光电检测技术第一章2

Iv = dφv / dΩ
光电检测技术基础
③辐射亮度和亮度
Le :W / m ⋅ sr Lv : cd / m 由辐射表面定向发射的辐射强度为辐射亮度，等于该方 向上的辐射强度 e 与辐射表面在该方向垂直面上的 dI 投影面积之比，表达式： dIe dφe Le = = dA⋅ cosθ dA⋅ cosθ ⋅ dΩ 对于可见光来说：
φe : J / s
φV : lm
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光通量 φV，单位为lm ，光辐射通量对人眼所引起的视觉 强度值： dQv φv = = km∫ φe,λν (λ)dλ λ dt 与辐射通量的关系， e,λ dλ（λ, λ + dλ内光源的辐射 φ 通量）、λ) 为人眼的光谱光视效率（即视见函数）。 ν( ν (λ) ，波长为555nm， 可见光之外， (λ) 。 ν ③辐射出射度和光出射度 Me :W / m2 Mv : lm / m2 辐射体单位发射面积辐射的通量或功率称为辐射出射度
Me = dQe / dA
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光源表面给定点处单位面积向半球面空间发射的光通量
Mv = dQv / dA ④辐射强度和发光强度 Ie :W / sr Iv : cd(lm / sr) 对点光源发出的，单位时间内，单位立体角辐射出的能 量为辐射强度：
Ie = dφe / dΩ 对可见光来说，发光强度：
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本征激发使半导体内不断产生电子和空穴，同时它 们又不断地进行着复合。产生和复合这对矛盾的对立统 一，使半导体在一定温度下达到载流子数目的动态平衡。 从而维持了一定数量的自由电子和空穴这种状态称为热 平衡。 必须指出，常温下本征半导体中的电子、空穴是很 少的，因而本征半导体的导电能力是很差的，所以它不 能直接用来制造晶体管。

第一章 绪 论
23.12.2020
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1.1 信息技术及光电检测技术
▪ 信息技术： 微电子技术、光子信息技术和光电信息技
术
传统的电子技术
微电子技术
光子信息技术
光电信息技术
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传统
光电信息技术
微电子技术：通过控制固体内电子的微观运动来实现对信息的加 工处理，并在固体的微区（小到几个晶格）内进行，将一个电 子功能部件甚至一个系统集成在一个很小的芯片上。
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光电检测系统(二)
光
光
被
光
光变
电
源
学
测
学
电换
信
系
对
变
传电
号
统
象
换
感路
处 理
存储 显示 控制
光学变换
电路处理
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光电检测系统(三)
▪ 光学变换
– 时域变换：调制振幅、频率、相位、脉宽 – 空域变换：光学扫描 – 光学参量调制：光强、波长、相位、偏振 – 形成能被光电探测器接收，便于后续电学处理的光学信息。
实例
PN光电二极管（Si,Ge, GaAs) PIN光电二极管（Si） 雪崩光电二极管(Si, Ge) 光电晶体管(Si) 集成光电传感器和光电晶闸管(Si) 光电元件(CdS, CdSe, Se, PbS) 热电元件(PZT, LiTaO3, PbTiO3) 光电管，摄像管，光电倍增管
色敏传感器
固体图象传感器（SI，CCD/MOS/CPD型）
▪ 光电检测技术：是利用光电传感器实现各类检测。

光电检测系 统组成： 被测对象的
信息加载
例：
激光 外径 扫描 仪原 理图
光源
信息 载体
被测 对像
光电探 测器
信息处理
光学 系统
光电
转换
t nT
d t
放大 边缘检测
电动机 驱动
门控
主
振
处理
§1.1 辐射度学和光度学基本概念
X光辐射（10~100nm)
电磁辐射
紫外辐射 (100~380nm)
红、橙、黄、 可见光辐射 (380~780nm) 绿、青、蓝、
) )
0
1. 基尔霍夫定律
M e1( ,T ) M e2 ( ,T ) M e3( ,T ) ... M eB( ,T ) 常数
1( ,T ) 2( ,T ) 3( ,T )
B ( ,T )
aB( ,T ) 1
M e1( ,T ) 1( ,T )
M e2 ( ,T ) 2( ,T )
带填充空位
价带
•间接复合---通过“缺陷、错位、
导带
杂质”等形成的复合中心复合
价带
1.2.4 载流子的扩散和漂移
1.扩散
------在某种作用下（如光照），使材料中的局部位置的光生载 流子浓度高于其它地方的载流子浓度，这时载流子就从浓度高 的地方向浓度低的地方运动，这种现象称为扩散
扩散形成电流的大小：J nD
0.38 0.55μm
0.52 μm
0.7 λ
定义:
视见函数
V
K Km
V
1
C
明视
k kmV CV
0.38 0.55μm0.7 λ
v
2 1
ke d

3-5：
3-6： 3-7：
PIN 管原理：在高掺杂 P 型和 N 型半导体之间生长一层具有一定厚度（近似于反偏压下 的耗尽层厚度）的本征半导体或低掺杂半导体材料（称为 I 层），使 PIN 管具有优于耗尽层 光敏二极管的高速响应特性。
特点：响应时间很短，在 S 左右；频带很宽，可达 10GHz；输出电流小，只有零点几 uA 至数 uA
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1-8:
第2章
2-1：
（1）辐射效率和发光效率
在给定波长范围内，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，
称为光源在规定光谱范围内的辐射效率。
（2）光谱功率分布
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。
（3）空间光强分布
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对于各向异性光源，其发光强度在空间各方向上是不相同的。若在空间某一截面上，自 原点向各径向取矢量，矢量的长度与该方向的发光强度成正比。将各矢量的端点连起来，就 得到光源在该截面上的发光强度曲线，即配光曲线。 （4）光源的色温
辐射源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该 辐射源的色温。 （5）光源的颜色
1-5：
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白噪声：指功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声。所有频率具有相同能量的随机噪 声称为白噪声。
1/f 噪声:这种噪声的功率谱与频率成反比变化，故称 1/f 噪声。 措施：降低温度，选择带通小的电阻。 1-6： 最小辐射功率：
1-7： 时间常数：Ʈ= 1 = 1 ≈8ns
电源电压稳定度： U 1 M 1 1% 0.083% U nk M 12 1