第一章光电技术基础.ppt

任何一种光电系统或光电子器件的使用和评价都离不开特定的光辐射源与光辐射探测器，所以光辐射和光电转换原理是光电子技术的基本研究内容之一。 1. 电磁波的性质与电磁波谱 ⑴ 电磁波的电场E和磁场H都垂直于波的传播方向，三者相互垂直，所以电磁波是横波。E和H传播方向构成右手螺旋系。 ⑷在任一时刻空间任一点，E和H在量值上的关系为 ⑸ 电磁波在真空中传播的速度为 介质中的传播速度为 电磁波谱 2. 光辐射 光以电磁波形式或粒子（光子）形式传播的能量。可用光学元件反射、成像或色散，这种能量及其传播过程称为光辐射。一般认为其波长在10 nm~1 mm，或频率在3?1016Hz~3?1011Hz范围内。 可见光：通常人们提到的“光”指的是可见光。波长在390~770nm范围的光辐射，也是人视觉能感受到“光亮”的电磁波。 当可见光进入人眼时，人眼的主观感觉依波长从长到短表现为红色、橙色、黄色、绿色、青色、蓝色和紫色。 在可見光云图上，輻射越大，色調越白。輻射越小，色調越暗。通常云层越厚，反照率越大，色調也越白，而水面，象湖泊、海洋的反照率很小，表現为黑色，陸地反照率比海洋略大，表現为灰色，而潮湿或森林覆蓋的地區表現為灰暗的色調。在電視显示的卫星云图上，地表和海洋常用綠色和藍色表示。 红外辐射：波长在0.77~1000?m的是红外辐射。通常分为近红外、中红外和远红外三部分。 对光辐射进行定量描述，需引入计量光辐射的物理量。对于光辐射的探测和计量，存在着辐射度和光度学两套不同的单位体系。 辐射度单位体系: 辐通量（又称为辐射功率）或者辐射能是基本量，只与辐射客体有关的量。其基本单位是瓦特（W）或者焦耳（J）。辐射度学适用于整个电磁波段。 两类单位体系中的物理量在物理概念上不同，但所用的物理符号一一对应。 为了区别，在对应的物理量符号标角 “e”表示辐射度物理量，角标“v”表示光度物理量。 1. 辐射量 ⑴ 辐射能：以辐射形式发射或传输的电磁波能量（主要指紫外、可见光和红外辐射）。一般用符号Qe表示，其单位是焦耳（J）。 ⑶ 辐射出射度Me : 反映物体辐射能力的物理量。辐射体单位面积向半空间发射的辐射通量，即 单位：W/m2。 即 ⑸ 辐射亮度: 面辐射源在某一给定方向上的辐射通量。如图所示。 一般辐射体的辐射强度与空间方向有关。 但是有些辐射体的辐射强度在空间方向上的分布满足 余弦辐射体的辐射亮度是均匀的，与方向角?无关。余弦辐射体的辐射出射度为 由于人眼的视觉细胞对不同频率的辐射有不同响应，故用辐射度单位不能正确反应人对光辐射亮暗感觉。 任何0 K以上温度的物体都会发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象称为热辐射。 1. 单色吸收比和单色反射比。 任何物体向周围发射电磁波的同时，也吸收周围物体发射的辐射能。当辐射从外界入射到不透明的物体表面上时，一部分能量被吸收，另一部分能量从表面反射（如果物体是透明的，则还有一部分能量透射）。 反射比：反射的能量与入射的能量之比。在波长?到?+d?范围内相应的反射比称为单色反射比，用?（T）表示。对于不透明的物体，单色吸收比 和单色反射比之和等于1，即 2. 基尔霍夫辐射定律 在相同温度下，不同物体对相同波长的单色辐射出射度(M) 与单色吸收比(α)之比都相等，并等于该温度下黑体对同一波长的单色辐射出射度。即 3. 普朗克公式 黑体处于温度T 时，在波长? 处的单色辐射出射度由普朗克公式给出 不同温度条件下黑体的单色辐射出射度（辐射亮度）随波长的变化曲线。可见： ⑴对应任一温度，单色辐射出射度随波长连续变化，且只有一个峰值，对应不同温度的曲线不相交。因而温度能唯一确定单色辐射出射度的光谱分布和辐射出射度（即曲线下的面积）。 4.瑞利-琼斯公式 当 很大时，可得到适合于长波长 区的瑞利-琼斯公式 在 时，瑞利-琼斯公式与普朗克公式的误差小于1%。 在 区域内，维恩公式与普朗克公式的误差小于1%。 6.维恩位移定律 单色辐射出射度最大值对应的波长 兹曼常数: 斯忒藩-玻尔兹曼定律表明黑体的辐射出射度只与黑体的温度有关，而与黑体的其他性质无关。 光电导现象——只发生在半导体材料的体效应，金属没有光电导效应 光伏现象——半导体材料的“结”效应。光照下激发电子－空穴对时，内建电场将电子空穴对分开，在势垒两侧形成电荷堆积，形成光生伏特效应。 面积A2。因此，可得标准钨丝 灯的光视效能Kw为 lm/W 已知某种辐射体的光视效能K和辐射量Xe