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八 光的测量 四川大学照明工程张启灿
第八章 光的测量
张启灿
zqc@scu.edu.cn
Tel:
第八章 前言
本章主要围绕以下内容进行讲解:
第一节 光检测器
第二节 光度测量
第三节 色度测量
第四节 LED灯具的测量
2013-12-18
第一节光检测器
光检测器的作用是通过光电效应将
光信号转换为电信号。
要求:
足够高的响应度,对一定的入射功率能输出足够大的光
电流
具有尽可能低的噪声,以降低器件本身对信号的影响
具有良好的线性关系,以保证信号转换过程中的不失真
具有较小的体积、较长的工作寿命等
2013-12-18
第一节 光检测器
通常把光照射到物体表面后产生的光电效
应分为三类:
第一类:外光电效应。这类的光电元件有光
电二极管和雪崩光电二极管等。
第二类:内光电效应。这类的光电元件有光
敏电阻和光导管等。
第三类:光生伏特效应。它是在光的作用下
能使物体产生一定的方向电动势,这类的光电
元件有光电池和光电晶体管等。
2013-12-18
1.1 半导体的光电效应
1. 光电效应产生:由于光的受激吸收将价带的电子激发到导带
产生光生载流子,受内建电场的作用,光生载流子的电子向N
区漂移,空穴向P区漂移,在PN结两边形成电动势。
2013-12-18
1.1 半导体的光电效应
2.PN结二极管工作在反向偏压下:此时外加电场方向和内建电场方向
相同使得势垒加强,在PN结的界面附近形成了相当高的耗尽区;在耗尽区
两边电场基本为零,为扩散区。当光入射导PN结上,且光子能量大于半导
体材料的禁带宽度时,价带上的电子可以吸收光子而跃迁到导带,结果产生
一个电子-空穴对。如果这个光生的电子-空穴对在耗尽区产生,那么在电场
作用下电子以很快的速度向N 区漂移,空穴向P区飘移,从而形成光生电流
流过负载。光生电流数量随入射光功率的大小线性变化,把光信号转化成电
流信号。
2013-12-18
1.1 半导体的光电效应
3. 光电效应产生的条件
光电检测器是利用半导体材料的光电效应实现光电转换的。当入射光子能
量h 小于禁带宽度E 时,不论入射光有多强,光电效应也不会发生,即产
f g
生光电效应必须满足以下条件
h ≥E
f g
即光频f c <E /Hf 的入射光是不能产生光电效应的,将f c 转换为波长,则
g
λ=H /E 。即只有波长λ<λc 的入射光,才能使这种材料产生光生载流
c c g
子,故λc 为产生光电效应的入射光的最大波长,又称为截至波长,相应
的f c 称为截至频率。
2013-12-18
1.2 PIN光电二极管
PIN光电二极管是在掺杂浓度很高的P型、N型半导体之间,加
一层轻掺杂的N型材料,称为I (Intrinsic,本征的)层。由于是
轻掺杂,电子浓度很低,经扩散后形成一个很宽的耗尽层
depletion layer,这样可以提高其响应速度和转换效率。结构示
意图如图所示。
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