第五章 光辐射的探测
第五章地面和大气中的辐射过程2
大气上界和海平面的太阳辐射谱
在地球―大气系统对太阳辐射的吸收中, 大气的吸收只占 20%，地球表面吸收了 约50%，这一点在地球―大气系统的能 量平衡及气候的形成和变化中有极重要 的作用。
1. 地面反照率 地球表面能获得多少太阳辐射能，在很大程度上依 赖于地表反射率。
各种地面的平均反照率
2. 云的反照率
第五章地面和大气中的辐射过程51辐射的基本概念52辐射的物理规律53地球大气与辐射的相互作用54太阳辐射在地球大气中的传输55地球大气系统的长波辐射56地面大气及地气系统的辐射平衡地球作为飘浮在宇宙空间的一个物体它只有通过辐射过程才能与其周围环境交换能量并最终达到某种平衡
大气中有各种气体成分以及水滴、尘埃等 气溶胶颗粒，辐射在大气中传输时，要受 到大气的影响，其强度、传输方向以及偏 振状态都会发生变化。 这种作用主要有吸收、散射和折射。由于 折射过程一般与能量收支问题关系较少， 这里主要讲述吸收和散射的作用。
地球–大气系统的反照率称为行星反照率，它表示射入地 球的太阳辐射被大气、云及地面反射回宇宙空间的总百 分数。
行星反照率分为各地区行星反照率和全球行星反照率。 因为各地云量和冰雪分布情况不同，
各地区行星反照率的差别较大，赤道地区的行星反照率 约为0.2甚至更小，而极地为0.6甚至达到0.95。 至于全年平均的全球行星反照率，数值可取0.30。这是 由地球表面的平均反照率（约为0.15）、云的高反照率 和大气的后向散射作用的综合结果。
所谓吸收，就是指投射到介质上面的辐射能中的一 部分被转变为物质本身的内能或其它形式的能量。 辐射在通过吸收介质向前传输时，能量就会不断被 削弱，介质则由于吸收了辐射能而加热，温度升高。 大气中各种气体成分具有选择吸收的特性，这是由 组成大气的分子和原子结构及其所处运动状态决定 的。
塞贝克效应-湖南大学
Ei
k
k’
Eg
➢ 略去光子动量：k f ki q（5 116） ➢ q声子波矢, “–”发出, “+”吸收声子.源自' aA(h
Eg
EP
EP )2
(当h
Eg
EP ) (5 1 23)
e kT 1 吸收一个声子间接跃迁吸收系数
' e
A(h
1
Eg
➢ 剩余射线带短方向, 吸收光谱依赖
T, 吸收有两个以上声子产生. 吸收 一个光子产生两个声子, 守恒定律:
能量守恒 动量守恒
(k )
(q)
(5
1
26)
q k 0
能量守恒 动量守恒
(k
)
(q1
)
(q2（) 5
1
27）
k q1 q2
§5-1 物质中的光吸收
一、本征吸收 二、晶格振动吸收 三、自由载流子的光吸收
➢ 半导体能级结构图.
E0 W=E0-EF 电子亲和
势
Eg
➢ 逸出功W=真空能级E0−费米EF
§5-1 物质中的光吸收
§5-2 光探测的基本物理效应
§5-3 光辐射探测过程中的噪声
一、光电效应 二、光热效应
1. 外光电效应(光电子发射) 2. 内光电效应(光电导效应与光伏效应)
① 光子被材料吸收 ② 光电子向材料表面运动 ③ 光电子逸出界面
§5-4 光辐射的探测方法
一、本征吸收 二、晶格振动吸收 三、自由载流子的光吸收
四、激子吸收 五、杂质吸收
➢ 红外段, 光子和晶格振动互作用引起吸收区. 离子晶体或离子性强化合物(GaAs)存在强晶
核辐射测量方法-第五章
m0 c 2 Ec ( 0.256Mev) 2
一、γ射线仪器谱的形成机制
康普顿散射
一、γ射线仪器谱的形成机制
形成电子对效应
二、“小探测器”的能谱响应
所谓“小”探测器是指探测器的体积小于初始γ射线与吸收 材料相互作用所产生的次级γ辐射的平均自由程；同时假定γ 射线与探测器介质相互作用产生的所有带电粒子(光电子、康普
康普顿散射 散射光子能量：
hv' |
反冲电子能量：
1 2
hv hv m0 C 2
2hv / m0 c 2 Ee | hv[ ] 2 1 2hv / m0 c
一、γ射线仪器谱的形成机制
康普顿散射 入射光子能量与最大反冲电子能量之差：
hv Ec hv Ee | 1 2hv / m0 c 2
二、不同形状γ射线源的照射量率计算方法 γ照射量率常数Γ
dx X dt
m e i E ,i i 1 i W
m
A贝可 m 光子 m 米2 焦耳 6.242 1018电子伏 1.602110－19 库仑 2 2 ni E ,i 4 l 米 i 1 转变 i 千克 光子 焦耳 33.73电子伏 A m m 库仑 2.36110 2 ni E ,i l i 1 i 千克 秒
----产生电离的本领而作出的一种量度 X=d Q/d m Ｘ＝Ｋa e/W
Ｋa：γ光子在空气中的比释动能；
e：为电子的电荷；
W：在空气中形成一对离子所消耗的平均电离能。
一、基本问题
照射量率 kg· C-1· s-1 ----产生电离的本领而作出的一种量度 X=d Q/d m
第五章_2节_辐射的基本定律
T=300K,
T=6000K,
b max 9.66 m 300 b max 0.48 m 6000
五、太阳辐射和地球辐射的差别
1. 太阳辐射特点
•辐射集中于0 .17-4 μm，极值辐射位于0.48μm • <0.25μm的太阳辐射, 主要来自非热平衡辐射? • >4μm的太阳辐射, 很少部分
黑体与非黑体辐射 间的联系
黑体辐射定律
Kirchhoff 定律和黑体辐射定律的成立条件: 热力学平衡态，即系统内温度、密度、 动量均匀,辐射各向同性. 60公里以下大气层,某段时间内，某有限体 积元，可认为有确定的温度，近似满足 热力学平衡条件，称局地热力学平衡. 此时能量跃迁由分子碰撞决定。
历史的发展
h 6.62621034 ( J S )
•黑体辐射率随温度和波长的分布函数, 即黑体的单色(或分光)辐射率：
B ( , T ) 2hc2
5
e
1
hc kT
1
c1
5 e
1
c2 T
(W m 2 m 1 sr 1 ) 1
F ( , T ) B ( , T ) B 可看出
1859 年 基尔霍夫定律 斯蒂芬 波尔兹曼 斯蒂芬-波尔兹曼 定律
1879 年 1884 年 1893 年 1901 年
韦恩位移定律 普朗克定律
吸收率 a（吸收系数）: 物体吸收的辐射能与投射到该物体上 的辐射能之比。
（和物体的性质、波长、温度有关。）
黑体：吸收率为1的物体称为绝对黑体。 灰体：物体的吸收不随波长而变 (单色吸 收率与波长无关) ,且吸收率小于1的物体称 为灰体。 放射率ε（比辐射率,黑度）： 物体的辐射通量密度与同温度下黑 体的辐射通量密度之比。
第五章(全)--光电子技术
工作原理：常作成长条形，如图所示。当光点沿长条方向扫过时， 外加电场驱使光生载流子沿光点扫描方向迁移，并保证光点扫描速 度等于载流子迁移速度，光场在元件上产生的载流子被外加电场扫 在一起，最后堆积到元件末端的两电极之间，从而改变该区域的光 电导，在外回路得到光信号电流。在光电扫描与载流子迁移过程中， 信号经累积(积分)输出，而噪声由于其不相关特性，不会像信号— 样累积，从而大大提高了器件的灵敏度，比通常的8-14um波段的红 外探测器背景限提高了几倍。
I
•光电导的驰豫特性限制了器件对 较高调制频率的光功率的响应。
63 37 0 1 0 1
பைடு நூலகம்t/τ
图5.7、光电导的驰豫特性
ξ5.3 实用光电导探测器
5.3.1 单晶光电导探测器
(一)本征型: (1)碲镉汞 (HgCdTe)（2）锑化铟(InSb)（3）碲锡铅(PbSnTe) (二)杂质型： (1)锗掺汞 (Ge:Hg)(2)锗掺镓 (Ge:Ga)(3)硅掺砷（Si:As）
i
2 N
2 iN f i2 Ng r
i
2 NJ
1kHz
1MHz
图5.2、光电导探测器的噪声分布
二、光电导探测器的性能参数 A. 响应率
IS 电流响应率： RI P
前面的推导我们已经得到 可以得到响应率为：
VS 电压响应率： RV P
e IP GP hv
e RI G hv e RV GRd hv
P( x)
hv P( x) wLhv
：在x处单位时间吸收的光子数
n( x )
:在x方向上单位长度体积内的被吸收的光子数 密度,由于α 包含了量子效率在里面，因此也 等于单位时间、单位体积产生的光电子数。
第五章 光电直接检测系统
① 取τ1λ为被测距离L在光谱响应范围内的平均透过率τ1。 ② 光学系统的透过率τ0λ对光谱响应范围内平均值。 ③ 把检测器的光谱响应带看成是一个矩形带宽。即在响应范围内为 常数RV，在其它区域为零。 ④根据物体的温度T查表，可计算出在考查波段范围内的黑体辐射强度， 再乘以物体的平均比辐射率，可得到物体在光谱响应范围内的辐射强度Ie。
5.2.4 系统的通频带宽度
频带宽度f是光电检测系统的重要指标之一。检测系统要求f应保存原有 信号的调制信息，并使系统达到最大输出功率信噪比。系统按传递信号能力， 可有以下几种方法确定系统频带宽度。
I (ω)
0.66 ω1 = 1. 等效矩形带宽： τ0
ω 1
I (0)
2. 频谱曲线下降3dB的带宽 f2 = 3. 包含90%能量的带宽 f = 0.89 3 τ0
eη α= 称为光电变换比例常数 hν
5-3
5.1 光电直接检测系统的基本工作原理 若光检测器负载电阻RL，则光检测器输出电功率为：
eη 2 P = I RL = 5-4 P RL o s hν 光检测器的平方律特性：光电流正比于光电场振幅的平方， 电输出功率正比于入射光功率的平方。
2 2 s
第五章 光电直接检测系统
非相干检测，
光 电 检 测 系 统
直 接 检 测 光 外 差 检 测
光源：非相干或相干光源 原理：利用光强度携带信息，将光强度转换为 电信号，解调电路检出信息。 调制方法：光强度调制、偏振调制。
直接检测是一种简单实用的方法。
相干检测， 光源：相干光源 原理：利用光的振幅、频率、相位携带信息， 检测时需要用光波相干原理。 调制方法：光振幅调制、相位调制，频率调制
5-21
RVλ为检测器的 光谱响应度
第五章半导体中的光辐射和光吸收
第五章半导体中的光辐射和光吸收1. 名词解释：带间复合、杂质能级复合、激子复合、等电子陷阱复合、表面复合。
带间复合：在直接带隙的半导体材料中，位于导带底的一个电子向下跃迁，同位于价带顶的一个空穴复合，产生一个光子，其能量大小正好等于半导体材料E。
的禁带宽度g浅杂质能级复合：杂质能级有深有浅，那些位置距离导带底或价带顶很近的浅杂质能级，能与价带之间和导带之间的载流子复合为边缘发射，其光子能量总E小。
比禁带宽度g激子复合：在某些情况下，晶体中的电子和空穴可以稳定地结合在一起，形成一个中性的“准粒子”，作为一个整体存在，即“激子”。
在一定条件下，这些激子中的电子和空穴复合发光，而且效率可以相当高，其复合产生的光子能量小E。
于禁带宽度g等电子陷阱复合：由于等电子杂质的电负性和原子半径与基质原子不同，产生了一个势场，产生由核心力引起的短程作用势，从而形成载流子的束缚态，即陷阱能级，可以俘获电子或空穴，形成等电子陷阱上的束缚激子。
由于它们是局域化的，根据测不准关系，它们在动量空间的波函数相当弥散，电子和空穴的波函数有大量交叠，因而能实现准直接跃迁，从而使辐射复合几率显著提高。
表面复合：晶体表面的晶格中断，产生悬链，能够产生高浓度的深的或浅的能级，它们可以充当复合中心。
通过表面的跃迁连续进行表面复合，不会产生光子，因而是非辐射复合。
2. . 什么叫俄歇复合，俄歇复合速率与哪些因素有关？为什么长波长的InGaAsP 等材料的俄歇复合比短波长材料严重？为什么俄歇复合影响器件的J th 、温度稳定性和可靠性？ 解析：● 俄歇效应是一个有三粒子参与、涉及四个能级的非辐射复合的效应。
在半导体中，电子与空穴复合时，把能量或者动量通过碰撞转移给第三个粒子跃迁到更高能态，并与晶格反复碰撞后失去能量。
这种复合过程叫俄歇复合.整个过程中能量守恒，动量也守恒。
●半导体材料中带间俄歇复合有很多种，我们主要考虑CCHC 过程（两个导带电子与一个重空穴）和CHHS 过程（一个导带电子和两个重空穴）。
核辐射探测学习题参考答案(修改)
第一章射线与物质的相互作用1.不同射线在同一物质中的射程问题如果已知质子在某一物质中的射程和能量关系曲线，能否从这一曲线求得d （氘核）与t （氚核）在同一物质中的射程值？如能够，请说明如何计算？解：P12”利用Bethe 公式，也可以推算不同带点例子在某一种吸收材料的射程。
”根据公式：)()(22v R M M v R b ab b a a Z Z =，可求出。
步骤：1先求其初速度。
2查出速度相同的粒子在同一材料的射程。
3带入公式。
2：阻止时间计算：请估算4MeV α粒子在硅中的阻止时间。
已知4MeV α粒子的射程为17.8μm 。
解：解：由题意得 4MeV α粒子在硅中的射程为17.8um 由T ≌1.2×107-REMa，Ma=4得 T ≌1.2×107-×17.8×106-×44()s ＝2.136×1012-()s3：能量损失率计算课本3题，第一小问错误，应该改为“电离损失率之比”。
更具公式1.12-重带点粒子电离能量损失率精确表达式。
及公式1.12-电子由于电离和激发引起的电离能量损失率公式。
代参数入求解。
第二小问：快电子的电离能量损失率与辐射能量损失率计算：()20822.34700700()rad iondE E Z dx dEdx*⨯≅=≈4光电子能量：光电子能量：（带入B K ） 康普顿反冲电子能量：200.511m c Mev =ie hv E ε-=220200(1cos ) 2.04(1cos 20) 4.16160.060.3947(1cos )0.511 2.04(1cos 20)0.511 2.040.06Er Ee Mev m c Er θθ--⨯====+-+-+⨯5:Y 射线束的吸收解：由题意可得线性吸收系数10.6cm μ-=，311.2/pb g cm ρ=12220.6 5.3610/11.2/m pb cm cm g g cmμμρ--∴===⨯质量吸收系数 由r N μσ=*可得吸收截面：12322230.61.84103.2810/r cm cm N cm μσ--===⨯⨯ 其中N 为吸收物质单位体积中的原子数2233.2810/N cm =⨯ 0()t I t I e μ-=要求射到容器外时强度减弱99.9% 0()0.1%0.001t I t e I μ-∴=∴=即t=5In10 =11.513cm6：已知)1()(tι--=e A t f t 是自变量。
光电检测技术复习五(热辐射探测器件)
3
我的老师说过：光电技术人员应具备不怕黑、不怕冷、不怕密闭的专业素质.
5.1 热辐射探测器通常分为哪两个阶段？哪个阶段能够产生热电效应？ 答：热辐射探测器将入射到器件上的辐射能转换成热能，然后再把热能转换成电能的器件。 第二个阶段能产生热电效应。 5.2 热释电器件为什么不能工作在直流状态？工作频率等于何值时， 热释电器件的电压灵敏 度达到最大值？ 答： 5.3 为什么热释电器件总是工作在 ѡe >> 1 的状态？在 ѡe >> 1 的情况下热释电器件的电压灵 敏度如何？
问题二 热释电器件 一、 【核心】热释电效应 1. 探测原理： 1) 电介质内部没有自 由载流子，没有导电能力。在外加电场作用下，带电粒子受电场力作用，电子在电 场力作用下发生定向移动，产生位移电流，如图 5-12 所示，电介质产生极化现象，
我的老师说过：光电技术人员应具备不怕黑、不怕冷、不怕密闭的专业素质.
1
注意：多数热敏电阻具有负的温度系数，即当温度升高时，其电阻值下降，同时灵敏度也下 降。由于这个原因，限制了它在高温情况下的使用。 二、 1. 2. 热电偶探测器 热电偶的工作原理：利用物质温差产生电动势的效应探测入射辐射的。 图示：利用半导体材料构成的辐射热电偶成本低，具有更高的温差电位差。
热辐射的特点--基于光辐射与物质相互作用的热效应而制成的器件 光谱响应范围宽， 无波长选择性， 对于从紫外到毫米量级的电磁辐射几乎都有相同 的响应。而且响应度都很高，但响应速度较低。因此，具体选用器件时，要扬长避短， 综合考虑。 3.
2
3.
Sv
i. ii. iii. iv. v. 问题三 课外思考题
AR G(1 ) (1 2 e2 )1/2
核辐射探测第五章 辐射测量方法
慢符合：成形脉冲宽度>108sec. ； 快符合：成形脉冲宽度<108sec. 。
快符合的符合曲线宽度主要 是脉冲时间离散的贡献。
1
DET1
60 Co *
2
DET2
n(td ) nco nrc
23
0
t
2．符合测量装置 1)、多道符合能谱仪
加速器带电粒子核反应：
d 3H 4He n 17.6MeV
2）用吸收法测得粒子的最大射程，再根据经 验公式求得其最大能量。对衰变伴有射线发 射的样品，一般都通过能谱的测量来确定核素 的含量。
43
5.4 射线能谱的测定
1. 单能能谱的分析 1) 单晶谱仪
常用NaI(Tl)，Cs(Tl)，Ge(Li)，HPGe等探测器
2) 单能射线的能谱
主过程：全能峰——光电效应＋所有的累 计效应；康普顿平台、边沿及多次康普顿散 射；单、双逃逸峰。
同步信号频率nco ；
不存在时间离散；
成形脉冲是理想的矩形波。
DL1 DL2
0
td
符合曲线的高度为nco ，半宽度为:
FWHM 2
由此决定电子学分辨时间为： FWHM/2 ＝ 。
电子学分辨时间与成形脉冲宽度、形状、符
合单元的工作特性等因素有关。
22
物理瞬时符合曲线： 探测器输出脉冲时间统计涨落引起的时间晃动； 系统噪声引起的时间晃动； 定时电路中的时间游动。
张立体角为4，减小了散射、吸收和几何 位置的影响。测量误差小，可好于1％。
流气式4正比计数器；(适用于固态放射 源)
内充气正比计数器和液体闪烁计数器； (适用于14C、3H等低能放射性测量，将14C、 3H混于工作介质中)
核电厂辐射防护基础课后习题
第一章 基本概念1.何为碳单位，碳单位的符号和质量。
答：以一个C 12原子质量的十二分之一作为原子质量单位，记为u ，这个原子质量单位称为碳单位，kg kg u 27261066056.112/1099267.11--⨯=⨯=。
2.何为原子序数和原子质量数，用何符号表示？答：原子核中质子的数目称为原子序数，用符号Z 表示；原子核中质子数和中子数之和称为原子质量数，也称质量数，用符号A 表示。
3.用X AZ 表示原子（核）时，A 、X 和Z 各表示什么意义？答：A 是原子质量数，X 是元素符号，Z 是质子数或则是原子序数。
4.用上题的符号时，中子的数目如何确定？答：中子数Z A N -=。
5.当原子核发射一个α粒子时，从原子核中发射出哪些核子？各为多少？答：6.当原子核发射一个β粒子时，放射性原子的A 和Z 如何变化？答：A 会增加1，Z 不变。
7.当原子核发射一个γ粒子时，放射性原子的A 和Z 是否会发生变化？答：不会发生改变。
8.什么是核素和核子？同位素的天然丰度的定义。
答：通常把具有相同质子数Z 、中子数N 的一类原子（核）称为一种核素，即核素是指任一种元素的任一种同位素，也就是说原子核构成（核内中子数和质子数）完全相同的物质就是一种核素。
对于天然存在的元素，一种核素在它所属的天然元素中所占的原子百分数称为该核素的天然丰度。
9.什么是质量亏损？原子核的结合能如何表示？什么是原子核的平均结合能？答：组成原子核的Z 个质子和A-Z 个种子的质量之和与该原子核的质量之差称为原子核的质量亏损。
原子核的结合能除以该原子的质量数A 所得的商，称为平均结合能，以ε表示。
10.一个原子质量单位的物质所相应的静止质量能为多少？答：931.5MeV 。
11.在放射性衰变中，λ的意义是什么？答：λ的物理意义为单位时间内、一个核素衰变的概率。
12.样品当前的放射性活度1450Bq ，若半衰期为25min ，试问在1h 前样品的放射性活度是多少？（7656Bq ）解：15006025/693.02/1=⨯==λT136001062.404-7650/1450/)(1062.44-⨯⨯--===⨯=⇒-s e e t A A λτλ13.试述放射性物质的衰变规律？说明半衰期的物理意义？衰变常数和半衰期之间的关系？ 答：一定数量的某种放射性核素并不是在某一时刻突然全部衰变完，而是随时间的增加而逐渐地减少。
辐射探测学复习要点
辐射探测学复习要点辐射探测学复习要点第⼀章辐射与物质的相互作⽤（含中⼦探测⼀章）1.什么是射线？由各种放射性核素发射出的、具有特定能量的粒⼦或光⼦束流。
2.射线与物质作⽤的分类有哪些？重带电粒⼦、快电⼦、电磁辐射（γ射线与X射线）、中⼦与物质的相互作⽤3.电离损失、辐射损失、能量损失率、能量歧离、射程与射程歧离、阻⽌时间、反散射、正电⼦湮没、γ光⼦与物质的三种作⽤电离损失：对重带电粒⼦，辐射能量损失率相⽐⼩的多，因此重带电粒⼦的能量损失率就约等于其电离能量损失率。
辐射损失：快电⼦除电离损失外，辐射损失不可忽略；辐射损失率与带电粒⼦静⽌质量m 的平⽅成反⽐。
所以仅对电⼦才重点考虑辐射能量损失率：单位路径上，由于轫致辐射⽽损失的能量。
能量损失率：指单位路径上引起的能量损失，⼜称为⽐能损失或阻⽌本领。
按能量损失作⽤的不同，能量损失率可分为“电离能量损失率”和“辐射能量损失率”能量歧离(Energy Straggling)：单能粒⼦穿过⼀定厚度的物质后，将不再是单能的（对⼀组粒⼦⽽⾔），⽽发⽣了能量的离散。
电⼦的射程⽐路程⼩得多。
射程：带电粒⼦在物质中不断的损失能量，待能量耗尽就停留在物质中，它沿初始运动⽅向所⾏径的最⼤距离称作射程，R。
实际轨迹叫做路程P。
射程歧离(Range Straggling)：由于带电粒⼦与物质相互作⽤是⼀个随机过程，因⽽与能量歧离⼀样，单能粒⼦的射程也是涨落的，这叫做能量歧离。
能量的损失过程是随机的。
阻⽌时间：将带电粒⼦阻⽌在吸收体内所需要的时间可由射程与平均速度来估算。
与射程成正⽐，与平均速度成反⽐。
反散射：由于电⼦质量⼩，散射的⾓度可以很⼤，多次散射，最后偏离原来的运动⽅向，电⼦沿其⼊射⽅向发⽣⼤⾓度偏转，称为反散射。
正电⼦湮没放出光⼦的过程称为湮没辐射γ光⼦与物质的三种作⽤：光电效应（吸收）、康普顿效应（散射）、电⼦对效应（产⽣）电离损失、辐射损失：P1384.中⼦与物质的相互作⽤，中⼦探测的特点、基本⽅法和基本原理中⼦本⾝不带电，主要是与原⼦核发⽣作⽤，与γ射线⼀样，在物质中也不能直接引起电离，主要靠和原⼦核反应中产⽣的次级电离粒⼦⽽使物质电离。
核电厂辐射防护基础课后习题
第一章 基本概念1.何为碳单位，碳单位的符号和质量。
答：以一个C 12原子质量的十二分之一作为原子质量单位，记为u ，这个原子质量单位称为碳单位，kg kg u 27261066056.112/1099267.11--⨯=⨯=。
2.何为原子序数和原子质量数，用何符号表示？答：原子核中质子的数目称为原子序数，用符号Z 表示；原子核中质子数和中子数之和称为原子质量数，也称质量数，用符号A 表示。
3.用X AZ 表示原子（核）时，A 、X 和Z 各表示什么意义？答：A 是原子质量数，X 是元素符号，Z 是质子数或则是原子序数。
4.用上题的符号时，中子的数目如何确定？答：中子数Z A N -=。
5.当原子核发射一个α粒子时，从原子核中发射出哪些核子？各为多少？答：6.当原子核发射一个β粒子时，放射性原子的A 和Z 如何变化？答：A 会增加1，Z 不变。
7.当原子核发射一个γ粒子时，放射性原子的A 和Z 是否会发生变化？答：不会发生改变。
8.什么是核素和核子？同位素的天然丰度的定义。
答：通常把具有相同质子数Z 、中子数N 的一类原子（核）称为一种核素，即核素是指任一种元素的任一种同位素，也就是说原子核构成（核内中子数和质子数）完全相同的物质就是一种核素。
对于天然存在的元素，一种核素在它所属的天然元素中所占的原子百分数称为该核素的天然丰度。
9.什么是质量亏损？原子核的结合能如何表示？什么是原子核的平均结合能？答：组成原子核的Z 个质子和A-Z 个种子的质量之和与该原子核的质量之差称为原子核的质量亏损。
原子核的结合能除以该原子的质量数A 所得的商，称为平均结合能，以ε表示。
10.一个原子质量单位的物质所相应的静止质量能为多少？答：931.5MeV 。
11.在放射性衰变中，λ的意义是什么？答：λ的物理意义为单位时间内、一个核素衰变的概率。
12.样品当前的放射性活度1450Bq ，若半衰期为25min ，试问在1h 前样品的放射性活度是多少？（7656Bq ）解：15006025/693.02/1=⨯==λT136001062.404-7650/1450/)(1062.44-⨯⨯--===⨯=⇒-s e e t A A λτλ13.试述放射性物质的衰变规律？说明半衰期的物理意义？衰变常数和半衰期之间的关系？ 答：一定数量的某种放射性核素并不是在某一时刻突然全部衰变完，而是随时间的增加而逐渐地减少。
应用光学第五章光度学
光在同一介质中传播，忽略散射及吸收，则在传播中的任 一截面上，光通量与亮度不变。光束的亮度就是光源的亮度
d1 d2
L1 L2
折射情形 dA位于n1介质内。入射光束的光亮度L1，在O点附近 取一微元dA，则过dA输出的光通量：
d1 L1dAcos I1d1 L1dAcos I1 sin I1dI1d
Ω
r dΦ
光出射度－光源上不同位置的发光特性
• 用单位面积所发射的光通量描写光源上某点的发光本领 • M＝dΦ/ds，面光源上A附近的面积元ds辐射的光通量 • 单位：勒克斯，1lx=1lm/m2 dΦ A ds
透射面或反射面接受光通量，又可作为二次光源发出光 通量。M= ρE，ρ为透射率或反射率，与波长有关，因而物体呈 现彩色 。 对所有波长ρ 趋于0的物体，黑体
n1 sin I1 n2 sin I 2 n1 cos I1dI1 n2 cos I 2 dI2
L2 n 2 2 L1 n1
2
L2 L1 2 2 n2 n1
当光线处于同一介质，同前L2＝L1
反射情形，L2＝L1 综上，光束在均匀介质中传播，或在两种介质分界面 上的反射时的光亮度变化，都看成折射时的特例
dΦ=683VλdΦe=683×0.24×10×10-3=1.6152流明
d Ω=πθ2=3.14× (10-3)2 L=dΦ/（ds· dΩ)=6.553×107st L太阳＝1.5×105st LHe-Ne=440L太阳 “勿对着眼睛照射” “激光致盲武器”
§5.2朗伯余弦定律及朗伯源
发光强度空间分布可用式Iθ＝ INcosθ表示的的发光表面 只有绝对黑体是理想的余弦 辐射体，具有粗糙表面的发 光体与余弦发光体接近 对朗伯源，发光强度向量Iθ端 点轨迹是一个与发光面相切 的球面 余弦辐射体在和法线成任意 I I cos I L n n Const dA cos dA cos dA 角度方向的光亮度 朗伯源的光亮度Lθ与方向无关，只是I随θ变化而变化
光电子学教程_课后作业答案
好好学习，天天上上
03电子科学与技术
2. 说明相干长度相干时间与光源的关系：相干面积，相干体积的 物理意义。 答：根据
lc c c , c 1 1 c c , lc
故：光源频率宽度 越窄，相干时间越长，相干长度也越长。 根据P49(3-1-12),相干面积的物理意义：从单位面积光源辐射出的 光波，在其传播方向上发生相干现象的任一截面面积范围为辐 射波长λ与该截面至光源距离R的乘积的平方。
好好学习，天天上上
9. 经典物理观点：跃迁所发出的电磁波不是单色波，而是分 布在中心频率附近的一个小的频率范围的单色波的组合， 在谱图上正好表现为一定宽度。 量子力学观点：由测不准关系，在某一时刻，粒子所处的 能级也是不确定的，即能级不是单一的，跃迁的结果也就 相当发出了多种不同频率的光子，形成了谱线宽度。自发 辐射过程中这种增宽效益是不可避免的，也是谱线宽度所 能达到的最低值，因而决不存在线宽为0的情况，即不可 能发出绝对的单色光。 由此可见，没有绝对单一波长的光波存在。
1好好学习天天上上03电子科学与技术光电子学课程作业光电子学课程作业参考用标准答案参考用标准答案202162203电子科学与技术章节目录第五章第五章光辐射的探测光辐射的探测第四章第四章光辐射在介质中波导中的传播光辐射在介质中波导中的传播第三章第三章激光振荡与工作特性激光振荡与工作特性第二章第二章介质中的光增益介质中的光增益第一章第一章光与物质相互作用基础光与物质相互作用基础第六章第六章发光器件发光器件第七章第七章光电转换器件光电转换器件第八章第八章第八章第八章光波调制光波调制03电子科学与技术电子科学与技术companylogo好好学习天天
1 I ( x) G ln x I0
1 1 ln 2 ln 8 5 x
05热辐射
⏹⏹⏹⏹⏹后再把热能转换成电能的器件。
⏹转换成热能的阶段（入射辐射引起温升的阶段），是共性的，具有普遍的意义。
第二阶段是将热能转换成各种形式的电能（各种电信号的输出）阶段。
5.2.1 热敏电阻5.2.1 热敏电阻5.2.2 ⏹⏹⏹5.2.2 普通热电偶：1。
热电极；2。
绝缘套管3。
保护套管；4。
接线盒；5。
盒盖材料：铂、铑、铱、铬、镍、铜---合金5.2.2 热电偶探测器±2.2 ℃or ±0.75%±3.9 ℉or ±0.75%准确度-50 ℃to 700 ℃-58 ℉to 1292 ℉测量范围可测量气体、液体、固体的温度应用范围表面热电偶5.2.2 热电偶探测器5.2.2 热电偶探测器5.2.3常见热释电红外传感器的外形⏹铁电体的自发极化强度P（单位面积上的电荷量）与温度的关系如图所示，随着温度的升高，极化强度减低，当温度升高到一定值，自发极化突然消失，这个温度常被称为“⏹系制造的热敏探测器称为热释电器件。
⏹当辐射照射到已经极化的铁电体薄片时，引起薄片温度升高，表面电荷减少，相当于热“释放”了部分电荷。
释放的电荷可用放大器转变成电压输出。
如果辐射持续作用，表面电荷将达到新的平衡，不再释放电荷，也不再有电压信号输出。
因此，热释电器件不同于其他光电器件，在恒定辐射作用的情况下输出的信号电压为零。
只有在交变辐射的作用下才会有信号输出。
5.3.1 热释电器件的基本工作原理5.4 热探测器概述⏹热探测器是一类基于光辐射与物质相互作用的热效应制成的器件。
⏹它的共同特点是，光谱响应范围宽，对于从紫外到毫米量级的电磁辐射几乎都有平坦的响应，而且响应度都很高，但响应速度较低。
所以热探测器对于交变光辐射又是一类窄带响应器件。
因此，具体选用器件时，要扬长避短，综合考虑。
5.4 热探测器概述在使用本章介绍的温差热电偶，热敏电阻和热释电探测器时，应注意如下几）由半导体材料制成的温差电堆，响应度很高，但机械强度较差，使用时必须十分当心。
光电子学练习题
第一章 光与物质相互作用基础一、 名词解释1、辐射能、辐射通量、辐射出射度、辐射强度、辐射亮度、辐射照度；（包括定义和计算方式）2、光谱光视效能、视见函数；（包括定义和计算方式）3、光通量、发光强度、照度；（包括定义和计算方式）4、自发辐射、受激辐射、受激吸收二、 简答及计算题1、给出光子能量、动量、运动质量的表达式。
2、（1）光子状态的描述不同于宏观物体，对光子状态的描述有何特点？（2）什么是光子的简并现象？（3）给出“相格”、“光子简并度”概念。
3、在对热辐射的度量中，“辐射度学单位”和“光度学单位”的根本区别是什么？4、（1）在自发辐射过程中，高能级粒子数的变化规律是什么？给出其推导过程。
（2）在自发辐射过程中，辐射光强的变化规律是什么？给出其推导过程。
5、什么是跃迁过程中的谱线加宽现象？“没有绝对的单一波长的光波存在”这句话如何从能级跃迁的角度给以说明？6、（1）什么是辐射谱的线型函数？其物理意义是什么？（2）“均匀加宽”和“非均匀加宽”如何定义？（3）“碰撞加宽”属于均匀还是非均匀加宽？其起因是什么？（4）解释气体分子中由于多普勒效益引起的辐射谱线的非均匀加宽现象。
（5）写出均匀增宽与非均匀增宽线型函数的N v Δ与D v Δ的表达式，以及在半宽频率处的的表达式。
)(v g 8、（1）在T=1500K 的热平衡空腔中，腔内折射率1≈η，求m μλ5.0=的可见光的自发辐射功率与受激辐射功率之比。
（2）要使受激辐射功率超过自发辐射，辐射场的能量密度必须大于多少？9、波长为m μ51.0的绿光的光通量为100lm ，其视见函数5.0)(=λV ，入射到一屏幕上，求在1min 时间内该屏所接收的辐射能量。
10、说明v A Δγτ,,,21这4个量的物理意义及相互联系。
11、若激光器分别以m μλ10=和m μλ5.0=输出1W 的连续光功率，试求这两种情况下，每秒钟从激光上能级向下能级跃迁的粒子数分别是多少？12、设一对激光能级和1（2E E 12g g =），两能级间的跃迁频率为（对应波长为v λ），能级上的粒子数密度分别为和。
北师大版八年级上物理第五章光现象知识总结与检测
北师大版八年级物理上学期第五章光现象知识总结与检测■知识提要1、光源：能发光的物体叫做光源。
光源可分为天然光源（水母、太阳），人造光源（灯泡、火把）;月亮、钻石、镜子、影幕不是光源。
2、光在同种均匀介质中沿直线传播；光的直线传播的应用：（1）小孔成像：像的形状与小孔的形状无关，像是倒立的实像（树阴下的光斑是太阳的像）。
实像：由实际光线会聚而成的像。
①小孔成像的条件：孔的大小必须远远小于孔到发光的距离及孔到光屏的距离。
②像的大小与发光体到孔的距离和像到孔的距离有关，发光体到小孔的距离不变，光屏远离小孔，实像增大；光凭靠近小孔，实像减小；光屏到小孔的距离不变，发光体远离小孔，实像减小；发光体靠近小孔，实像增大。
（2）取得直线：激光准直（挖隧道定向）；整队集合；射击瞄准；（3）限制视线：坐井观天、一叶障目；（4）影的形成：影子；日食、月食日食：太阳月球地球；月食：月球太阳地球常见的现象：①激光准直。
②影子的形成：光在传播过程中，遇到不透明的物体，在物体的后面形成黑色区域即影子。
③日食月食的形成：当地球在中间时可形成月食。
如图：在月球后1的位置可看到日全食，在2的位置看到日偏食，在3的位置看到日环食。
④小孔成像：小孔成像实验早在《墨经》中就有记载小孔成像成倒立的实像，其像的形状与孔的形状无关。
3、光线：常用一条带有箭头的直线表示光的径迹和方向；（是理想化物理模型，非真实存在）4、所有的光路都是可逆的，包括直线传播、反射、折射等。
5、真空中光速是宇宙中最快的速度；c=3×108m/s=3×105 m/s;6、光年：是光在一年中传播的距离，光年是长度单位；声音在固体中传播得最快，液体中次之，气体中最慢，真空中不传播；光在真空中传播的最快，空气中次之，透明液体、固体中最慢（二者刚好相反）。
光速远远大于声速（如先看见闪电再听见雷声；在跑100m时，声音传播时间不能忽略不计，但光传播时间可忽略不计）。
- 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、"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、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)。
作业习题 第五章 光辐射的探测
1 第五章 光辐射的探测
一、名词解释
1、本征吸收；晶格振动吸收；自由载流子吸收；激子吸收；杂质吸收
2、光电发射效应；光电导效应；光伏效应
3、热释电效应；测辐射热计效应；温差电效应
4、珀尔贴效应；塞贝克效应；汤姆逊效应
5、量子噪声；倍增噪声；产生复合噪声；1/v 噪声；热噪声
6、信噪比；信噪比改善系数；等效噪声功率；探测度；等效噪声带宽；噪声系
数
二、简答及计算题
1、根据能级结构不同，本征吸收可分为两大类：直接跃迁和间接跃迁。
（1） 分别介绍这两种跃迁方式的特色及区别。
（2） “直接带隙半导体”和“间接带隙半导体”如何定义？
（3） 对于本征吸收，对光子的频率或波长有何要求？
2、对于“声子”的概念如何理解？
3、（1）比较光电类探测器和光热类探测器在作用机理、性能及应用特点等方面
的差异。
（2）“光谱灵敏度λR 为常数”是光子探测器的特点还是光热探测器的特点？
4、如何理解光电导效应过程中的“电流增益”现象？
5、光电效应有哪几种？利用各种光电效应分别可做成什么光电探测器件？
6、分析光照PN 结N 区时光伏效应的物理过程。
7、一光电阴极在波长为520nm 的光照射下，光电子的最大动能是0.67eV ，求该
光电阴极的逸出功。
8、若探测器的归一化探测度12
19*105.1-⋅⋅⨯=W Hz cm D ，光敏面积为1mm 2，测量带宽为1Hz ，求该探测器的等效噪声功率。
9、什么是噪声的功率谱密度？在光电探测过程中抑制噪声的基本原则是什么？
10、电阻为Ωk 1的器件其频带宽度为10MHz ，在室温（T=300K ）条件下产生的
热噪声功率是多少？。