光电式传感器讲PPT课件
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传感器教程9光电式传感器课件
光电式传感器还具有防水、防尘和防震等特点，能够在各种恶劣环境下稳定运行。
光电式传感器在医疗设备中的应用
光电式传感器在医疗设备中主 要用于检测生理参数，如血压 、脉搏、血氧饱和度等。
它们能够实现无创、无痛、连 续监测，为医疗诊断和治疗提 供重要数据。
光电式传感器还具有小型化、 便携化和低功耗等特点，方便 在移动医疗设备中使用。
光电式传感器工作原理
光电式传感器利用光电效应，将光信号转换为电信号，从而实现对物理量的检测 和测量。
光电式传感器通常由光敏元件和辅助电路组成。当光敏元件受到光照时，会产生 电信号，该信号经过辅助电路的处理和放大，最终输出可用的电信号。
光电式传感器分类
光电式传感器有多种分类方式，常见 的有根据工作方式、测量对象和应用 领域等分类。
光电式传感器的制作材料与工艺
材料
常用的制作材料包括硅、锗、硒 等半导体材料，这些材料具有光 电效应，能够将光信号转换为电 信号。
工艺
制作工艺主要包括薄膜沉积、光 刻、腐蚀等微电子技术，这些技 术能够制造出高精度的光电式传 感器。
光电式传感器的封装与测试
封装
封装的主要目的是保护传感器免受环 境的影响，同时提供方便的接口，以 便将传感器连接到电路中。
拓展应用领域 通过研究和开发新的光电式传感 器应用领域，如生物医学、环境 监测等，拓展其应用范围。
降低成本
通过优化制造工艺和使用更低成 本的材料，降低光电式传感器的 制造成本，使其更具有市场竞争 力。
增强抗干扰能力
通过改进光学系统和信号处理算 法，提高光电式传感器的抗干扰 能力，使其在复杂环境下也能够 稳定工作。
在医疗设备领域，光电式传感器主要 用于检测生理参数，如血压、脉搏、 血氧饱和度等，为医疗诊断和治疗提 供重要数据。
光电式传感器在医疗设备中的应用
光电式传感器在医疗设备中主 要用于检测生理参数，如血压 、脉搏、血氧饱和度等。
它们能够实现无创、无痛、连 续监测，为医疗诊断和治疗提 供重要数据。
光电式传感器还具有小型化、 便携化和低功耗等特点，方便 在移动医疗设备中使用。
光电式传感器工作原理
光电式传感器利用光电效应，将光信号转换为电信号，从而实现对物理量的检测 和测量。
光电式传感器通常由光敏元件和辅助电路组成。当光敏元件受到光照时，会产生 电信号，该信号经过辅助电路的处理和放大，最终输出可用的电信号。
光电式传感器分类
光电式传感器有多种分类方式，常见 的有根据工作方式、测量对象和应用 领域等分类。
光电式传感器的制作材料与工艺
材料
常用的制作材料包括硅、锗、硒 等半导体材料，这些材料具有光 电效应，能够将光信号转换为电 信号。
工艺
制作工艺主要包括薄膜沉积、光 刻、腐蚀等微电子技术，这些技 术能够制造出高精度的光电式传 感器。
光电式传感器的封装与测试
封装
封装的主要目的是保护传感器免受环 境的影响，同时提供方便的接口，以 便将传感器连接到电路中。
拓展应用领域 通过研究和开发新的光电式传感 器应用领域，如生物医学、环境 监测等，拓展其应用范围。
降低成本
通过优化制造工艺和使用更低成 本的材料，降低光电式传感器的 制造成本，使其更具有市场竞争 力。
增强抗干扰能力
通过改进光学系统和信号处理算 法，提高光电式传感器的抗干扰 能力，使其在复杂环境下也能够 稳定工作。
在医疗设备领域，光电式传感器主要 用于检测生理参数，如血压、脉搏、 血氧饱和度等，为医疗诊断和治疗提 供重要数据。
光电式传感器的组成原理ppt课件
光线强弱 影响放大倍数
光线增强 PN导通 负电压输入
I
光线增强 短路电路
增大
U0 2I RF
应用
光学量：光强、光照度、辐射、气体成分 几何量：形状、尺寸、位移、距离、表面粗糙度、形位误 差 力学量：应变、速度、加速度、振动、流量、密度 生化量：离子浓度、荧光、电泳、染色体、分子标记
光电管研究光电效应
1.在光源灯固定L的情况下，画出光电管的伏安特性曲线 2.光源灯距离为L’（ L’>L）时的伏安特性曲线
光电式数字转速表
c ZTN 60
光电比色计
用于溶液的颜色、成分、浑浊度等化学分析。
受检样品
凸透镜 光源 凸透镜 标准样品
光电池
滤色
差值
滤色
差动放大器 显示仪表
光电池
光电式带材跑偏检测器
烟尘浊度监测仪
BG4
+12V
光电池触发电路
C2 C1 R1
+12V W
R4
R2
18 7
2 5G23
6
3 R3 4
5 C3 R5
-12V
光电池放大电路
路灯自动控制器
220V
CJD-10
路灯
8V C1 200μF
200Cμ2 F
R7 10kΩ
R1 470kΩ
R2 200kΩ
R3 10kΩ
R4
R5
100μF
4.3kΩ
平行 光源
烟道
光电 探测
放大
显示
刻度 校正
报警器
太阳能电池
调节控制器
阻塞二极管
太阳 电池 方阵
直 流 负 载
逆 变 器
《光电式传感器》课件
光电式传感器的Байду номын сангаас类
• 总结词：光电式传感器有多种分类方式，如按工作方式可分为直接转换 型和间接转换型，按输出信号可分为模拟输出和数字输出等。
• 详细描述：根据工作方式的不同，光电式传感器可以分为直接转换型和间接转换型两类。直接转换型传感器利用光电效 应直接将光信号转换为电信号，如光电管、光电倍增管等；而间接转换型传感器则通过其他物理效应将光信号转换为电 信号，如光电池、光电晶体管等。此外，根据输出信号的不同，光电式传感器可以分为模拟输出和数字输出两类。模拟 输出型传感器输出连续变化的电信号，如光电管和光电池；数字输出型传感器则输出离散的电信号，如光电码盘和光电 开关等。
联网领域的应用越来越广泛。未来，需要加强光电式传感器在这些领域
的应用研究，推动相关技术的进步和发展。
03
交叉学科融合发展
光电式传感器涉及到多个学科领域，如物理学、化学、生物学等。未来
，需要加强交叉学科的融合发展，推动光电式传感器在更多领域的应用
和创新。
光电式传感器通常采用光信号传输，不易 受到电磁干扰的影响，具有较好的抗干扰 能力。
光电式传感器的缺点
对环境光敏感
光电式传感器容易受到环境光的影响 ，特别是在室外或者强光环境下，测 量精度会降低。
成本较高
光电式传感器通常需要使用高精度的 光学元件和电子元件，导致其成本较 高。
需要稳定的光源和检测器
光电式传感器需要稳定的光源和检测 器，以保证测量的准确性和稳定性。
《光电式传感器 》PPT课件
目录
• 光电式传感器概述 • 光电式传感器的应用 • 光电式传感器的优缺点 • 光电式传感器的发展趋势 • 光电式传感器的研究现状与展望
01
光电式传感器优秀优秀课件
如图9-2为光电倍增管的典型结构。它是一个除在玻璃 泡内装入光电阴极和光电阳极外，还装有若干个光电倍增 极，且在光电倍增极上涂以在电子轰击下可发射更多次级 电子的材料，倍增极的形状及位置要正好能使轰击进行下 去，在每个倍增极间均依次增大加速电压。
光电式传感器优秀优秀课件
光电式传感器优秀优秀课件
设每级的倍增率为δ，若有n级，则光电倍增管的光电流 倍增率将为δ n 。倍增级数n可在4~ 14 之间，δ的范围一般是 3~6。
如图9-21所示是两个光电管的差接电路，V1、V2为放大 管。其示值可在指示仪表P上读得。
在平衡工作状态时，指示仪表处在零位。 2.光电倍增管的测量电路
常见的光电倍增管电路如图9-22所示，各倍增极的电压 由分压电阻链R1、R2……Rn获得，被放大的电流流经负载电 阻就得到了所需的输出电压。
光电式传感器优秀优秀课件
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光电式传感器优秀优秀课件
如果光电倍增管用来连续监控很稳定的光源，则图中的 Cn~Cn-2可以省略。使用中往往把电源正极接地，使阳极可 以直接接到放大器的输入端而不使用隔离电容Ca，这样系统 将能响应变化很慢的光强，如果将稳定的光源加以调制，那 么就可以用电容器耦合。
当辐射源为脉冲通量时要把电源负极接地，这样噪声将更 低。这时应接入隔离电容 Ca，同时用电容器Cn~Cn-2稳定最 后几个倍增极在脉冲期间的电压，这些电容器有助于稳定增 益和防止饱和，它们通过电源去耦电容器C将脉冲电压接地。
三、光电池 1.光电池的结构与原理 （1）结构
硅光电池是在一块N型硅片上用扩散的方法掺入一些P型 杂质形成一个大面积的PN结，如图9-11所示。
（2）原理 当光照射到PN结附近时，若光子能量大于半导体材料的
光电式传感器优秀优秀课件
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设每级的倍增率为δ，若有n级，则光电倍增管的光电流 倍增率将为δ n 。倍增级数n可在4~ 14 之间，δ的范围一般是 3~6。
如图9-21所示是两个光电管的差接电路，V1、V2为放大 管。其示值可在指示仪表P上读得。
在平衡工作状态时，指示仪表处在零位。 2.光电倍增管的测量电路
常见的光电倍增管电路如图9-22所示，各倍增极的电压 由分压电阻链R1、R2……Rn获得，被放大的电流流经负载电 阻就得到了所需的输出电压。
光电式传感器优秀优秀课件
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光电式传感器优秀优秀课件
如果光电倍增管用来连续监控很稳定的光源，则图中的 Cn~Cn-2可以省略。使用中往往把电源正极接地，使阳极可 以直接接到放大器的输入端而不使用隔离电容Ca，这样系统 将能响应变化很慢的光强，如果将稳定的光源加以调制，那 么就可以用电容器耦合。
当辐射源为脉冲通量时要把电源负极接地，这样噪声将更 低。这时应接入隔离电容 Ca，同时用电容器Cn~Cn-2稳定最 后几个倍增极在脉冲期间的电压，这些电容器有助于稳定增 益和防止饱和，它们通过电源去耦电容器C将脉冲电压接地。
三、光电池 1.光电池的结构与原理 （1）结构
硅光电池是在一块N型硅片上用扩散的方法掺入一些P型 杂质形成一个大面积的PN结，如图9-11所示。
（2）原理 当光照射到PN结附近时，若光子能量大于半导体材料的
《光电型传感器》PPT课件
编辑ppt
20
I（mA） 12 10 8
6
4
2
100/µlm 80 60 40 20
0 50
100
150 UAD(V)
图6—7 光电倍增管伏安特性
编辑ppt
21
三、光电倍增管光电特性
光电倍增管光电特性是指阳极电流（光电流）IA与光 电阴极接收到的光通量之间的关系。典型光电倍增管 的光电特性如图6—8所示。图中光通量Φ在10-4~1013流明之间，光电特性曲线偏离线性不超过3%。当光 通量超过10-4流明后，曲线就明显下降了，其主要原 因是强光照射下，较大的光电流使后几级倍增极疲劳， 灵敏度下降。因此，使用时光电流不要超过1mA。
编辑ppt
24
光电倍增管的工作电压是指收集阳极A 与光电阴极K之间的电压。
光电倍增管倍增系数与工作电压的关系 是光电倍增管的重要特性。图6—9是典 型的光电倍增管倍增系数与工作电压的 关系曲线，说明随着工作电压的增加， 倍增系数M也增加。
编辑ppt
25
106 M
105
104 103
102 250 500 750 1000 1250 U（V） 图6—9 光电倍增管倍增系数M 与工作电压U的关系
物质，把光与声音类比，认为光是一种机械波，发光体在“以
太”（不存在）中激起不同深度和大小的颤动，依靠“以太”
传播。牛顿偏向微粒，但他认为实验不充分，一直在做实验，
牛顿环现象是光具有波动性的最好证明。一直到20世纪初，科
学家已肯定光的波粒二象性。
编辑ppt
2
第一节 外光电效应
光的波粒二象性，光具有波动性和离子性的两重性质，是一种 电磁波。光是由一定能量的粒子（光子）所形成，每个光子具 有的能量hг正比于光的频率г（h为普朗克常数）。用光照射 某一物体，可以看作物体受到一连串能量为hг的光子所轰击， 组成这物体的材料吸收光子能量而发生相应电效应的物理现象 称光电效应。
光电式传感器PPT课件
第8章 光电式传感器
图 8-2 光敏电阻结构 (a) 光敏电阻结构； (b) 光敏电阻电极； (c) 光敏电阻接线图
第8章 光电式传感器
2.光敏电阻的主要参数
(1) 暗电阻与暗电流 光敏电阻在不受光照射时的阻值 称为暗电阻，此时流过的电流成为暗电流。
(2) 亮电阻与亮电流 光敏电阻在受光照射时的电阻称为 亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。
在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现 象称为外光电效应。向外发射的电子叫光电子。基于外光电效 应的光电器件有光电管、 光电倍增管等。
光照射物体，可以看成一连串具有一定能量的光子轰击物 体，物体中电子吸收的入射光子能量超过逸出功A0时，电子就 会逸出物体表面，产生光电子发射， 超过部分的能量表现为逸 出电子的动能。
8.1.2
1. 结构原理
光敏二极管的结构与一般二极管相似。它装在透明玻璃外壳 中，其PN结装在管的顶部，可以直接受到光照射（见图8-8）。 光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态（见图8-9），在 没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小，这反向电流称 为暗电流，当光照射在PN结上，光子打在PN结附近，使PN结附 近产生光生电子和光生空穴对，它们在PN结处的内电场作用下 作定向运动，形成光电流。光的照度越大，光电流越大。因此 光敏二极管在不受光照射时处于截止状态，受光照射时处于导 通状态。
第8章 光电式传感器
光敏晶体管的光电灵敏度虽然比光敏二极管高得多，但在 需要高增益或大电流输出的场合，需采用达林顿光敏管。图8-11 是达林顿光敏管的等效电路，它是一个光敏晶体管和一个晶体 管以共集电极连接方式构成的集成器件。由于增加了一级电流 放大，所以输出电流能力大大加强，甚至可以不必经过进一步 放大，便可直接驱动灵敏继电器。但由于无光照时的暗电流也 增大，因此适合于开关状态或位式信号的光电变换。
光电式传感器-PPT课件
光敏电阻的光谱特性 。
100
Sr 灵敏度 (%)
80 60 40 20 0 硫化镉 1.5 3 硫化铅 硫化铊
光电流 I
mA
波 长 （ A）
2019/3/16
18
100
灵敏度 S ( %)
硫化铅
光敏电阻的频率特性
8 0 6 0 4 0 2 0 0 10 100
硫化镉
1000
10000
频 率 （ H z）
光电管
6
9.1.2 外光电效应器件
光电管的伏安特性曲线
I (A)
4 3
0 . 1 lm
0 .0 5 lm
2
0 .0 2 lm
1 0 20 40 60 80 100
U A（ V ）
7
9.1.2 外光电效应器件
光电管的光照特性
光电流 I ( A)
16 12 8 4 0 0.2 0.4
2
9.1 光电传感器
9.1.1 光电效应
所谓光电效应是指在光的照射下一些金 属、金属氧化物或半导体材料释放电子 的现象。 光子是具有一定能量的微粒，是以光速 运动的粒子流。每一个光子都具有一定 的能量，它的能量大小E与其频率 成正 比。
Eh hc
3
9.1.1 光电效应
光电效应分为内光电效应和外光电效应。当 物体在光的作用下所释放的电子没有逸出物 体表面，而只在物体的内部运动并使物体的 电学特性发生变化的现象叫做内光电效应， 内光电效应多产生于半导体材料内。 当物体在光的作用下使物体中的电子从物体 表面逸出的现象，叫做外光电效应，外光电 效应多发生于金属或金属氧化物内。
光电传感器详细ppt课件
二、光电倍增管及其基本特性
1. 结构和工作原理
➢ 光照很弱时，光电管产生 的电流很小，为提高灵敏度 常常使用光电倍增管。如核 仪器中闪烁探测器都使用的 是光电倍增管做光电转换元 件。 ➢ 光电倍增管是利用二次电 子释放效应，高速电子撞击 固体表面，发出二次电子， 将光电流在管内进行放大。
效应和光生伏特效应两类。 （1） 光电导效应
在光线作用，电子吸收 光子能量从键合状态过 渡到自由状态，而引起 材料电导率的变化，这 种现象被称为光电导效 应。基于这种效应的光 电器件有光敏电阻。
hhc1.24Eg
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
（2） 光电管的光照特性
通常指当光电管的阳极和阴极之间所加电压一
定时，光通量与光电流之间的关系为光电管的光照特
性。其特性曲线如图所示。曲线1表示氧铯阴极光电
1、外光电效应
在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外 发射的现象称为外光电效应。向外发射的电子叫做光 电子。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍 增管等。
光子是具有能量的粒子，每个光子的能量：
E=hν
h—普朗克常数，6.626×10-34J·s；ν—光的频率（s-1）
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
ν的单位为Hz，λ的单位为cm。
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
1. 结构和工作原理
➢ 光照很弱时，光电管产生 的电流很小，为提高灵敏度 常常使用光电倍增管。如核 仪器中闪烁探测器都使用的 是光电倍增管做光电转换元 件。 ➢ 光电倍增管是利用二次电 子释放效应，高速电子撞击 固体表面，发出二次电子， 将光电流在管内进行放大。
效应和光生伏特效应两类。 （1） 光电导效应
在光线作用，电子吸收 光子能量从键合状态过 渡到自由状态，而引起 材料电导率的变化，这 种现象被称为光电导效 应。基于这种效应的光 电器件有光敏电阻。
hhc1.24Eg
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
（2） 光电管的光照特性
通常指当光电管的阳极和阴极之间所加电压一
定时，光通量与光电流之间的关系为光电管的光照特
性。其特性曲线如图所示。曲线1表示氧铯阴极光电
1、外光电效应
在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外 发射的现象称为外光电效应。向外发射的电子叫做光 电子。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍 增管等。
光子是具有能量的粒子，每个光子的能量：
E=hν
h—普朗克常数，6.626×10-34J·s；ν—光的频率（s-1）
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
ν的单位为Hz，λ的单位为cm。
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
光电传感器PPT课件
材料的光导性能决定于禁带宽度，对于一种光电导材
料，总存在一个照射光波长限λ0，只有波长小于λ0的光照 射在光电导体上，才能产生电子能级间的跃进，从而使光
电导体的电导率增加。
（2）光生伏特效应
某些半导体或电介质材料，在光线作用下，能够使物体产 生一定方向的电动势的现象叫做光生伏特效应。当光线照 射于半导体PN结时，在PN结两端就会产生一定的电位差， 并将在外回路中产生电流。基于这种效应的光电器件有光 电池和光敏二极管、光敏三极管。
外光电效应多发生于金属和金属氧化物，从光开始照射 到金属释放电子所需时间不超过10-9s。
根据能量守恒定理，可以得到爱因斯坦光电效应方程：
h
1 2
mv02
A0
式中m—电子质量；v0—电子逸出速度。
光电子能否产生，取决于光电子的能量是否大于该物 体的表面电子逸出功A0。不同的物质具有不同的逸出功， 即每一个物体都有一个对应的光频阈值，称为红线频率或 波长限。光束频率低于红线频率时，光子能量不足以使物 体内的电子逸出，因而小于红线频率的入射光，光强再大 也不会产生光电子发射；反之，入射光频率高于红线频率， 即使光线微弱，也会有光电子射出。
光电器件的基本特性参数
（1）响应度k 光电器件输出电压VO与入射光功率PI之比称为响应度
k，即： k= VO/ PI = VO /(H·Ad)
式中， VO是器件的输出电压， PI为入射光敏面的辐射功 率，Ad是器件受光面积，H为光敏面的辐射照度。k的单 位是(V/W)。
响应度k是表征光电器件输出信号能力的特征量。
光电倍增管：
二，光电倍增管(photomultiplier ,PMT)
当入射光很微弱时，普通光电管的产生的光电流很小， 不容易探测，这时常用光电倍增管对电流进行放大。
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iD
U
R
U
当加正向电压时，势垒降低，电子由N区注入到P区，
和P区里的空穴复合；空穴则由P区注入到N区，和N区
里的电子复合，这种电子空穴对的复合同时伴随着光
子的放出，因而发光。
电子和空穴复合，所释放的能量等于PN结的禁带
宽度（即能量间隙）Eg。所放出的光子能量用hν表示，
有
Nd:YAG激光器
Nd+3 Y3Al5O12
激活离子 基质
钇铝石榴石 掺 Nd+3 离子的激光器有三种: • 玻璃 •钇铝石榴石
•氟化钇锂（ YLF ：LiYF4)
（2）气体激光器 工作物质是气体。 种类：各种原子、离子、金属蒸汽、气体分子激光器。 常用的有氦氖激光器、氩离子激光器、氪离子激光器， 以及二氧化碳激光器、准分子激光器等，其形状像普 通的放电管一样，能连续工作，单色性好。波长覆盖 了从紫外到远红外的频谱区域。
2 U/V
砷磷化镓发光二极管的伏安曲线
4）、激光器
激光（Laser: Light amplification by stimulated emission of radiation）是20世纪60年代出现的最重 大科技成就之一。具有高方向性、高单色性、高亮度 和高的相干性四个重要特性。激光波长一般从 0.15μm到远红外整个光频波段范围。X-射线激光器。
与此相似的可供制作发光二极管的材料见下表： LED材料
材料 ZnS SiC GaP GaAs InP
波长/nm 340 480
565,680 900 920
材料 CuSe-ZnSe ZnxCd1-xTe GaAs1-xPx
InPxAs1-x InxGa1-xAs
波长/nm 400～630 590～830 550～900 910～3150 850～1350
7.1 概 述 1 光的特性 光波是波长为10~106nm的电磁波。
紫外光 可见光
红外光
10 nm 380 nm 780 nm
1000,000 nm
性质：光都具有反射、折射、散射、衍射、干涉和
吸收等性质。
1905年，爱因斯坦提出了光
子假设：光在空间传播时，
是不连续的，也具有粒子性
，即一束光是一束以光速运
普通二极管是用硅或锗制造的，这两种材料的禁带宽
度Eg分别为1.12eV和 0.67 eV，显然不能使用。
通常用的砷化镓和磷化镓两种材料固溶体，写作 GaAs1-xPx，x代表磷化镓的比例，当x＞0.35时，可 得到Eg≥1.8eV的材料。改变x值还可以决定发光波长， 使 在550～900nm间变化。
激光器种类繁多，按工作物质分类： 固体激光器（如红宝石激光器） 气体激光器（如氦-氖气体激光器、二氧化碳激光器） 液体激光器（染料激光器）。 半导体激光器（如砷化镓激光器）
（1）固体激光器 典型实例是红宝石激光器，是1960年人类发明的第一 台激光器（T.Maiman ）。
工作物质为 红宝石---掺 0.05%Cr+3 的 Al2O3棒。
动的粒子流，爱因斯坦把这
些不连续的量子称为“光量
子”。1926年，美国物理学
家刘易斯把这一名词改称为
“光子”，并沿用至今。
每个光子的能量为 E=hν
可见，光的频率愈高， 光子的能量愈大。
2 光源（发光器件）
1）. 白炽光源 最为普通的是用钨丝通电加热作为光辐射源。一般白 炽灯的辐射光谱是连续的。 发光范围：320 nm~2500 nm, 所以任何光敏元件都 能和它配合接收到光信号。 特点：寿命短而且发热大、效率低、动态特性差，但 对接收光敏元件的光谱特性要求不高，是可取之处。
发光二极管的光谱特性如图所示。图中砷磷化镓 曲线有两根，这是因为其材质成分稍有差异而得到不
同的峰值波长p。除峰值波长p决定发光颜色之外， 峰的宽度（用Δ描述）决定光的色彩纯度，Δ越小，
其光色越纯。
相 1.0
对 0.8
灵 0.6
敏 度
0.4
0.2
0
GaP λp=565nm
GaAsP
λp=670nm GaAs λp=950nm
h Eg
hc
Eg
普朗克常数h=6.6╳10-34J.s；
hc
Eg
光速c=3╳108m/s；
hc=19.8×10-26m•W•s=12.4×10-7m•eV
Eg的单位为eV，1eV=1.6╳10-19J。 可见光的波长近似地认为在7×10-7m以下，所以制作 可见光区的发光二极管，其材料的禁带宽度至少应大 于 h c / =1.8 eV
气体放电灯消耗的能量为白炽灯1/2-1/3。
3）. 发光二极管（LED——Light Emitting Diode）
构成：由半导体PN结构成。 特点：工作电压低、响应速度快、寿命长、体积小 、重量轻，因此获得了广泛的应用。
原理：
P
Uφ N
+ - - - - ++++_ - - - - ++++
+ - - - - ++++_
第七章 光电式传感器
被测量 的变化
光信号 的变化
电信号 的变化
光电传感器的构成：光源、光学通路、光电元件。 应用： 1、光量变化的非电量； 2、能转换成光量变化的其他非电量。 特点种基本形式， 即辐射式(直射式)、吸收式、遮光式、反射式、。
2）. 气体放电光源 利用电流通过气体产生发光现象制成的灯即气体放电 灯。
它的光谱是不连续的，光谱与气体的种类及放电条件有 关。改变气体的成分、压力、阴极材料和放电电流大小 ，可得到主要在某一光谱范围的辐射。
汞灯、氢灯、钠灯、镉灯、氦灯是光谱仪器中常用的 光源，统称为光谱灯。例如低压汞灯的辐射波长为254 nm，钠灯的辐射波长为589nm，可被用作单色光源。 如果光谱灯涂以荧光剂，由于光线与涂层材料的作用， 荧光剂可以将气体放电谱线转化为更长的波长，通过 对荧光剂的选择可以使气体放电发出某一范围的波长， 如照明日光灯。
GaAsP λp=655nm
Δ
600 700 800 900 100λ0/nm
发光二极管的光谱特性
发光二极管的伏安特性与普通二极管相似，但随材料
禁带宽度的不同，开启（点燃）电压略有差异。红色
约为1.7V开启，绿色约为2.2V。
I/mA
GaAsP(红)
反向电压应 在5V以下!
-10 -5
01
GaAsP(绿)