教案1061 光电效应及光电器件PPT课件
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一、光电效应 光电式传感器的作用：将光信号转化为电信号 一种传感器。理论基础是光电效应。
§6.1光电效应及光电器件
光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象， 在光的照射下，某些物质内部的电子会被光子激 发出来而形成电流，即光生电 。光电现象由德国 物理学家赫兹于1887年发现，而正确的解释为爱 因斯坦所提出。
§6.1光电效应及光电器件
§6.1光电效应及光电器件
§6.1光电效应及光电器件
1．外光电效应 定义：在光的作用下，物体内的电子逸出物
体表面向外发射的现象叫做外光电效应。
§6.1光电效应及光电器件
外光电效应的实验规律
a．仅当照射物体的光频率不小于某个确定值 时，物体才能发出光电子，这个频率叫做极限频 率(或叫做截止频率)，相应的波长叫做极限波长。 不同物质的极限频率和相应的极限波长是不同的。
电动势的现象称为光生伏特效应。“光生伏特效 应”，简称“光伏效应”。
§6.1光电效应及光电器件
光伏效应是指：光照使不均匀半导体或半导 体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。 它首先是由光子（光波）转化为电子、光能量转 化为电能量的过程；其次，是形成电压过程。有 了电压，就像筑高了大坝，如果两者之间连通， 就会形成电流的回路。
§6.1光电效应及光电器件
（1）被测量直接对光源作用，使光通量的 某一参数发生变化；
（2） 被测量作用于光学通路中，对传播 过程中的光通量进行调制。
§6.1光电效应及光电器件
3．光电器件 光电器件的作用：检测照射在其上的光通量。 光电器件的选用：主要取决于被测参数、所需
的灵敏度、反应的速度、光源的特性及测量环境 和条件等。
§6.1光电效应及光电器件
光电式传感器是以光电器件作为转换元件， 将光能转换为电能的一种传感器。
光电式传感器的物理基础是光电效应，可 用于检测直接引起光量变换的非电量，也可用 于检测能转换成光量变化的其他非电量。用光 电器件测量非电量时，首先要将非电量的变化 转换为光量的变化，然后通过光电器件的作用，
§6.1光电效应及光电器件
二、光电发射型光电器件 1．光电管 定义：是一种光敏元件，当它受到辐射后，并 从阴极释放出电子的电子管。可分为真空光电管 和充气光电管。 光电管原理是光电效应。一种是半导体材料类 型的光电管，它的工作原理光电二极管又叫光敏
§6.1光电效应及光电器件
2．光电倍增管 定义：可将微弱光信号通过光电效应转变成 电信号并利用二次发射电极转为电子倍增的电真 空器件。
§6.1光电效应及光电器件
三、光导型光电器件 1．光敏电阻 定义：电阻值随照射光强度增加而下降的固 体材料。 组成：光敏电阻器是利用半导体的Biblioteka Baidu电导效 应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电 阻器，又称为光电导探测器；入射光强，电阻减
§6.1光电效应及光电器件
作用：光敏电阻器是利用半导体的光电导效 应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电 阻器，又称为光电导探测器；入射光强，电阻减 小，入射光弱，电阻增大。
d．从实验知道，产生光电流的过程非常快， 一般不超过10的-9次方秒；停止用光照射，光电 流也就立即停止。这表明，光电效应是瞬时的。
§6.1光电效应及光电器件
基于外光电效应的电子元件有光电管、光电倍 增管。光电倍增管能将一次次闪光转换成一个个 放大了的电脉冲，然后送到电子线路去，记录下 来。
§6.1光电效应及光电器件
§6.1光电效应及光电器件
4．测量电路 测量电路的功能：把光电器件输出电信号转换 成后续可用的信号。 一般情况下，光电器件的输出电信号较小，需 设定放大器。
§6.1光电效应及光电器件
光电效应一般可分为：外光电效应、内光电 效应和光生伏特效应；相对的光电器件也有三种 类型：光电发射型、光导型和光伏型。
§6.1光电效应及光电器件
外光电效应的实验规律
b．光电子脱出物体时的初速度和照射光的频 率有关而和发光强度无关。这就是说，光电子的 初动能只和照射光的频率有关而和发光强度无关。
§6.1光电效应及光电器件
外光电效应的实验规律
c．在光的频率不变的情况下，入射光越强的 那位时间内阴极(发射光电子的金属材料)发射的 光电子数目越多
然（天然）光源和人造光源。如：太阳、电灯、燃 烧着的蜡烛等都是光源。光也有能量。
光电式传感器中的光源可采用白炽灯、激光器、 发光二极管及能发射可见光谱、紫外线光谱和红外 光谱的其他器件。
§6.1光电效应及光电器件
2.光学通路 光学通路中常用的光学器件有：透镜、滤光
片、光阑、棱镜、反射镜、光栅等，主要是对光 参数进行选择、调整和处理。被测信号可以通过 以下两种作用途径转换成光器件的入射光通量的 变化：
2．内光电效应 定义：在光线作用下能使物体电阻率改变
的现象称为内光电效应。 当光照射到光电导体上时，若这个光电导
体为本征半导体材料，且光辐射能量又足够强， 光电材料价带上的电子将被激发到导带上去， 使光导体的电导率变大。
§6.1光电效应及光电器件
3．光生伏特效应 定义：在光线作用下能使物体产生一定方向的
§6.1光电效应及光电器件
应用：光电倍增管用在光学测量仪器和光谱分 析仪器中。它能在低能级光度学和光谱学方面测 量波长200~1200纳米的极微弱辐射功率。闪烁计数 器的出现，扩大了光电倍增管的应用范围。激光 检测仪器的发展与采用光电倍增管作为有效接收 器密切有关。电视电影的发射和图象传送也离不 开光电倍增管。光电倍增管广泛地应用在冶金、
§6.1光电效应及光电器件
光伏发电，其基本原理就是“光伏效应”。 太阳能专家的任务就是要完成制造电压的工作。 因为要制造电压，所以完成光电转化的太阳能电 池是阳光发电的关键。
简单来说就是在光作用下能使物体产生一定 方向电动势的现象。基于该效应的器件有光电池 和光敏二极管、三极管。
§6.1光电效应及光电器件
§6.1光电效应及光电器件
光电式传感器的优点：具有响应速度快、性能可 靠、结构简单，能实现非接触测量等优点。
光电式传感器的应用领域：在自动检测和控制领 域具有广泛的应用。
光电式传感器的组成：主要由光源、光学通路、 光电器件及测量电路等组成。
§6.1光电效应及光电器件
1.光源 自身正在发光的物体叫光源。光源可以分为自
§6.1光电效应及光电器件
光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象， 在光的照射下，某些物质内部的电子会被光子激 发出来而形成电流，即光生电 。光电现象由德国 物理学家赫兹于1887年发现，而正确的解释为爱 因斯坦所提出。
§6.1光电效应及光电器件
§6.1光电效应及光电器件
§6.1光电效应及光电器件
1．外光电效应 定义：在光的作用下，物体内的电子逸出物
体表面向外发射的现象叫做外光电效应。
§6.1光电效应及光电器件
外光电效应的实验规律
a．仅当照射物体的光频率不小于某个确定值 时，物体才能发出光电子，这个频率叫做极限频 率(或叫做截止频率)，相应的波长叫做极限波长。 不同物质的极限频率和相应的极限波长是不同的。
电动势的现象称为光生伏特效应。“光生伏特效 应”，简称“光伏效应”。
§6.1光电效应及光电器件
光伏效应是指：光照使不均匀半导体或半导 体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。 它首先是由光子（光波）转化为电子、光能量转 化为电能量的过程；其次，是形成电压过程。有 了电压，就像筑高了大坝，如果两者之间连通， 就会形成电流的回路。
§6.1光电效应及光电器件
（1）被测量直接对光源作用，使光通量的 某一参数发生变化；
（2） 被测量作用于光学通路中，对传播 过程中的光通量进行调制。
§6.1光电效应及光电器件
3．光电器件 光电器件的作用：检测照射在其上的光通量。 光电器件的选用：主要取决于被测参数、所需
的灵敏度、反应的速度、光源的特性及测量环境 和条件等。
§6.1光电效应及光电器件
光电式传感器是以光电器件作为转换元件， 将光能转换为电能的一种传感器。
光电式传感器的物理基础是光电效应，可 用于检测直接引起光量变换的非电量，也可用 于检测能转换成光量变化的其他非电量。用光 电器件测量非电量时，首先要将非电量的变化 转换为光量的变化，然后通过光电器件的作用，
§6.1光电效应及光电器件
二、光电发射型光电器件 1．光电管 定义：是一种光敏元件，当它受到辐射后，并 从阴极释放出电子的电子管。可分为真空光电管 和充气光电管。 光电管原理是光电效应。一种是半导体材料类 型的光电管，它的工作原理光电二极管又叫光敏
§6.1光电效应及光电器件
2．光电倍增管 定义：可将微弱光信号通过光电效应转变成 电信号并利用二次发射电极转为电子倍增的电真 空器件。
§6.1光电效应及光电器件
三、光导型光电器件 1．光敏电阻 定义：电阻值随照射光强度增加而下降的固 体材料。 组成：光敏电阻器是利用半导体的Biblioteka Baidu电导效 应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电 阻器，又称为光电导探测器；入射光强，电阻减
§6.1光电效应及光电器件
作用：光敏电阻器是利用半导体的光电导效 应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电 阻器，又称为光电导探测器；入射光强，电阻减 小，入射光弱，电阻增大。
d．从实验知道，产生光电流的过程非常快， 一般不超过10的-9次方秒；停止用光照射，光电 流也就立即停止。这表明，光电效应是瞬时的。
§6.1光电效应及光电器件
基于外光电效应的电子元件有光电管、光电倍 增管。光电倍增管能将一次次闪光转换成一个个 放大了的电脉冲，然后送到电子线路去，记录下 来。
§6.1光电效应及光电器件
§6.1光电效应及光电器件
4．测量电路 测量电路的功能：把光电器件输出电信号转换 成后续可用的信号。 一般情况下，光电器件的输出电信号较小，需 设定放大器。
§6.1光电效应及光电器件
光电效应一般可分为：外光电效应、内光电 效应和光生伏特效应；相对的光电器件也有三种 类型：光电发射型、光导型和光伏型。
§6.1光电效应及光电器件
外光电效应的实验规律
b．光电子脱出物体时的初速度和照射光的频 率有关而和发光强度无关。这就是说，光电子的 初动能只和照射光的频率有关而和发光强度无关。
§6.1光电效应及光电器件
外光电效应的实验规律
c．在光的频率不变的情况下，入射光越强的 那位时间内阴极(发射光电子的金属材料)发射的 光电子数目越多
然（天然）光源和人造光源。如：太阳、电灯、燃 烧着的蜡烛等都是光源。光也有能量。
光电式传感器中的光源可采用白炽灯、激光器、 发光二极管及能发射可见光谱、紫外线光谱和红外 光谱的其他器件。
§6.1光电效应及光电器件
2.光学通路 光学通路中常用的光学器件有：透镜、滤光
片、光阑、棱镜、反射镜、光栅等，主要是对光 参数进行选择、调整和处理。被测信号可以通过 以下两种作用途径转换成光器件的入射光通量的 变化：
2．内光电效应 定义：在光线作用下能使物体电阻率改变
的现象称为内光电效应。 当光照射到光电导体上时，若这个光电导
体为本征半导体材料，且光辐射能量又足够强， 光电材料价带上的电子将被激发到导带上去， 使光导体的电导率变大。
§6.1光电效应及光电器件
3．光生伏特效应 定义：在光线作用下能使物体产生一定方向的
§6.1光电效应及光电器件
应用：光电倍增管用在光学测量仪器和光谱分 析仪器中。它能在低能级光度学和光谱学方面测 量波长200~1200纳米的极微弱辐射功率。闪烁计数 器的出现，扩大了光电倍增管的应用范围。激光 检测仪器的发展与采用光电倍增管作为有效接收 器密切有关。电视电影的发射和图象传送也离不 开光电倍增管。光电倍增管广泛地应用在冶金、
§6.1光电效应及光电器件
光伏发电，其基本原理就是“光伏效应”。 太阳能专家的任务就是要完成制造电压的工作。 因为要制造电压，所以完成光电转化的太阳能电 池是阳光发电的关键。
简单来说就是在光作用下能使物体产生一定 方向电动势的现象。基于该效应的器件有光电池 和光敏二极管、三极管。
§6.1光电效应及光电器件
§6.1光电效应及光电器件
光电式传感器的优点：具有响应速度快、性能可 靠、结构简单，能实现非接触测量等优点。
光电式传感器的应用领域：在自动检测和控制领 域具有广泛的应用。
光电式传感器的组成：主要由光源、光学通路、 光电器件及测量电路等组成。
§6.1光电效应及光电器件
1.光源 自身正在发光的物体叫光源。光源可以分为自