第2章 光电检测技术与应用讲解.ppt

光电检测技术 第二章 第二章 光电检测技术基础 主要教学内容： 2.1 光的基本性质 2.2 辐射与光度学量 2.3 半导体基础知识 ? 能带理论、载流子及其运动 ( 重点难点 ) 2.4 光电效应 2.1 光的基本性质 ? 牛顿 —— 微粒说 ? 根据光直线传播现象，对反射和折射做了解释 ? 不能解释较为复杂的光现象：干涉、衍射和偏振 ? 波动理论 ? 惠更斯、杨氏和费涅耳等 ? 解释光的干涉和衍射现象 ? 麦克斯韦电磁理论：光是一种电磁波 2.1 光的基本性质 ? 光量子说 ? 1900 年普朗克在研究黑体辐射时，提出辐射的 量子论 ? 1905 年，爱因斯坦在解释光电发射现象时提出 光量子的概念 ? 光子的能量与光的频率成正比 ? 光具有波粒二象性 第二章 光电检测技术基础 主要教学内容： 2.1 光的基本性质 2.2 辐射与光度学量 2.3 半导体基础知识 2.4 光电效应 2.2 辐射与光度学量 辐射度的基本物理量 ? 辐射能 Q e ：一种以电磁波的形式发射、 传播或接收的能量。单位：焦耳 [ J ] ? 辐射通量 Φ e ：光源在单位时间内辐射的 总能量称为光源的辐射通量，也记为辐 射功率 P e ，是辐射能的时间变化率。单 位：瓦 [ W ] ? 辐射强度 I e ：点辐射源在给定方向上通过 单位立体角 内的辐射通量。单位： [ W/Sr ] 2.2 辐射与光度学量 辐射度的基本物理量 ? 辐射出射度 M e ：辐射体在单位面积内所辐射的 通量或功率称为辐射出射度（也称辐射本领）。 用来量度物体辐射能力的物理量。单位： [ W/m 2 ] ? 辐射亮度 L e ：辐射表面定向发射的辐射强度。 单位： [ W/m 2 . Sr ] ? 辐射照度 E e ：投射在单位面积上的辐射通量。 单位： [ W/m 2 ] ? 光谱辐射通量 Φ e ( λ ) ：辐射通量的光谱密度，即 单位波长间隔内的辐射通量。 基本辐射度量的名称、符号和定义方程 名称 符号 定义方程 单位 符号 辐射能 Q e 焦耳 J 辐射能密度 e 焦耳／立方米 Jm -3 辐射通量， 辐射功率 e e 瓦特 W 辐射强度 I e 瓦特／球面度 Wsr -1 辐射亮度 L e 瓦特／球面度 平方米 Wm -2 sr -1 辐射出射度 M e 瓦特／平方米 Wm -2 辐射照度 E e 瓦特／平方米 Wm -2 dv dQ w / ? ? P w dt dQ / ? ? ? ? ? d d I / ? cos / dA dI ＝ dA d M / ? ? dA d E / ? ? 2.2 辐射与光度学量 光度量的最基本单位 ? 发光强度 I v ：发出波长为 555 nm 的单色辐射， 在给定方向上的发光强度规定为 1 cd 。单位： 坎德拉（ Candela ）［ cd ］，它是国际单位制 中七个基本单位之一。 ? 光通量 Φ v ：光强度为 1 cd 的均匀点光源在 1 sr 内 发出的光通量。单位：流明［ lm ］。 ? 光照度 E v ：单位面积所接收的入射光的量 ， 单位：勒克斯［ lx ］，相当于 1 平方米面积上 接受到 1 个流明的光通量。 2.2 辐射与光度学量 光度的基本物理量 ? 光度量和辐射度量的定义、定义方程是 一一对应的。辐射度量下标为 e ，例如 Q e ， Φ e ， I e ， M e ， E e ，光度量下标为 v ， Q v ， Φ v ， I v ， L v ， M v ， E v 。 ? 光度量只在可见光区（ 380~780nm) 才有 意义。 ? 辐射度量和光度量都是波长的函数。 晴天阳光直射地面照度约为 100000 lx 晴天背阴处照度约为 10000 lx 晴天室内北窗附近照度约为 2000 lx 晴天室内中央照度约为 200 lx 晴天室内角落照度约为 20 lx 阴天室外 50 — 500 lx 阴天室内 5 — 50 lx 月光（满月） 2500 lx 日光灯 5000 lx 电视机荧光屏 100 lx 阅读书刊时所需的照度 50~60 lx 在 40 W 白炽灯下 1 m 远处的照度约为 30 lx 晴朗月夜照度约为 0.2 lx 黑夜