光电检测技术与应用-3光电检测器件的工作原理
光电检测器工作原理
光电检测器工作原理光电检测器是一种将光信号转换为电信号的装置。
其工作原理可以分为以下几个步骤：1. 光信号入射：光线经过透镜等光学元件聚焦成束，射向光电检测器的光敏元件。
2. 光敏元件吸收光能：光敏元件通常使用半导体材料，如硅、锗及化合物半导体等。
光敏元件能够吸收入射光的能量，使其内部的电子被激发。
3. 电子运动：激发后的电子受到电场的作用，开始在光敏元件中运动。
一部分电子通过电流传输到输出电路中。
4. 电荷生成：当光敏元件中的电子受到光照时，会产生一些正电荷不断积累，形成电荷对。
一部分电子-空穴对会在光敏元件中一直保持平衡，这样就形成了一个光生载流子。
5. 转化为电信号：通过连接在光敏元件上的电路，将电荷对转化为电信号。
这个电信号能够被检测器所连接的仪器或设备所读取和处理。
总结来说，光电检测器的工作原理就是利用光敏元件吸收光能，并将其转化为电信号。
这种转化过程是通过光生载流子的产生和电子运动来实现的。
光电检测器的性能主要由光敏元件的材料和结构决定。
不同的光电检测器根据其材料和结构的不同，可以实现不同波段的光信号检测。
当光线入射到光敏元件上时，光子的能量被转化为电子的激发能量。
这种转化过程产生了一个光生电子空穴对。
接下来，这些电子和空穴会被电场分开，形成电流。
光电检测器通常有不同的工作模式，包括光电导模式、光电二极管模式、光电倍增管模式和光电子倍增管模式等。
以下是一些光电检测器的工作原理：1. 光电二极管（Photodiode）：光电二极管是一种PN结构的半导体器件。
当光照射到PN结上时，光子的能量被转化为电子的能量，并通过PN结的电场将电子和空穴分开，形成电流。
2. 光电导（Photoconductor）：光电导使用光敏物质，如硒化铟（InSe）或硒化铟镉（InCdSe）等。
当光照射到光电导上时，光子的能量使光电导的电阻发生变化，从而产生电流。
3. 光电子倍增管（Photomultiplier Tube，PMT）：光电子倍增管由光电阴极和多个倍增极组成。
光电检测技术与应用
光电传感器是基于光电效应将光电信号转换为电信号的一种传感器光学系统的基本模型光发射机-> 光学信道一>光接收机光学系统通常分为：主动式，被动式。
主动式：光发射机主要由光源和调制器构成。
被动式：光发射机为被检测物体的热辐射。
光学信道：主要由大气，空间，水下和光纤。
光接收机是用于收集入射的光信号并加以处理，恢复光载波的信息。
光接收机分为：功率（直接）检测器，外差接收机。
光电检测技术特点：1. 高精度：是各种检测技术中精度最高的一种：激光测距法测地球与月亮的距离分辨率达1m2. 高速度：光是各种物质中传播速度最快的。
3. 远距离，程量：光是最便于远距离传播的介质4. 非接触性：光照到被测物体上可以认为是没有测量力，因此无摩擦。
5. 寿命长：光波是永不磨损的。
6. 具有很强的信息处理和运算能力，可将复杂信息并行处理。
光电传感器：1•直射型2反射型3辐射型光电检测的基本方法有：1•直接作用法.2.差动测量法3补偿测量法4•脉冲测量法直接作用法：收被测物理控制的光通量，经光电转换后有检测机构直接得到所求被测物理量。
差动测量法：利用被测量与某一标准量相比较，所得差或数值比克反应被测量的大小。
光电检测技术的发展趋势：1. 发展纳米，亚纳米高精度的光电测量新技术。
2. 发展小型的，快速的微型光，机，电检测系统。
3. 非接触，快速在线测量。
4. 发展闭环控制的光电检测系统。
5. 向微空间或大空间三维技术发展。
6. 向人们无法触及的领域发展。
7. 发展光电跟踪与光电扫描技术。
在物质受到辐射光的照射后，材料的电学性质发生了变化的现象称为光电效应光电效应分为：外光电效应和内光电效应光电导效应是一种内光电效应。
光电导效应也分为本征型和非本征型两类光电导效应是非平衡载流子效应，因此存在一定的|弛豫现象|:光电导材料从光照开始到获得稳定的光电流需要一定能的时间。
弛豫现象也叫惰性。
光生伏特效应：与光照相联系的是|少数载流子|的行为。
光电检测技术与应用
的总时间内必须是选通状电检测系统典型电路 完整的检测电路设计：前几部分由光电转换二极管与前级放大器组成，其器件选用高性能低噪声运算 放大器来实现电路匹配并将光电流转换成电压信号，以实现数倍的放大。 CCD 驱动电路时序方法：直接数字电路驱动方法、单片机驱动方法、EPROM 驱动方法、专用 IC 驱动 方法 为了解决视频信号在实际应用时，物像边缘明暗交界处光强是连续变化而不是理想的阶跃跳变，可用 比较整形（阈值发）和二次微分（微分法）。 电子细分的方法：移相电阻链细分、幅度分割细分、计算法细分 光生伏特器件可否进行反向偏置？哪些光电器件工作时必须进行反向偏置？ 可以，所有的光生伏特器件都可以进行反向偏置。光敏晶体管、光电场效应晶体管、复合光敏晶体等 必须进行反向偏置。 已知某光敏晶体管的伏安特性曲线见图 6-6.当入射光通量为正弦调制量，即 时，要得到 4.5V 的输出电压，试设计该光敏晶体管的变换电路，并画出输入/输出的波 形图，分析输入与输出信号间的相位关系。 根据题目的要求，找到入射光通量的最大值和最小值：
1) 2) 3) 4)
5) 将循环码转变成二进制或二进制转变为循环码，课本 222 页 6) 用相位法测距时，选用准确度皆为千分之一的两把尺子，一把尺子的测尺长度为 10m，另一把尺子的 测尺长度为 1km，若测距为 462.153m，两把尺子测得的有效数字各为多少？ 尺子 ，准确度为 1cm 用 测得 2.153cm ，有效数字为四位 尺子 ，准确度为 1m 用 测得 462m ，有效数字为四位。
则暗点流电阻为：
有光照时，串联电路中的电流为：
则亮电流电阻为：
(ii)
该光敏电阻的光电导为：
由光电导灵敏度：
得：
6) 已知 CdS 光敏电阻的暗电流电阻 ，在照度为 100lx 时亮电阻 ，用此光敏电阻控 制继电器，如图 3-116 所示，如果继电器的线圈电阻为 ，继电器的吸合电流为 2mA ，问需要多 少照度时才能使继电器吸合？如果需要在 400lx 时继电器才能吸合，则此电路需要作如何改进？ (i) 该光敏电阻的光电导为：
光电检测技术
一、CCD工作原理及应用。
二、光电位置探测器件（FSD）的工作原理及应用。
三、红外信号的特点，产生方法，探测原理，详细说明一种任意红外信号的检测过程。
四、什么是太赫兹波，其产生方法是什么，目前国内外研究状况是什么样子，有哪些作用？五、热电探测器的典型器件以及各自的工作原理。
六、整理一种光电检测电路的实际应用方案，具体电路不限对各元件的作用进行说明，并对其工作原理及过程进行清晰阐述。
一、CCD工作原理及应用CCD（Charge-coupled Device）中文全称：电荷耦合元件。
CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。
它由一系列排得很紧密的MOS 电容器组成，突出特点是以电荷作为信号，实现电荷的存储和电荷的转移。
因此，CCD工作过程的主要问题是信号电荷的产生、存储、传输和检测。
由于CCD光敏元可做得很小（约10um），所以它的图象分辨率很高。
原理：一．CCD的MOS结构及存贮电荷原理CCD的基本单元是MOS电容器，这种电容器能存贮电荷，其结构如图1所示。
以P型硅为例，在P型硅衬底上通过氧化在表面形成SiO2层，然后在SiO2上淀积一层金属为栅极，P型硅里的多数载流子是带正电荷的空穴，少数载流子是带负电荷的电子，当金属电极上施加正电压时，其电场能够透过SiO2绝缘层对这些载流子进行排斥或吸引。
于是带正电的空穴被排斥到远离电极处，剩下的带负电的少数载流子在紧靠SiO2层形成负电荷层（耗尽层），电子一旦进入由于电场作用就不能复出，故又称为电子势阱。
当器件受到光照时（光可从各电极的缝隙间经过SiO2层射入，或经衬底的薄P型硅射入），光子的能量被半导体吸收，产生电子-空穴对，这时出现的电子被吸引存贮在势阱中，这些电子是可以传导的。
光越强，势阱中收集的电子越多，光弱则反之，这样就把光的强弱变成电荷的数量，实现了光与电的转换，而势阱中收集的电子处于存贮状态即使停止光照一定时间内也不会损失，这就实现了对光照的记忆。
光电检测两种基本工作原理
光电检测两种基本工作原理光电检测是一种广泛应用于自动控制、仪器仪表、光学信号测量等领域的技术。
它通过光电传感器来实现光信号的检测和转化，从而实现对物体特征及其动态变化的测量。
光电检测技术在生产过程中被广泛使用，可以提高生产线的自动化程度，提高生产效率和质量。
下面将详细介绍光电检测的两种基本工作原理。
一种基本工作原理是光电敏感效应原理。
在光电传感器中，我们常常使用光敏器件来感受和转换光信号。
光敏器件是一种能够将光信号转化为电信号的电子器件。
它包括光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等。
当光信号照射到光敏器件上时，器件内部的光敏材料会发生光电效应，产生电流或电压信号。
通过测量这个信号的强度和变化，我们就可以获得光信号的相关信息。
另一种基本工作原理是光电反射原理。
在一些特殊的应用中，我们需要根据物体的反射光来进行光电检测。
这时，我们使用光电传感器中的光源和光敏器件来实现对物体反射光的检测。
光源会发射一束光，当物体处于光源的照射范围内时，它会反射部分光到光敏器件上。
光敏器件会感应到这个反射光，并将其转化为电信号。
通过对这个电信号的测量和分析，我们可以得到物体的特征和状态信息。
光电检测技术具有许多优点。
首先，它对被测物体没有接触，无需直接接触物体表面，避免了在测量过程中对物体造成损害的可能性。
其次，光电检测具有高精度和快速的特点，可以实时准确地获取物体的信息。
此外，光电传感器的体积小、重量轻，便于安装和使用，并且具有较长的使用寿命。
在实际应用中，我们可以根据需要选择合适的光电传感器和适当的光源来实现光电检测。
在选择光源时，应考虑被测物体的特性和环境条件，例如光强度、波长等。
在选择光敏器件时，要考虑其灵敏度、响应速度以及稳定性等因素。
总之，光电检测技术是一种非常重要和实用的技术，它通过光电传感器实现对物体特征和状态的检测，广泛应用于自动化控制和仪器仪表等领域。
掌握光电检测的基本工作原理，可以帮助我们更好地理解和应用这一技术，提高工作效率和产品质量。
光电检测器工作原理(一)
光电检测器工作原理(一)光电检测器工作原理1. 简介光电检测器是一种能够将光信号转化为电信号的设备。
它在许多领域中都有广泛的应用，如光通信、光电传感等。
本文将从浅入深地介绍光电检测器的工作原理。
2. 光电检测器结构光电检测器通常由以下几个主要部分组成： - 光敏元件：负责接收光信号并产生电荷携带子。
- 电荷放大器：用于将光敏元件产生的微弱电荷转化为可观测的电信号。
- 信号处理电路：对电信号进行增强、滤波和解调等处理。
- 输出接口：将处理后的电信号输出给后续电路或设备。
3. 光敏元件的工作原理光敏元件是光电检测器的核心部分，常见的光敏元件有光电二极管（Photodiode）和光电导（Phototransistor）。
光电二极管光电二极管是一种具有半导体特性的元件。
当光照射到光电二极管的结区域时，光能会激发光电二极管内的载流子生成和移动，从而产生电流。
其工作原理主要包括以下两个过程： 1. 光吸收：光能被半导体材料吸收，形成电子-空穴对（Electron-Hole Pair）。
2. 电荷分离：由于内建电势的作用，电子和空穴被分离，形成电流。
光电导光电导是一种基于光敏二极管的光敏元件。
其工作原理类似于光电二极管，但光电导在集电极和基极之间引入了一个电流放大层，可以增强输出电流。
工作原理主要包括以下两个过程： 1. 光吸收和电子-空穴对的生成。
2. 电子和空穴进入电流放大层，引发电流放大，产生更大的输出电流。
4. 电荷放大器的工作原理电荷放大器是将光敏元件产生的微弱电荷进行放大的关键部分。
它采用了放大电路和电容器的组合，实现了电荷的积分和放大。
其工作原理主要包括以下几个步骤： 1. 电荷积分：电荷放大器中的电容器开始积放光敏元件产生的电荷。
2. 放大电路：在一定的时间间隔内，电荷放大器会将电容器上积累的电荷放大为可观测的电信号。
3. 放大比例：电荷放大器的放大比例决定了输出信号的幅度。
5. 信号处理电路的工作原理信号处理电路对电信号进行增强、滤波和解调等处理，以满足特定应用的需求。
光电检测技术第三章光电检测器
光电检测器件
阴极室的结构与光阴极K的尺寸和形状有关,它的作用 是把阴极在光照下由外光电效应（见光电式传感器） 产生的电子聚焦在面积比光阴极小的第一打拿极D1的 表面上。二次发射倍增系统是最复杂的部分。打拿极 主要选择那些能在较小入射电子能量下有较高的灵敏 度和二次发射系数的材料制成。常用的打拿极材料有 锑化铯、氧化的银镁合金和氧化的铜铍合金等。打拿 极的形状应有利于将前一级发射的电子收集到下一极。
11
光电探测器的响应随入射辐射的调制频 率而变化的特性。其关系如下：
S f So
1 2f 2
1 2
Sf
So
1 0.707
频率响应曲线
上限截 止频率
f上
1
2
1
2RC
f f上
12
二、有关噪声方面的参数（内部噪声） 光电检测器件 对这些随时间而起伏的噪声电压(流)按时间取平均值，
则平均值等于零。但这些值的均方根不等于零，这个 均方根电压(流)称探测器的噪声电压(流)。 1、光电探测器件的噪声 ①热噪声
计起伏)所造成的噪声。在每个时间间隔内，穿过势垒 区的载流子数或从阴极到阳极的电子数都围绕一平均 值上下起伏。同样是白噪声。 ③产生复合噪声
载流子的产生率与复合率在某个时间间隔也会在平均 值上下起伏。这种起伏导致载流子浓度的起伏，从而 也产生均方噪声电流。频率越低，电流较大时，该噪 声就越大。
14
光电检测器件
光电探测器线性区的大小与探测器后的电子线路有很 大关系。因此要获得所要的线性区，必须设计有相应 的电子线路。
20
光电检测器件
线性区的下限一般由器件的暗电流和噪声因素决定； 上限由饱和效应或过载决定。
光电探测器的线性区还随偏置、辐射调制及调制频率 等条件的变化而变化。 3、工作温度
光电检测器的工作原理
光电检测器的工作原理光电检测器是一种基于光电效应原理工作的光电传感器。
其工作原理是利用光电二极管（Photodiode）或光电三极管（Phototransistor）等器件，将光信号转化为电信号。
光电检测器广泛应用于光电传感、光通信、光电测量等领域。
光电检测器的工作原理是基于光电效应。
光电效应是指当光照射到某些物质表面时，光子与物质原子发生相互作用，光子能量被物质吸收，使得物质中的电子获得足够能量从束缚态跃迁到导带态。
光电二极管和光电三极管就是利用这种光电效应来工作的。
光电二极管是一种将光信号转化为电信号的器件。
它由P型半导体和N型半导体组成，两种半导体之间形成一个PN结。
当光照射到PN结上时，光子的能量被半导体吸收，使得PN结中的电子从价带跃迁到导带，产生电子空穴对。
由于PN结上存在电场，电子空穴对会被分离，电子被推向N型区域，空穴被推向P型区域。
这样就产生了一个电流，即光电流。
光电二极管的光电流与光照强度成正比关系。
光电三极管与光电二极管类似，也是将光信号转化为电信号的器件。
它由P型半导体、N型半导体和P型半导体组成，形成了PNP的结构。
当光照射到光电三极管的基区时，光子的能量被吸收，使得PNP结中的电子从价带跃迁到导带，产生电子空穴对。
由于PNP结上存在电场，电子空穴对会被分离，电子被推向N型区域，空穴被推向P型区域。
这样就产生了一个电流，即光电流。
与光电二极管不同的是，光电三极管的电流放大倍数较大，可以更灵敏地检测光信号。
为了提高光电检测器的灵敏度和响应速度，常常会采用一些增强措施。
例如，在光电二极管或光电三极管的结构中引入增强层，可以增加光电效应的发生几率，提高光电流的强度。
此外，还可以采用透镜、滤光片等光学元件来优化光的聚焦和过滤，增强光电检测器的性能。
光电检测器的应用十分广泛。
在工业领域，光电检测器常用于光电传感器中，用于检测物体的存在、位置和运动等。
在光通信中，光电检测器是接收光信号的重要组成部分，可以将光信号转化为电信号，进行解调和处理。
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一、光电检测器件的物理基础
3、结论
入射光子的能量至少要等于逸出功W时，才能发生光电 发射。
波长阈值λ0：λ0=C/ν0
当入射光波长大于λ0时，不论光强如何，以及 照射时间多长，都不会有光电子产生。
一、光电检测器件的物理基础
光电子发射的基本过程 大致可分三个过程： 1)光射入物体后，物体中的电子吸收光子能量，从基态跃 迁到能量高于真空能级的激发态。 2)受激电子从受激地点出发，在向表面运动过程中免不 了要同其它电子或晶格发生碰撞，而失去一部分能量。
平衡和非平衡载流子
• 处于热平衡状态的半导体，在一定温度下，载流 子浓度一定。这种处于热平衡状态下的载流子浓 度，称为平衡载流子浓度。 • 半导体的热平衡状态是相对的，有条件的。如果 对半导体施加外界作用，破坏了热平衡的条件， 这就迫使它处于与热平衡状态相偏离的状态，称 为非平衡状态。 • 处于非平衡状态的半导体，其载流子浓度也不再 是平衡载流子浓度，比它们多出一部分。比平衡 状态多出来的这部分载流子称为非平衡载流子。
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
辐射能密度 辐射通量， 辐射功率 辐射强度 辐射亮度 辐射出射度 辐射照度
Q,
焦耳
w dQ / dv 焦耳／立方米
J
Jm-3 W Wsr-1
w
P
dQ / dt
瓦特
Ｉ Ｌ Ｍ Ｅ
I d / d 瓦特／球面度
• 其它方法：电注入、高能粒子辐照等。
二、光电效应
非本征光电导效应(杂质光电导效应)
本征光电导效应
本征型半导体： 晶格完整且不含杂质的晶体半导体。参与导电的电子和 空穴的数目相等，如硅和锗。 非本征半导体：
半导体中添加施主或受主物质（称为掺杂物），使本征
半导体产生额外的电导，成为非本征半导体。 非本征半导体由于添加受主型杂质或施主型杂质分别成
3)达到表面的电子，如果仍有足够的能量足以克服表面势 垒对电子的束缚（即逸出功）时，即可从表面逸出。
一、光电检测器件的物理基础
外光电效应 光电效应 光电导效应 光生伏特效应 热释电效应
(电学性质)
光与物质 的作用 光热效应
内光电效应
(固体晶格振动) 光电效应：
射电子、产生感应电动势等。
辐射热计效应
• 外光电效应：物体受光照后向外发射电子——多发生 于金属和金属氧化物。外光电效应的光电探测器具有 光谱选择性。 • 内光电效应：物体受到光照后所产生的光电子只在物 质内部而不会逸出物体外部——多发生在半导体 内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应
一、光电检测器件的物理基础
光电导效应：半导体受光照后，内部产生光生载流子， 使半导体中载流子数显著增加而电阻减少的现象。
辐射度的基本物理量
• 辐射能Qe ：一种以电磁波的形式发射、传播 或接受的能量。单位：焦耳[J] • 辐射通量Φe：单位时间内通过一定面积发射、 传播或接受的能量，又称辐射功率Pe，是辐 射能的时间变化率。单位：瓦［Ｗ］ • 辐射强度Ｉe：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］
导体、半导体和绝缘体
• 自然存在的各种物质，分为气体、液体、固体。
• 固体按导电能力可分为：导体、绝缘体和介于两 者之间的半导体。
• 电阻率10-6 ~10-3欧姆•厘米范围内——导体
• 电阻率1012欧姆•厘米以上——绝缘体 • 电阻率介于导体和绝缘体之间——半导体
半导体的特性
• 半导体电阻温度系数一般是负的，而且对温度变 化非常敏感。根据这一特性，热电探测器件。
电场、光照、光电流
二、光电效应
光电导的弛豫
光照射到样品后，光 电导逐渐增加，光照停止， 光电导在一段时间内逐渐 消失。 反应了光电导对光强 变化反应的快慢。 弛豫特性限制了器件 对调制频率高的光功率的
响应。
矩形脉冲光照下光电导弛豫过程
二、光电效应
光电导的增益
光电导增益是表征光电导器件特性的一个重要参数。
非平衡载流子的产生
• 光注入：用光照使得半导体内部产生非平衡载流子。 • 当光子的能量大于半导体的禁带宽度时，光子就能把 价带电子激发到导带上去，产生电子－空穴对，使导 带比平衡时多出一部分电子，价带比平衡时多出一部 分空穴。
• 产生的非平衡电子浓度等于价带非平衡空穴浓度。 • 光注入产生非平衡载流子，导致半导体电导率增 加。
间即为禁带宽度。 禁带宽度：
导带的能量下边界和价带的能量上
边界之间间隙。
二、光电效应
光照激发电子由价带跃过禁带进入导带的条件是：
h Eg
hc 1.24 0 ( m) Eg Eg
v c
能够激发电子的光辐射截止波长：
即只有波长小于 0 的入射光，才能产生本征光电导。
本征半导体光电效应现象：
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Qe，Φe， Ie，Me，Ee，光度量下标为v，Qv，Φv，Iv， Lv，Mv，Ev。 • 光度量只在可见光区（３８０ － ７８ ０nm)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100000lx 晴天背阴处照度约为10000lx 晴天室内北窗附近照度约为2000lx 晴天室内中央照度约为200lx 晴天室内角落照度约为20lx 阴天室外50—500lx 阴天室内5—50lx 月光（满月）2500lx 日光灯5000lx 电视机荧光屏100lx 阅读书刊时所需的照度50~60lx 在40W白炽灯下1m远处的照度约为30lx 晴朗月夜照度约为0.2lx 黑夜0.001lx
光电检测技术及应用
第三章 光电检测器件的工作原理
上一章主要内容回顾
一、光源的分类
二、发光二极管 三、激光器
光的基本性质
• 牛顿——微粒说
– 根据光直线传播现象,高速微粒，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，光是一种波动，由发光体 引起，和声一样依靠媒质传播，随后被证实电磁波 – 麦克斯韦电磁理论：光是一种电磁波 – 解释了光的干涉和衍射现象，但不能解释光与物质相 互作用中的能量量子化转换的性质。
L d 2 / ddAcos ＝dI / dA cos
瓦特／球面度 Wm-2 sr-1 平方米 瓦特／平方米 Wm-2 Wm-2
M d / dA
E d / dA 瓦特／平方米
光度量的最基本单位
• 发光强度Iv：发出波长为555nm的单色辐射，在 给定方向上的发光强度规定为1cd。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Φv：光强度为1cd的均匀点光源在1sr内发 出的光通量。单位：流明［lm］。 • 光照度Ev：单位面积所接受的入射光的量 ，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。
辐射度的基本物理量
• 辐射照度Ee：投射在单位面积上的辐射通量。单 位：［W/m2］ • 辐射出射度Ｍe ：扩展辐射源单位面积所辐射的 通量（也称辐射本领）。单位：［W/m2］ • 辐射亮度Ｌe ：辐射表面定向发射的辐射强度。单 位：［W/m2．Sr］ • 光谱辐射通量Φe（λ）：辐射通量的光谱密度， 即单位波长间隔内的辐射通量。
二、光电效应
2.1 光电导效应
光照射到半导体材料上，电子吸收光子的能量，从原来的束 缚态变成导电的自由态。即非传导态电子变为传导态电子，引起 载流子浓度增大。 在外电场的作用下，流过半导体的电流会增大，即半导体的 电导增大，这种现象叫光电导效应。
光电导材料：硅、锗掺杂和硅、
锗合金掺杂等。 光电导效应器件：光敏电阻。
• 导电性受极微量杂质的影响而发生十分显著的变 化。（纯净Si在室温下电导率为5*10-6/(欧姆•厘米)。掺入
硅原子数百万分之一的杂质时，电导率为2 /(欧姆•厘米))
• 半导体导电能力及性质受光、电、磁等作用的影 响。
本征和杂质半导体
• 本征半导体就是没有杂质和缺陷的半导体。 • 在绝对零度时，价带中的全部量子态都被电子占据， 而导带中的量子态全部空着。 • 在纯净的半导体中掺入一定的杂质，可以显著地控制 半导体的导电性质。 • 掺入的杂质可以分为施主杂质和受主杂质。 • 施主杂质电离后成为不可移动的带正电的施主离子， 同时向导带提供电子，使半导体成为电子导电的n型半 导体。 • 受主杂质电离后成为不可移动的带负电的受主离子， 同时向价带提供空穴，使半导体成为空穴导电的p型半 导体。
为p型半导体或N型半导体。
二、光电效应
2.1.1 本征光电导效应
光子能量大于材料禁带宽度的入射光，激发出电子空 穴对，使材料产生光电导效应现象。 能带理论：
固体中运动电子的能量谱是由一系列准连续的具有一定宽
度的能带(称为允带)所组成。两个相邻的允带之间的区域为不 能被电子占据的能量禁区，称为禁带。禁带所覆盖的能量区
光的基本性质
• 光量子说
– 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 – 光既可以看作光波又可以 看作光子流，光子 是电磁场能量和动量量子化的粒子，电磁波 是光子的概率波 – 光作为波的属性用波长和频率来描述，作为 光子的属性用能量和动量来表征
温差电效应
辐射光照射引起材料的电学性质变化，如电导率改变、发 光电效应是德国物理学家赫兹发现的，爱因斯坦给出正确 解释。光电效应的深入研究对发展量子理论起了根本性作用。
一、光电检测器件的物理基础
光电管 外光电效应器件 光电效应 器件
光电倍增管
光敏电阻
内光电效应器件