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北京理工大学光电技术与实验基础 第二章ppt

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北京理工大学应用光学课件讲解

北京理工大学应用光学课件讲解

抛物面：到一条直线和一个定点的距离相等的点的轨迹，是
以该点为焦点，该直线为准线的抛物面。 对焦点和无限远 轴上点符合等光程。
等光程的折射面 二次曲面
应用光学讲稿 • 两镜系统基本结构形式
应用光学讲稿
应用光学讲稿
• 常用两镜系统
• 1、 经典卡塞格林系统
• 主镜为凹的抛物面，副镜为凸的双曲面，抛物 面的焦点和双曲面的的虚焦点重合，经双曲面后成 像在其实焦点处。卡塞格林系统的长度较短，主镜 和副镜的场曲符号相反，有利于扩大视场。
一种介质对另一种介质的折射率
2、绝对折射率
介质对真空或空气的折射率n c v
应用光学讲稿
3、相对折射率与绝对折射率之间的关系
相对折射率：
n υ1
1, 2 =
υ2
C
第一种介质的绝对折射率： n 1 = υ1
C
第二种介质的绝对折射率： n 2 = υ2
所以
n2
n 1, 2 =
n1
应用光学讲稿
三、用绝对折射率表示的折射定律
3.过光轴任一截面内的成像性质是相同的 空间的问题简化为平面问题，系统可用过光轴的一个截面
来代表
应用光学讲稿 共轴理想光学系统的成像性质 4.当物平面垂直于光轴时，像平面也垂直于光轴
应用光学讲稿
5. 当物平面垂直于光轴时，像与物完全相似
像和物的比值叫放大率
y'
y
所谓相似，就是物平面上无论什么部位成像，都是按同一放 大率成像。即放大率是一个常数
应用光学讲稿
第一节 光波与光线
一般情况下, 可以把光波作为电磁波看待，光波
波长：
λ
应用光学讲稿
• 光的本质是电磁波 • 光的传播实际上是波动的传播
《光电检测技术》第2课PPT课件

《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
最新北京理工大学应用光学课件第二章讲学课件

最新北京理工大学应用光学课件第二章讲学课件


n' n n'n l' l r
或者
n(11)n'(11)
lr
l' r
应用光学讲稿
二. 物像大小关系式
用y和y’表示物点和像点到光轴的距离。 符号规则：位于光轴上方的y、y’为正，反之为负。 y’/y称为两共轭面间的垂轴放大率，用β表示
y' y
由图得
l r y l'r y'
或
y' l'r
近轴光学基本公式的缺点：物面位置改变时，需重 新计算，若要求知道整个空间的物像对应关系，势必 要计算许多不同的物平面。
已知两对共轭面的位置和放大率，或者一对共轭面 的位置和放大率，以及轴上的两对共轭点的位置，则 其任意物点的像点就可以根据这些已知的共轭面和共 轭点来求得。
光学系统的成像性质可用这些基面和基点求得
推导公式时，也要使用符号规则。
注意 为了使导出的公式具有普遍性，推导公式时，几何
图形上各量一律标注其绝对值，永远为正
应用光学讲稿
反射情形
看成是折射的一种特殊情形： n’= －n 把反射看成是n’= －n 时的折射。 往后推导公式时，只讲折射的公式；对于反射情形， 只需将n’用－n代入即可，无需另行推导。
u'
u' i' l'u' r
显然 hlul'u,'代入上式，并在第一式两边同乘以n，
第二式两侧同乘以n’
nu ni nh r
n'u'n'i'n'h r
应用光学讲稿
将以上二式相减，并考虑到
nsiIn n'siIn ' siIn i,siIn 'i'
光电技术 (2)

光电技术 (2)

m与绝对温度T的关系为
2898 m T
(μm)
（1-43）
可见，峰值光谱辐出度对应的波长与绝对温度
的乘积是常数。当温度升高时，峰值光谱辐射
出射度对应的波长向短波方向位移，这就是维
恩位移定律。
将式（1-43）代入式（1-40），得到黑体的峰值 光谱辐出度
M e ,s , m 1.309 T 10
1.3
物体热辐射
物体通常以两种不同形式发射辐射能量。 第一种称为热辐射。第二种称为发光。
1.3.1
1.黑体
黑体辐射定律
能够完全吸收从任何角度入射的任何波长的 辐射，并且在每一个方向都能最大可能地发射任 意波长辐射能的物体称为黑体。显然，黑体的吸 收系数为1，发射系数也为1。
2.普朗克辐射定律
• 黑体为理想的余弦辐射体，其光谱辐射出射 度Me,s,λ（角标“s”表示黑体）由普朗克公式表示 为
1.4 辐射度参数与光度参数的关系
辐射度参数与光度参数是从不同角度对光辐射
进行度量的参数，这些参数在一定光谱范围内
（可见光谱区）经常相互使用，它们之间存在着
一定的转换关系；有些光电传感器件采用光度参 数标定其特性参数，而另一些器件采用辐射度参 数标定其特性参数，因此讨论它们之间的转换是 很重要的。本节将重点讨论它们的转换关系，掌
度下，波长为处的光谱辐
射亮度Le，507nm小于其他波 长λ 的光谱辐射亮度 Le,λ。 把 Le，507nm 与Le,λ的比值 定义为正常人眼的暗视觉
光谱光视效率，即
对于正常人眼的圆柱细胞，以微弱的各种单 色辐射刺激时，发现在相同刺激程度下，波长为 处的光谱辐射亮度Le，507nm小于其他波长λ 的光 谱辐射亮度 Le,λ。把 Le，507nm 与Le,λ的比值定义 为正常人眼的暗视觉光谱光视效率，即
《光电技术实验》课件

《光电技术实验》课件

光纤传感器
利用光纤传输光信号，实现对温度、压力、振动等物理量的测量，具 有测量范围广、精度高、抗电磁干扰等优点。
THANKS
感谢观看
总结词
高效节能、环保健康
LED照明
利用光电技术将电能转化为光能，具有高效、节能、环保、长寿命 等优点，广泛应用于室内外照明。
智能照明
结合光电技术和物联网技术，实现照明的智能化控制，如调光、定 时、远程控制等，提高照明质量和节能效果。
光电技术在太阳能发电领域的应用
总结词
01
绿色能源、可持续发展
光伏发电
灯具外壳
根据实际需要选择合适的灯具外壳， 如圆形、方形等。
电源适配器
提供合适的电压和电流，使LED照明 灯具正常工作。
实验步骤
1. 准备实验设备
2. 组装LED灯具
将所需的LED灯珠、驱动电路板、灯具外壳 和电源适配器准备好。
将LED灯珠焊接到驱动电路板上，然后将驱 动电路板固定到灯具外壳中。
3. 连接电源适配器
实验原理
光电效应
光子与物质相互作用， 使物质吸收光子能量并
产生电效应。
光电探测器
利用光电效应将光信号 转换为电信号的器件。
光源
发出一定波长的光的器 件，用于产生实验所需
的光信号。
光电信号测量
利用电子测量仪器测量 光电探测器输出的电信
号。
实验步骤
搭建实验装置
根据实验要求搭建光电探测器 和光源的实验装置。
优势。
02
2. 稳定性测试
检查LED灯珠是否有闪烁现象，以 及在长时间工作后是否出现亮度
下降或颜色变化等问题。
04
4. 可靠性评估
对LED照明灯具进行寿命测试，评 估其在长时间使用过程中的可靠
光电基础知识培训PPT课件

光电基础知识培训PPT课件

■ 内容
•光的直线传播定律 •光的独立传播定律 •光的反射和折射定律
光电基础知识培训
21
1.1 几何光学基本定律
■（）光的直线传播定律： 光在均匀媒质里沿直线传播
在点光源的照射下，在不透明 的物体背后出现清晰的影子，影子 的形状与光源为中心发出的直线所 构成的几何投影形状一致
物 体
光只有在均匀媒
光电基础知识 培训课程
光电基础知识培训
1
几 何 光 学
反射 折射 全反射
课程安排
波
光
动
纤 通
光
讯
学
基 础
干涉 衍射 偏振
光纤 激光器 光无源器件
光电基础知识培训
光 学 材 料
光学玻璃 光学晶体 光学塑料
2
光-Light， 是我们最熟悉的现象之一， 没有光，人类就无法生存。
万物生长靠太阳！
地球上的主要能源都是直接或间接来自太阳能！
是原子的内层电子受到激发后产生的
是原子核受到激发后产生的
光电基础知识培训
11
Ⅰ 无线电波
波长范围 波长大于1mm 特性 传播过程中波动性明显
应用
无线电技术
光电基础知识培训
12
Ⅱ 红外线
波长范围 特性 应用
760nm～１×106nm
热效应 加热物体、红外摄影、探 测物体、红外遥感技术等
红外侦察
光电基础知识培训
磁波谱
在电磁波中，能被眼睛看到的，只是一个很窄的波段，通常叫
做可见光，在可见光 不同的颜色感觉。
（400-760nm）
范围内不同波长的光引起
光电基础知识培训
10
不同的电磁波 产生的机理不同：
光电技术基础课件

光电技术基础课件



5
热辐射探测器
热辐射探测器的两个阶段（哪个阶段能产生热电效应）；热 敏电阻、热电偶尤其是热释电探测器的工作原 理及特性

1）热辐射的一般规律 G
C
Φ0 e Φ0 e jt T t G jC G jC
T Φ0 T
C 1 2 T
(7) 线性（造成非线性的原因（内因、外因，P87、 P88））、 疲劳与衰老。

2）
光电倍增管的供电电路
电阻链的设计:原则 IR≥10Iamax
(1)
实际中常先按均匀分压选定电流，计算出电阻链分压 器的总阻值R R=Ubb/IR
U bb 各分压电阻Ri （除第一级外）为： Ri ( N 1.5) I R R1=1.5 Ri 而R1 应为
光电导效应非平衡多数载流子产生复合运动引起材料电导率的变化分为两种情况微弱辐射作用?????2ddelhqg??2ddhclqgseg????????1e????tenn????3激子吸收44自由载流子吸收55晶格吸收强辐射的作用?????21213d21deeflkhbdqg???????????????tknnftanh21e?????????????e1nkf?1????ktqudeiii????e1ehqiidsc?????1ln261lnocmviiiiqktudd??????室温300k时ocococln26lnkteeuuumvqee????b光生伏特效应少数载流子的漂移运动2光电发射效应外光电效应外光电效应中光电能量转换的基本关系为themvh??2021?agtheee??nm1239ththleehc???2光电导器件?1光电导器件的特性?????e2lhqg?21213????eflkhbdqg??????????rppgiguuse??1221lglglglgeerr????光敏电阻的阻值计算10???te?????10?teii????????110t?????110tii????强辐射作用情况下的时间响应弱辐射作用情况下的时间响应2光敏电阻的主要噪声
经典：光电技术课程设计PPT课件

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
第2章-光电检测技术基础

第2章-光电检测技术基础


问题：如何度量光的特性呢？
请看演示
第2章 光电检测技术基础
问题：如何度量光的特性呢？
某液晶显示器的参数： 对比度：350:1 亮度：250cd/m2 ? 响应时间 1ms 分辨率 1024*768 可视角度 -170°- 170° 40瓦的白炽灯泡的光通量为340流明（lm） ? 40瓦的日光灯的光通量为1100流明（lm） ? Lm是什么意思，白炽灯与日光灯为什么不一样？
第2章 光电检测技术基础
各种环境照度值：单位lux ? • 黑夜：0.001—0.02；月夜：0.02—0.3；阴天室 内：5—50；阴天室外：50—500；晴天室内： 100—1000；阅读书刊时所需的照度：50—60； 家用摄像机标准照度：1400。 上述参数代表什么意思？
第2章 光电检测技术基础
立体角 （steradian）
2
定义为：以锥体的基点为球心作一球表面，锥体在球表面上所截取部分 的表面积dS和球半径r平方之比 。
d dS r
2

r sin d d r
2
sin d d
式中，为天顶角；为方位角；d d分别为其增量。立体角的单位 是球面度(sr)
14
第2章 光电检测技术基础
辐亮度 (L)：定义为光源在垂直其辐射传输方向上 单位表面积单位立体角内发出的辐射通量，即
d dA cos dA cos 辐亮度在光辐射的传输和测量中具有重要的作 用，是光源微面元在垂直传输方向辐强度特性的描 述
L
d
2

dI
与dA法线的 夹角
辐射亮度与辐射强度有何区别？ 前者描述面光源，后者描述点光源。 例如对白炽灯，我们只关注作为点光 源的辐射强度，对于天空辐射特性， 希望知道各个部分的辐射特性，因此 用辐亮度。
光电技术与试验绪论 北理工

光电技术与试验绪论 北理工


激光雷达 德国：“VTB—1型” 遥测激光雷达，利用微 分吸收光谱学原理遥测 化学战剂，可实时地远 距探测并确定毒剂气溶 胶云的斜距、中心厚度、 中心角坐标以及毒剂相 关参数等。
例9.卫星遥感农作物产量
根据对太阳光的反射光谱
－－探测庄稼的病虫害、产量等。美国利用资源卫星 上的多光谱扫描仪估计小麦产量，与实际产量的误差小于3％
——02年珠海航展惯导产品
中国激光陀螺捷联惯导系统
俄罗斯改进空地制导武器
例2. 环形激光深孔内膛形貌检测系统
三一重工课题——油缸圆度检测: 误差< 50μm，如果圆度达不到要 求，油缸与活塞密封不良，出现 漏油，泵车不能载荷。
例2.环形激光深孔内膛形貌检测系统 油缸尺寸内径： 10~500mm 长度： 2～10m 测量精度： ～ 100μm
典型系统实例 (1)红外防盗报警系统
(2)光电计数器
典型系统实例 (3)锅炉水位的光电控制
典型系统实例 (4)稳定光源发光强度的自控系统
光电技术应用及发展
根据实现功能的不同，应用可以分为：
--测量检查：几何尺寸、运动参数、 光学参数、电磁参量 等
--控制跟踪： 激光制导、飞行物自动跟踪、 精密工作台自动定位、 有视觉能力的机器人 等
二、课程学习的宗旨
三、课程的主要内容
简单地讲就是： 哪些因素？（分析） 如何影响？（解释） 怎样解决？（预控）
课程简介
一、课程设置的意义
辐射度学、光度学基础
基本概念、基本定律、应用分析
光源
二、课程学习的宗旨
光源的基本特性参数、选择及简介
光电探测器
三、课程的主要内容
概述、光电子发射、光导、光伏、热 探测器及其他
光电传感与检测 第2章 光电检测技术基础1

光电传感与检测 第2章 光电检测技术基础1


内建电场阻碍空穴和电子的继续扩散，对空穴来说， 电场力要把空穴推到P区，对电子来说，电场力要把电 子拉到N区，电场力对载流子的这种作用叫做漂移作 用．由此可见，漂移作用和扩散作用二者是一对矛盾， 有扩散运动就会产生内建电场，引起漂移运动，而漂移 运动又削弱了扩散运动。当二者的作用相等时，就达到 了动态平衡，这时空间电荷区的宽度和空间电荷数目就 不再增加，内建电场也不再增强，PN结处于动态平衡状 态，形成PN结。
晶体中电子的能带


1）能量区域中密集的能级形象称为能带； 2）能量最高的价电子填满的能带称为价带； 3）能量最低的能带为导带，中间为禁带； 4）绝缘体、半导体、导体的能带情况；
晶体的能带
非平衡载流子
（1）定义： 在外界作用下，电子＆空穴的产生率大于复合率，导致载流子数目增 加，这种增加的电子＆空穴称为非平衡载流子。 （2）寿命：复合率=Δn/ζ，式中,，ζ为常数，称为非平衡载流子 的寿命。其物理意义：（1）标志着非平衡载流子复合的快慢；（2） 非平衡载流子的浓度衰减到原来的1/e所需的时间；（3）非平衡载流 子的平均存在时间。 （3）复合：（1）直接复合：导带电子直接落在价带空穴的位置上而 与空穴结合失去其自由态的过程。（2）间接复合：导带电子通过复 合中心（由于半导体中晶体结构的不完整性和杂质的存在，在禁带内 存在一些深能级，这些能级能俘获自由电子与自由空穴，从而使它们 复合，这种深能级称为复合中心）与价带上的空穴复合。 （4）陷阱效应：杂质能级积累非平衡载流子的作用。
辐射度量和光度参数在概念上不一样，但它们的计 量方法有很多相同之处，常用相同的符号表示，为区 别，右下角标“e”表示辐射度参数，标“v”或不标表 示光度参数。 1、关于辐射源的参数 计量辐射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辐射能和光能
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V 12 =α12' ~T ,
α 12: 塞贝克系数
Tn
AT
V 12 = α 12' ~T ,
α 12 : 塞贝克系数
J 温度不同，费米能级不同
J 温度不同，费米能级不同
T汽
I::. T
• !自耳贴效应:
两种不同的导体或半导体连接在一起，遇有电流时，
接点可逆地吸热或放热 。
J 接触前费米能级不同，有内电场
3
4
工作温度
光敏面尺寸(噪声与光敏面积有关)
5
偏置情况
·对黑体要标明黑体温度。 ·辐射经过调制，要说明调制频率。
10
2017/3/2 3
电路的通频带和带宽
·因噪声水平眼制了探测器的极限性能: ·而噪声电压或噪声电流均正比于带宽的 平方根: ·而且有些噪声还是频率的函数:
工作温度
·许多探测器的输出信号和噪声都与工作温度
(50年代)
CCD 、
CMOS探测器
00年代) (80年代)
量子阱探测器
3
2017/3123
光敏电阻的实物
92-1 光电探测器的发展与分类
一、光电探测器的发展概况
·热探测器 热电偶
1826 1946
50年代
(30年代)
热敏电阻
热释电
·光子探测器
光电管、光电倍增管 光电导、光电二极管
(50年代)
从左到右:直径5mm 、 7mm 、 10mm
(50年代)
Le 费4
·光子探测器 光电管、光电倍增管
光电导、光电二极管
pio
CCD 、
CMOS探测器
(70年代) (80年代)
量子阱探测器
S 2-1
光电探测器的发展与分类
一、光电探测器的发展概况
·热探测器 热电偶
热敏电阻
热释电
·光子探测器
1826 1946
50年代
(30年代)
光电管、光电倍增管 光电导、光电二极管
口光电子发射效应:光电子逸出材料表面
电荷辑合器件CCD 电 敏释 川 川 执川 执 执
偶电电
· 内光电效应
口光电导效应:光生电子、空六改变了半导体的电阻
mmA
口光伏效应:
器
《 回响
光生少子在内电场作用下飘逸过结，开
阻探
探
执川
器
路时形成电压，短路 ( 或反偏)时形成电流 。
4
2017/3123
半导体基础
1'1
离子的杂质，
能够为晶体提供电子空位(空穴) ，同时自身成为带负电的
一般为三价的砌 (8) 原子
半导体的杂质和掺杂
半导体的杂质和掺杂
2) 受主能级
3) 受主电离和电离能
由于受主杂质掺入而在半导体带隙中新引入的电子能级， 该能级未占据电子，是空的，容易从价带获得电子
受主能级从价带接受电子的过程称为受主的电离，未
0
LE;
一一一一一
Ec
d
- Ev
T一一-E
一一一一一-
Ec
-TZ?Ei
----.i一一-巳
P62-2
试以光电导探测器为例，说明为什么光子探测器的 工作波长越长，工作温度越低 。
P62-2
试以光电导探测器为例，说明为什么光子探测器的
工作波长越长，工作温度越低 。
答:工作波长长，即长波限长，禁带宽度或杂质电离能
2017/3123
· 温差电效应
· 汤姆逊效应:
· 热敏 电 阻
· 温度升高时，金属的电阻升高 。
单一均质半导体，两端温度不同，通有电流时，可逆
地吸热或放热 。
温度升高，电子的平均自由程缩短，同一电压 ( 电场 )
下，平均定向移动速度降低，因此电流减小 ( I=nesv)
T
T+ ð T
· 温度升高时，半导体的电阻降低 。 温度升高时，热电子激发多，载流子数目增多 。
/
半导体的杂质和掺杂
半导体的杂质和掺杂
2) 施主能级
3) 施主的电离和电离能
由于施主杂质的掺入而在半导体带隙中新引入的电子能级
...........
T - QK
............
γ - OK
电离 z 施主向导带释放电子的过程.未电离前，施主能级 是被电子占据的
..协 :1....... "- .
·费米能级不相等时，载流子未达到平衡状态，两端有电
压差 。
Fn (E)
能级为 E的一个能级被电子占据的概率
• Fn (Ef ) =0. 5
•
T=O时
Fn (E) =1 ，
当 E< Ef
Fn (E) =0 ， 当 E > E f
·半导体的费米能级
本征半导体
N 型半导体
• PN结中的费米能级与光伏效应
P 型半导体
一一一-一一 Ec
Ef
一一一-E y
一一一一一-E c Ef
一一一-E y
一一一-一-Ec
一L一一
------- L
一一-E y
v 一一-一~一一-一一 E 乌
无光照时
----
P
N Ec
一一一----一一一 、 E，
- ------ . Ev
--------------------一
有光照时
E曰
·内电势与扩散势平衡 ·费米能级相同
E二二二二=
J 非热平衡态，费米能级不同，电子平均能量 不同
· 热电偶与热电堆
· 热释 电效应
· 原理 : 温度变化时，自发极化强度变化 ( 原因:晶格 结构发生微变 ) ，在垂直于极化方向的两个外表面出 现电压 。
·热探测 器
器件吸收辐射温度升高， iE升使器件特性发生变化 。
· 热 电效应
口 温差电效应:塞贝克效应、 E自耳贴效应、汤姆逊效应 口热敏电阻效应 : 温度变化改变电阻
代)
量子阱探测器
二、光电探测器的分类
光电子发射探测器
光电异探测器
· 光子探测器
· 光电子效应:器件中的电子吸收光子，跃迁到高 能级，使器件特性发生变化 。 (半导体、金属)
光子探测器气光伏探测器
光电磁探测器 光电探测器
』 fll J I IE 气
· 外光电效应
•
2017/3/23
S 2-1
第一立 一-写主
光电探测器的发展与分类
光电探测器概述
发展简况与分类 光电探测器的性能参数
一、光电探测器的发展概况
·热探测器
热电偶
热敏电阻 热释电
9 2-1 9 2-2 9 2-3 9 2-4
1826 1946
50年代 (30年代) (50年代)
噪声的统计特性
光电探测器的噪声
·光子探 测器
光电管、光电倍增管 光电导、光电二极管 CCD 、 CMOS探测器 量子阱探测器
(70年代)
(80年代)
·温差电效应
·塞贝克效应: 两种不同的导体或半导体连接在一起，连接点与两端
点温度不同时，两端点处有电压 。
· 塞贝克效应:
两种不同的导体或半导体连接在一起，连接点与两端
点温度不同时，两端点处有电压 。
·许多光电探测器的响应都是波长的函数: ·这种特性决定了探测器探测特定目标时的 有效程度:
·在说明探测器的性能时，常常给出辐射源 的光谱分布: ·对于单色辐射，给出辐射波长:
性能参数时，应注明工作条件 。 工作条件主要有:
1 2
辐射源的光谱分布(若用黑体，应指明温度)
电路的通频带和带宽(噪声与带宽有关)
电离前，未被电子占据
R与
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1 "'....e.. lJlg r
B原子多出的电子安位很容易接受价带电子，形成 | 较强的共价键 ， 因此较导带更接近价带 |
EEF脚踏雪ZZZ童电 E王玉!
小，容易产生热激发，需降低温度，以减少热激发概率
，降低暗电流和噪声 。
8
2017/3/23
·费米分布 Fn (E) 与费米能级 Ef
E
·费米能级
·费米能级等于化学势(使粒子运动的势) ，载流子总是从
叮 . E
0 .5
Fn (E)
费米能级高的地方向费米能级低的地方流动，直到费米
能级处处相等，即达到热平衡状态 。
单色光入射时的灵敏度
所\
0.4 1.0 1.7
硅和锚的相对光谱响应
..
帽-'..回蛐唰唰酣... . . .
E … 1 余德麟 M山鬼，.:- 戳"惆刻黛 e航局
·能带:价带 、导带
半导体的杂质和掺杂
·本征半导体 、杂质半导体 ·施主能级、受主能级
本征半导体 N型半导体 P型半导体
1)施主杂质
施主掺杂又称 为N型掺杂
十
导带底 Ec 价带顶 Ev
今
Ec Ed Ev
o{-o
Ec Ev
~a
phosphoJ'U S
能够向晶体提供电子同时自身成为带正电的离子的杂质， 一般为五价的磷〈的或碑 (As) 原子
-I N !曰 +
·无光照时，有内电场，无外电压:
9
2017/3123
·光电磁效应
人射蝠嗣
92-2 光电探测器的性能参数
/8 /
黯 2-6 光 电 磁放庭
·空六在电场及磁场中的运动等效应于正电荷的运动， 而非电子的填补运动 。