《光电技术简明教程》全套PPT课件.pptx

光电技术简明教程;第1章 光电技术基础;光电传感器的光谱响应范围远远超出人眼，从X光到红外辐射甚至于远红外、毫米波都有相应的传感器，能借助于各种光电传感器件对整个电磁波谱范围内进行光电信息变换。 为更好学习与掌握光电技术，必须充分认识和理解辐射度与光度的度量问题。;1.1.1 与光源有关的辐度参数与光度参数;3. 辐出度和光出度 ; 光源A表面某一点处的面元向半球面空间发射的光通量dΦv、与面元面积dA之比称为光出度Mv，即;发光强度的单位是坎德拉（candela），简称为坎[cd]。 1979年第十六届国际计量大会通过决议，将坎德拉重新定义为：在给定方向上能发射540×1012Hz的单色辐射源，在此方向上的辐强度为（1/683）W/sr，其发光强度定义为1cd。 发光强度为1cd的点光源在整个球空间所发出的总光通量为 IV=4πIＶ＝12.566 lm; ;6. 辐效率与发光效率;1.1.2 与接收器有关的辐度参数与光度参数;注意区别辐照度Ee与辐出度Me。 两者计量单位相同，定义不同。辐照度是从物体表面接收辐射通量的角度来定义的，辐出度是从面光源表面发射辐射的角度来定义的。 本身不辐射的反射体接收辐射后，吸收一部分，反射一部分。若把反射体当做辐射体，则光谱辐出度Mer(λ)（下标r 代表反射）与辐射体接收的光谱辐照度Ee(λ)的关系为;对可见光，用照射到物体表面某一面元的光通量dΦv除以该面元面积dA，其值称为光照度ev，即;2.辐照量和曝光量;辐 射 度 参 量;1.2 光谱辐射分布与量子流速率 ; 同样，以符号Xv,λ表示光源在可见光区单位波长范围内发射的光度量称为光度光谱密集度，简称光谱光度量，即 ; ;1.2.2 量子流速率 ;1.3 物体热辐射;2.普朗克辐射定律 ;图1-2 绘出了黑体辐射的相对光谱辐亮度Le,s,λr与波长的等温关系曲线。 图中曲线都有最大值； 其位置随温度升高向短波方向移动。 ;对普朗克公式求全光谱积分，得到黑体发射的总辐出度 ;4. 维恩位移定律;例1-1 若可以将人体作为黑体，正常人体温的为36.5℃，（1）试计算正常人体所发出的辐出度为多少W/m2？（2）正常人体的峰值辐射波长为多少μm？峰值光谱辐出度Me,s,λm为多少？（3）人体发烧???38℃时峰值辐射波长为多少？发烧时的峰值光谱辐出度Me,s,λm又为多少？ 解 （1）正常体的绝对温度为T=36.5+273=309.5K，根据斯忒藩-波耳兹曼辐射定律，发出的辐出度为 ; ; 辐度与光度参数是从不同角度对光辐射进行度量的参数，这些参数在一定光谱范围内（可见光谱区）使用，它们存在着转换关系；将其统一才便于比较。讨论相互转换显得格外重要。 ;如图1-5所示的实线曲线为人眼的明视觉光谱光视效率V(λ)，它为与波长有关的相对值。 对正常人眼的圆柱细胞，以微弱的各种单色辐射刺激时，发现在相同刺激程度下，波长为507nm处的光谱辐亮度Le，507nm小于其他波长λ的光谱辐亮度 Le,λ。 把 Le，507nm 与Le,λ的比值定义为正常人眼的暗视觉光谱光视效率。 ;V ′(λ)也是一个无量纲的相对值，它与波长的关系如图1-5中的虚线所示。 ;1.4.2 人眼的光谱光视效能 ;引进，K（λ），并令 ;根据式（1.4-5）、式（1.4-6），可以将任何光谱辐射量转换成光谱光度量。 ;1.4.3 辐射体光视效能 ; ; ;例如，对于色温为 2 856 K的标准钨丝灯其光视效能为17lm/W，当标准钨丝灯发出的辐通量为Φe＝100W时，其光通量为 Φv = 1710lm。 由此可见，色温越高的辐射体，它的可见光的成分越多，光视效能越高，光度量也越高。 白炽钨丝灯的供电电压降低时，灯丝温度降低，灯的可见光部分的光谱减弱，光视效能降低，用照度计检测光照度时，照度将显著下降。 ;1.5 半导体对光的吸收 ;当透过的能量衰减到原来能量的e-1时所透过路程的倒数等于该物质的吸收系数α，即 ; ;1.5.2 半导体对光的吸收 ;2.杂质吸收 ;3. 激子吸收 ;1.6 光电效应 ;如图1-10所示，半导体吸收了入射波长为λ的单色辐射，则光敏层单位时间产生的量子数密度Ne,λ为 ; ;分两种情况讨论： （1）在微弱辐射作用下，Δn＜＜ni，Δp ＜＜pi，并考虑到本征吸收的特点，Δn=Δp，上式可简化为 ;光激发载流子引起半导体电导率的变化Δσ为 ;;2. 光生伏特效应;;;;;1.6.2 光电发射效应;光电发射器件具