•间接复合---通过“缺陷、错位、
导带
杂质”等形成的复合中心复合
价带
1.2.4 载流子的扩散和漂移
1.扩散
------在某种作用下（如光照），使材料中的局部位置的光生载 流子浓度高于其它地方的载流子浓度，这时载流子就从浓度高 的地方向浓度低的地方运动，这种现象称为扩散
扩散形成电流的大小：J nD
0.38 0.55μm
0.52 μm
0.7 λ
定义:
视见函数
V
K Km
V
1
C
明视
k kmV CV
0.38 0.55μm0.7 λ
v
2 1
ke d
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。
光电传感与检测技术基本原理
光电传感与检测技术基本原理光电传感与检测技术基本原理是指利用光学原理与电子技术相结合，将光信号转换为电信号进行测量与检测的一种技术。
它在生产、生活和科学研究中有着广泛的应用，包括光电测量、图像处理、模式识别等领域。
下面将详细介绍光电传感与检测技术的基本原理。
光电传感器是光电技术的核心组成部分，一般由光源、物体、传感器和信号处理部分组成。
光源通常使用发光二极管(LED)或激光器，产生足够强度的光照射到待测物体上。
物体可以是固体、液体或气体，它们对光的吸收、反射、透射或散射会导致光信号的变化。
传感器是将光信号转换为电信号的装置，常见的传感器包括光敏电阻、光电二极管、光电三极管、光电管等。
信号处理部分负责将传感器输出的电信号进行处理和分析，以得到与物体相关的信息。
在光电传感与检测技术中，光的吸收、反射、透射和散射是基本过程。
物体对光的吸收程度取决于物体的材料和颜色，不同的物体对不同波长的光吸收程度也不同。
当光照射到物体上时，一部分光被物体吸收，一部分光被物体反射、散射或透射。
光敏传感器通过测量与光信号相关的电信号来检测这些变化。
光电传感与检测技术中常用的传感器有光敏电阻和光电二极管。
光敏电阻是一种对光敏感的电阻，其电阻值随光照强度的变化而变化。
光敏电阻常用于光强测量、光控制和光敏开关等应用。
光电二极管是一种半导体器件，具有类似于普通二极管的结构，但是在光照射下可以产生电流。
光电二极管常用于光电转换和光传感应用，如光电编码器、光电障碍传感器等。
在光电传感与检测技术中，信号处理是非常重要的一步。
传感器输出的电信号往往是微弱的和混杂的，需要通过信号处理电路进行放大、滤波和调理，以得到可靠和精确的测量结果。
信号处理电路的设计会根据具体应用的需求而有所不同，常见的方法包括放大器、滤波器、模数转换器等。
总结起来，光电传感与检测技术基本原理包括光的吸收、反射、透射和散射，光敏传感器的使用以及信号处理。
通过对光信号的测量和分析，可以得到与物体相关的信息，实现光电传感与检测技术的应用。
光电检测技术绪论
光电检测技术涉及光电子学、物 理学、化学、材料科学等多个学 科领域，是现代信息科学的重要 组成部分。
光电检测技术的应用领域
在通信领域，光电检测技术用于 光纤通信、光信号处理境监测领域，光电检测技术 用于气体成分分析、水质监测、 气象观测等方面，为环境保护和 治理提供技术支持。
光电检测技术绪论
• 光电检测技术概述 • 光电检测技术的基本原理 • 光电检测技术的分类 • 光电检测技术的应用实例 • 光电检测技术的挑战与展望
01
光电检测技术概述
光电检测技术的定义
01
光电检测技术是指利用光子与电 子相互作用产生电信号，通过测 量电信号实现对光信号的检测和 转换的一种技术。
精度提升
随着科技的发展，光电检测技术 需要更高的精度以适应各种应用 场景，如光学通信、生物医疗和
环境监测等。
响应速度优化
在某些实时性要求较高的场合， 如高速运动目标跟踪和高速信号 处理，光电检测技术需要具备更
快的响应速度。
算法改进
通过算法优化和改进，提高光电 检测系统的数据处理能力和实时 性，以满足高精度和高速度的要
傅里叶变换型光电检测技术主要应用于光谱 分析、光学通信、激光雷达等方面。通过不 同的光学系统和信号处理方法，可以实现不
同的检测功能。
04
光电检测技术的应用实例
光电测距技术
激光雷达测距
利用激光雷达发射激光束并接收反射 回来的信号，通过测量光束往返时间 来计算目标距离，广泛应用于无人驾 驶、环境监测等领域。
超声波测距
利用超声波发射器发出超声波并接收 回波，通过测量回波时间计算目标距 离，常用于近距离测距，如机器人避 障等。
光电跟踪技术
红外跟踪
光电检测技术
如何选择最佳负载：作光电池伏安特性曲线，过Voc和Isc作特性曲线的切线，他们相交与PQ点，连接PQ点和原点O的直线即为最佳负载线。次直线与特性曲线交与PM，最大输出功率PM等于矩形O IM PM VM面积，此时流过负载RM上的电流为IM RM上的压降为VM
1、光电检测基本模型：光发射机（光源、光学系统）---光学信道（大气、光纤、水）---光接收机
2、光电检测技术优缺点：缺点：外界干扰光影响大，使用温度有限 优点：非接触式测量，响应速度快，检测范围宽，应用广。
3、光电效应：当光照射到物体上使物体发射电子，或导电率发生改变，或产生电动势等，这种因光照而引起物体电学性质的改变统称为光电效应。
4、外光电效应：物质受到光照后向外发射电子的现象称为外光电效应。
4.1、本征吸收：半导体材料吸收光电原因，在于光与处于各种状态的电子、晶格原子和杂质原子的相互作用。其中最主要的光吸收是由于光子的作用使电子由价带跃迁到导带而引起的，称为本征吸收；
14.5、PMT 的引起暗电流Id的因素：1）光电阴极和第一倍增极的热电子发射。2）极间漏电流，由于光电倍增管各级绝缘强度不够或极间灰尘放电引起漏电流。3）离子和光电反馈作用；4）场致放射；5）放射性同位素和宇宙射线的影响；
14.6、减少暗电流ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ方法：1）主要是选好PMT的极间电压。2）在阳极回路中加上与暗电流相反的直流成分来补偿；3）在倍增管输出电路中加一选频或锁相放大滤波暗电流;4）利用冷却法减少热电子发射；
工作原理：？？？
29、光电检测电路由光电器件、输入电路、和前置放大器
30、将光电信号转换成0，1数字量的过程称为光电信号的二值化处理。
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
光电检测技术与系统教学设计
光电检测技术与系统教学设计背景随着科技的迅猛发展，光电检测技术在许多领域中得到了广泛应用，如生物医药、环保、新材料等。
因此，掌握光电检测技术成为了现代科技人才必须的一项基本技能。
在高等教育中，培养学生的光电检测技术需要通过实践教学来实现，才能更好地逐步掌握和应用。
光电检测技术与系统教学设计是一项必不可少的工作，为学生提供了更好的学习和实践机会，也促进了教育教学改革的进展。
教学目标本次教学设计旨在培养学生的光电检测技术与系统应用能力，让学生了解光电检测技术的基本原理和应用，了解光电检测系统的主要组成部分，以及光电检测技术在各种领域中的应用情况。
教学内容1. 光电检测技术基础•光的本质及其与物质的相互作用•光学基础和光电探测器原理•光电检测器的种类和特点•光电元器件和微光测量2. 光电检测系统•光电检测系统的基本组成和原理•光电检测系统的设计和调试•光电检测系统在各个领域中的应用3. 实践操作•光电检测器的基本使用方法•光电检测系统的实际操作•常用光电检测器的测量试验及结果分析教学方法本次课程的主要教学方法为理论讲授与实践操作相结合。
通过理论讲解和实验操作让学生更好地掌握光电检测技术和系统，让学生在实验中发现问题，分析问题，解决问题的能力。
教学评价本次教学的评价主要是以学生的课堂出勤率、课程参与度和实践操作成绩综合评价。
学生必须在参加实践操作，完成实验报告，并按时提交。
同时，教师也将为学生提供充足的实验室时间，为学生有出色成果提供机会。
教学资源本次光电检测技术与系统教学使用的设备资源如下：•光电检测器•激光器•光电探测器同时，还需要配备实验室的常规设备，如电脑、投影仪等。
总结光电检测技术与系统是一门在实践中不断发展和创新的学科，学生应当深入理解其原理和应用，掌握光电检测技术和系统设计。
通过教学设计实践，教育教学将能更好地促进学生的能力发展，培养具有实际应用能力的工程技术人员。
光电检测技术知识点
1、光电效应应按部位不同分为光电效应和外光电效应，光电效应包括〔光电导〕和〔光生伏特效应〕。
2、真空光电器件是一种基于〔外光电〕效应的器件，它包括〔光电管〕和〔光电倍增管〕。
构造特点是有一个真空管，其他元件都放在真空管中3、光电导器件是基于半导体材料的〔光电导〕效应制成的，最典型的光电导器件是〔光敏电阻〕。
4、硅光电二极管在反偏置条件下的工作模式为〔光电导〕，在零偏置条件下的工作模式为〔光生伏特模式〕。
5、变象管是一种能把各种〔不可见〕辐射图像转换成为可见光图像的真空光电成像器件。
6、固体成像器件〔CCD〕主要有两大类，一类是电荷耦合器件〔CCD〕，另一类是〔SSPD〕。
CCD电荷转移通道主要有：一是SCCD〔外表沟道电荷耦合器件〕是电荷包存储在半导体与绝缘体之间的界面，并沿界面传输；二是BCCD称为体沟道或埋沟道电荷耦合器件，电荷包存储在离半导体外表一定深度的体，并沿着半导体一定方向传输7、光电技术室〔光子技术〕和〔电子技术〕相结合而形成的一门技术。
8、场致发光有〔粉末、薄膜和结型三种形态。
9、常用的光电阴极有正电子亲合势光电阴极〔PEA〕和负电子亲合势光电阴极〔NEA〕，正电子亲和势材料光电阴极有哪些〔Ag-O-Cs,单碱锑化物，多碱锑化物〕。
10、根据衬底材料的不同，硅光电二极管可分为〔2DU〕型和〔2CU〕型两种。
11、像增强器是一种能把微弱图像增强到可以使人眼直接观察的真空光电成像器件，因此也称为〔微光管〕。
12、光导纤维简称光纤，光纤有〔纤芯〕、〔包层〕及〔外套〕组成。
13、光源按光波在时间，空间上的相位特征可分为〔相干〕和〔非相干〕光源。
14、光纤的色散有材料色散、〔波导色散〕和〔多模色散〕。
15、光纤面板按传像性能分为〔普通OFP〕、〔变放大率的锥形OFP〕和〔传递倒像的扭像器〕。
16、光纤的数值孔径表达式为，它是光纤的一个根本参数、它反映了光纤的〔集光〕能力，决定了能被传播的光束的半孔径角17、真空光电器件是基于〔外光电〕效应的光电探测器，他的构造特点是有一个〔真空管〕，其他元件都置于〔真空管〕。
第1章 光电检测技术中的基础知识
（2）空穴扩散电流密度
J
pD
qD
d ( p )
p
dx
Dn和Dp是电子和空穴的扩散系数,式中负号表示空穴扩 散方向由高浓度向低浓度运动。
2、漂移运动
漂移运动是在电场作用下，除了热运动之外获得的 附加运动。 如在外加电场的作用下，电子的电流密度：
（2） 发光强度Iv：点光源单位立体角内所发出的光 通量，称为光源在该方向上的发光强度。
I v d v / d
单位：cd ，是国际单位制中七个基本单位之一。 1cd是指光源在给定方向上发出波长为555nm的单 色辐射，且其辐射强度是1/683W/sr。
意义：描述光源发出的光通量在空间一定范围内的分布 值。
cd,lm/sr
nt, cd/m2 lx,lm/m2 lx,lm/m2
I d / d
L d / d dA cos
2
＝ dI / dA cos
辐射出射度 Wm-2 辐射照度 Wm-2
M d / dA
E d / dA
辐射度学与光度学的比较 1、两者的相同点： ①光度量和辐射度量的定义、定义方程是
3、非平衡载流子的产生 产生非平衡载流子的方式：光照、电注入或其他能 量传递方式。 如：光照产生非平衡载流子的过程，如图所示：
n
光照
p
在一般情况下，注入的非平衡载流子浓度比平衡时的多数载流子浓度 小很多，如n型材料，△n≤n0, △p≤n0,满足这个条件称小注入。
4、非平衡少数载流子寿命
有光等外界影响发生时，载流子产生率大于复合率，并最 终平衡；光等外界因素消除时，复合率大于产生率，并最后 趋于平衡。 当给半导体材料去掉外界条件（停止光照）时，由于净复 合的作用，非平衡载流子会逐渐衰减以致消失，最后载流子 浓度恢复到平衡状态时的值。但非平衡载流子不是立刻消失， 而是有一个过程，即他们在导带和价带上有一定的生存时间。 这些非平衡少数载流子在半导体内平均存在的时间称为非平 衡载流子的寿命，简称少子寿命， 用τ 表示。非平衡少数 载流子寿命的衰减规律成指数衰减
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1
2
2 exp22
（2-4）
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第2章 光电检测技术基础
为正态分布的标准偏差，也就是各测得值x的均方差，或称均方
根差。
(2)12 x2
1 2
（2-5）
式中符号“<
>”表示统计平均的意思。例如：
Z
lim
N
1 N
N n1
Zn
即无穷多次抽样的平均
（2-6）
lim N
✓ 绝对值很大的误差出现的概率接近于 零，也就是说误差值有一定的极限。
✓ 由于曲线左右对称的分布，所以在一 列等精度的测量中，其误差的代数和 有趋于零的趋势。
图2-2 不同标准差的 正态分布曲线
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第2章 光电检测技术基础
2、算术平均值及其标准误差
真值的最佳估计就是N次检测结果x1，x2，…，xn，…，xN
第2章 光电检测技术基础
有限N次抽样的算术平均值不等于真值，即 (x) 。因而
在等精度条件下，每进行N次抽样所得到的算术平均值之间也都
略有不同，它的分布也应是正态分布。可以用正态分布的有关
性质来讨论算术平均值的分布。用 x 表示 ( x ) 的标准偏差，或
叫标准误差,从而说明( x ) 的误差分布。利用方差运算法则有：
（2）指定值 A s 指定值是由国家设立的各种尽可能维持不变的实物基准或标准原器 所规定的值。
（3）实用值 A
采用计量标准传递的方法将指定值、基准量逐级传递到各级计量
站，以及具体的检测仪器中。各级计量站或检测仪器在进行比较测量
时，把上一级标难器的量值当作近似的真值，把它们都叫做实用值、
参考值或传递值。
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第2章 光电检测技术基础
（2）误差按它们的基本特性分类 ➢系统误差 在检测过程中产生恒定不变的误差叫恒差或按一定规律变化的误
差叫变差，统称为系统误差。系统误差产生的原因有工具误差、装 置误差、方法误差、外界误差和人身误差等。
➢随机误差
在尽力消除并改正了一切明显的系统误差之后，对同一待测量 进行反复多次的等精度测量，每次测量的结果都不会完全相同，而 呈现出无规则的随机变化，这种误差称为随机误差。
第一章 光电检测技术基础
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第2章 光电检测技术基础
本章的主要内容
2.1 检测量的误差及数据处理 2.2 辐射度量与光度量基础 2.3 光电检测器件的特性参量
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2.1 检测量的误差及数据处理
第2章 光电检测技术基础
本节主要包括以下几部分内容：
3、置信限和置信概率
由于待测量的真值A0是不可知的，由式(2-2)可知，虽可测出测 量值x，但误差x的具体值也不可能准确得到，但是我们可以按照 一些依据和手段来估计误差x值或称不确定度的大小。这种估计的 误差范围或误差限叫做置信限。
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第2章 光电检测技术基础
2.1.2 随机误差 1、随机误差的性质和标准偏差
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第2章 光电检测技术基础
2、误差的产生及分类
设某被测量的真值为A0，而测得值为x，于是有
xxA0
式中Байду номын сангаасx — 检测的绝对误差或误差。
A0 xx
（2-1） （2-2）
当x很小时，可以A0=x。所谓很小是相对于检测目的和允许精
度范围而言的。
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1 N
N
n2
n1
lim N
1N N n1
xn 2
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（2-7）
第2章 光电检测技术基础
只有＞0，函数P(x)或P()才有意义，如图2-l所示，这就是正
态分布曲线。由此可知，测得值x出现在区间(a,b)内的概率，在图中 表示为该区间曲线下的面积。而用公式表为
PxaxxbxxabP(x)dx
2.1.1 检测过程及误差分类 2.1.2 随机误差 2.1.3 系统误差
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第2章 光电检测技术基础
2.1.1 检测过程及误差分类 1、检测过程及标准
由检测过程可知，必须有已知量作为比较或参考的标难，才能进行 检测工作。比较标准通常有以下三类：
（1）真值 A 0
真值是指某物理量的理论值或定义值。
N
2 ( x ) 2 ( x n ) n 1
1 N2
2 ( x1
x2 ...
xn ...
xN )
1 N2
2 ( x1)
2 ( x2 ) ...
2 ( x N )
1 N2
2
2 ...
2
1 N2
N
2
1 2 N
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（2-16）
PabbP()d（2-8） a
当区间为正负无穷大时则有：
P(x)d xP()d1（2-9）
图 2-1
正态分布曲线
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第2章 光电检测技术基础
按照以上讨论可知，随机误差的分布即正态分布有以 下特点：
✓ 绝对值相等的正误差和负误差出现的 概率相同。
✓ 曲线的钟形分布使绝对值小的误差出 现概率大，而绝对值大的误差出现的 概率小。
第2章 光电检测技术基础
所以有：
s
x
N
（2-17）
由上式可知，当检测次数N增大时，s就相应减少，也就是
设在一定条件下对真值为的某量x进行多次重复的测量，也就
是进行一列N次等精度的测量，其结果是：x1，x2，…，xn，…，xN， 各测得值出现的概率密度分布P(x)遵守正态函数或高斯函数分布的 规律：
P(x)12exp(x22)2
（2-3）
如果用每个测得值x离真值的偏差，即真误差来表示，＝x，则
有
P()
的算术平均值。可用下式表示
(x)N 1n N 1x nN 1(x 1x 2 ..x .n ..x .N ) （2-15）
式中符号“( —)”是指有限次抽样的平均值(x) ，即上
述统计平均值 ，叫做数学期望，其值等于真值。实际检测中， 不可能对检测量进行无穷多次测量，因此也无法得到真值。
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第2章 光电检测技术基础
检测误差可按不同属性进行分类。 （1）误差按检测结果分类
可分为绝对误差和相对误差。绝对误差x＝x﹣A0 。相对误差通 常又可用两种表示方法。一种叫做实际相对误差，表达式为
xx xA 01% 00
另一种叫做额定相对误差，表达式为
xxmax10 %0
式中xmax为最大测量值。