光电检测技术 第二章知识分享
光电检测技术2详解
气体放电光源具有的特点： 1. 发光效率高。比同瓦数的白炽灯发光效率高 2～10倍。 2. 由于不靠灯丝发光，电极可以做得牢固、紧凑、 耐震、抗冲击。 3. 寿命长。一般比白炽灯寿命长2～10倍。 4. 光色适应性强，可在较大范围内选择。 由于这些特点，气体放电光源具有很强的竞争力， 在光电测量和照明中得到广泛使用。
14
§2.3 气体放电光源 也称气体灯。制作时在灯中充入发光用的气 体，如氦、氖、氙、氪等，或金属蒸气，如汞、 钠、铊、镝等，这些元素的原子在电场作用下电 离出电子和离子。 气体放电原理: 当离子向阴极、电子向阳极运动时，从电场中 得到加速，当它们与气体原子或分子高速碰撞时会 激励出新的电子和离子。在碰撞过程中有些电子会 跃迁到高能级，引起原子的激发。受激原子回到低 能级时就会发射出相应的辐射.
发光屏结构与交流发光屏相似，它依靠传导电 流产生激发发光。常用的发光材料是ZnS:Mn、Cu， 发橙黄色的光。 直流发光屏亮度较高，亮度随传导电流的增大而 迅速上升。优点是驱动电路简单、制造工艺简单和成 25 本低。
2.4.3．薄膜场致发光屏 薄膜发光屏与粉末发光屏形式上很相似，但是 很薄（约1微米左右）
氘灯的 外形及 其紫外 光谱分 布图。
氘灯的紫外线辐射强度高、稳定性好、寿命长， 常用作各种紫外分光光度计的连续紫外光源。 19
2.3.2．原子光谱灯 原子光谱灯又称空心阴极灯，其结构如下图所示。 阳极和圆筒形阴极封在玻壳内，玻壳上部有一透明石 英窗。工作时窗口透射出放电辉光，其中主要是阴极 金属的原子光谱.
或者说物体反射光在人眼 内产生的颜色感觉
当光源照射物体时，物体呈现的颜色与该物体 在完全辐射体照射下所呈现的颜色的一致性，就是 该光源的显色性。
《光电检测技术》第2课PPT课件
假定人眼同时观察2个在同一位置的辐射体A和B，它 们在观察方向的辐射强度相等，A的波长为λ,B的波 长为555nm，则人眼对A的视觉强度与人眼对B的视觉 强度之比为波长λ的A辐射体对人眼的视见函数。
V(λ)是个无量纲的物理量
将555nm所对应的黄绿光波长的光谱光视效率值定为１，
所以V(λ)<1
.
18
能源与动力工程学院
2.2 辐射度参数与光度参数的关系
2、视见函数曲线：
暗视觉
明视觉
.
19
能源与动力工程学院
2.2 辐射度参数与光度参数的关系
二、辐射度参数与光度参数的转换：
XVKmV()Xe
光功当量常数＝ KmV()
明视觉条件：Km=683 lm/w
暗视觉条件：Km′=1725 lm/w
整个可见光范围内：
单位：lm（流明）
.
6
能源与动力工程学院
2.1 辐射量和光学量及其单位
3、辐射出射度与光出射度：
• 辐射出射度: Me
面积为A的有限辐射体，表面某点面元处dA向半
球空间内发射的辐射通量dΦe
定义式:
Me
de
dA
• 光出射度: Mv
均匀辐射:
M
e
e A
面光源单位元表面内向外所发射的光通量
公式：Mv=dΦV/dＡ 发光均匀：Mv=Φv/Ａ
第二章 光辐射的光度学基础
.
1
.
2
可见光区波长分布
光色 红（Red） 橙（Orange） 黄（Yellow） 绿（Green） 青（Cyan） 蓝（Blue） 紫（Violet）
波长λ（nm) 780～630 630～600 600～570 570～500 500～470 470～420 420～380
光电检测技术与应用课后答案
光电检测技术与应⽤课后答案第2章1、简述光电效应的⼯作原理。
什么是暗电流？什么是亮电流？P11答：暗电流指的是在⽆光照时，由外电压作⽤下P-N结内流过的单向电流；光照时，光⽣载流⼦迅速增加，阻值急剧减少，在外场作⽤下，光⽣载流⼦沿⼀定⽅向运动，形成亮电流。
2、简述光⽣伏特效应的⼯作原理。
为什么光伏效应器件⽐光电导效应器件有更快的响应速度？P15答：（1）光⽣伏特效应的⼯作基础是内光电效应.当⽤适当波长的光照射PN结时，由于内建场的作⽤（不加外电场），光⽣电⼦拉向n区，光⽣空⽳拉向p区，相当于PN结上加⼀个正电压。
（2）光⽣伏效应中，与光照相联系的是少数载流⼦的⾏为，因为少数载流⼦的寿命通常很短，所以以光伏效应为基础的检测器件⽐以光电导效应为基础的检测器件有更快的响应速度。
3、简述光热效应⼯作原理。
热电检测器件有哪些特点？P15、P17第3章2、对于同⼀种型号的光敏电阻来讲，在不同光照度和不同环境温度下，其光电导灵敏度与时间常数是否相同？为什么？如果照度相同⽽温度不同时情况⼜会如何？3、为什么结型光电器件在正向偏置时，没有明显的光电效应？它必须在哪种偏置状态？为什么？答：因为p-n结在外加正向偏压时，即使没有光照，电流也随着电压指数级在增加，所以有光照时，光电效应不明显。
p-n结必须在反向偏压的状态下，有明显的光电效应产⽣，这是因为p-n结在反偏电压下产⽣的电流要饱和，所以光照增加时，得到的光⽣电流就会明显增加。
5、光电导器件响应时间（频率特性）受哪些因素限制？光伏器件与光电导器件⼯作频率哪个⾼？实际使⽤时如何改善其⼯作频率响应？6、硅光电池的开路电压为什么随着温度的升⾼⽽下降？影响光电倍增管⼯作的环境因素有哪些？如何减少这些因素的影响？答：温度升⾼时，半导体的导电性将发⽣⼀定的变化，即少数载流⼦浓度随着温度的升⾼⽽指数式增⼤，相对来说多数载流⼦所占据的⽐例即越来越⼩，这就使得多数载流⼦往对⽅扩散的作⽤减弱，从⽽起阻挡作⽤的p-n结势垒⾼度也就降低。
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
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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
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5. 辐射强度（ I ）
光电检测器件工作原理及特性
线性区的下限 光电器件的暗电流和噪声决定 线性区的上限 饱和效应或过载决定
四、工作温度
光电检测器件的工作温度：最佳工作状态时的温度
五、光电检测器件的合理选择
1. 根据待测光信号的大小，确定检测器的动态范围； 2. 检测器的光谱响应范围是否与待测光信号的光谱匹配； 3. 检测器的最小分辨率、信噪比； 4. 当待测光信号功率变化时，检测器的线性度； 5. 检测器的稳定性、测量精度、测量方式等因素。
视觉的刺激强度，引入光通量 v 定义：
v CV e
其 中 ： C—— 比 例 系 数 ， 683 lm/W，V ——视见函数，描 述人眼对各种波长辐射能的相
对敏感度，e 即辐射通量.
对光通量：
v
dQv dt
3）辐射出(射)度和光出(射)度 辐射出射度：面辐射源单位面积上辐射的辐射通量，即
M
dr
光电导器件结构：
载流子的寿命 载流子在两极间的渡越时间
电极
引线
引线 光导电材料
绝缘衬低
2. 杂质光电导效应
截止波长
0
hc
Ed Ea
3. 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，并 分别向两个方向运动，形成光生伏 特电压或光生电流的现象。
描述光电检测器对入射光响应的快慢
入射光
I
1 0.9
0.1 0 上升时间τr
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PPT课件
第六章 光纤传感检测 第七章 光电信号的数据采集与微机接口 第八章 光电检测技术的典型应用
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5
第一章 绪 论
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6
1.光电系统描述
光是一种电磁波，电磁波谱包括：长波电震荡、无线 电波、 微波、光波（包括红外光、可见光、紫外光）、 射线等。光波的波长范围为1mm-10nm,频率为3x10113x1016Hz,它是工作于电磁波波谱图上最后波段的系统， 特点是波长短，频率高.(与电子系统载波相比，光电系 统载波的频率提高了几个量级，因此载波能量大，分 辨率高，但易受大气的吸收等影响，传输距离受限， 易遮挡）。
光电检测系统：是利用光电传感器实现各类检测。
它将被测量的量转换成光通量,再转换成电量，并综合 利用信息传送和处理技术，完成在线和自动测量
光电检测系统包括
– 光学变换
– 光电变换
– 电路处理
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光学变换
– 时域变换：调制振幅、频率、相位、脉宽（干涉、 衍射）
– 空域变换：光学扫描（扫描盘）
事实上是光学参量调制：光强、波长、相位、偏振
在纯净的半导体中掺入一定的杂质，可以显著地控制半 导体的导电性质。
掺入的杂质可以分为施主杂质（磷）和受主杂质（棚）。 施主杂质电离后成为不可移动的带正电的施主离子，同
时向导带提供电子，使半导体成为多数载流子为电子的 n型半导体。 受主杂质电离后成为不可移动的带负电的受主离子，同 时向价带提供空穴，使半导体成为多数载流子为空穴的 p型半导体。
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第二章 光电检测技术基础
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光的基本性质 辐射与光度学量 半导体基础知识 光电效应
光电检测技术—第二章
光电检测技术—第二章
光学变换
光电变换
光电检测技术—第二章
电路处理
第二章 光电检测用光源
掌握内容 发光二极管和激光光源的产生机理及基本特性，
为正确使用打下一定基础。 理解内容 光产生的基本原理及方法 了解内容 气体光源和部分固体光源的机理和基本特性。
光电检测技术—第二章
– X射线、紫外辐射、可见光、红外辐射。
狭义上——可见光
– 对人眼能产生目视刺激而形成“光亮”感的 电磁辐射。
– 380~780nm。
光电检测技术—第二章
2.1.1 光的本质及产生
光是从实物中发射出来的，是以电磁波传播的物 质
粒子在不断地运动：原子内有若干电子围绕原子 核不断运动
运动有多种可能状态 不同运动状态的电子具有不同能量 当它们的运动受到骚扰时就可能发射出电磁波。
– 光通量在可见光范围内对时间的积分。 – 流明秒：lm.s
光电检测技术—第二章
2.2 光源的基本特性参数
辐射通量Φe ：
– 在单位时间内，以辐射形式发射、传播或接收的辐 射能。
– 瓦：W
光通量Φv ：
– 对可见光，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，其光能被无穷短时间间隔 dt来除，其商定义为光通量。
2.1.1 光的本质及产生
实际上，物质受激而发光是很复杂的，有些同 属几种受激过程。
平衡和非平衡辐射：
– 热辐射是一种能达到平衡状态的辐射，也称温度辐 射，是热平衡状态的辐射。
– 激发发光是一种非平衡辐射，即以一种外加能量转 换成光能的过程。其光谱包括线光谱、带光谱。
光电检测技术—第二章
2.1.2 光源分类
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
光电检测技术哈理工考试复习资料.
一、填空1.光电效应包括（内光电效应）（外光电效应）2.光热效应包括（热释电效应）（辐射热计效应）（温差电效应）3.可见光波长范围（380~780nm）4.描述辐射强度的量（光度学量）（辐射度学量）5.光的波粒二象性指的是（波动性）（粒子性）6.物体根据导电性能分为（导体）（半导体）（绝缘体）7.（外界提供足够的能量）（跃迁到的能带上存在空位）//什么玩意发生的条件吧8.（能态的分布）（能态中被电子占据的概率）9.半导体对光子的吸收可分为（本征吸收）（杂质吸收）（激子吸收）（自由载流子吸收）（晶格吸收）（品格吸收）10.载流子在PN结中运动方式（扩散）（漂移）11.光电池种类（太阳能光电池）（测量光电池）12.光电耦合器按结构和用途可分为（光电隔离器）（光传感器）13.光敏三极管的两个过程（光电转换）（电流放大）14.光电倍增管的组成（阴极K）（倍增极D）（阳极A）15.激光器的组成（工作物质）（泵浦）（谐振腔）16.光热辐射检测器件包括（热敏电阻）（热电偶检测器件）（热释电器件）17.电流功率18.光电检测系统的检测方法分为（直接检测）（光外差检测）分别检测（相干光）和（非相干光）19.直接检测系统和光外差检测系统的基本特性：直接检测系统（信噪比、通项带宽度、检测距离、视角）；光外差检测特性（获得信息全部、转换增益高、良好流没特性、信噪比损失小、最小可检测功率）20. 光源光敏二极管光电池光栅传感器结构：光删副是由主光栅和指示光栅组成二、概念1.光电传感器：利用光电效应，将光通量转换为电信号的一种传感器2.光电导效应：是光照射到某些物体上后，引起电导变化的效应3.热噪声：由于载流子的无规则运动产生的噪声成为~，与温度有关，与频率无关。
4.光电效应：当物质受到光照射后，材料的电学性质（电导率改变，发射电子，产生感应电动势）发生变化的现象称为~5.禁带：允许电子存在的能带叫允许带，两个相邻允许带之间不允许电子存在的能带叫禁带6.价带：在绝对零度下能被电子占满的最高能带，也是存在电子的能带中，能量最高的带导带：导带是半导体最外面（能量最高）的一个能带，是由自由电子形成的能量空间，即固体结构内自由运动的电子所具有的能量范围7.光电效应：根据光电导效应，当入射光变化时，材料的电导率发生变化8.光热效应：由于入射光照射引起温升从而使电导变化，使得负载电阻上电压发生变化9.热电检测器件：由于入射光与物质相互作用的热效应而制成内光电检测器件10.光电耦合器件将信号接入端和输出端连接到一起的器件,以光为媒介将输入信号耦合到输出信号11.光电位置敏感器（PSD）：对位置的变化进行检测的器件12.热释电效应：介质的极化强度随温度变化而变化，引起电荷表面电荷变化的现象．13.辐射热计效应：入射光的照射使材料由于受热而造成电阻率变化的现象．14.温差电效应：由两种材料制成的结点出现稳差而在两结点间产生电动势，回路中产生电流．三、简答1.光电检测的测量方法及发展趋势（1）方法：直接作用法，补偿测量法，差动测量法，脉冲测量法（2）发展趋势：①发展纳米，亚纳米高精度的光电检测新技术②发展小型，快速的微型光、电、机系统③非接触、快速在线测量，满足快速增长的商品经济需求④发展微型空间三维和大型空间三维测量技术⑤发展闭环检测电路，实现光电检测和光电控制一体化⑥向人们无法触及的领域发展⑦发展光电跟踪和光电扫描技术，远距离遥控、遥测技术，激光制导、飞行物自动跟踪、复杂形体自动扫描测量2.比较光电效应和光热效应的作用机理，性能及应用特点等方面的差异（1）作用机理：①光电效应：光照射到物体表面，使材料电学性质发生变化（电导率改变、发射电子、产生感应电动势）②光热效应：光照使温度升高而引起性质改变（2）性能：①光电效应直接把光子能量转变为光电子能量②光热效应将光能转变为晶格振动的热能（3）应用特点：①光电对光波波长有选择性，响应速度快②光热无选择性，响应慢3.光生伏特效应与光电导效应的区别（1）光生伏特效应：少数载流子作用，引起电压变化，暗电流小，响应快，受温度影响小，光电特性线性号，噪声低（2）光电导效应：多数载流子作用，引起电导率变化，可对微弱辐射检测，光谱响应范围宽。
第二章光电检测技术基础
光电导器件的光电导增益与带宽积为一常数，即MΔf=常数。表明，光电导增益越大，光电灵敏度越高，而器件的带宽越低。反之亦然。这一结论对光电效应现象有普遍性。
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光信息科学与技术系
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光信息科学与技术系
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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。
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光信息科学与技术系
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本征光电导效应
本征光电导效应：是指本征半导体材料发生光电导效应。 即：光子能量hv大于材料禁带宽度Eg的入射光，才能激发出电子空穴对，使材料产生光电导效应。针对本征半导体材料。即： hv>Eg 即存在截止波长：λ0=hc/Eg=1.24/Eg。
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光信息科学与技术系
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杂质吸收和自由载流子吸收
引起杂质吸收的光子的最小能量应等于杂质的电离能 由于杂质电离能比禁带宽度小，杂质吸收的光谱区位于本征吸收的长波方向. 自由载流子吸收是由同一能带内不同能级之间的跃迁引起的。载流子浓度很大时，导带中的电子和价带中的空穴产生带内能级间跃迁而出现的非选择性吸收
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光信息科学与技术系
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载流子的输运过程
扩散 漂移 复合
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光信息科学与技术系
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二、光的产生方法
激励可以使发光物质产生光，外界提供激励能的形 式可有多种方式，常用的有以下几种方法：电致发光、 光致发光、化学发光、 热发光和场致发光。
1． 电致发光
物质中的原子或离子受到被电场加速的电子的轰击， 使原子中的电子从被加速的电子那里获得动能，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。这一过程称为电致发光。
灯等紫外辐射较强的光源。
l
在光学仪器中，为了提高光的利用率，一般选择
发光强度高的方向作为照明方向。
l
为了进一步利用背面方向的光辐射，还可以在光
源的背面安装反光罩，反光罩的焦点位于光源的发光
中心上。
平衡和非平衡辐射：
l 激发发光是一种非平衡辐射，即以一种外加 能量转换成光能的过程。其光谱包括线光谱、 带光谱和连续光谱。
l 温度辐射是一种能达到平衡状态的辐射。也 称热辐射，即热平衡状态的辐射。
三、光源分类
定义： 一切能产生光辐射的辐射源，无论是天 然的，还是人造的，都称为光源。
l 天然光源：是自然界中存在的：如太阳、恒 星等，在天文光电探测中，常常会遇到这些光 辐射的测量。
热发光的原理是特定的材料在特定的温度下才 可能发光。
火焰中的原子、离子或电子具有足够的动能去 碰撞达到一定温度的钠原子，使钠原子受激而发光， 其光谱为线光谱。
实际上，物质受激而发光是很复杂的，有些 同属几种受激过程。例如：
l 白炽灯中钨丝通以电流会发光，本质是电流 通过电阻丝产生的热发光；
l 物质加热后燃烧发的光通常是氧化化学反应 发光；
场致发光
固体发光光源， 发光二极管
气体激光器
固体激光器
激光器
染料激光器
半导体激光器
§2.2 光源的基本特性参数
一、辐射效率和发光效率 定义1： 在给定λ1—λ2波长范围内，某一光源发出的辐
射通量与产生这些辐射通量所需的电功率之比，称为该 光源在规定光谱范围内的辐射效率。
epe 12(p)d
No Image pK•m 12(p)V()d
例如： 发光二极管所产生的光就是电致发光。
2． 光致发光
物体被光直接照射或预先被照射而引起自身的辐射
称为光致发光。 例如：
l 荧光、示波管、显象管、日光灯等中荧光物质的余辉；
l 钠光灯被另一钠光灯照射发出的黄光(称为共振辐射)；
l 短波长的紫外光照射到杂质(油污)上发出波长较长的
可见荧光。
光致发光原理
l 人造光源：人为将各种形式的能量(热能、电 能、化学能)转化成光辐射能的器件。其中利用 电能产生光的器件称为电光源，在一般光电测 量系统中，电光源是最常见的光源。
分类：按照发光机理，光源可以分成如下几类：
太阳
热辐射光源
白炽灯、卤钨灯
黑体辐射器
汞灯
荧光灯
钠灯
气体放电光源
氙灯
光源
金属卤化物灯
空心阴极灯
P（λ）
P（λ）
o
o λo
o
λ
λ
图2—1 四种典型的光谱功率分布
应用：在选择光源时，光谱功率分布应由测量对象的要 求来决定。
l
在目视光学系统中，一般采用可见区光谱辐射比
较丰富的光源。
l
彩色摄影用光源，为了获得较好的色彩还原，应
采用类似于日光色的光源，如卤钨灯、氙灯等。
l
在紫外分光光度计中，通常使用氘灯、紫外汞氙
v
E1vE0 h
式中： h 为 普 朗 克 常 数 ， h=6 ． 62×10-27 尔 格 · 秒 =4.13×l0-15 eV·S
应用：由于原子中有很多可能的能级，而原子受激后可
发射出多种频率的光。因此，利用光的频率分立特性，
用适当的仪器可以把它们分辩出来。
（分立的线光谱称为原子光谱，其中每一条谱线代表一个
频率的光。）
（一）热辐射
l温度辐射的频率与强度取决于热平衡时的温度
l任何高于绝对温度0K的物体都具有热辐射。 l自然界中的任何物体都是热辐射体。
温度低的物体发红外辐射，500。C左右时物体的温度 辐射开始发部分暗红色的可见光。温度越高，发出的辐 射波长越短；大约在1500。C时的温度辐射体开始发白 光。热辐射光谱是连续光谱。 应用：热辐射是红外探测技术和温度非接触测量的依据。 （二）发光辐射
光电检测技术 第二章
§2.1 光的产生
一、光的辐射
l光是从实物中发射出来的，是以电磁波传播的 物质 l粒子在不断地运动：原子内有若干电子围绕原 子核不断运动 l 运动有多种可能状态 l不同运动状态的电子具有不同能量 l当它们的运动受到骚扰时就可能发射出电磁波。
假设E0 、 E1为电子的两个运动状态，E0为基态， 电子受激获得一定能量而跃迁到激发态E1，当 电子从激发态回到基态时，能量从E1变到E0， 此时发射光子的频率为：
光源的光谱功率分布通常可分成四种情况： l 图a为线状光谱，由若干条明显分隔的细线 组成。如低压汞灯。
l 图b称为带状光谱，由一些分开的谱带组成， 每一谱带中又包含许多细谱线。如高压汞灯、 高压钠灯就属于这种分布。
l 图c为连续光谱，所有热辐射光源的光谱都 是连续光谱。
l 图d为混合光谱，它由连续光谱与线、带谱 混合而成。一般荧光灯的光谱就属于这种分布。
（3）V（ λ）称为“标准光度观察者”光谱光视 效率，或称视见函数。
二、光谱功率分布
定义：自然光源和人造光源大都是由单 色光组成的复色光。不同光源在不同 光谱上辐射出不同的光谱功率，常用 光谱功率分布来描述。若令其最大值 为l，将光谱功率分布进行规一化处 理，那么经过归一化后的光谱功率分 布称为相对光谱功率分布。
（1）从ηe 、 ην可以看出，如果光电测量系统的 光谱范围为λ1~ λ2，那么应尽可能选用η较高的 光源。
（2）Km称为明视觉最大光谱光视效能，它表示 人眼对波长为555nm[V（ λ =555）=1]光辐射产 生光感觉的效能，且λ1 = 380nm， λ2 = 780nm。 实际上是光度参量对辐射度参量的转换常数。
当光投射到物质上时，光子直接与物质中的电子 起作用(吸收、动量传递等)，引起电子能态的改变， 电子由高能态跃迁到低能态过程中发出辐射。
3． 化学发光
由化学反应提供能量而引起的发光，称化学发光。 例如：磷在空气中缓慢氧化而发光。
4． 热发光
物体被加热到一定温度而发光，称热发光。 例如：钠或钠盐在火焰中发出的钠黄光。