1-1光电子器件的基本特性.ppt

1.1 光电器件的基本特性 光辐射的度量 光电探测器的响应特性 光电子器件的探测率 光吸收 光辐射的度量 光辐射的度量方法有两种:一种是客观的度量方法,研 究各种电磁辐射的传播和量度,称为辐射度学参量.适 用于整个电磁谱区.另一种是主观的计量方法,以人眼 见到的光对大脑的刺激程度来对光进行计量的方法,称 为光度学参量.适用于可见光谱区. 光通量：从数量上描述电磁辐射对视觉的刺激强度；单位时间内，人眼所感受到的光能。与辐射波长及人眼的视见函数有关。 以符号Φ表示， Φ的计量单位为流(明)（lm）。 对点光源在给定方向的立体角元dΩ内发射的辐通量dΦe，与该方向立体角元dΩ之比定义为点光源在该方向的辐(射)强度Ie，即 辐(射)强度的计量单位为瓦（特）每球面度 [W／sr]。 点光源在有限立体角Ω内发射的辐通量为 各向同性的点光源向所有方向发射的总辐通量为 对可见光定义发光强度为 对各向同性的点光源向所有方向发射的总光通量为 一般点光源是各向异性的，其发光强度分布随方向而异。 发光强度的单位是坎德拉（candela），简称为坎[cd]。1979年第十六届国际计量大会通过决议，将坎德拉 定义为：在给定方向上能发射540×1012Hz的单色辐射源，在此方向上的辐强度为（1/683）W/sr，其发光强度定义为一个坎德拉[cd]。 对发光强度为1cd的点光源，向给定方向1球面度(sr)内发射的光通量定义为1流明（lm）。 发光强度为1cd的点光源在整个球空间所发出的总光通量为=4πIＶ＝12.566 lm。 光源表面某一点处的面元在给定方向上的辐强度除以该面元在垂直于给定方向平面上的正投影面积，称为辐射亮度Le，即 式中，θ为所给方向与面元法线之间的夹角。辐亮度Le的计量单位为瓦（特）每球面度平方米[W／（sr·m2 ）]。 对可见光，亮度Lv定义为光源表面某一点处的面元在给定方向上的发光强度除以该面元在垂直给定方向平面上的正投影面积，即 Lv的计量单位是坎德拉每平方米[cd／m2]。 辐照度Ee是照射到物体(或接收器)表面某一点处面元的辐通量dΦe除以该面元的面积dA的商，即 Ee的计量单位是瓦（特）每平方米[W／m2]。 对可见光，照射到物体表面某一面元的光通量dΦv除以该面元面积dA称为光照度Ev，即Ev的计量单位是勒（克司）[lx]。 辐射度参数与光度参数的关系 人眼的视觉灵敏度 用各种单色辐射分别刺激正常人（标准观察者）眼的锥状细胞，当刺激程度相同时，发现波长0.555μm处的光谱辐射亮度Le,λm小于其它波长的光谱辐亮度Le,λ。把波长=0.555μm的光谱辐射亮度Le,λm被其它波长的光谱辐亮度Le,λ除得的商，定义为正常人眼的明视觉光谱光视效率V（λ），即 555nm→1 550nm→0.995 580nm→0.870 640nm→0.175 辐射度参数与光度参数的关系： 例:已知某He-Ne激光器的输出功率为3mW，试计算其发出的光通量为多少lm？ 解 He-Ne激光器输出的光为光谱辐射通量，根据式（21）可以计算出它发出的光通量为 Φv,λ=Kλ,eΦe,λ=KmV(λ)Φe,λ =683×0.24×3×10-3 =0.492(lm) 斯忒藩-波尔兹曼定律 维恩位移定律 峰值光谱辐射出射度所对应的波长λm与绝对温度T 的关系为 2.光电探测器的响应特性 光度响应率 3).光谱响应率与响应率的关系 定义：光源功率谱密度：单位波长范围内的辐射功率 响应率： 用NEP描述探测器探测能力的一个不方便之处是数值越小，表示探测器的探测能力却越强，相对缺乏直观性。为此一般引入NEP的倒数——探测率D来表示探测器的探测能力 由于探测率与探测器面积以及测量系统的带宽有关，对于比较不同类型、不同工作状态探测器的探测性能存在不便，为此，更常用的是采用比探测率D* 即用单位测量系统带宽和单位探测器面积