第五章光电探测方式与探测系统介绍
光电检测技术与应用 第五章 光电直接探测系统
探测器上的光谱功率
Pe E e A0 0
探测器输出信号电压
A0 VS 2 L
I
1
2
e
1
0
RV d
输出信噪比
VS A0 2 I e 1 0 RV d 2 Vn Vn L 1
简化处理结果:
VS A0 I R 2 e 1 0 V Vn Vn L
15
信噪比为：
SNRp
Po e h PS2 2 2 2 2 Pno iNS iNB iND iNT
2
(ePS G / hv) 2 2e 2 ( PS Pb )G 2 4kt 2 2eI d G f hv RL
当热噪声是主要噪声源时
E I 0 I(ωo)＝I(0)为最大频谱分量
2
22
激光波形为：
I t Ae
光脉冲宽度。 频谱I(ω)为：
2t 2
β 是脉冲峰值， β ≈1.66 /τ0 ， τ0是激
I I t e jt dt
A
e
2 4 2
SNR p
i
e h
2 NS
2
P G
2 S 2
i
2 NB
i
2 ND
G i
2
2 NT
G2很大时，热噪声可以忽略,光电倍增管可接
近散粒噪声限。
19
2）光导探测器直接探测系统的信噪比
主要噪声为复合噪声，它和偏置电流成比例， 因而它的灵敏度与具体使用条件有关。 光导探测器的极限灵敏度比光伏器件及光电 倍增管的极限灵敏度要低，所需理想的最小 可探测功率大。 3、直接探测系统的视扬角 被测物在无穷远处，且物方与像方两侧的介 质相同。
第五章光电信息处理技术成像目标探测与跟踪技术.pptx
器
光光光光光光光光光 光光光光光光光光光
光光光光光
一、成像探测与跟踪系统概述
研究现状（国际）
1997年，美国国防高级研究项目署设立了以卡内基梅隆大学牵头，麻省理工 学院等高校参与的视觉监控重大项目VSAM，主要研究用于战场及普通民用 场景监控的自动视频理解技术。
1999年，美国康奈尔大学计算机系设计了一套航拍视频检测与持续跟踪系 统，该系统能够对多运动目标实现长时间的准确跟踪，即使发生短时间内 目标被遮挡或目标时静时动的情况 。
一、成像探测与跟踪系统概述
红外监控系统
一、成像探测与跟踪系统概述
什么是视频(成像)目标跟踪？
一、成像探测与跟踪系统概述
什么是视频(成像)目标跟踪？
一、成像探测与跟踪系统概述
成像跟踪系统流程及框图
监视器
摄像头 伺候机构
图像预处理
目标特性分析、
数
特征提取
字
信
号
处
自动跟踪
目标识别
目标检测
理
图像分割
主要内容
成像探测与跟踪系统概述 运动目标检测方法 成像目标跟踪方法 目标跟踪技术应用及发展
二、运动目标检测
1、静止背景下的目标检测
帧差分法：
g x, y ft1 x, y ft x, y
g x, y
ft1 x, y
ft x, y
=
-
静态场景帧差的一个例子
二、运动目标检测
视频序列运动检测
该系统在运动背景估计与补偿中所涉及的主要技术是基于KanadeLucas-Tomasi算法的特征点跟踪和基于M估计的鲁棒性仿射参数估计。然后 利用三帧差减的方法检测目标运动，利用形态学操作分割图像并定位运动目 标。对多目标进行标记之后，利用Hausdorff距离匹配和模板更新的方法对目 标进行长时间的跟踪。
光电信号检测光电探测器概述概要课件
光电探测器的工作原理
光电探测器的工作原理基于光子与物质相互作用产生电子-空穴对或光生电场效 应，从而将光信号转换为电信号。
具体来说，当光子照射到光电探测器的敏感区域时，光子能量被吸收并产生电子 -空穴对，这些电子-空穴对在电场的作用下分离并形成光电流，从而完成光信号 到电信号的转换。
光电探测器的应用领域不断拓 展，如物联网、智能制造、无 人驾驶等新兴领域，为市场发 展带来更多机遇。
05
光电探测器的挑战与展望
光电探测器的挑战与展望
• 光电探测器是用于检测光信号并将其转换为电信号的器件，广泛应用于光通信、环境监测、安全监控等领域。随着光电子技术的发展，光电 探测器的性能不断提高，应用范围不断扩大。
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04
光电探测器的市场前景
全球市场情况
光电探测器在全球范围内应用广泛，包括通信、工 业、医疗、安全等领域。
随着技术的不断进步和应用需求的增加，全球光电 探测器市场规模持续增长。
市场竞争激烈，各大厂商在技术研发、产品创新等 方面不断投入，以提高市场份额。
中国市场情况
02
01
03
中国光电探测器市场发展迅速，成为全球最大的光电 探测器市场之一。
光电探测器的分类
01
光电探测器可以根据工作原理、材料、波长响应范围、光谱响应特、光电发射型等；按材料可分为硅基、锗 基、硫化铅等；按波长响应范围可分为可见光、红外、紫外等；按光谱响应特 性可分为窄带、宽带等。
03
•·
02
光电探测器的应用
通信领域的应用
光纤通信
光电探测器在光纤通信中起到至关重要的作用。它们能够将光信 号转换为电信号，使得信息的传输和处理成为可能。
光电探测器简介演示
contents
目录
• 引言 • 光电探测器的基本原理 • 光电探测器的种类与特点 • 光电探测器的性能指标 • 光电探测器的应用案例 • 总结与展望
01
CATALOGUE
引言
什么是光电探测器
• 光电探测器是一种能够将光信号转换为电信号的装置，它利用 了光的能量和物质的相互作用来产生电信号。光电探测器在许 多领域都有广泛的应用，如光学通信、光谱分析、环境监测、 安全监控等。
安全监控
光电探测器可以用于安全监控，例如在机场、银行等场所 的监控系统中，光电探测器可以检测到人员的活动和物体 的移动。
02
CATALOGUE
光电探测器的基本原理
光-电转换原理
光-电转换是光电探测器的基本工作原理，即通过接收光子，将光信号转换为电 信号。
光电探测器中的光敏元件（如光电二极管、雪崩光电二极管等）能够将入射光子 转化为电子-空穴对，这些载流子在外加电场的作用下定向移动，形成电信号输 出。
光电探测器的应用场景
光学通信
光电探测器可以将光信号转换为电信号，从而实现信息的 传输和处理。在光纤通信中，光电探测器是必不可少的器 件之一。
环境监测
光电探测器可以用于监测环境中的光辐射水平，从而对环 境进行评估和管理。例如，它可以用于监测大气污染和海 洋环境中的光辐射水平。
光谱分析
光电探测器可以用于检测物质的光谱特征，从而对物质进 行分析和鉴别。在环境监测和化学分析中，光电探测器也 有广泛的应用。
光电探测器在医疗诊断中的应用
内窥镜
内窥镜结合光电探测器可以实时检测人体内部病变，提高医疗诊断的准确性和 效率。
医学影像
光电探测器在医学影像技术中也有广泛应用，如X光、CT等设备的图像采集和 处理系统中都离不开光电探测器的支持。
信息光学中的光电探测原理及应用
信息光学中的光电探测原理及应用信息光学是一门研究光与信息之间相互转换的学科，其中光电探测是信息光学中的重要研究方向之一。
光电探测技术通过将光信号转换为电信号，实现了光与电相互转换的过程，广泛应用于光通信、光信息处理、光传感等领域。
本文将探讨信息光学中的光电探测原理及其应用。
一、光电探测原理光电探测器是信息光学中实现光与电相互转换的重要器件。
其工作原理主要基于光电效应和半导体器件的特性。
光电效应是指光辐射到材料表面时，激发材料的电子跃迁，并产生电荷。
常见的光电效应包括光电发射效应和光电吸收效应。
光电探测器一般由光电转换器件和信号电路组成。
光电转换器件包括光电二极管、光电三极管、光电倍增管、光电子材料等。
其工作原理可以简单描述如下：当光照射到光电转换器件上时，光子的能量被转化为电子的能量，从而突破器件的能带，激发载流子形成电流或电压。
信号电路则负责对光电转换器件的输出信号进行放大、处理和传输。
二、光电探测器的应用1. 光通信光通信是利用光信号来传输信息的一种通信方式，光电探测技术是其中的关键技术之一。
光电探测器可以将接收到的光信号转换为相应的电信号，并通过信号处理电路进行放大和调节，从而实现光信号的检测和传输。
在光纤通信系统中，光电探测器广泛应用于光接收机中，起到接收和解码光信号的作用。
2. 光信息处理光信息处理是利用光学方法对信息进行处理和转换的技术。
光电探测器在光信息处理中扮演着重要角色。
例如，光电探测器可以将光信号转换为电信号后，经过光电转换器件和信号电路的处理，实现光信号的放大、滤波、调制等操作，从而完成对光信息的处理和转换。
3. 光传感光传感是利用光学原理，通过对光信号的检测和分析，实现对目标物理量的测量和监测。
光电探测器通过对接收到的光信号的电流或电压进行测量和分析，可以实现对光强、光频、光相位等物理量的测量。
光电探测器在光传感领域中广泛应用于温度传感、压力传感、湿度传感等各种传感器中。
光电探测器概况课件
噪声干扰
灵敏度
光电探测器在工作中容易受到环境噪 声的干扰，如热噪声、散粒噪声等， 这些噪声会影响探测器的性能和精度 。
光电探测器的灵敏度也是一大挑战， 尤其是在低光强度或弱光信号的探测 中，需要提高探测器的灵敏度和信噪 比。
响应速度
光电探测器的响应速度是另一个挑战 ，尤其在高速或瞬态光信号的探测中 ，需要提高探测器的响应速度和带宽 。
光电探测器技术的起源
19世纪末
物理学家发现光电效应，为光电 探测器技术奠定理论基础。
20世纪初
科学家开始研究光电材料，探索 光电转换原理。
光电探测器技术的发展阶段
20世纪中叶
半导体材料的发展推动了光电探测器 技术的进步，硅基光电探测器逐渐成 为主流。
20世纪末至今
新型光电材料和器件不断涌现，光电 探测器技术应用领域不断拓展。
光电探测器可以检测空气中的污染物，如烟雾、灰尘等。
光电探测器在医疗领域的应用
医学影像
光电探测器用于医学影像设备，如CT、 MRI等，将X射线或磁共振信号转换为图像 。
激光治疗
在激光治疗中，光电探测器用于检测激光光 束的强度和位置，确保治疗的准确性和安全
性。
06
光电探测器的挑战与 展望
光电探测器面临的主要挑战
• 噪声等效功率：描述光电探测器在特定信噪比下所能探测到的 最小光功率。它反映了探测器在低光功率条件下的探测能力， 是衡量光电探测器性能的重要指标。
探测率与探测极限
探测率
描述光电探测器在单位时间、单位面积内探测到的光子数。它是衡量光电探测器探测能力的关键参数 。
探测极限
指光电探测器在特定噪声等效功率下的最小可探测光功率。它反映了探测器在高信噪比下的探测能力 。
山东理工大学电气与电子工程学院光电检测技术课件第五章
不透明阴极通常较厚， 光照射到阴极上，光电子从 同一面发射出来，所以不透 明光电阴极又称为反射型阴极
透射型阴极通常制作在透明介质 上，光通过透明介质后入射到光电阴 极上。
光电子则从光电阴极的另一边发 射出来，所以透射型阴极又称为半透 明光电阴极。
5.1.3. 常用光电阴极材料(正电子亲和势(PEA)类型材料)
为了使光电子能有效地被各倍增极电极收集并倍增，阴极与第一倍增极、各 倍增极之间以及末级倍增极与阳极之间都必须施加一定的电压。最普通的形式是 在阴极和阳极之间加上适当的高压，阴极接负，阳极接正，外部并接一系列电阻， 使各电极之间获得一定的分压，如上图所示 。
§5.3 光电倍增管的主要特性参数
1．灵敏度 灵敏度是衡量光电倍增管探测光信号能力的一个重要参数
(1)Ag-O-Cs具有良好的可见和近红外响应。 透射型光谱响应: 300nm到1200nm， 反射型光谱响应: 300m到1100nm。
Ag-O-Cs光电阴极主要应用于近红外探测。
(2)单碱锑化合物(PEA) 以金属锑与碱金属如锂、钠、钾、铯中的一种构成的化合物， 都是 能形 成具有稳定光电发射的发射材料， CsSb最为常用，在紫外和可见光 区的灵敏度最高。
(1)光谱响应 阴极的光谱灵敏度取决于光电阴极和窗口的材料性质。 阳极的光谱灵敏度等于阴极的光谱灵敏度与光电倍增管放大系数的乘积， 而其光谱响应曲线基本上与阴极的相同。
(2)阴极灵敏度
阴极的光照灵敏度定义为光阴极产生的光电流与入射到它上面
的光通量之比，即 (3)阳极灵敏度
SK
=
IK Φ
阳极光照灵敏度表示光电倍增管在接收分布温度为2856K的光辐射时
光电管内可以抽成真空也可以充入低压惰 性气体的不同， 所以有真空型和充气型两种。
光电探测的原理
光电探测的原理光电探测是一种利用光电效应来探测光信号的技术。
它是一种高灵敏度、高速度的光学探测技术，被广泛应用于生命科学、材料科学、光学通信等领域。
下面，我们将从光电探测的原理入手，介绍它的基本步骤。
一、光电效应光电效应是指光子与物质相互作用时，光子激发物质中的电子，从而使其脱离原子而成为自由电子的过程。
这是光电探测的基础。
二、光电二极管的结构和工作原理光电二极管是一种能够将光信号转化为电信号的器件。
它的基本结构是 p-n 接面，并在 p 型半导体端加上一个铝金属电极，作为阳极，而 n 型半导体端作为阴极。
当光照射在光电二极管 PN 结的正向偏压区域时，光子与半导体物质相互作用，激发物质中的电子，并使形成的电子-空穴对被隔离。
形成的电子就会在正向电压下流向阳极，从而产生电流，这个电流就是光子转化成电信号的过程。
三、光电二极管的响应特性光电二极管的响应特性是指光照射在它上面时，输出电流与光照强度之间的关系。
它的响应特性受其 PN 结的结构、光源的光谱分布、入射角度以及散射角度等因素的影响。
通常，光电二极管的响应特性可以用量子效率来描述。
量子效率定义为在光照射下，光子转化成电信号的效率，通常用百分比来表示。
四、光电探测系统的组成光电探测系统通常由光源、光学系统、光电转换器、信号处理和显示器等组成。
其中，光电转换器通常采用光电二极管或光敏电阻。
信号处理通常采用放大和滤波等方式，将信号转换为可读的数字信号，并显示在显示器上。
总之，光电探测技术是一种重要的光学探测技术，它的原理基于光电效应，利用光电二极管将光信号转换为电信号，并通过信号处理和显示器等设备得到最终结果。
随着科技的不断发展，它被广泛应用于各个领域，为人类带来了极大的便利。
第五章_光电测量仪器
第五章光电测量仪器在光谱测量过程中，获得光谱线的准确波长值是非常重要的环节，通过波长的测量可以获得原子和分子微观能级结构的信息，进而深入了解物质的结构。
此外，对光谱谱线的线形和线宽的测量可以给出原子分子间的微观相互作用机制和弛豫过程。
光谱仪和干涉仪就是可以测量谱线波长或波长间隔的仪器，本章将介绍它们在这方面的应用以及它们的核心器件，如光栅、棱镜和干涉仪。
在实验中只有正确使用和选择这类仪器和器件，合理地设计实验方案，才能获得正确的结果。
5.1 光谱仪光谱仪（spectrometer）是指利用折射或衍射产生色散的一类光谱测量仪器，例如棱镜光谱仪和用光栅制成的摄谱仪（spectrograph）和单色仪（monochromator）。
它们都是将入射到光谱仪输入狭缝上的光波，经过棱镜或光栅色散后，成像在输出狭缝附近的焦平面上，不同的波长在焦平面上对应于不同的位置。
图5.1为棱镜光谱仪和光栅光谱仪的示意图，在焦平面B处用感光板或光电探测器即可记录光谱。
光谱仪通常具有以下四个主要指标；（1）分辨本领（spectral resolving power）：指光谱仪能分开两条波长（波长差值为Δλ）相近的光谱线的能力，用λ／Δλ来表示，它与棱镜或光栅的色散性能以及成像的距离长短有关。
（2）光谱测量范围（spectral range）：需要区分两种光谱测量范围，一种是指光谱仪能工作的全部波长范围；另一种是指能单值地确定波长的范围，称为自由光谱区（free spectral range，简称为FRS）。
（3）集光率（light gathering power）：指光谱仪接收被测光源辐射通量的能力，它由光谱仪的最大收集角决定，相当于图5.1（a）棱镜光谱仪中的准直透镜L l的直径a和焦距f 的比值a／f，或图5.1（b）光栅光谱仪中M1准直反射镜的直径和焦距之比。
集光率也常被认为是光谱仪的“速率”。
（4）光谱透射率（spectral transmittance）T(λ)：反映了光谱仪对入射光信号的损耗程度，是入射光波长的函数，与光谱仪中各光学元件的性能，例如透镜或棱镜的透射率、反射镜和光栅的反射率以及光路有关。
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)。
第五章-光电探测方式与探测系统
x2 x 2 Vx k 2 rx 1 2 ) r arcsin r r
y2 y 2 Vy k 2 ry 1 2 ) r arcsin r r
输出信号与光斑位移之间的关系
起信号之间的相互串扰，同时工艺上也不易达到，所以实
际制作时，必须要兼顾这两个方面。 四象限探测器主要被用于激光准直、二维方向上目标的方 位定向、位置探测等领域。
激光准直原理图 光电池AC、BD两两接成电桥，当光束准直时，亮斑中心与四象限 管十字沟道重合，此时电桥输出信号为零。若亮斑沿上下左右有 偏移时，两对电桥就相应于光斑偏离方向而输出、的信号。那个
物镜光轴，则有平面镜反射回去的光透过分束器后会聚于CCD中心位置某一 象束上，形成小亮点。此亮点使CCD输出中只有这一象束有一较高的脉冲电 压输出，其它位置只有暗电流产生的低电压。如果平面镜 M有倾斜，则成像 在CCD上的小亮点将发生转移。可以通过计数输出信号脉冲位移了多少个象 素去求出平面镜的倾斜角 α
y f tg
式中 y是小亮点的位移量， f是物镜的焦距。当 f足够大时 ， y=Kα ,K为比例系数，角度α 的分辨率取决于f和y，而CCD 每个象素尺寸仅为几微米到十几微米，所以角分辨率可达秒 级。这种轻便型位移测量器可方便的测量大工件的直线度和 垂直度。
物镜的后焦面上，四象限管的位置因略有离焦，于是接收到目标的像为一圆形光 斑。当光学系统光轴对准目标时，圆形光斑中心与四象限管中心重合。四个器件
因受照的光斑面积相同，输出相等的脉冲电压。当目标相对光轴在x、y方向上有
任何偏移时目标像的圆形光斑的位置就在四象限管上相应地有偏移，四个探测器 因受照光斑面积不同而得到不同的光能量，从而输出脉冲电压的幅度也不同。
第五章 光电信号的检测方法
这就是双频干涉测长装置的测量公式。
2、萨格纳克效应（光程差随转速而改变的现象）和转动差频 当封闭的光路相对于惯性空间有一转动速度Ω时，顺时针光路和
逆时针光路之间形成与转速成正比的光程差ΔL，其数值满足下列 关系：
式中，c为光速，A为封闭光路包围的面积；φ为转速矢量与面积 A的法线间的夹角。当光路平面垂直于Ω时，上式简化为：
图5-13给出像偏移测量轴向位移的原理示意图。
下图为采用PSD和半导体激光器的距离传感器示意图。
驱动电路
半导体 激光器
聚光 透镜
光学 滤光 片
PSD 器件
模拟开关 取样放大器
A/D变 换器
成像聚光镜
信号电 极距 PSD光 敏区中
放大器 输出
电脑 Z K I A I B
IA IB
入射光 点距中
像点的ΔZ′偏移引起原像面上的离焦，使像面照 度分布扩散，如图所示。
2、像点轴外偏移检测的像偏移法
像点偏移法又称光切法。它是一种三角测量方式的轴 向位移测量方法。当将光束照射到被测物体时，用成 像物镜从另外的角度对物体上的光点位置成像，通过 三角测量关系可以计算出物面的轴向位移大小。这种 方法数毫米到数米的距离范围可实现高精度的测量。 在工业领域内的离面位移检测中常常用到。
这一光程差随转速而改变的现象称作萨格纳克效应，图5－22给 出这一效应的图解说明。
三个或三个以上反射绕组成的激光谐振腔使光路转折形 成闭合环路。这种激光器称作环形激光器(如图5－23)。
小型化的环形激光器及相应的光学差频检测装置组成了 激光陀螺。它可以感知相对惯性空间的转动，在惯性导 航中作为光学陀螺仪使用。此外，作为一种测角装置， 它是一种以物理定律为基准的客观角度基准，有很高的 测角分辨率。图5－23(b)给出了早期激光陀螺的结构示 意图。
光电探测器概述ppt课件
Ｐ区一侧呈现负电荷，Ｎ区一侧呈现正电荷，因此空间电荷 区出现了方向由Ｎ区指向Ｐ区的电场，由于这个电场是载流子扩 散运动形成的，而不是外加电压形成的，故称为内电场。它对多 数载流子的扩散运动起阻挡作用，所以空间电荷区又称为阻挡层。
内电场是由多子的扩散运动引起的，伴随着它的建立将带 来两种影响：一是内电场将阻碍多子的扩散，二是P区和N区的 少数载流子（P区的自由电子和N区的空穴）一旦靠近PN结，便 在内电场的作用下漂移到对方，这种少数载流子在内电场作用 下有规则的运动称为漂移运动，结果使空间电荷区变窄。
光电子发射探测器光电子发射效应或外光电效应金属氧化物或半导体表面光子能量大于逸出功材料内束缚能级的电子逸出表面自由电子光辐射光电导探测器光电导效应或内光电效应半导体材料光子能量大于禁带宽度材料内不导电束缚状态的电子空穴自由电子空穴光辐射电导率变化光伏探测器光生伏特效应或内光电效应光伏探测器光生伏特效应或内光电效应金属氧化物或半导体表面光子能量足够大材料内束缚能级的电子逸出表面电子空穴对光辐射光电磁探测器光电磁效应或内光电效应光电磁探测器光电磁效应或内光电效应垂直磁场中的半导体材料光子能量足够大本征吸收产生电子空穴对载流子浓度梯度光辐射光磁电动势光电池光电二极管雪崩光电二极管pin管及光电晶体管光生电动势选择性探测器即光子波长有长波限
♥ 选择性探测器，即光子波长有长波限。波长长
于长波限的入射辐射不能产生所需的光子 效应，因此无法被探测。
♥ 波长短于长波限的入射辐射，功率一定时，波
长越短，光子数越少，因此光子探测器的理论 响应率应正比于波长。
热探测器（光热效应）
光辐射
材料产生温升
热探测器
物理性质变化
温差电动 （温差电效应）
热电偶
因此，扩散运动使空间电荷区加宽，内电场增强，有利于少 子的漂移而不利于多子的扩散；而漂移运动使空间电荷区变窄， 内电场减弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移。
光电探测技术原理及应用
光电探测技术原理及应用光电探测技术是一种利用光电效应或半导体电子学原理的探测技术，广泛应用于光学、电子、通信、医学等领域。
它具有高响应速度、高灵敏度、低噪声等优点，是一种非常重要的技术手段。
本文将简单介绍光电探测技术的原理和应用，为读者深入了解该技术打下基础。
一、光电效应的原理光电效应是指当光子射入物质后，能量被转移给物质的电子，使得电子从物质中跃出并成为自由电子的现象。
光电效应可以通过金属或半导体材料来实现。
金属中的光电效应称为外光电效应，半导体中的光电效应称为内光电效应。
不同于离子束探测技术，光电探测技术利用光电效应可以很方便地对物质进行非接触式探测。
二、光电器件的工作原理光电器件是一种能够将入射光能转化为电信号的电子元器件。
常见的光电器件有光二极管和光电二极管。
其工作原理大致相同。
当入射光子数量比较大时，通过光电效应，可以使光电器件中的载流子数量明显增加，导致器件的电流明显上升。
根据光电效应的机理，我们可以将光电器件的灵敏度提高到非常高的水平。
例如，在光电探测技术中，可以使用这种技术来实现非常高的灵敏度探测。
三、光电探测技术的应用1. 光学成像光电探测技术可以用于光学成像。
常见的光学成像方法有X射线成像、CT扫描、磁共振成像等。
通过将光电探测器置于图像传感器的后端，可以获得高分辨率、高灵敏度的成像技术。
2. 光通信光电探测技术与光通信密切相关。
光电探测器可以用于测量光信号的强度、波长、相位等参数，实现诸如光谱分析、衰减测量等的功能。
光电探测器作为光通信系统中的重要组成部分，能够很好地保证光通信链路的各种性能指标。
3. 医学诊断光电探测技术在医学领域的应用也越来越多。
例如，在检测肿瘤方面，光电探测器能够通过发射和接收辐射光谱来测量和定量评估肿瘤细胞中的多巴胺含量。
这种技术已经被广泛应用于肿瘤组织的诊断和治疗。
4. 安检和汽车行业光电探测技术也可以用于安全检测。
例如，在机场等公共场所可以采用X光扫描机检查携带物品中是否存在危险物品。
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( A B ) (C D) Vx k A B C D ( A D) ( B C ) Vy k A B C D
探测器被照亮斑的面积大，输出信号也大。这种准直仪可用于各
种建筑施工场合作为测量基准线。
脉冲激光定向
脉冲激光器作光源照射远处军事目标，被照射的目标对光脉冲发生漫反射， 反射回来的光由光电接收系统接收。四象限管放在光学系统后焦面附近，光轴
通过四象限管十字沟道中心。远处目标反射光近似于平行光进入光学系统成像于
物镜的后焦面上，四象限管的位置因略有离焦，于是接收到目标的像为一圆形光 斑。当光学系统光轴对准目标时，圆形光斑中心与四象限管中心重合。四个器件
因受照的光斑面积相同，输出相等的脉冲电压。当目标相对光轴在x、y方向上有
任何偏移时目标像的圆形光斑的位置就在四象限管上相应地有偏移，四个探测器 因受照光斑面积不同而得到不同的光能量，从而输出脉冲电压的幅度也不同。
上图为双元探测的简单原理图。两个相同性能的光电探测器对称地放 在光学系统的像面上组成探测，两探测器与电阻连成电桥方式，如图 (a)所示。图(b)为两个硅光电池与可调电阻连成电桥形式。当平衡时， 输出端两端电压为零，能消除均匀背景的影响。当目标光能量落在某 一器件上时，输出端就有信号电压输出。两个探测器分别受照时，输 出信号极性相反。图(c)为用光敏电阻接成电桥形式外加偏压E，其结 果与(b)一样。这一方案适用于系统接收到的光功率不很弱的场合， 例如做成位置敏感器。
2．双元探测测速器
2．双元探测测速器 测速装置。它可实测车辆行驶速度。尤其是车辆轮胎变形、道 路崎岖和车辆打滑程度不同时车辆的行驶速度。 装置由两个梳形光电池组成，两个相对形成一个较大的光敏面。 光敏面放在光学系统像面上接收地面对阳光的反射光（或另外 加照明灯）。当车辆静止时，两探测器接收到相同的平均光强， 有相同直流输出。这时后面差动放大器有共模抑制作用，因而 没有信号输出。当车辆运动时，如果地面如同一面反射镜，那 么探测器仍得到均匀照明，仍是输出直流。而事实上，地面上 各点的反射率是极不均匀的，突出的点所成的像在探测器上将 形成交变的调制信号。差动放大器对两探测器的输出信号VA、 VB是相加的，形成交流信号。此信号可经过整形、计数电路读 出所对应的车辆的平均速度。也可送入微机算出瞬时速度的变 化，对车辆行驶速度进行研究。
§5.2 四象限探测方式
把四个性能完全相同的探测器按照直角坐标要求排列成四个象限做在 同一芯片上，中间有十字形沟道隔开。在可见光和近红外波段，较为 广泛应用的是硅光电池和硅光电二极管。
四象限探测方式是用四象限管和光学系统组成测量头，在
位置测量中四象限光管相当于直角坐标系中的四个象限。 四象限探测器象限之间的间隔称为“死区”，一般要求 “死区”做得很窄。若“死区”太宽，而入射光斑较小时， 就无法判别光斑的位置；“死区”做得过分狭窄，可能引
3. 双通道测量方式 :光谱光度计原理图
3. 双通道测量方式 : 光谱光度计原理图。仪器用两个性能完全相同的光电倍增管或红外光 敏电阻与电路组成两个测量通道，对样品进行光谱透过率测量。上面 通道为参考通道，它作为相对测量的基准，下面通道为测量通道，对 样品光谱透过率进行实测。图中用碘钨灯作光源，光源发出的光束经 聚光镜后经狭缝S投射到分光棱镜上。分光棱镜射出为色散的光谱。 由出射狭缝对色散的光谱选择只射出单色光。当棱镜转动时，狭缝出 射光谱波长改变，射出的单色光经调制盘调制成交变能量。 当信号高 于基准电压时，差放输出信号控制光电倍增管高压下降，反之就升高。 相当于入射光能量大时，信号经电路后自动控制高压下降，使倍增管 高压下降，反之升高。这样就自动消除了光源出射光谱量度不均匀的 影响。 下面一个测量通道输出的信号强弱就直接代表了样品的光谱透过率特 性。当光电探测器是采用光敏电阻时，差动输出信号就不再控制光电 倍增管的高压，而去控制电机带动光楔垂直于光束作进退运动。当光 源光谱亮度高时，光楔前伸使光楔因厚度增加而多吸收一部分，反之 就后退。这样可以自动保持入射在测量通道的样品上的光能量在整个 光谱范围内都不变。这种双通道比较探测方式不限于光谱测量，也可 用于其它场合。
移量所对应的电压。可表示为
Vx k ( A B) (C D) Vy k ( A D) (B C)
式中A、B、C、D代表四个探测器的输出。k为电路的放大系数。
通常为了消除光斑自身功率变化（例如：运动目标远近变化而引起光 斑总能量变化）采用和差比幅电路。其输出电压为
四象限管探测电路方块图
四个探测器分别与运算电路相连。当目标相对光轴在x、y方向上有任 何偏移时目标像的圆形光斑的位置就在四象限管上相应地有偏移，四
个探测器因受照光斑面积不同而得到不同的光能量，从而输出脉冲电
压的幅度也不同。四个探测器的输出脉冲电压经四个放大器A、B、 C、D放大后进入和差电路进行运算，得到代表光斑沿x或y方向的偏
起信号之间的相互串扰，同时工艺上也不易达到，所以实
际制作时，必须要兼顾这两个方面。 四象限探测器主要被用于激光准直、二维方向上目标的方 位定向、位置探测等领域。
激光准直原理图 光电池AC、BD两两接成电桥，当光束准直时，亮斑中心与四象限 管十字沟道重合，此时电桥输出信号为零。若亮斑沿上下左右有 偏移时，两对电桥就相应于光斑偏离方向而输出、的信号。那个
光电探测方式与探测系统
§5.1 双元探测方式 §5.2 四象限探测方式（原子力显微镜） §5.3 光机扫描探测方式（3D激光显微镜） §5.4 线阵器件的探测方式 §5.5 光学视7 相干探测方法
§5.1 双元探测方式
8.1.1 双元探测方式
双元探测方式是采用两个光电探测器与光学系统头，它的特点是 结构简单。通常把两个探测器接成电桥方式或差动方式以自动减去背 景光能作用下光电探测器输出的光电流。