[理学]01光电技术基础光辐射探测的理论基础.ppt

第01章 光辐射探测的理论基础 1.1 辐射度学与光度学的基础知识 1.1.1 光的基本概念 1.1.1光的基本概念 光电技术常用的光波波段 光电技术常用的光波波段 1.1 辐射度学与光度学的基础知识 4．辐射强度 5．辐射出度Me与辐射亮度Le 1．辐射照度Ee 1．光谱辐射量 光谱辐射量 光谱辐射量 3．辐射度量与光度量间的换算关系 光度量单位举例： 1.1 辐射度学与光度学的基础知识 1.1.4辐射度学与光度学的两条基本定律 第01章 光辐射探测的理论基础 1.2 半导体的基础知识 1.2.1 能带理论 1.2.1 能带理论 1.2.1 能带理论 1.2.1 能带理论 1.2.1能带理论 2．半导体能带 两种载流子 2．半导体能带 N型半导体能带 N型半导体 N型半导体 P型半导体能带 P型半导体 2．半导体能带 1.2 半导体的基础知识 1.2.2热平衡状态下的载流子 1.2.2热平衡状态下的载流子 费米能级Ef的物理意义 电子占据概率： 1.2.2热平衡状态下的载流子 1.2.2热平衡状态下的载流子 1.2 半导体的基础知识 1.2.3半导体对光的吸收 1.2.3半导体对光的吸收 1.2.3半导体对光的吸收 1.2.3半导体对光的吸收 1.2.3半导体对光的吸收 1.2.3半导体对光的吸收 1.2.3半导体对光的吸收 1.2 半导体的基础知识 1.2.4非平衡状态下的载流子 1．非平衡载流子的注入和复合 1．非平衡载流子的注入和复合 2.非平衡载流子的寿命 2.非平衡载流子的寿命 2.非平衡载流子的寿命 2.非平衡载流子的寿命 2. 非平衡载流子的寿命 1.2 半导体的基础知识 1.2.5 载流子的扩散与漂移 2．漂移 第01章 光辐射探测的理论基础 1.3.1 半导体的光电效应 1.3.1 半导体的光电效应 1.光电导效应 1.光电导效应 1.光电导效应 1.光电导效应 1.3.1 半导体的光电效应 2.光伏效应 2.光伏效应 2.光伏效应 2.光伏效应 2.光伏效应 2.光伏效应 2.光伏效应 2.光伏效应 正向偏压: 反向偏压: 反向偏压: PN结的单向导电性 2.光伏效应 光生电动势与光电流 2.光伏效应 思考题：PN结加正向偏压，如何影响光伏效应？ 4)PN结光电效应 4)PN结光电效应 1.3.1 半导体的光电效应 3.光电发射效应 3.光电发射效应 3.光电发射效应 3.光电发射效应 1.3.1 半导体的光电效应 1.3.1 半导体的光电效应 4.光电转换的基本规律 1.3.2 光电探测器的噪声 1．热噪声(Johnson噪声) 2. 散粒噪声（Shot噪声） 3．产生－复合噪声 4．1/f 噪声 5．温度噪声 1.3.2 光探测器的噪声 1.3.3 光探测器的特性参数 1．光电特性 2. 灵敏度与光谱特性 2. 灵敏度与光谱特性 2. 灵敏度与光谱特性 2. 灵敏度与光谱特性 2. 灵敏度与光谱特性 2. 灵敏度与光谱特性 2. 灵敏度与光谱特性 3．噪声等效功率和比探测率 3．噪声等效功率和比探测率 3．噪声等效功率和比探测率 3．噪声等效功率和比探测率 3．等效噪声功率和比探测率 4. 响应时间与频率特性 －－又称为g－r噪声 （Generation Recombination） 半导体器件中由于载流子的产生与复合而引起的平均载流子浓度的随机起伏。 I为总的平均电流；M为光电增益 1.3.2 光电探测器的噪声 产生－复合噪声不再是“白”噪声？？ 1/f 噪声通常又称为电流噪声 －－也称为闪烁噪声或过剩噪声 低频区： 1kHz以下 机理目前尚不清楚 1.3.2 光电探测器的噪声 热探测器中由于器件本身吸收和传导等的热交换引起的温度起伏 G为器件的热导 1.3.2 光电探测器的噪声 1．热噪声(Johnson噪声) 2. 散粒噪声 3．产生－复合噪声 4．1/f 噪声 5．温度噪声 实际的光电探测器所含的噪声种类及大小，后面各章结合器件介绍。 1.3 光电探测器概述 1.3.1 半导体的光电效应 1.3.2 光电探测器的噪声 1.3.3 光电探测器的性能参数 主要特性参数： 1．光电特性 2. 灵敏度与光谱特性 3．等效噪声功率和比探测率 4．响应时间与频率特性 光电特性是指电学参量与光辐射参量之间的函数关系。 例如：I=f（Ф） I=f（E） 1.3.3 光探测器的特性参数 例1：P109 光电倍增管的 光电特性 线性度-重要性 灵敏度是表征探测器将入射光信号转换成电信号能力的特性参数，又称为响应率。 1.3.3 光探测器的特性参数 光谱灵敏度 ： 例1