天津大学《光电技术》课件
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光电技术4版课件2018 (27)[19页]
11.3 光电技术的发展趋势
光电技术是21世纪的尖端科学技术,对整个科学技术的发展 起着巨大的推动作用。
光电技术已经渗透到许多科学领域,例如激光技术、光电信 息技术、红外与微光技术、光子技术、生物医学光学、光电对 抗技术、光电探测技术、光电跟踪技术、光存储技术以及基础 研究中的光电元器件、光电材料和制造技术等领域。
② 高制导精度。自寻的精确制导武器最本质的特征就是通过 高精度命中来提高武器系统的作战效能,是提高现代武器系统生 存能力和作战能力的关键。
③ 多功能化。精确制导武器必须具备对付多种目标的能力。 新型的精确制导武器应遵循多功能化发展原则,使武器系统适用 于各种不同的战争目标环境,以提高杀伤效果和自我生存能力。
量子阱结构使垂直腔面发射激光器得以实现。 它使得在1cm2 芯片上制作 100 万个激光器成为可能。它有 利于发挥光子的并行操作能力,对光通信、图像处理、模式识 别、神经网络、激光打印、读/写光源、光互连和光显示等方面 的发展起重大影响。
从光驱到多维光导网络,从DVD 播放器到动作感应装置, 从信息技术到工业生产乃至激光医疗等的应用中VC-SEL都能发 挥出重大的作用。
(6)固体激光器 固体激光技术、材料与器件的研究都取得丰硕的成果和进展。
(7)纳米技术 中国科技大学研制的“纳米光镊系统”,通过鉴定。该装
置可在三维空间对细胞和生物大分子的复杂组合进行操控。标 志着纳米光镊技术获重大进展。
2.光通信
(1)各种类型S、C、L波段光纤放大器、阵列波导光栅 (AWG)等。开发集成收发模块,包括平面波导+LD+WDM 功能,用于突发模式(Burst Mode)。
光电技术发展的巨大推动力是应用。 光电技术应用是一大群目前最复杂、最精密、最快速、最 先进、而且互相渗透、互相支持的技术,通称光电技术。
光电技术是21世纪的尖端科学技术,对整个科学技术的发展 起着巨大的推动作用。
光电技术已经渗透到许多科学领域,例如激光技术、光电信 息技术、红外与微光技术、光子技术、生物医学光学、光电对 抗技术、光电探测技术、光电跟踪技术、光存储技术以及基础 研究中的光电元器件、光电材料和制造技术等领域。
② 高制导精度。自寻的精确制导武器最本质的特征就是通过 高精度命中来提高武器系统的作战效能,是提高现代武器系统生 存能力和作战能力的关键。
③ 多功能化。精确制导武器必须具备对付多种目标的能力。 新型的精确制导武器应遵循多功能化发展原则,使武器系统适用 于各种不同的战争目标环境,以提高杀伤效果和自我生存能力。
量子阱结构使垂直腔面发射激光器得以实现。 它使得在1cm2 芯片上制作 100 万个激光器成为可能。它有 利于发挥光子的并行操作能力,对光通信、图像处理、模式识 别、神经网络、激光打印、读/写光源、光互连和光显示等方面 的发展起重大影响。
从光驱到多维光导网络,从DVD 播放器到动作感应装置, 从信息技术到工业生产乃至激光医疗等的应用中VC-SEL都能发 挥出重大的作用。
(6)固体激光器 固体激光技术、材料与器件的研究都取得丰硕的成果和进展。
(7)纳米技术 中国科技大学研制的“纳米光镊系统”,通过鉴定。该装
置可在三维空间对细胞和生物大分子的复杂组合进行操控。标 志着纳米光镊技术获重大进展。
2.光通信
(1)各种类型S、C、L波段光纤放大器、阵列波导光栅 (AWG)等。开发集成收发模块,包括平面波导+LD+WDM 功能,用于突发模式(Burst Mode)。
光电技术发展的巨大推动力是应用。 光电技术应用是一大群目前最复杂、最精密、最快速、最 先进、而且互相渗透、互相支持的技术,通称光电技术。
光电技术第一章优秀课件
I hq(1ed)Φe,
3. 丹培(Dember)效应
如图1-13所示,当半导体材料的一部分被遮蔽,另 一部分被光均匀照射时,在曝光区产生本征吸收的情况 下,将产生高密度的电子与空穴载流子,而遮蔽区的载 流子浓度很低,形成浓度差。
这种由于载流子迁移率 的差别产生受照面与遮 光面之间的伏特现象称 为丹培效应。
1
dg12qhK bfdl32e,12de,
在强辐射作用的情况下半导体材料的光电导灵敏度 不仅与材料的性质有关而且与入射辐射量有关,是 非线性的。
2. 光生伏特效应
光生伏特效应是基于半导体PN结基础上的一种将光 能转换成电能的效应。当入射辐射作用在半导体PN结上 产生本征吸收时,价带中的光生空穴与导带中的光生电子 在PN结内建电场的作用下分开,形成光生伏特电压或光 生电流的现象。
表明,具有能量的光子被电子吸收 后,只要光子的能量大于光电发射 材料的光电发射阈值Eth,则质量为 m的电子的初始动能便大于0。
光电发射阈值Eth的概念是建立在材料的能带结构基础上 的,对于金属材料,由于它的能级结构如图1-15所示, 导带与价带连在一起,因此,它的光电发射阈值Eth等于 真空能级与费米能级之差
结果在垂直于光照方向与磁 场方向的半导体上下表面上 产生伏特电压,称为光磁电 场。这种现象称为半导体的 光磁电效应。
光磁电场为
EZqB(nD 0 nnpp )0 (pp0pd)
式中,Δp0,Δpd分别为x=0,x=d处n型半导体在光 辐射作用下激发出的少数载流子(空穴)的浓度; D为双极性载流子的扩散系数,在数值上等于
丹培效应产生的光生电压可由下式计算
U DK q T n n p p l n 1n 0n n p p0 n p 0
3. 丹培(Dember)效应
如图1-13所示,当半导体材料的一部分被遮蔽,另 一部分被光均匀照射时,在曝光区产生本征吸收的情况 下,将产生高密度的电子与空穴载流子,而遮蔽区的载 流子浓度很低,形成浓度差。
这种由于载流子迁移率 的差别产生受照面与遮 光面之间的伏特现象称 为丹培效应。
1
dg12qhK bfdl32e,12de,
在强辐射作用的情况下半导体材料的光电导灵敏度 不仅与材料的性质有关而且与入射辐射量有关,是 非线性的。
2. 光生伏特效应
光生伏特效应是基于半导体PN结基础上的一种将光 能转换成电能的效应。当入射辐射作用在半导体PN结上 产生本征吸收时,价带中的光生空穴与导带中的光生电子 在PN结内建电场的作用下分开,形成光生伏特电压或光 生电流的现象。
表明,具有能量的光子被电子吸收 后,只要光子的能量大于光电发射 材料的光电发射阈值Eth,则质量为 m的电子的初始动能便大于0。
光电发射阈值Eth的概念是建立在材料的能带结构基础上 的,对于金属材料,由于它的能级结构如图1-15所示, 导带与价带连在一起,因此,它的光电发射阈值Eth等于 真空能级与费米能级之差
结果在垂直于光照方向与磁 场方向的半导体上下表面上 产生伏特电压,称为光磁电 场。这种现象称为半导体的 光磁电效应。
光磁电场为
EZqB(nD 0 nnpp )0 (pp0pd)
式中,Δp0,Δpd分别为x=0,x=d处n型半导体在光 辐射作用下激发出的少数载流子(空穴)的浓度; D为双极性载流子的扩散系数,在数值上等于
丹培效应产生的光生电压可由下式计算
U DK q T n n p p l n 1n 0n n p p0 n p 0
光电技术第一章
统可用于产品质量检测和生产过程控制。
光电成像系统的应用
01 总结词
光电成像系统在安全监控领域 的应用具有全天候、远距离和 高清成像的优势。
02
详细描述
光电成像系统在安全监控领域 中发挥着重要作用,如红外热 成像仪可以检测物体温度分布 ,紫外成像仪可以检测火焰等 危险源。这些成像系统为安全 监控提供了实时、准确的图像 信息。
05
光电技术发展前景
新型光电材料的发展
总结词
随着科技的不断进步,新型光电材料的发展成为了光电技术领域的重要方向。
详细描述
新型光电材料,如钙钛矿、石墨烯等,具有优异的光电性能,为光电技术的发 展提供了新的可能性。这些材料在太阳能电池、光电探测器等领域的应用,有 望提高光电转换效率和响应速度,降低成本。
03
光电元件与器件
光电探测器
光电探测器是光电技术中的重要组成部分,用于将光信 号转换为电信号。
常见的光电探测器有光电二极管、光电晶体管和光电倍 增管等。
光电探测器的性能指标包括响应速度、灵敏度、线性范 围和光谱响应等。
光电探测器在通信、光谱分析、激光雷达和图像传感器 等领域有广泛应用。
光电二极管
详细描述
光电传感器在医疗领域的应用包括生理参数监测、医学影 像获取等方面。例如,光电容积描记技术利用光电传感器 测量血液流速和容积变化,用于监测心输出量和血压等生 理参数。
光电成像系统的应用
总结词
光电成像系统具有高分辨率、高灵敏度和快速成像的特点,广泛应用于科研、医疗和工 业检测等领域。
详细描述
光电成像系统利用光电转换器件将光信号转换为电信号,再通过电子学和计算机技术进 行处理和显示。在科研领域,光电成像系统可用于观测天体、微观粒子和生物组织等; 在医疗领域,光电成像系统可用于诊断疾病和辅助手术;在工业检测领域,光电成像系
光电成像系统的应用
01 总结词
光电成像系统在安全监控领域 的应用具有全天候、远距离和 高清成像的优势。
02
详细描述
光电成像系统在安全监控领域 中发挥着重要作用,如红外热 成像仪可以检测物体温度分布 ,紫外成像仪可以检测火焰等 危险源。这些成像系统为安全 监控提供了实时、准确的图像 信息。
05
光电技术发展前景
新型光电材料的发展
总结词
随着科技的不断进步,新型光电材料的发展成为了光电技术领域的重要方向。
详细描述
新型光电材料,如钙钛矿、石墨烯等,具有优异的光电性能,为光电技术的发 展提供了新的可能性。这些材料在太阳能电池、光电探测器等领域的应用,有 望提高光电转换效率和响应速度,降低成本。
03
光电元件与器件
光电探测器
光电探测器是光电技术中的重要组成部分,用于将光信 号转换为电信号。
常见的光电探测器有光电二极管、光电晶体管和光电倍 增管等。
光电探测器的性能指标包括响应速度、灵敏度、线性范 围和光谱响应等。
光电探测器在通信、光谱分析、激光雷达和图像传感器 等领域有广泛应用。
光电二极管
详细描述
光电传感器在医疗领域的应用包括生理参数监测、医学影 像获取等方面。例如,光电容积描记技术利用光电传感器 测量血液流速和容积变化,用于监测心输出量和血压等生 理参数。
光电成像系统的应用
总结词
光电成像系统具有高分辨率、高灵敏度和快速成像的特点,广泛应用于科研、医疗和工 业检测等领域。
详细描述
光电成像系统利用光电转换器件将光信号转换为电信号,再通过电子学和计算机技术进 行处理和显示。在科研领域,光电成像系统可用于观测天体、微观粒子和生物组织等; 在医疗领域,光电成像系统可用于诊断疾病和辅助手术;在工业检测领域,光电成像系
经典:光电技术课程设计PPT课件
为等效电路。
30
图1 硅光电池原理图
31
2、光电池的特性参数
(1) 光照特性
光电池的光照特性,用入射光强-电流电压特性和入 射光强-负载特性来描述。
入射光强-电流电压特性描述的是开路电压VOC和短开路 电流ISC随入射光强变化的规律,如下图所示。
入射光强-电流电压特性
描述的是开路电压VOC和短 开路电流ISC随入射光强变 化的规律,如下图所示。
调节光源调节单元的“照度加”或“照度减”旋钮 ,以改变投射到RL上的光线强度,蜂鸣器就能模拟出 忽高忽低、非常逼真的多种“鸟鸣声”,且指示灯LED 亮。
10
三、实验实验步骤 利用二次开发实验模块自行搭建电路,电路如图4-2
所示。参考电路原理图自行进行调试。 1、打开实验箱电源,调节照度计“调零”旋钮,至照 度计显示为“000.0”为止,关闭实验箱电源。 2、J7、J8分别连接实验箱上的光敏电阻结构件黄、蓝 插孔,同时将套筒红、黑插孔与照度计红、黑插孔相 连。 3、打开实验箱电源,按下开关K1和K6,K7拨向左端, 同时保证其余开关都弹起。 4、调节光照强度,听蜂鸣器声音变化,用示波器观察 蜂鸣器正端波形(或R23左端波形)。 5、将“电源调节”旋钮逆时针旋至不可调位置,关闭 实验箱电源。
20
光敏三极管的工作有两个过程,一是光电转换;二 是光电流放大。光电转换过程是在bc结内进行,与一 般光敏二极管相同。当集电极加上相对于发射极为正 向电压而基极开路时(图(b)),则bc结处于反向偏 压状态。无光照时,由于热激发而产生的少数载流子 电子从基极进入集电极,空穴则从集电极移向基极, 在外电路中有电流(即暗电流)流过。当光照射基区 时,在该区产生电子—空穴对,光生电子在内电场作 用下漂移到集电极,形成光电流,这一过程类似于光 敏二极管。与此同时。空穴则留在基区,使基区的电 位升高,发射极便有大量电子经基极流向集电极,总 的集电极电流为
光电技术4版课件2018 (1)[14页]
辐通量或辐功率是以辐射形式发射、传播或接收的功率;或
者说,在单位时间内,以辐射形式发射、传播或接收的辐能称为
辐通量,以符号Φe表示, 其计量单位为瓦(W),即
Φe
dQe dt
(1.1-1)
可见光源表面在无穷小时间段内发射、传播或接收的所有可见 光谱光能与时间间隔dt之比被定义为光通量Φv,即
Φv dQv dt
dΦv、与面元面积dA之比称为光出度Mv,即
Mv
dΦν dA
4.辐强度和发光强度
(1.1-7)
对点辐射源在给定方向的立体角元dΩ内发射的辐通量dΦe与 该方向立体角元dΩ之比定义为点辐射源在该方向的辐强度Ie,即
Ie
dΦe dΩ
计量单位为瓦每球面度 (W/sr)。
(1.1-10)
对可见光,有类似的定义为发光强度
1.1.1 与光源有关的辐度参数与光度参数
光源在辐射波长范围内发射连续光谱或单色光谱能量的参数。
1. 辐能和光能
以辐射形式发射、传播或接收的能量称为辐(射)能,用符
号Qe表示,其计量单位为焦耳(J)。 光能是光通量在可见光范围内对时间的积分,以Qv表示,其
计量单位为流明秒(lm·s)。
2.辐通量和光通量
的面积dA的商,称为辐照度ee,即
ee
dΦe dA
(1.1-22)
ee的计量单位是瓦每平方米(W/m2)。
注意区别辐照度Ee与辐出度Me。 两者计量单位相同,定义不同。辐照度是从物体表面接收 辐射通量的角度来定义的,辐出度是从面光源表面发射辐射的 角度来定义的。 本身不辐射的反射体接收辐射后,吸收一部分,反射一部 分。若把反射体当做辐射体,则光谱辐出度Mer(λ)(下标r 代表 反射)与辐射体接收的光(λ)为辐射度光谱反射比,是波长的函数。积分,得到反 射体的辐出度
光电技术4版课件2018 (25)[23页]
图10-46
10.9 印刷出版工业中的光电技术 10.9.1 激光照排系统
常用的激光照排机可分为绞盘式激光照排机、内鼓式激光 照排机、外鼓式激光照排机等三种类型。
1. 绞盘式激光照排机 绞盘式激光照排机的结构及光路如图10-48所示。
为了减少滚轴牵引力造成 感光胶片的变形,采用感光胶 片双缓冲的结构(如Screen 3050)。
10.9.4 光盘存储 ⒈ 光盘存储的类型 ⑴ 记录用光盘 也称“写后直读型(draw)”光盘,它兼有写入和读出两种 功能,并且写入后不需处理即可直接读出所记录的信息,因此, 可用作信息的追加记录。 ⑵ 专用再现光盘 专用再现光盘也称“只读”型(read only)。它只能用来再 现由专业工厂事先复制的光盘信息,不能由用户自行追加记录。
激光雕刻印版是把聚焦的激光束射向印版,除去不需要的部
分,制出凸、凹图像。
图像的深度、尺寸和形状由调制的激光光束来控制。
焦面处激光的功率密度等于激光输出功率除以光点的面积。
即
F
4P
d 2
设激光光束的发射角为θ,聚焦透镜焦距为f,则焦面上光点
的直径d为
d f
中等强度的激光束经过透镜聚焦后,在焦面激光功率密度远
相物镜的透过率应为τ=(ml/m2)×100% 。 照相物镜透过率一般指轴上透过率。一些广角照相物镜需
要研究透过率随视场变化的情况。 图10-44所示为照相物镜轴上点透过率测量的光路图。
图10-44
(2) 照相物镜轴外透过率的测量 广角照相物镜的透过率随视场角有较大的变化,因此除测
量轴上点的透过率外,还要测量特定视场角的透过率。 其测量光路如图10-46所示。 测量时,应注意使入射光束的中心通过物镜入瞳中心。
10.9 印刷出版工业中的光电技术 10.9.1 激光照排系统
常用的激光照排机可分为绞盘式激光照排机、内鼓式激光 照排机、外鼓式激光照排机等三种类型。
1. 绞盘式激光照排机 绞盘式激光照排机的结构及光路如图10-48所示。
为了减少滚轴牵引力造成 感光胶片的变形,采用感光胶 片双缓冲的结构(如Screen 3050)。
10.9.4 光盘存储 ⒈ 光盘存储的类型 ⑴ 记录用光盘 也称“写后直读型(draw)”光盘,它兼有写入和读出两种 功能,并且写入后不需处理即可直接读出所记录的信息,因此, 可用作信息的追加记录。 ⑵ 专用再现光盘 专用再现光盘也称“只读”型(read only)。它只能用来再 现由专业工厂事先复制的光盘信息,不能由用户自行追加记录。
激光雕刻印版是把聚焦的激光束射向印版,除去不需要的部
分,制出凸、凹图像。
图像的深度、尺寸和形状由调制的激光光束来控制。
焦面处激光的功率密度等于激光输出功率除以光点的面积。
即
F
4P
d 2
设激光光束的发射角为θ,聚焦透镜焦距为f,则焦面上光点
的直径d为
d f
中等强度的激光束经过透镜聚焦后,在焦面激光功率密度远
相物镜的透过率应为τ=(ml/m2)×100% 。 照相物镜透过率一般指轴上透过率。一些广角照相物镜需
要研究透过率随视场变化的情况。 图10-44所示为照相物镜轴上点透过率测量的光路图。
图10-44
(2) 照相物镜轴外透过率的测量 广角照相物镜的透过率随视场角有较大的变化,因此除测
量轴上点的透过率外,还要测量特定视场角的透过率。 其测量光路如图10-46所示。 测量时,应注意使入射光束的中心通过物镜入瞳中心。
光电技术第11讲优秀课件
管的响应时间取决于注入载流子非发光复合的寿命和发光能级上
跃迁的几率。
光电技术第11讲优秀课件
通常发光二极管的外部 发光效率均随温度上升而下降。 图6-6 表示GaP(绿色)、GaP (红色)、GaAsP三种发光二 极管的相对光亮度Le,λ,r与温度t 的关系曲线。
光电技术第11讲优秀课件
• 3. 发光亮度与电流的关系
发光二极管的发光亮度L是单位 面积发光强度的度量。在辐射发光发 生在P区的情况下,发光亮度L与电子
扩散电流idn之间的关系为 L idn e R
式中,τ是载流子辐射复合寿命τr和 非辐射复合寿命τ 的函数
rn
如图6-7所示为GaAsl—xPx、Gal—xAlxAs和GaP(绿色)发光二极管的发 光亮度与电流密度的关系曲线。这些LED的亮度与电流密度近似成 线性关系,且在很大范围内光不电技易术第饱11讲和优秀。课件
光电技术第11讲优秀课件
6.1.4 驱动电路
LED工作需要施加正向偏置电
压,以提供驱动电流。典型的驱
动电路如图6-10所示,将LED接入
到晶体三极管的集电极,通过调
节三极管基极偏置电压,可获得
需求的辐射光功率。在光通信中
以LED为光源的场合,需要对
LED进行调制,则调制信号通过
电容耦合到基极,输出光功率则
光电耦合器件还可以构成与非、 或、或非、异或等逻辑电路。
光电技术第11讲优秀课件
图6-41所示典型应用电路中左侧的输入电路电源为13.5V的HTL 逻辑电路,中间的中央运算器、处理器等电路为+5V电源,后边的 输出部分依然为抗干扰特性高的HTL电路。 将这些电源与逻 辑电平不同的部 分耦合起来需要 采用光电耦合器。
光电技术简介-PPT精选文档
理学院物理科学与技术系
--光电能量系统
杨应平
School of Science, Physical Science and Technology Department
光通信系统
光 纤
驱动电路 调制器 光源 中继器 光纤 光电二 极管
光纤
放大器
判决器
光发射机
中继器 光器件
光接收机
电
理学院物理科学与技术系
半导体光电子学家 中国科学院院士
--王启明
21 世纪的人类社会将是一个高度信息化的社。…社会 对信息量的要求将以太比特/秒(1Tbit/s = 1012 bit/s) 为 起点呈现超越摩尔定律的爆炸性增长,物理学家又称 它为三“T”高度信息化社会,即Tb/s 的信息传输容量, TB 位元的信息存储密度和T/ 秒的信息处理速度
杨应平
光电技术主要内容分四大部分
理论基础
光电信号 变换与处理
理学院物理科学与技术系
光辐射源 光电探测器
光电系统 分析设计
School of Science, Physical Science and Technology Department
杨应平
绪 论
1.光电技术及其研究内容 2.光电探测系统 3.光电技术的应用及发展 4.怎样学好光电技术?
理学院物理科学与技术系 School of Science, Physical Science and Technology Department 杨应平
激光武器
美机载激光武器成功击 中地面移动目标(模拟图) ---是一种利用定向发射的激 光束直接毁伤目标或使之失 效的定向能武器。 美国、俄罗斯、法国、以 色列等国都成功进行了各种 激光打靶试验。
--光电能量系统
杨应平
School of Science, Physical Science and Technology Department
光通信系统
光 纤
驱动电路 调制器 光源 中继器 光纤 光电二 极管
光纤
放大器
判决器
光发射机
中继器 光器件
光接收机
电
理学院物理科学与技术系
半导体光电子学家 中国科学院院士
--王启明
21 世纪的人类社会将是一个高度信息化的社。…社会 对信息量的要求将以太比特/秒(1Tbit/s = 1012 bit/s) 为 起点呈现超越摩尔定律的爆炸性增长,物理学家又称 它为三“T”高度信息化社会,即Tb/s 的信息传输容量, TB 位元的信息存储密度和T/ 秒的信息处理速度
杨应平
光电技术主要内容分四大部分
理论基础
光电信号 变换与处理
理学院物理科学与技术系
光辐射源 光电探测器
光电系统 分析设计
School of Science, Physical Science and Technology Department
杨应平
绪 论
1.光电技术及其研究内容 2.光电探测系统 3.光电技术的应用及发展 4.怎样学好光电技术?
理学院物理科学与技术系 School of Science, Physical Science and Technology Department 杨应平
激光武器
美机载激光武器成功击 中地面移动目标(模拟图) ---是一种利用定向发射的激 光束直接毁伤目标或使之失 效的定向能武器。 美国、俄罗斯、法国、以 色列等国都成功进行了各种 激光打靶试验。
最新光电技术第4课(2)ppt课件
三、质量光谱学与固体表面分析
固体表面分析 固体表面的成分和结构,可以用极细的电子、
离子、光或X射线的束流,入射到物质表面,对 表面发出的电子、离子、X射线等进行测定来分 析。这种技术在半导体工业领域被用于半导体的 检查中,如缺陷、表面分析、吸附等。电子、离 子、X射线一般采用电子倍增器或MCP来测定。
UnUbb80.0% 10.0% 8 U Ubb
例4-2 如果GDB-235的阳极最大输出电流为2mA,试 问阴极面上的入射光通量不能超过多少lm? 解 由于Iam=G SKφVm
故阴极面上的入射光通量不能超过
V m Ia/m G S K 1 .1 2 0 5 1 0 4 2 30 1 0 60 0 .4 1 9 3 ( 0 L)m
光电技术第4课(2)
如图4-8所示为典型光电倍增管的电阻分压式供电电 路。电路由11个电阻构成电阻链分压器,分别向10级倍增 极提供电压UDD。
1、电阻链的设计
考虑到光电倍增管各倍增极的电子倍增效应,各级的 电子流按放大倍率分布,其中,阳极电流Ia最大。因此, 电阻链分压器中流过每级电阻的电流并不相等,但是,当 流过分压电阻的电流IR远远大于Ia时,即 IR >> Ia时,流 过各分压电阻Ri的电流近似相等。工程上常设计IR大于等 于10倍的Ia电流。
2.原子吸收分光光度计
广泛地应用于微量金属元素的分析。对应于 分析的各种元素,需要专用的元素灯,照射燃烧 并雾化分离成原子状态到被测物质上,用光电倍 增管检测光被吸收的强度,并与预先得到的标准 样品比较。
二、利用发光原理
1.发光分光光度计 样品接受外部照射光的能量会产生发光,利
用单色器将这种光的特征光谱线显示出来,用 光电倍增管探测出特征光谱线是否存在及其强 度。这种方法可以迅速地定性或定量地检查出 样品中的元素。
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间发射的辐通量dΦe与该面元面积dA之比,定义为辐出度Me,即
dΦe Me dA
Me的计量单位是瓦(特)每平方米[W/m2]。
(1.1-5)
光源A表面某一点处的面元向半球面空间发射的光通量 dΦv、与面元面积dA之比称为光出度Mv,即
dΦν Mv dA
(1.1-7)
4.辐强度和发光强度 对点辐射源在给定方向的立体角元dΩ内发射的辐通量dΦe与 该方向立体角元dΩ之比定义为点辐射源在该方向的辐强度Ie,即
或
M v v ( ) Evd
ρv(λ)为光度光谱反射比,是波长的函数。
2.辐照量和曝光量
辐照量与曝光量是光电接收器接收辐射能量的重要度量参 数。光电器件的输出信号常与所接收的入射辐射能量有关。 照射到物体表面某一面元的辐照度Ee在时间t内的积分称为 辐照量He,即
两者兼有的器件。
1.辐照度与照度 将照射到物体表面某一点处面元的辐通量dΦe除以该面元 的面积dA的商,称为辐照度ee,即
dΦe ee dA
ee的计量单位是瓦每平方米(W/m2)。
(1.1-22)
注意区别辐照度Ee与辐出度Me。
两者计量单位相同,定义不同。辐照度是从物体表面接收 辐射通量的角度来定义的,辐出度是从面光源表面发射辐射的 角度来定义的。 本身不辐射的反射体接收辐射后,吸收一部分,反射一部 分。若把反射体当做辐射体,则光谱辐出度Mer(λ)(下标r 代表 反射)与辐射体接收的光谱辐照度Ee(λ)的关系为
Ie dΦe dΩ
(1.1-10)
计量单位为瓦每球面度 (W/sr)。 对可见光,有类似的定义为发光强度
dΦv Iv dΩ
(1.1-13)
发光强度的单位是坎德拉(candela),简称为坎[cd]。
1979年第十六届国际计量大会通过决议,将坎德拉重新定义为: 在给定方向上能发射540×1012Hz的单色辐射源,在此方向上 的辐强度为(1/683)W/sr,其发光强度定义为1cd。 发光强度为1cd的点光源在整个球空间所发出的总光通量为 IV=4πIV=12.566 lm
光强度,除以该面元在垂直给定方向平面上的正投影面积,
即
dI v d 2Φv Lv dA cos dΩdA cos
Lv的计量单位是坎德拉每平方米(cd/m2)。 若Le ,Lv与光源发射辐射的方向无关的光源称为余弦辐射体 或朗伯辐射体。 黑体是一个理想的余弦辐射体,而一般光源的亮度多少与方
Φ d 1 e 100 0 P
2
Φe 1000 0 P
e
0
Φeλ称为光源辐射通量的光谱密集度,也称为光谱辐射通量。
1.1.2 与接收器有关的辐度参数与光度参数
从接收器的角度讨论辐射度与光度的参数,称为与接收
器有关的辐度参数与光度参数。 接收器可以是探测器,也可以是反射辐射的反射器,或
M er e ( ) Ee ( )
ρe(λ)为辐射度光谱反射比,是波长的函数。积分,得到反 射体的辐出度
M e e ( ) Eed
对可见光,用照射到物体表面某一面元的光通量dΦv除以
该面元面积dA,其值称为光照度ev,即
dΦv ev dA
对接收光的反射体同样有
mv ( ) v ( ) Ev ( )
•
光电传感器的光谱响应范围远远超出人眼,从X光到红外辐射
甚至于远红外、毫米波都有相应的传感器,能借助于各种光电传
感器件对整个电磁波谱范围内进行光电信息变换。
• 为更好学习与掌握光电技术,必须充分认识和理解辐射度与光 度的度量问题。
1.1
•
光辐射的度量
辐度量与光度量的基本概念与差异
•
•
幅度量——物理(客观)的计量辐射的度量系统。
光度量——以人眼所能见到,引起大脑刺激效应定义的主观
量。是统计的,人为规定的,国际照明委员会统计人类各种眼 睛对可见光刺激程度而规定的度量系统。 • • 在计量方法上它们有相同之处,为此,常用相同的符号表示。 常用下脚标 “e”和“v”加以区别。
1.1.1 与光源有关的辐度参数与光度参数
光源在辐射波长范围内发射连续光谱或单色光谱能量的参数。 1. 辐能和光能 以辐射形式发射、传播或接收的能量称为辐(射)能,用符 号Qe表示,其计量单位为焦耳(J)。 光能是光通量在可见光范围内对时间的积分,以Qv表示,其 计量单位为流明秒(lm· s)。 2.辐通量和光通量 辐通量或辐功率是以辐射形式发射、传播或接收的功率;或 者说,在单位时间内,以辐射形式发射、传播或接收的辐能称为 辐通量,以符号Φe表示, 其计量单位为瓦(W),即
5.辐亮度和亮度 • 光源表面某一点处的面元在给定方向上的辐强度除以该面元 在垂直于给定方向平面上的正投影面积,称为辐射亮度Le,即
dI e d 2Φe Le dA cos dΩdA cos
(1.1-15)
为所给方向与面元法线之间的夹角。
亮度Lv定义为:光源表面某一点处的面元在给定方向上的发
光电技术
第1章 光电技术基础
光电技术的理论基础建立在光的波粒二象性之上,光 光的粒子性
以电磁波方式传播的粒子。
hv p c 光的量子性成功地解释光与物质作用引起的光电效 应,光电效应充分证明了光的量子性。
光辐射是电磁波谱的一小部分,波长从几纳米到几 毫米,可见光只为一小部分,在0.38~0.78μm范围。
向有关。
粗糙表面的辐射体或反射体及太阳等是一个近似的余弦辐 射体。
6. 辐效率与发光效率 光源所发射的总辐射通量Φe,与外界提供给光源的功率P之
比称为光源的辐效率ηe;光源发射的总光通量Φv与提供的功率P 之比称为发光效率ηv。即
e
v Φv / P 100%
辐效率ηe无量纲,发光效率ηv的计量单位是流明每瓦(lm· W-1)。 对限定在波长λ1~λ2范围内的辐效率为
dQe Φe dt
(1.1-1)
可见光源表面在无穷小时间段内发射、传播或接收的所有可见
光谱光能与时间间隔dt之比被定义为光通量Φv1-3)
辐通量对时间的积分称为辐能,光通量对时间的积分称为光能。
3. 辐出度和光出度 对有限大小面积A的面光源,表面某点处的面元向半球面空