光电检测技术知识点模板
光电检测知识点总结
光电检测知识点总结辐射度学单位是纯粹物理量的单位，例如，熟悉的物理学单位焦⽿和⽡特就是辐射能和辐射功率的单位，光度学所讨论的内容仅是可见光波的传播和量度，因此光度学的单位必须考虑⼈眼的响应，包含了⽣理因素。
例如，光度学中光点源：照度与距离之间的平⽅反⽐定律扩展源：朗伯源的辐出度与辐亮度间的关系漫反射⾯：漫反射体的视亮度与照度间的关系定向辐射体的曲线彼此不相交；某⼀波长上，温度越⾼，光谱辐出度越⼤；随温度升⾼，曲线峰值对应的波长向短波⽅向移动；波长⼩于λm的部分能量约占25%，波长⼤于λm的能量约占75%；(Wien…s Displacement Law )将普朗克公式对波长λ求微分后令其等于0，则可以得到峰值光谱辐出度所对应的波长λm与绝对温度T的关系。
维恩位移定律(Wien's Displacement Law )当⿊体温度升⾼时，辐射曲线的峰值波长向短波长⽅向移动。
⽅向⽽有不同。
（光谱发射率、半球发射率、⽅向发射率…）发射率不随波长变化且⼩于1的物体称灰体；发射率随波0.48um，太阳地球平均距离1.495x108km，太阳，如果将太阳与地球均近似看出⿊体，求太阳的地球的表⾯温度。
晶体中的电⼦只能处于能带的能级上，且每⼀个能带中都有与原⼦总数相适应的能级数。
价带：绝对零度时，价带为价电⼦占满。
⽽导带中没有电⼦。
4*5*1022/cm3从整体看，热平衡下，电⼦按能量⼤⼩具有⼀定统计分布规Ef，费⽶能级，与温度、半导体材料的导电类型、杂质含量等有关系。
E 的量⼦态的⼏率由指数因⼦所决定?玻⽿兹曼统计和 Boltzmann 统计的主要差别，前者受到Pauli exclusion principle 限制，但在E -Ef >>kT 条件下，泡利原理失去作⽤，两者同⼀；Ef 位于禁带内，且其与导带底或价带顶的距离远⼤于kT ，故导带中的电⼦分布可以⽤电⼦的Boltzmann 分布函数描写；即导带中⼤多数电⼦分布在导带底附近；情况下，导带没有电⼦，价带也没有空⽳，因此不能导电。
光电检测知识点..
第一章名称解释1.光通量2坎德拉3.照度4半导体中的非平衡载流子5绝对黑体6基尔霍夫定律7热噪声8产生-复合噪声91／f噪声知识要点半导体材料的光吸收效应(1)本征吸收(2)杂质吸收2.非平衡载流子浓度载流子复合过程一般有直接复合和间接复合两种。
物体的光谱发射率总等于其光谱吸收比。
也就是强吸收体必然是强发射体。
维恩位移定律指出：当绝对黑体的温度增高时，单色辐出度的最大值向短波方向移动。
光电子发射过程可以归纳为以下三个步骤：(1)物体吸收光子后体内的电子被激发到高能态；(2)被激发电子向表面运动，在运动过程中因碰撞而损失部分能量；(3)克服表面势垒逸出金属表面。
一般光电检测系统的噪声包括三种：(1) 光子噪声包括：信号辐射产生的噪声和背景辐射产生的噪声。
(2)探测器噪声包括：热噪声、散粒噪声、产生-复合噪声、1／f噪声和温度噪声。
(3)信号放大及处理电路噪声在半导体器件中1／f噪声与器件表面状态有关。
多数器件的1/f 噪声在300Hz 以上时已衰减到很低水平，所以频率再高时可忽略不计。
在频率很低时；l／f 噪声起主导作用；当频率达到中间频率范围时，产生-复合噪声比较显著；当频率较高时，只有白噪声占主导地位，其它噪声影响很小了光电探测器的合理选择(1)根据待测光信号的大小，确定探测器能输出多大的电信号，即探测器的动态范围。
(2)探测器的光谱响应范围是否同待测光信号的相对光谱功率分布一致。
即探测器和光源的光谱匹配。
(3)对某种探测器，它能探测的极限功率或最小分辨率是多少—需要知道探测器的等效噪声功率；需要知道所产生电信号的信噪比。
(4)当测量调制或脉冲光信号时，要考虑探测器的响应时间或频率响应范围。
(5)当测量的光信号幅值变化时，探测器输出的信号的线性程度。
第二章名称解释光源的发光效率色温色表显色性相关色温分布温度知识要点选择光源时，应综合考虑光源的强度、稳定性、光谱特性等性能根据斯奇芬-玻尔兹曼定律知，物体只要其温度大于绝对零度，都会向外界辐射能量，其辐射特性与温度的四次方有关气体放电光源具有下述特点；1.发光效率高。
《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。
光电检测技术PPT培训课件
光电检测技术的发展趋势
总结词
光电检测技术未来将朝着高精度、高速度、智能化方向发展。
详细描述
随着科技的不断进步，光电检测技术将进一步提高检测精度和速度，实现更快速、更准确的信息获取 和处理。同时，光电检测技术将与人工智能、机器学习等技术相结合，实现智能化检测和自动化决策 ，为各领域的快速发展提供有力支持。
各类光电检测技术的应用场景
可见光检测技术
广泛应用于图像采集、安防监控、交通拍 照等领域。
激光雷达技术
广泛应用于机器人导航、无人驾驶、智能 制造等领域。
红外检测技术
广泛应用于温度测量、无损检测、消防报 警等领域。
X射线检测技术
广泛应用于医疗影像、工业无损检测、安 全检查等领域。
紫外检测技术
广泛应用于荧光显微镜、化学分析仪器、 环境监测等领域。
04
光电检测技术的实际应用案例
光电检测技术在工业自动化中的应用
总结词
质量检测
光电检测技术在工业自动化领域的应用广 泛，主要用于生产线上的质量检测、位置 检测和速度控制等。
通过光电检测技术对生产线上的产品进行 表面缺陷、尺寸、重量等质量参数的检测 ，确保产品质量符合要求。
位置检测
速度控制
利用光电检测技术对生产线上的产品位置 进行精确检测，实现自动化控制和调整。
详细描述
光电检测技术利用光子与电子的相互作用，将光信号转换为电信号，实现对各 种物理量、化学量和生物量的检测。该技术具有高精度、高灵敏度、高可靠性 等优点，广泛应用于各个领域。
光电检测技术的应用领域
总结词
光电检测技术在多个领域都有广泛应用。
详细描述
在工业自动化领域，光电检测技术用于产品质量检测、生产线监控等；在医疗领域，光电检测技术用于医疗诊断、 生物分析等；在环保领域，光电检测技术用于环境监测、水质分析等；在通信领域，光电检测技术用于光纤通信、 高速数据传输等。
光电检测知识整理
1.光学检测系统的组成：光源(辐射源)、信息载体、光电探测器、信息处理装置2.典型光电检测系统：红外报警系统、锅炉水位自动控制系统主动红外报警器是一种红外线光束遮挡型报警器，发射机中的红外发光二极管在电源的激发下，发出一束经过调制的红外光束(此光束的波长约在0.8-0.95μm之间)，经过光学系统的作用变成平行光发射出去。
此光束被接收机接收，由接收机中的红外光电传感器把光信号转换成信号，经过电路处理后传给报警控制器。
由发射机发射出的红外线经过防范区到达接收机，构成了一条警戒线。
正常情况下，接收机收到的是一个稳定的光信号，当有人入侵该警戒线时，红外光束被遮挡，接收机收到的红外信号发生变化，提取这一变化，经放大和适当处理，控制器发出的报警信号。
3.辐照度的余弦定律：任意表面上的辐照度随该表面法线和辐能传输方向之间夹角的余弦而变化。
E′=E cosθ4.朗伯余弦定律：朗伯辐射表面在某方面上的辐射强度随与该方向和表面法线之间夹角的余弦而变化。
Iθ=I0cosθ（朗伯表面是一个对入射辐射提供均匀的漫射的表面，从不同角度观察该表面，其明暗程度是一样的）5.距离平方反比定律：点光源在传输方向上某点的辐照度和该点到点光源的距离平方成反比。
6.亮度守恒定律：光辐射能在传播介质中没有损失时表面2和表面1的辐亮度是相等的。
7.由于物体中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象称为热辐射。
热辐射具有连续的辐射谱，且辐射能按波长的分布主要决定于物体的温度8.绝对黑体：物体在任何温度下，对任何波长的辐能的吸收比αλ(T)≡19.基尔霍夫辐射定律：在同样的温度下，各种不同物体对相同波长的单色辐出度与单色吸收比之比值都相等，并等于该温度下黑体对同一波长的单色辐出度。
10.维恩位移定律：λm T=2897.9 (μm∙K)11.斯忒藩-玻尔兹曼定律：M vb(T)=σT4σ=5.670×108(J m2⁄∙s∙K4)12.n型(电子型)半导体放电子(n n>p n)，施主；p型(空穴型)半导体收电子(n n<p n)，受主13.复合过程：直接复合、间接复合(①电子俘获；②空穴俘获；③电子发射；④空穴发射)14.在热平衡条件下，半导体中能级被电子的占据率分布服从费米统计分布规律15.光电导效应和光生伏特效应属于内光电效应，是光照到半导体材料时，材料由于光子的加入引起载流子的浓度变化，导致材料电导率或使产生内建电场16.光电发射效应属于外光电效应，是光子和物质材料相互作用，光子能量足够大，才使电子获得能量而逸出物质表面光电发射第一定律-斯托列夫定律：当照射到光阴极上的入射光频率或频谱成分不变时，饱和光电流与入射光强度成正比，即I k=S k F0光电发射第二定律-爱因斯坦定律：光电子的最大动能与入射光的频率成正比，而与入射光强度无关，即12m e v max2=ℎν−W17.光电测量系统的噪声：①光子噪声。
光电检测知识点汇总
考试高分笔记基本常识：AEΦPIS =⨯===光照度受光面积光通量输入光功率输出信号光电流电流灵敏度光通量-lm ；照度-lx ；亮度-sb ；光强-cd光敏电阻-正偏，光电二极管-反偏，光电池-没有外加偏置(这里偏置可以理解为器件之外有没有添加电源，)重点简录：1、P33,量子效率，6’ 量子效率 hvP eI //==的光子数每秒入射波长为每秒产生的光电子数λη2、P52(5)，由禁带宽度E g 计算长波限λgg E hc λλc ，νE h ν=⇒==长波限理论值小于实际值原因：1在实际中短波更易被吸收。
2随温度的升高而向短波方向移动3、P52(6)，光敏电阻，10’光电导灵敏度EGS g =d p G G G += (亮电导 = 光电导+暗电导)4、 P75，光电二极管，10’Lb e )G -U (U ΦS GU U G 0max 000=+=)(产生的总电流 = 暗电流 + 光电流)5、P89，放大倍数，10~12’K PI I A ==阴极电流阳极电流n)(εεA σ0=hv e /ηα=详尽考点：Chapter 2电致发光即场致发光，顾名思义，它是固体发光材料在电场激发下发光的一种现象，是将电能直接转化为光能的过程。
具体过程：物质中的原子受到电子轰击，使原子中的电子获得动能，由低能态跃迁到高能态；当它由受激状态回复到正常状态时，就会发出辐射。
知辐射通量求光通量：光通量 = 视见函数*辐射通量*Km (Km 为光视效能，Km=683 lm/W)例题：光谱光视效率V(505nm)=0.40730，波长为505nm 、1mW 的辐射光，其光通量 为0.2782 lm (计算式：0.40730 x 683 lm/W x 1 mW)LED 发光机理 P22 (就是电致发光)当给发光二极管的P －N 结加正向电压时，外加电场将削弱内建电场，使空间电荷区变窄，载流子的扩散运动加强。
由于电子迁移率总是远大于空穴的迁移率，因此电子由N 区扩散到P 区是载流子扩散运动的主体。
光电检测总结
第六章 光电检测系统
直接检测与二次调制
直接检测:无论是相干或非相干光源，都是利用光源发射的光强携带信息。光电 探测器直接把接受到的光强的变化转换为电信号的变化，然后，用解调电路检出
所携带的信息。 二次调制（副载波调制）
x(t)
s(t)
一次调制
二次调制
主要调制方式 x(t)=A cos(w0t+Ф)
振幅调制（AM） 频率调制（FM） 位相调制（PM） 脉码调制（PCM） 波长调制、偏振调制等
的度量。描述的是光电探测器件的光电转换效率。
响应度是随入射光波长变化而变化的
响应度分电压响应率和电流响应率 电压响应率： 光电探测器件输出电压与入射光功率之比
SV
Vo Pi
电流响应率：光电探测器件输出电流与入射光功率之比
SI
Io Pi
２．光谱响应度：探测器在波长为λ的单色光照射下，输出电压或电流与入
10
光电检测系统总结
LIA 的组成 信号通道：交流放大、调制、带通滤波 参考通道：触发、移相、方法驱动 相敏检波：模拟乘法器，电子开关 低通滤波：RC 滤波器。 LIA 特点 要求对入射光束进行斩光或光源调制，适用于调幅光信号的检测； 极窄带高增益放大器，增益可达 1011，带宽窄到 0.0004Hz； 交流－直流信号变换器； 可以补偿光检测中的背景辐射噪声和前置放大器的固有噪声。信噪比改善可达 1000 倍。 克服相位偏移 正交矢量锁相放大器
4
光电检测系统总结
MOS 光敏元：构成 CCD 的基本单元是 MOS(金属—氧化物—半导体)结构。
电荷存储
在栅极加正偏压之前，P 型半导体中的空穴（多子）的分布是均匀的。 加正偏压后，空穴被排斥而产生耗尽区，偏压增加，耗尽区向内延伸。 当 UG＞ Uth 时，半导体与绝缘体界面上的电势变得非常高，以致于将半导 体内的电子(少子)吸引到表面，形成一层极薄但电荷浓度很高的反型层。 反型层电荷的存在表明了 MOS 结构存储电荷的功能。 电荷的转移（耦合） 第一个电极保持 10V，第二个电极上的电压由 2V 变到 10V，因这两个电极靠得 很紧(间隔只有几微米)，它们各自的对应势阱将合并在一起。原来在第一个电极 下的电荷变为这两个电极下势阱所共有。 若此后第一个电极电压由 10V 变为 2V，第二个电极电压仍为 10V，则共有的电 荷转移到第二个电极下的势阱中。这样，深势阱及电荷包向右移动了一个位置。
光电检测与技术知识点总结
光电检测与技术知识点总结
光电检测是通过光电传感器将光信号转化为电信号进行检测和测量的技术。
1. 光电传感器的分类：
- 光电开关：通过光电传感器的发射器和接收器之间的光束被遮挡或被恢复来触发开关动作。
- 光电传感器：通过光电传感器接收到的光信号的变化来检测目标物体的位置、颜色、形状等信息。
- 光电编码器：通过光电传感器接收到的光信号的脉冲数来测量目标物体的位置、速度等。
2. 光电传感器的原理：
- 光电开关：通过发射器发出的光束被目标物体遮挡或恢复，经过接收器接收后产生电信号，通过比较电信号的强弱来触发开关动作。
- 光电传感器：通过接收器接收到的光信号的强度、频率、相位等来检测目标物体的位置、颜色、形状等信息。
- 光电编码器：通过接收器接收到的光信号的脉冲数来测量目标物体的位置、速度等。
3. 光电传感器的应用领域：
- 工业自动化：用于物体检测、测量、计数等。
- 机器人技术：用于机器人的位置感知、障碍物检测等。
- 电子设备：用于手机、相机等设备的亮度感应、手势识别等。
- 安防监控：用于人体检测、入侵报警等。
4. 光电传感器的特点：
- 非接触式检测：光电传感器不需要与目标物体直接接触，可以在一定距离上进行检测。
- 高精度：光电传感器可以实现微小物体的检测和测量。
- 快速响应：光电传感器的响应时间通常在毫秒级别，适用于高速检测。
- 高稳定性：光电传感器的输出信号稳定，不受环境干扰影响。
以上是光电检测与技术的一些基础知识点总结，希望对您有帮助。
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。
光电检测技术讲义
白炽灯incandescent lamp
发明人：爱迪生Thomas EdisonThomas Edison developed this incandescent lamp, or lightbulb, in 1879
由普朗克公式知：温度越高，辐射总量中 可见成分越大。光源的目标——提高辐射 体的温度。
- the Carbon Arc Lamp (1800 - 1980s)
两个发光区：气体等离子体——气体发 光 —— 线 状 光 谱 ； 炽 热 阳 极 （3780K）——热发光——连续光谱
很像电焊弧 电极参杂金属——金属蒸汽电离发光—
—增大可见光强度 优点：很高的亮度（1×109Cd/m2）比普
假设：谐振子能量的值只取某个基本单元的整数倍，即
ε = ε 0 ,2ε 0 ,3ε 0 ,L
则平均能量计算：
∞ εe−ε / kBT dε
∫ ε =
0
ε e d ∞ −ε / kBT
= kBT
∫0
经典方法
普朗克公 式：
∞
∑∑ ∑ ε
=
εn e−nε0 / kBT 0 n=0 ∞
e−nε0 / kBT
黑体辐射的光谱特性
辐射
强度
温度升高
短波
λm
长波
黑体辐射的实用公式
绝对黑体的全辐射出射度：
M = σT 4
绝对黑体的最大辐射波长（维恩位移定律）
λmT = 2898(μm ⋅ K )
最大辐射处的辐射出射度
M λm = BT 5
黑体辐射源
腔型黑体辐射源：黑体芯子、加热绕组、测温计、温度 控制器。
用金属熔点温度做为温度标准来标定。例如：铂 2046.05K
光电检测小知识
光电检测技术的应用实例光电检测的应用主要包括红以下几个方面：光电准直,光电测距,微弱信号放大等。
一：光电准直主要有以下几个方面：（1）激光铅垂仪：定铅垂线的仪器，用在矿山竖井测量投射垂线方向等；（2）激光导向仪：进行定向控制的仪器，当需定向的工作机械等上装有光电接收器时，通过自动控制系统可使工作机械等恢复到原位；（3）激光水准仪等：利用激光准直线定水平或水平面的仪器；（4）激光经纬仪：进行角度坐标测量＆定向准直测量的仪器。
二：光电测距：它是以光为发射源，利用光波传播的距离等于光速与传播时间的乘积这一基本原理进行测距的。
（1）脉冲法激光测距仪结构可分为发射系统、接收系统与观察瞄准系统三大部分以及供电的电源。
（2）相位法激光测距仪（3）超高频及多波相位测距仪测距原理：当发射聚光电子漫反射进入接收系统时，光电接收器就接收到基准信号，经过光电转换、微弱信号的放大，再经整形、反相放大后，触发门控电路置位，门控电路输出低电平，将门电路打开。
于是由时钟振荡器产生的计数脉冲可以通过门电路，进入计数器开始计数。
当光电接收器接收到回波，同样经过转换放大、整形、反相放大后输入门电路，使它复位。
门控输出高电平，将门电路关闭，计数器停止计数，显示器显示被测距离值。
三：微弱光信号检测技术微弱光信号检测技术是光电检测技术最重要的应用，其主要有锁相放大器，取样积分器，单光子计数器等具体实例。
（1）、锁相放大器，它是一种对交变信号进行相敏检波的放大器。
利用被测信号有相同频率相位关系的参考信号作为比较基准，只对被测信号本身＆那些与参考信号同频（或倍频）、同相的噪声分类有响应，故能大幅度抑制无用噪声，改善信噪比。
并且具有很高的检测灵敏度，信号处理比较简单。
锁相放大技术的四个基本环节：a：通过调制或斩光，将被测信号由零频范围转移到设定的高频范围内。
检测系统变成交流系统；b:在调制频率上对有用信号进行选频放大；c:在相敏检波中对信号解调。
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、光电效应应按部位不同分为内光电效应和外光电效应，内光电效应包括（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）。
结构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（表面沟道电荷耦合器件）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称为体内沟道或埋沟道电荷耦合器件，电荷包存储在离半导体表面一定深度的体内，并沿着半导体内一定方向传输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，它是光纤的一个基本参数、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，他的结构特点是有一个（真空管），其他元件都置于（真空管）。
18、根据衬底材料的不同，硅光电电池可分为2DR（以P 型硅作基底）型和（2CR）型两种。
19、根据衬底材料的不同，硅光点二、三级管可分为2CU 和2DU、3CU 和3DU20、为了从数量上描述人眼对各种波长辐射能的相对敏感度，引入视见函数V（f）, 视见函数有（明视见函数）和（暗视见函数）。
21、PMT 由哪几部分组成？入射窗口D、光子阴极、电子光学系统、电子倍增系统和光电阳极。
22、电子光学系统的作用是：（1）是光阳极发射的光电子尽可能全部汇聚到第一倍增级上，而将其他部的杂散热电子散射掉，提高信噪比。
（2）使阴极面上各处发射的光电子在电子学系统的中渡越时间尽可能相等23、P MT的工作原理1．光子透过入射窗口入射在光电阴极K 上2．光电阴极K受光照激发，表面发射光电子3．光电子被电子光学系统加速和聚焦后入射到第一倍增极D1 上，将发射出比入射电子数更多的二次电子。
入射电子经N 级倍增后，光电子数就放大N 次. 4．经过倍增后的二次电子由阳极P 收集起来，形成阳极光电流Ip，在负载RL上产生信号电压0。
22、PMT 的倍增极结构有几种形式个有什么特点？（1）鼠笼式：特点结构紧凑，时间响应快。
（2）盒栅式：特点光电子收集率高，均匀性和稳定性较好，但时间响应稍慢些。
（4）百叶窗式，特点：管子均匀性好，输出电流大并且稳定，响应时间较慢。
（5）近贴栅网式，特点：极好的均匀性和脉冲线性，抗磁场影响能力强。
（6）微通道板式，特点：响应速度快，抗磁场干扰能力强，线性好23、什么是二次电子？并说明二次电子发射过程的三个阶段是什么？光电子发射过程的三步骤？答：当具有足够动能的电子轰击倍增极材料时，倍增极表面将发射新的电子。
称入射的电子为一次电子，从倍增极表面发射的电子为二次电子。
二次电子发射 3 阶段：（1）材料吸收一次电子的能量，激发体内电子到高能态，这些受激电子称为内二次电子。
（2）内二次电子中初速指向表面的那部分像表面运动。
（3）到达界面的内二次电子能量大于表面垒的电子发射到真空中成为二次电子。
光电子发射过程的三步骤：(1) 物体吸收光子后体内的电子被激发到高能态；(2) 被激发电子向表面运动，在运动中因碰撞损失部分能量；(3) 克服表面势垒逸出金属表面。
24、简述Si-PIN光电二极管的结构特点，并说明Si-PIN管的频率特性为什么比普通光电二极管好？p6925、简述常用像增强器的类型？并指出什么是第一、第二和第三代像增强器，第四代像增强器在在第三代基础上突破的两个技术是什么？p130答：1)类型：级联式像增强器、第2 代像增强器（微通道板像增强器）、第 3 代像增强器、X 射线像增强器。
2）级联式像增强器由几个分立的单极变像管组合成属于第一代像增强器；微通道板像增强器属于第三代像增强器；第二代像增强其的微通道板结构配以负电子亲和势光电阴极构成第三代像增强器。
3）突破技术：一是管子采用新材料制成的寿命高、高增益、低噪声的无膜MCD；二是NEA光电阴极采用的自动控制门电流，有利于减小强光下达到MCD 的电子流，以降低强光下图像模糊效应。
26、什么是光电子技术?光电子技术以什么为特征？光电子技术是：光子技术与电子技术相结合而形成的一门技术。
主要研究光与物质中的电子相互作用及其能量相互转换的相关技术。
以光源激光化、传输光纤化、手段电子化、现代电子学中的理论模式和电子学处理方法光学化为特征：是一门新兴的综合性交叉学科。
27、光源的光谱功率分为哪几种情况？画出每种情况对应的分布图？分为：线状光谱（有若干条明显分割的西线组成）、带状光谱(由一些分开的谱带组成，没个谱袋中包含许多连续谱线)、连续光谱（光源发出的谱线连成一片）、混合光谱（前三种谱线混合而成）28、荧光屏表面蒸镀铝膜的作用是：引走荧光屏上积累的电荷，同时避免光反馈，增加发射光的输出。
29、从传输模式角度考虑，光纤分为：多模光纤和单模光纤。
根据折射率变化规律分为阶跃型和梯度型31、什么是负电子亲和势光电阴极？具有哪些优点？NEA是指：将半导体表面做处理是表面区域能弯曲，真空能级降到导带之下，从而使有效地电子亲和势能变为负值。
优点：1)量子率高；2）光谱响应率均匀，且光谱响应延伸到红外。
3）热电子发射小；4）光子的能量集中32、什么是‘胖0’电荷？什么是‘胖0’工作模式？引入‘胖0’电荷的优缺点？“胖0”电荷的引入：降低了势阱的深度；减小了信号电荷的最大存储量；降低了CCD的动态范围；增大了器件的转移噪声。
P15836、CCD有哪几部分组成，并说明每部分的作用？为什么说CCD是非稳态器件？CCD能否工作，其电极间距为？p1471)电耦合器件组成：信号输入部分、电荷转移部分、信号输出部分。
信号输入部分作用：将信号电荷引入到CCD的第一个转移栅下的势阱中；电荷转移部分作用：将重复频率相同、波形相同并且彼此间有固定相位关系的多相时钟脉冲分组依次加到CCD转移部分的电极上，是电极按一定规律变化，从而在半导体表面形成一系列分布不对承德陷阱；信号输出部分作用：讲CCD最后一个转移栅下势阱中的信号电荷引出2）CCD是利用在电极下SiO2-半导体界面形成的深耗尽层进行工作的，所以属于非稳态器件3）CCD能否成功工作首先取决于金属电极排列，需找金属栅极间的最佳间隙宽度，一般小于3um37、对于CCD来说电荷注入方式有电注入和光注入，什么是电注入？什么是光注入？p147,148电注入：主要由输入二极管Id 和输入栅Ig 组成。
可以将信号电压转换为势阱中等效电荷，即给输入栅施加适应的电压，在其下面道题表面形成一个耗尽层。
在滤波、延迟线和存储器应用情况下用电注入。
光注入：摄像器件采取的唯一注入方法。
（P148）光注入过程如下：摄像时光照射到光敏面上，光子被敏元吸收产生电子一空穴对，多数载流子进入耗尽区以外的的衬底，然后通过接地消失，少数载流子便被收集到势阱中成为信号电荷。
当输入栅开启后，第一个转移栅上加以时钟电压时，这些代表光信号的少数载流子就会进入到转移栅的势阱中，完成注入过程。
38、画出ZnCdTe靶的结构图，并说明每层的作用？p138第1 层：ZnSe层属于N 型半导体，厚50～100nm；无光电效应，其作用是增强对短波光的吸收，提高整个可见光区的灵敏度。
另外它也阻止光生空穴向成象面一边扩散，有提高灵敏度，减小暗电流的作用；第2 层：碲化锌和碲化镉的固溶体（ZnxCd1-xTe），属于P 型半导体，厚3～5μm；光电效应主要发生在该层，x 值的大小对灵敏度、暗电流和光谱特性都有较大的影响，x值小，灵敏度高，体内暗电流增大，光谱特性的峰值波长向长波方面移动；第3 层：无定形三硫化二锑Sb2S3，厚100nm ；其作用是减小扫描电子束的电子注入效应，减小暗电流和惰性第1 层与第 2 层之间形成异质结；第 2 层与第 3 层之间不形成结。
39、画出CdSe靶的结构图，并说明每层的作用？p138第1 层：沉积在玻璃板上的透明的导电层SnO2，作信号电极,属N+；第2 层：是N 型CdSe层,它与N+型层SnO2构成对空穴的阻挡层；CdSe层是异质结CdSe靶的基体，厚 2 微米；是完成光电转换的光敏层，其禁带宽度为 1.7eV，具有良好的光电导特性；第3 层：亚硒酸镉(CdSeO3)层是由CdSe 氧化而成,是一层绝缘体,有利于降低暗电流,但不影响光电灵敏度；第4 层：As2S3层是靶的扫描面，是在高空状态下气湘沉积而成，呈玻璃态，厚0.2 微米；是一个高阻层，禁带宽度为 2.3eV，具有很高的电阻率。
其作用是防止电子进入靶内，形成对电子的阻挡层，并且承担电荷的积累和储存。
40、什么是MCP？简述微通道板（MCP）的工作原理？p130微通道板是由成千上万根直径为15～40μm、长度为0.6～1.6mm 的微通道排成的二维列阵，简称MCP。
微通道板（MCP）的工作原理：微通道是一根根的玻璃管，内壁镀有高阻值二次发射材料，具有电阻梯度，施加高电压后，内壁出现电位梯度，光电阴极发出的一次电子轰击微通道的一端，发射出的二次电子因电场加速轰击另一端，再发射二次电子，连续发射二次可得约10 的四次方的增益。
41、什么是微通道板（MCP）的自饱和效应？二代像增强器利用该效应解决了什么问题？p130在近聚焦式的MCP 位增益中，光电阴极和第一微通道板的间距约为0.3mm，级间电压为150V，第二微通道板和阴极的间距为 1.5mm，级间电压为300V，外加偏置电压的变化只改变微通道板上的电压，可以调节总增益第二代像增强器利用它代替电子光学系统，实现电子图像的增强。