传感器原理及其应用传感器基础效应.doc

传感器的基础效应 物联网工程专业2011班 目录 光电效应 邹烈勇 泡克耳斯效应 陈黎妮 克尔效应 陈萍 电致发光效应 黄慧莹 电致发光效应 黄慧莹 法拉第效应 谢晓君 磁光克尔效应 李菁雯 科顿-穆顿效应 杨紫霜 塞曼效应 陈丹 光磁效应 王行健 霍尔效应 陈昊 磁阻效应 董扬帆 巨磁阻效应 董扬帆 塞贝克效应 时红杰 珀尔帖效应 陈霖 汤姆逊效应 陈天恒 压电效应 谢榕 声音的多普勒效应 陶焕 声电效应 刘进 声光效应 董涛 磁声效应 柯奕佳 纳米效应 余耀 光弹效应 戴敬禹 光电效应 邹烈勇 中文名称：光电效应 英文名称： photoelectric effect 外光电效应 现象 物质吸收光子并激发出自由电子的行为。光电效应由德国物理学家赫兹于1887年发现，对发展量子理论起了根本性作用。大约1900年，马克思·普朗克（Max Planck）对光电效应作出最初解释，并引出了光具有的能量包裹式能量（quantised）这一理论。1902年，勒纳（Lenard）也对其进行了研究，指出光电效应是金属中的电子吸收了入射光的能量而从表面逸出的现象。但无法根据当时的理论加以解释1905年，爱因斯坦26岁时提出光子假设，成功解释了光电效应外光电效应是指物质吸收光子并激发出自由电子的行为。当金属表面在特定的光辐照作用下，金属会吸收光子并发射电子 材料 Ag-O-Cs，Cs-Sb 应用 传感器上的应用：制成光电管，光电倍增管 生活中的应用：发光二极管（LED）泡克耳斯效应 陈黎妮 英文名称 Pockels effect 理论来源 1893年由德国物理学家F.C.A.泡克耳斯发现。一些晶体在纵向电场（电场方向与光的传播方向一致）作用下会改变其各向异性性质，产生附加的双折射效应例如把磷酸二氢钾晶体放置在两块平行的导电玻璃之间，导电玻璃板构成能产生电场的电容器，晶体的不加电场时，入射光在晶体内不发生双折，泡克耳斯效应与所加电场强度的一次方成正比 基本定义 耳斯效应（Pockels）：平面偏振光沿着处在外电场内的压电晶体的光轴传播时发生双折射现象，且两个主折射率之差与外电场强度成正比，这种电光效应即为泡克耳斯效应。 基本原理 一种电光效应。某些晶体在电场作用下会产生一个附加的双折射，这一双折射与外加电场强度成正比。1893年德国物理学家F.泡克耳斯首先研究了这种线性电光效应，由此而得名。 1） 对于晶体，常用折射率椭球描述其折射率特性。在主轴坐标系中可以写为 。（1）　　当有外加电场作用时，晶体的折射率发生改变，因而方程（1）各项的系数也有相应的改变，可以写为 2） 式中分别对应折射率椭球方程中x2，y2，z2，yz，xz，xy各项系数的改变量;Ej（j=1，2，3）分别表示电场各分量Ex，Ey，Ez;γj为电光张量，可用一个3×6的矩阵表示，共有18个矩阵元，其中有些可能为零，有些彼此相关。这些关系依赖于晶体的对称性，只是在无中心对称的晶体中才产生这种效应（见晶体物理性能的对称性）。若光沿光轴传播，无外加电场时，没有双折射；若同时有平行于 z轴的电场作用，则有双折射产生。由式（2）可得 式中分别对应折射率椭球方程中x2，y2，z2，yz，xz，xy各项系数的改变量;Ej（j=1，2，3）分别表示电场各分量Ex，Ey，Ez;γj为电光张量，可用一个3×6的矩阵表示，共有18个矩阵元，其中有些可能为零，有些彼此相关。这些关系依赖于晶体的对称性，只是在无中心对称的晶体中才产生这种效应（见晶体物理性能的对称性）。若光沿光轴传播，无外加电场时，没有双折射；若同时有平行于 z轴的电场作用生。由式（2）可得 （3）　　式中no为晶体固有的寻常光折射率，ny与nx分别表示加电场后在晶体的感生主轴y‵与x‵方向的折射率。为使光波在x‵与y‵两方向的偏振分量之间的位相差为π，所需加的电压值称为半波电压，记为Vλ/2或Vπ，而 ， 不但可以省去一个偏振器，而且调Q电压只需 5 4 （4）　　式中λ为光在真空中的波长。 如上所述，光传播方向与电场方向平行的情况称为纵向电光效应。泡克耳斯盒就是利用纵向电光效应制成的一种快速电光开关。附图表示这种电光开关的一例。圆柱形电光晶体KD*P置于两偏振器P与A之间。圆柱的对称轴即为晶体的光轴方向。与光轴垂直的两端面是透明的。抾与·分别表示线偏振光的偏振方向平行于纸面和垂直于纸面。通过环形电极给晶体施加半波电压Vπ。当偏振器P与A的主轴平行时，光路是关闭的，因为在半波电压作用下，两偏振分量的位相推迟为π，这相当于偏振面旋转了90°。透过P与晶体的偏振光正是 A所不允许