第2章 光电探测-2 2013.4.12

《光电探测技术》课程标准课程代码：学时：36 学分：2一、课程的地位与任务《光电探测技术》课程是光电制造与应用技术专业（五年一贯制）开设的一门2学分的专业拓展课程，针对光机电一体化设备中涉及的光检测和控制技术，讲述光的度量、光电检测器件工作原理及特性、光电导探测器、结型光电探测器、光电成像器件、光纤传感检测、光电信号检测电路。

通过本课程的学习，使学生掌握光机电一体化设备的测量与自动化技术及其应用等知识，开拓学生思维。

二、课程的主要内容和学时分配1.课程的主要内容光的度量、光电检测器件工作原理及特性、光电导探测器、结型光电探测器、光电成像器件、光纤传感检测、光电信号检测电路，基本光电元器件检测、识别、焊接、装配。

第1章光的度量1.1辐射度量1.2光度的基本物理量1.3光度量基本定律1.4照度计与亮度计第2章光电检测器件工作原理及特性2.1光电检测器件的物理基础2.2光电检测器件的特性参数2.3光电导探测器及应用3.1光电导探测器的工作原理3.2光敏电阻的结构及分类3.3光敏电阻的特性3.4光敏电阻的应用习题3.5结型光电探测器及应用1.1结型半导体光伏效应1.2光电池1.3光电二极管1.4光电三极管1.5光电开关与光电耦合器1.6光电位置探测器第5章光电成像器件及应用5.1ccd图像传感器5.2CmOS图像传感器第6章光纤传感检测技术及应用6.1光纤传感器的基础6.2光纤的光波调制技术6.3光纤传感器实例第7章光电信号检测电路6.1光电检测电路的设计要求6.2光电信号输入电路的静态计算6.3光电信号检测电路的动态计算6.4前置放大器7.5滤波器7.6光电信号主放大器8.学时分配1.本课程注重学生对光电检测器件的应用能力培养;2.采取理论教学和实验相结合的方式以增强课程学习的理实性；四、课程的实践环节安排实验一光敏电阻的应用实验二光电二极管的应用实验三光电位置探测器的应用实验四光纤传感器的应用实验五光电检测电路的单元电路设计五、推荐教材和主要参考书《光电探测技术与应用》作者：黄焰、肖彬、孙冬丽，华中科技大学出版社，出版时间：2016年六、考核方式及标准平时考核成绩占60%（出勤+作业+其它），期末考试（开卷）占40%。

物理实验技术中如何进行光电探测实验光电探测实验是物理实验中常见的一个实验项目，通过光电效应原理来研究光与物质的相互作用。

在这个实验中，我们可以通过测量光电管中产生的电流来研究光的性质和光与物质之间的相互作用规律。

本文将介绍光电探测实验的基本原理、实验器材和实验步骤。

在进行光电探测实验之前，首先需要准备实验器材。

光电探测实验最基本的器材就是光电管，它是一种能够将光能转化为电能的装置。

在实验中，我们通常使用单色光或者白光照射在光电管表面，通过调节光强或光频来研究光电效应的规律。

此外，为了准确测量光电管中产生的电流，还需要设备如电流表和电压表等实验仪器。

在实验中，首先需要确定实验的目的和研究的问题。

例如，我们可以研究光电管中的最大光电流随入射光频率的变化规律，或者研究光电管中的光电流随光强的变化规律等。

明确研究问题之后，即可开始进行实验。

实验的第一步是测量光电管的特性曲线，即光电流随入射光强的变化关系。

这一步骤可以帮助我们了解光电管的工作特性，也是进行后续实验的基础。

为了测量光电管的特性曲线，我们需要将光电管连接到电路中，然后通过改变光强来测量光电流的变化。

实验中可以用可变电阻、滤波片或者光强调节器等来改变光强，从而得到一系列不同光强下的光电流值。

测量完光电管的特性曲线之后，我们可以开始研究光电管中的最大光电流随入射光频率的变化规律。

实验中，我们可以用单色光源来照射光电管，并通过改变光源的频率来测量光电流的变化。

测量光电流时，需要保持光强不变，只改变光频率。

根据测量结果，我们可以得到光电管中的最大光电流随光频率的变化关系。

通过对光电流和光频率的关系的研究，可以得到光电效应的基本规律。

除了研究光电流随光频率的变化规律外，我们还可以研究光电管中的光电流随入射光强的变化规律。

为了实现这一点，我们可以使用可变光强源来照射光电管，并通过改变光强来测量光电流的变化。

实验中，我们需要保持光频率不变，只改变光强。

通过测量光电流和光强的关系，可以得到光电流随入射光强的变化规律。

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。

光电探测器的工作原理
光电探测器是一种能够将光信号转化为电信号的装置。

它工作的原理可以简单概括为光电效应和电荷收集。

光电效应是指当光照射到金属或半导体材料表面时，能量足够高的光子与材料中的电子发生相互作用，使电子从材料中脱离，并形成自由电子-空穴对。

这种光电效应的产生与光子的能量
和材料的能带结构有关。

光电探测器中常用的光敏元件有光电二极管、光电三极管、光电管等。

光电二极管是一种基于半导体材料的光敏元件。

当光照射到光电二极管的PN结上时，产生的光电子和空穴会在电
场的作用下被分离，并形成电流。

光电二极管通常具有快速响应、高灵敏度和较宽的光谱响应范围。

在光电探测器工作时，光信号进入光电探测器后，会引起光电效应，从而产生光电子和空穴。

这些电荷载体会在电场的作用下被收集到电极上，形成电流或电荷信号。

不同类型的光电探测器具有不同的电路结构和工作模式，但基本的工作原理都是利用光电效应将光能转化为电能，并通过电路将其转化为可读的电信号。

光电探测器在光通信、光电子学、光谱分析、遥感等领域具有广泛的应用。

其工作原理的理解和研究对于提高光电探测器的性能和应用具有重要意义。

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。

光电探测原理光电探测技术是一种利用光电效应来实现光信号的探测和转换的技术。

光电探测技术在现代科学技术中得到了广泛的应用，包括光通信、光电子器件、光电传感等领域。

本文将介绍光电探测的基本原理及其在各个领域的应用。

光电探测的基本原理是利用光电效应将光信号转换为电信号。

光电效应是指当光线照射到某些物质表面时，光子的能量被物质吸收，电子被激发并跃迁到导带中，从而产生电荷对。

这种光电效应可以通过光电二极管、光电倍增管、光电导管等器件来实现光信号的探测和转换。

光电二极管是一种常用的光电探测器件，它利用半导体材料的光电效应来实现光信号的探测。

当光线照射到光电二极管上时，光子的能量被半导体吸收，激发出电子-空穴对，从而产生电流。

通过测量电流的大小，可以得到光信号的强度和频率。

光电二极管具有响应速度快、灵敏度高、工作稳定等优点，广泛应用于光通信、光电子器件等领域。

光电倍增管是一种利用光电效应来放大光信号的器件。

光电倍增管内部含有光阴极、光电子倍增管和阳极等部件，当光线照射到光阴极上时，光电子被释放并经过倍增管的放大作用，最终在阳极上产生电荷对。

光电倍增管具有放大倍数高、信噪比好、工作稳定等优点，被广泛应用于光电传感、光谱分析等领域。

光电导管是一种利用光电效应来实现光信号探测和放大的器件。

光电导管内部含有光阴极、光电子倍增管和输出电极等部件，当光线照射到光阴极上时，光电子被释放并经过倍增管的放大作用，最终在输出电极上产生电荷对。

光电导管具有灵敏度高、响应速度快、工作稳定等优点，被广泛应用于光通信、光电子器件等领域。

总的来说，光电探测技术是一种利用光电效应来实现光信号的探测和转换的技术，具有灵敏度高、响应速度快、工作稳定等优点，被广泛应用于光通信、光电子器件、光电传感等领域。

随着科学技术的不断发展，光电探测技术将会得到更广泛的应用，并在各个领域发挥重要作用。