第一章光电检测技术基础优秀课件

1 B c t
4 9
J
divB 0
普朗克
1、引入了著名的普朗克常数h。
对黑体辐射的研究发现了热物体辐射强度正 比于它的绝对温度，而反比于这个发射光线波长 的平方：
ρ(ν)＝(8πhν2/c3)·(1/ehν/KT-1)
其中引入了一个常数h，后来被称为普朗克常数。 1900年10月19日他在德国物理学会上报告了自己 的成果，普朗克公式被认为是正确的普遍公式。
1873年出版的《电学和磁学论》一书是集电
磁学大成的划时代著作，全面地总结了19世纪 中叶以前对电磁现象的研究成果，建立了完整 的电磁理论体系。这是一部可以同牛顿的《自 然哲学的数学原理》、达尔文的《物种起源》 和赖尔的《地质学原理》相媲美的里程碑式的 著作。
（1831-1879）
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麦克斯韦在总结前人工作的基础上，引入位 移电流的概念，建立了一组微分方程。这方程 组确定电荷、电流（运动的电荷）、电场、磁 场之间的普遍联系，是电磁学的基本方程，麦 克斯韦方程组的微分形式是
curlB 1 c
curlE divE
E 4 t c
1 B c t
4
J
divB 0
E—电场强度 B—磁场强度 c—真空中的光速
t—时间 J—电流密度 ρ—电荷密度
curl—旋度 div—散度
（1831-1879）
第一个方程表示磁场对位移电流密度（或电场的时间变化率）和 传导电流密度（或电荷的运动速度）的依赖关系。第二个方程是 法拉第感应定律。第三个方程表明除电源外，没有其它磁场源8。 第四个方程相当于库仑定律。
普朗克认为这个公式必能从某些理论中推导出来， （1858-1947） 经典物理学的所有理论和方法他都试过了，但都 失败了。他从失败中认识到这个公式不能单纯从 经典理论中推导出来。
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普朗克
2、提出了能量子假说。
能量子假说的提出，给经典物理学打开了一 个缺口，为量子物理学安放了一块奠基石，宣告 量子物理学的诞生。普朗克在做出量子假说时已 年过四十。他受过严格的经典物理学训练，对经 典物理学十分熟悉和热爱。他不愿意同经典物理 学决裂，只是迫于事实的压力，才不得不做出能 量子的假说。
一、 光的主要性质 二、 电磁波谱与光谱 三、 光电检测的理论依据
一、 光的主要性质：
光具有波粒二象性，既是电磁波，又是光子流。
1. 1860年麦克斯韦（C.Maxwell)提出光是电磁波的理论。 证明了光在传播时表现出波动性。 表现为光的干涉、衍射、偏振、反射、折射
2. 1900年普朗克（Max.Planck)提出了辐射的量子论。 3. 1905年，爱因斯坦（Albert.Einstein)将量子论用电容率 由此式可证明电磁波在真空中传播的速度，等于 光在真空中传播的速度。这不是偶然的巧合，是 由于光和电磁波在本质上是相同的。光是一定波 长的电磁波，这就是麦克斯韦创立的光的电磁学 说。
（1831-1879）
curlB curlE
1 c
divE
E 4 t c
第一章光电检测技术基础
光电检测技术
第一章 光电检测技术基础 第二章 光电检测器件 第三章 热电检测器件
第四章 发光与耦合器件 第五章 光电成像器件
第六章 显示器件 第七章 光电检测器件的电路设计
第一章 光电检测技术基础
本章着重介绍三个主要内容： 一、辐射量和光度量的定义及它们之间的换算关系； 二、半导体光电器件的物理基础，如能带理论、PN结理论； 三、光电效应, 如半导体光电导效应和光电发射等。
这些是以后各章所述具体光电器件的理论基础，对于正确理解和 掌握各种光电器件的原理、性能和用法是十分重要的。
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第一章 光电检测技术基础
§1-1 光谱与光子能量 §1-2 光度学(Photometry)
与辐射度学(Radiometry)
§1-3 半导体基础知识 §1-4 光电效应
§1-1 光谱与光子能量
1900年12月14日普朗克在德国物理学会上报 告了自己的研究结果，他的公式受到欢迎，但他 的能量子假说，却受到冷遇，当时没有人相信他 的假说。
（1858-1947）
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普朗克
3、能量子假说。 黑体是由许多振子组成的，振子 的能量不可以连续地变化，当它吸收 和辐射频率为ν的电磁波时只能是一 份一份地进行，每份能量为：E＝hν， 每个振子的能量是这个基本能量单元 的整数倍。 他根据这个假设从理论上推导出 了普朗克公式。
爱因斯坦大胆假设：光和原子电子一样也具 有粒子性，光就是以光速C运动着的粒子流，他 把这种粒子叫光量子。同普朗克的能量子一样， 每个光量子的能量也是E＝hν，根据相对论的质 能关系式，每个光子的动量为
p＝E/c＝h/λ 列别捷夫（П.Н.Лебедев l866—1911 ）的光压实验证实了光的动量和能量的关系式。
（1858-1947）
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普朗克的量子假说提出后的几年内，并未引 起人们的兴趣，爱因斯坦却看到了它的重要性。 他赞成能量子假说，并从中得到了重要启示：在 现有的物理理论中，物体是由一个一个原子组成 的，是不连续的，而光（电磁波）却是连续的。 在原子的不连续性和光波的连续性之间有深刻的 矛盾。为了解释光电效应，1905年爱因斯坦在普 朗克能量子假说的基础上提出了光量子假说。
应之中，提出光子理论。光与物质作用时表现出粒子性。 表现为光的发射、吸收、色散、散射
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麦克斯韦
麦克斯韦是继法拉第之后，集电磁学大成的 伟大科学家。他依据库仑、高斯、欧姆、安培 、毕奥、萨伐尔、法拉第等前人的一系列发现 和实验成果，建立了第一个完整的电磁理论体 系，不仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭 示了光、电、磁现象的本质的统一性，完成了 物理学的又一次大综合。这一自然科学的理论 成果，奠定了现代的电力工业、电子工业的基 础。
在第一个方程中，项麦克斯韦称 为位移电流 ，这是他在理论上的一个重大发现，也是他建立 麦克斯韦方程组的关键。
麦克斯韦方程组表明: 空间某处只要有变化的磁场就能激发出涡旋电场 ，而变化的电场又能激发涡旋磁场。交变的电场 和磁场互相激发就形成了连续不断的电磁振荡,即 电磁波。
麦克斯韦方程还说明:电磁波的速度只随介质 的电和磁的性质而变化，这个速度可表示为：