走进光电世界之二-光电.ppt

光电 光的基本特性 1、直线传播 光在均匀介质中沿直线传播是光最基本的性质2、折、反射3、色散4、散射n1n2i1i1’i2 5、干涉 6、衍射7、偏振小孔的衍射现象双孔干涉 光 电 一、光电效应 光照射在物体上可以看成一连串具有一定能量的光子轰击这些物体。物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量。E=hν 爱因斯坦光子假说光是运动着的粒子流，这些光粒子称为光子。光子是具有能量的粒子，每个光子的能量为： 电子获得能量后释放出来，参加导电。 这种物体吸收光的能量后产生电效应的现象叫做光电效应。 光电效应可以分为： 外光电效应 内光电效应 外光电效应物体中的电子吸收的入射光子能量，若足以克服表面逸出功，电子就逸出物体表面，产生光电发射。在光的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。向外发射的电子叫做光电子。 只要物体中的电子吸收了入射光子的能量，就能产生光电子，逸出物体表面？光电子能否产生，取决于光电子的能量是否大于该物体的表面电子逸出功A0。 超过物体的表面逸出功部分的能量表现为逸出电子的动能。根据能量守恒定理 ，有： m—电子质量；v0—电子逸出速度， 该方程称为爱因斯坦光电效应方程为逸出电子的动能， hν为光子能量 可见只有当光子能量大于逸出功时才有电子发射出来。不同的物质具有不同的逸出功，即每一个物体都有一个对应的光频阈值，称为红限频率或波长限。 光线频率低于红限频率，光子能量不足以使物体内的电子逸出，因而小于红限频率的入射光，光强再大也不会产生光电子发射；反之，入射光频率高于红限频率，即使光线微弱也会有光电子射出。外光电效应多发生于金属和金属氧化物，基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。 光强愈大，入射光子数目越多，逸出的电子数也就越多。即当入射光的频谱成分不变时，产生的光电流与光强成正比。光电流与光强有没有关系？ 当光照射在物体上，使物体的电阻率ρ发生变化，或产生光生电动势的现象叫做内光电效应，它多发生于半导体内。由于没有电子从物体向外发射，因此仅改变物体内部的电阻或电导。内光电效应 根据工作原理的不同，内光电效应分为光电导效应和光生伏特效应两类：1）、光电导效应在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，引起材料电导率的变化。基于这种效应的光电器件有光敏电阻。 光电导效应有没有频率限制呢？与外光电效应一样，要产生光电导效应，也要受到红限频率限制。 机理：当光照射到半导体材料上时，价带中的电子受到能量大于或等于禁带宽度的光子轰击，并使其由价带越过禁带跃入导带，使材料中导带内的电子和价带内的空穴浓度增加，从而使电导率变大。导带价带禁带自由电子所占能带不存在电子所占能带价电子所占能带Eg 任一种光电导材料都存在一个照射光波长限λ0，只有波长小于λ0的光照射在光电导体上，才能产生电子能级间的跃进，从而使光电导体的电导率增加。式中ν、λ分别为入射光的频率和波长。为了实现能级的跃迁，入射光的能量必须大于光电导材料的禁带宽度Eg，即 2 ）、光生伏特效应 在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象叫做光生伏特效应。 机理： 光照射PN结区时，如果光子能量足够大，将在结区附近激发出电子-空穴对，在N区聚积负电荷，P区聚积正电荷，这样N区和P区之间就出现了电位差。形成了光电动势。I光 光电池的工作原理示意图 P N 基于该效应的光电器件有光电池、光敏二极管等。光电池实质上是一个较大面积的PN结，当光照射在PN结上时，在结的两端出现电动势。 二、光电器件 1、光电管由一个阴极和一个阳极构成，并且密封在一只真空玻璃管内。 光光电管的结构示意图阳极光电阴极光窗 阴极装在玻璃管内壁上，其上涂有光电发射材料。要求阴极有足够的面积来接受光的照射。 阳极要既能有效地收集阴极发射的电子，而又不妨碍光线照射到阴极上。 因此，是用一细长的金同丝弯成圆形或矩形制成，放在玻璃管的中心。 外光电效应光电器件，一般都是真空的或充气的光电器件，如光电管和光电倍增管。? 2、光敏电阻光敏电阻的工作原理基于光电导效应，又称光导管，为纯电阻元件，其阻值随光照增强而减小。 RGRLEI连线电路图如果把光敏电阻连接到外电路中，在外加电压的作用下，用光照射就能改变电路中电流的大小。 光敏电阻具有很高的灵敏度，很好的光谱特性，光谱响应可从紫外区到红外区范围内。而且体积小、重量轻、性能稳定、价格便宜，因此应用比较广泛。 3、光电池 光电池是利用光生伏特效应把光直接