光电检测技术 第二章
第2章--光电检测技术基础分解
可分为:热释电效应、辐射热计效应及温差电效应
1、 热释电效应
介质温度在光照作用下温度发生变化，介质的极化强度随温度变化而变化，引起表面电荷变化的现象。
物理本质：极化晶体
极化晶体：在外电场和应力为零情况下自身具有自发极化的晶体，原因是内部电偶极矩不为零(正负电荷中心不重合)，表面感应出束缚电荷。
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。
平衡和非平衡载流子
处于热平衡状态的半导体，在一定温度下，载流子浓度一定。这种处于热平衡状态下的载流子浓度，称为平衡载流子浓度。 半导体的热平衡状态是相对的，有条件的。如果对半导体施加外界作用，破坏了热平衡的条件，这就迫使它处于与热平衡状态相偏离的状态，称为非平衡状态。 处于非平衡状态的半导体，其载流子浓度也不再是平衡载流子浓度，比它们多出一部分。比平衡状态多出来的这部分载流子称为非平衡载流子。
半导体的特性
半导体电阻温度系数一般是负的（温度升高，电阻下降），而且对温度变化非常敏感。根据这一特性，可以制作热电探测器件。 导电性受极微量杂质的影响而发生十分显著的变化。（纯净Si在室温下电导率为5*10-6/(欧姆•厘米)。掺入硅原子数百万分之一的杂质时，电导率为2 /(欧姆•厘米)) 半导体导电能力及性质受光、电、磁等作用的影响。
光电导效应示意图
L
S
本征半导体样品
光电检测技术与应用
的总时间内必须是选通状电检测系统典型电路 完整的检测电路设计：前几部分由光电转换二极管与前级放大器组成，其器件选用高性能低噪声运算 放大器来实现电路匹配并将光电流转换成电压信号，以实现数倍的放大。 CCD 驱动电路时序方法：直接数字电路驱动方法、单片机驱动方法、EPROM 驱动方法、专用 IC 驱动 方法 为了解决视频信号在实际应用时，物像边缘明暗交界处光强是连续变化而不是理想的阶跃跳变，可用 比较整形（阈值发）和二次微分（微分法）。 电子细分的方法：移相电阻链细分、幅度分割细分、计算法细分 光生伏特器件可否进行反向偏置？哪些光电器件工作时必须进行反向偏置？ 可以，所有的光生伏特器件都可以进行反向偏置。光敏晶体管、光电场效应晶体管、复合光敏晶体等 必须进行反向偏置。 已知某光敏晶体管的伏安特性曲线见图 6-6.当入射光通量为正弦调制量，即 时，要得到 4.5V 的输出电压，试设计该光敏晶体管的变换电路，并画出输入/输出的波 形图，分析输入与输出信号间的相位关系。 根据题目的要求，找到入射光通量的最大值和最小值：
1) 2) 3) 4)
5) 将循环码转变成二进制或二进制转变为循环码，课本 222 页 6) 用相位法测距时，选用准确度皆为千分之一的两把尺子，一把尺子的测尺长度为 10m，另一把尺子的 测尺长度为 1km，若测距为 462.153m，两把尺子测得的有效数字各为多少？ 尺子 ，准确度为 1cm 用 测得 2.153cm ，有效数字为四位 尺子 ，准确度为 1m 用 测得 462m ，有效数字为四位。
则暗点流电阻为：
有光照时，串联电路中的电流为：
则亮电流电阻为：
(ii)
该光敏电阻的光电导为：
由光电导灵敏度：
得：
6) 已知 CdS 光敏电阻的暗电流电阻 ，在照度为 100lx 时亮电阻 ，用此光敏电阻控 制继电器，如图 3-116 所示，如果继电器的线圈电阻为 ，继电器的吸合电流为 2mA ，问需要多 少照度时才能使继电器吸合？如果需要在 400lx 时继电器才能吸合，则此电路需要作如何改进？ (i) 该光敏电阻的光电导为：
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2
IL - Id gL - gd
光电导：亮电流和暗电流之差；
=
光敏电阻的暗阻越大越好，而亮阻越小 越好，也就是说暗电流要小，亮电流要 大，这样光敏电阻的灵敏度就高。 光电流与光照强度／电阻结构的关系。
无光照，暗电导率 光照下电导率
σ 0 = n0 q µ n + p 0 q µ p
σ = nqµ n + pqµ p
返回
三、量子效率η（λ）
量子效率：在某一特定波长上，每秒钟内产生的 光电子数与入射光量子数之比。 对理想的探测器，入射一个光量子发射一个电子， η=1 实际上，η <1 量子效率是一个微观参数，量子效率愈高愈好。
量子效率与响应度的关系
I /q S (λ ) η (λ ) = = hν P / hν q
– – – – – – – 光谱响应范围宽（特别是对于红光和红外辐射）； 偏置电压低，工作电流大； 动态范围宽，既可测强光，也可测弱光； 光电导增益大，灵敏度高； 无极性，使用方便； 在强光照射下，光电线性度较差 光电驰豫时间较长，频率特性较差。
•光敏电阻 (LDR) 和它的符号： 光敏电阻 和它的符号 符号： 光敏 符号
光电池伏安特性曲线
反向电流随光照度的增加而上升
I U
照度增加
2、时间和频率响应 、
硅光电池频率特性好 硒光电池频率特性差 硅光电池是目前使用最广泛的光电池
要得到短的响应时间，必须选用小的负载电阻 要得到短的响应时间，必须选用小的负载电阻RL； 光电池面积越大则响应时间越大， 光电池面积越大则响应时间越大，因为光电池面 积越大则结电容C 越大，在给定负载时， 积越大则结电容 j越大，在给定负载时，时间常 数就越大，故要求短的响应时间， 数就越大，故要求短的响应时间，必须选用小面 积光电池。 积光电池。
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》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 ）
武汉理工大学 光电信号检测技术-复习内容2019
7. 视力为 1.0 的人，一般可以分辨的视角是(1) 1'(角度分)；(2) 1"； (3) 0.1"； 人眼通过光学仪器，可以分辨的视角是(1) 1'(角度分)；(2) 1"； (3) 0.1"。
光电检测技术习题试题
第 1 章光电检测技术概论
选择题：
1. 一个高灵敏度、高分辨率和极为复杂而精巧的光传感器是(1)人眼；(2)光电倍增管；(3)半导体 光敏器件； 在大脑传送信息的 300 万条神经纤维中，视神经纤维占了(1) 2/3； (2) 1/2；(3)1/3
2. 人体内，视神经细胞接收器的数目是(1) 3X108； (2) 2 X 108； (3) 2X 104 ； (4)3X104 ； 人体内，听觉接收细胞的接收器的数目是(1) 3X108； (2) 2X108； (3) 2 X 104 ； (4) 3X104。
7. 色温越高的辐射体，可见光的成分越(1)多；(2)少。 色温越高的辐射体，光视效能越(1)高；(2)低。
8. 色温越高的辐射体，光度量越(1)高；(2)低。 白炽灯的供电电压降低时，灯丝温度降低，灯的可见光部分的光谱(1)减弱 (2)增强；
9. 白炽灯的供电电压降低时，灯丝温度降低，灯的光视效能(1)降低；(2)提高。 白炽灯的供电电 压降低时，灯丝温度降低，此时用光照度计检测出的光照度将(1)下 降；(2)增大。
问答题
1. 什么是视觉？为什么说一个人的视觉最重要？ 2. 什么是视见函数？明视觉与暗视觉各有什么作用？ 3. 什么是光电传感器？它有什么作用？ 4. 试述光电检测系统的特点？ 5. 近年来光电技术与光电检测技术在光电材料与器件方面有什么进展？
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
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)。
光电检测技术(第二版)_答案_(与教材匹配)_曾光宇_张志林_张存林_主编
光电检测技术（第二版）答案曾光宇张志林张存林主编清华大学出版社北京交通大学出版社附注：本答案通过网络收集汇总而成，只提供第1章到第5章的绝大部分答案。
其他章节以简答题为主，大多在书本上能找到解释，因此不花时间整理。
谢谢网友们的资源分享。
祝大家学习顺利。
第1章1-1：答案一：①波长为632.8nm的激光的视见函数值Vλ=0.265光通量ϕν，辐射通量ϕe,最大能光视效能Km=683lm/W发光强度I v ,亮度L v,光出射度M v②答案二： ①该激光束的光通量328.0102240.0683)(3-⨯⨯⨯==e m v V K φλφLm （流明）发光强度 )1028.3(102.44/)101(328.05523⨯⨯=⨯=∆Ω=-πφvv I Cd(坎德拉) 光亮度： )102.4(1035.54/)101(102.41111235⨯⨯=⨯⨯=∆=-或πS I L v v Cd/m 2 光出射度： 523102.44/)101(328.0⨯=⨯=∆=-πφSM vv Lm/m 2②10米远处光斑面积大小：52321085.7)10110(414.3)(4--⨯=⨯⨯=∆=θπL S m 2 反射光功率为： 33'107.110285.0--⨯=⨯⨯==P P ρW 反射光通量： 279.0240.0683107.1)(3''=⨯⨯⨯==-λφV K P m v Lm漫反射屏可以看作是个朗伯体，其法向发光强度I 0与光通量的关系是πφ/0=I ，由于朗伯体的光亮度与方向无关，所以：35'01013.11085.714.3279.0⨯=⨯⨯===-S S I L v v πφ Cd/m 2 1-2:30*4π 2=30*4*3.14*1.5*1.5 = 848lm1-3：根据维恩位移定律：T λm =B,B=2.897*10−3m ·K 解得T=6535K1-5：白噪声：指功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声。
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2 发光二极管特性参数
寿命
很长
发光二极管的亮度降低到原有亮度一半时所经历的时间。 发光二极管的亮度降低到原有亮度一半时所经历的时间。一般可达 十万个小时。随着工作时间的加长，亮度下降的现象叫老化。 十万个小时。随着工作时间的加长，亮度下降的现象叫老化。
L(t ) = L0 e − ( j / τ ) t
13
2.2 热辐射源
2 自然辐射
一切物体 背景辐射：探测目标或者识别对象以外的辐射。 背景辐射：探测目标或者识别对象以外的辐射。 太阳和地面
土质 发射率
黑土 0.87
稀草 0.84
麦田 0.93
砂 0.89
石灰岩 0.91
沙砾 0.91
雪
海水
14
0.095 0.99
2.2 热辐射源
黑体模拟器 2 黑体模拟器 黑体炉
19
2.3 气体放电光源
1 脉冲灯
高亮度
摄影光源 激光器光泵 印刷制版的光源
20
2.3 气体放电光源
1 脉冲灯
长弧氙灯
短弧氙灯
脉冲氙灯
6000K
21
2.3 气体放电光源
1 脉冲灯
长弧氙灯
短弧氙灯
脉冲氙灯
6000K
激光器的泵浦光源
22
2.3 气体放电光源
1 脉冲灯
氘灯 200-250nm的标准辐射光源 200-250nm的标准辐射光源
25
2.3 气体放电光源
3 汞灯
低压汞灯 高压汞灯 超高压汞灯26Biblioteka 第2章 光电检测中的常用光源
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
2.4 固体发光光源
场致发光光源 液晶显示 等离子体显示 真空荧光显示 电致变色显示 电泳显示 结型发光光源结型发光光源-发光二极管
35
2.4 固体发光光源
3 发光二极管特点
2) 发光响应速度快，寿命长，基本不需要维修 发光响应速度快，寿命长，
可作为地板、马路、 可作为地板、马路、广场地面的信号光源
36
2.4 固体发光光源
3 发光二极管特点
3) 重量轻，体积小，耐冲击，驱动电路简单，单色性较好。 重量轻，体积小，耐冲击，驱动电路简单，单色性较好。
测系统 测系统
光源分类
太阳 热辐射光源黑体模拟器 白炽灯 脉冲灯 气体放电光源原子光谱灯 汞灯 结型发光 光源 固体发光光源场致发光 液晶显示 等离子体显示 气体激光器 固体激光器 激光器 染料激光器 半导体激光器
37
2.4 固体发光光源
4 发光二极管应用
1) 数字、文字、图像显示 数字、文字、
七段式数码管
14划字码管 划字码管
文字显示器的内部接线
38
2.4 固体发光光源
4 发光二极管应用
1) 数字、文字、图像显示 数字、文字、
39
2.4 固体发光光源
4 发光二极管应用
2) 指示、照明 指示、
40
2.4 固体发光光源
第2章 光电检测中的常用光源
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
光源
2
光源在光电检测系统中的位置和作用
被 光 测 对 象 统 系 换 感 路
理
光 学 变 传 学 电 光
光 源
变 换 电
处 号 信
电
制
光
光电
电 光电 测 光 测
3
光源 光源
4
2.1 光源的特性参数
1 辐射效率和发光效率
λ2 λ2
1
Φe = ηe = P
∫
λ1
Φ e (λ )dλ P
Φv C ∫λ Φ e (λ )V (λ )dλ = ηv = P P
5
2.1 光源的特性参数
2 光谱功率分布
光功率和频率的关系
低压汞灯
高压汞灯
白炽灯
荧光灯
选择光源的光谱功率分布应与测量对象要求吻合 目视光学系统： 目视光学系统：可见光谱辐射比较丰富的光源 彩色摄影：类似于日光色的颜色， 彩色摄影：类似于日光色的颜色，卤钨灯 紫外分光光度计：氘灯， 紫外分光光度计：氘灯，汞氙灯等紫外辐射较强的光源
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
2.3 气体放电光源
原理 气体放电原理
特点： 特点： 1 发光效率高：比同瓦数的白炽灯发光效率高 发光效率高：比同瓦数的白炽灯发光效率高2~10倍 倍 2 抗震抗冲击力强 3 寿命长：比一般白炽灯长 寿命长：比一般白炽灯长2~10倍 倍 4 光色适应性强
10
第2章 光电检测中的常用光源
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
2.2 热辐射源
M
B
(T ) = σ T
4
800K
1000K
1200K
1400K
热辐射源： 热辐射源：物体由于温度较高而向周围温度较低的环境发射能量的 形式称为热辐射。 形式称为热辐射。
30nm
100nm
32
2.4 固体发光光源
2 发光二极管特性参数 光谱特性
33
2.4 固体发光光源
2 发光二极管特性参数 响应时间 很短
注入电流后，发光二极管点亮或者熄灭的时间。 注入电流后，发光二极管点亮或者熄灭的时间。 直接跃迁材料GaAs1-xPx的响应时间为几个纳秒 的响应时间为几个纳秒 直接跃迁材料 间接跃迁材料GaP的响应时间为 个纳秒左右 的响应时间为100个纳秒左右 间接跃迁材料 的响应时间为
9
2.1 光源的特性参数
5 光源的色温
色温 相关色温 分布温度 分布温度： 分布温度：辐射源在某一波长范围内辐射出射度曲线与黑体的成 比例或者近似成比例。 比例或者近似成比例。连续谱 色温： 色温：如果辐射源发出的光的颜色与 黑体在某一温度下辐射下辐射的光的 颜色相同。连续谱， 颜色相同。连续谱，非连续谱 相关色温： 相关色温：如果光源的颜色与黑体 在任何温度下的都不相同， 在任何温度下的都不相同，以发光 颜色最相近的黑体的温度作为相关 温度。 温度。 海水： 海水： 300K 太阳： 太阳：5900K
2 发光二极管特性参数
光 强
发光强度与电流关系
GaP(绿色) GaP( 色)
GaAs1-xPx Ga1-xAlxAs
31
2.4 固体发光光源
2 发光二极管特性参数 光谱特性
GaAs0.6P0.4 相 对 强 度
决定发光颜色 光 发光 GaAs1-xPx
GaP
x 620 20 光
680nm GaP发 发 700nm
4 发光二极管应用
2) 指示、照明 指示、
41
2.4 固体发光光源
4 发光二极管应用
3) 光源 光电检测系统 光纤通信与光纤传感器中
42
2.4 固体发光光源
4 发光二极管应用
3) 光源 光电检测系统 光纤通信与光纤传感器中
43
内容回顾
1. 光源的特性参数 光源的特性参数** 2. 热辐射源 3. 气体放电光源 3. 发光二极管 发光二极管** 例题： 具有线状光谱和带状光谱特性的光谱， 例题：1 具有线状光谱和带状光谱特性的光谱， 能否用色温来描述？为什么？ 能否用色温来描述？为什么？ 2 试比较原子光谱灯，短弧氙灯，氘灯和超高 试比较原子光谱灯，短弧氙灯， 压汞灯的发光性能。在紫外(200-400nm)分 压汞灯的发光性能。在紫外 分 光光度计中应如何选择光源？ 光光度计中应如何选择光源？
15
2.2 热辐射源
3 白炽灯
真空钨丝白炽灯 充气钨丝白炽灯 卤钨灯
16
2.2 热辐射源
3 白炽灯
真空钨丝白炽灯 充气钨丝白炽灯 卤钨灯
真空钨丝灯 2300-2800K 10lm/W 充气钨丝灯 2700-3000K 17lm/W 3200K 30lm/W 卤钨灯
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第2章 光电检测中的常用光源
24
2.3 气体放电光源
3 汞灯
低压汞灯 高压汞灯 超高压汞灯
汞蒸汽气压 低压汞 灯 高压汞 灯 超高压 汞灯 0.8Pa 0.1-1M Pa 10-20MPa
光谱 253.7nm 线状 谱 可见光线状， 可见光线状， 红外连续 可见光偏蓝， 可见光偏蓝， 红外辐射增强
用途 光谱仪波长基准，紫外杀菌， 光谱仪波长基准，紫外杀菌，荧光 分析 紫外辐射度标准，荧光分析， 紫外辐射度标准，荧光分析，紫外 探伤， 探伤，大面积照明 光学仪器，荧光分析， 光学仪器，荧光分析，光刻技术
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2.2 热辐射源
1 自然辐射
一切物体 目标辐射：探测目标或者识别对象的辐射。 飞机、导弹、火箭、 目标辐射：探测目标或者识别对象的辐射。 飞机、导弹、火箭、汽 车，人体 红外被动成像系统： 红外被动成像系统：军事和医学 背景辐射：探测目标或者识别对象以外的辐射。 背景辐射：探测目标或者识别对象以外的辐射。 太阳和地面
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2.4 固体发光光源
1 发光二极管发光原理 自发辐射 光子 电极
p
SiO2
+
耗尽层
Ｎ
+ 电极
n+
少数载流子在PN结 少数载流子在 结区的注入和复合产生发光
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2.4 固体发光光源
2 发光二极管特性参数
内量子效率
内量子效率 外量子效率
Nr η qi = G
外量子效率
NT η qe = G