光电检测知识点汇总

考试高分笔记

基本常识：

AE ΦP I S 光照度受光面积

光通量输入光功率输出信号光电流电流灵敏度

光通量-lm ；照度-lx ；亮度-sb ；光强-cd

光敏电阻-正偏，光电二极管-反偏，光电池-没有外加偏置(这里偏置可以理解为器件之外有没有添加电源，)

重点简录：

1、P33,量子效率，6’

量子效率hv

P e I //的光子数每秒入射波长为每秒产生的光电子数

2、P52(5)，由禁带宽度E g 计算长波限λ

g

g E hc

λλc ，νE h ν长波限理论值小于实际值原因：1在实际中短波更易被吸收。2随温度的升高而向短波方向移动

3、P52(6)，光敏电阻，10’

光电导灵敏度E G S g

d p G G G (亮电导= 光电导+暗电导)

4、P75，光电二极管，10’

L

b e )G -U (U ΦS GU U G 0max 000)(产生的总电流= 暗电流+ 光电流)

5、P89，放大倍数，10~12’

K P I I A 阴极电流

阳极电流

n )(εεA

hv

e /详尽考点：

Chapter 2

电致发光即场致发光，顾名思义，它是固体发光材料在电场激发下发光的一种现象，是将电能直接转化为光能的过程。具体过程：物质中的原子受到电子轰击，使原子中的电子获得动能，由低能态跃迁到高能态；当它由受激状态回复到正常状态时，就会发出辐射。

知辐射通量求光通量：

光通量= 视见函数*辐射通量*Km (Km 为光视效能，Km=683 lm/W)

例题：光谱光视效率

V(505nm)=0.40730，波长为505nm 、1mW 的辐射光，其光通量为0.2782 lm (计算式：0.40730 x 683 lm/W x 1 mW)

LED 发光机理P22 (就是电致发光)

当给发光二极管的P －N 结加正向电压时，外加电场将削弱内建电场，使空间电荷区变窄，载流子的扩散运

动加强。由于电子迁移率总是远大于空穴的迁移率，因此电子由

N 区扩散到P 区是载流子扩散运动的主体。当导带中的电子与价带中的空穴复合时，电子由高能级跃迁到低能级；电子将多余的能量以发射光子的形式

释放出来，产生电致发光现象。外光电效应：在光线的作用下，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。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等

内光电效应：实际影响的是电压或电导，如光电池，光电二极管

Chapter 3

P33,量子效率，6’

★量子效率hv

P e I //的光子数每秒入射波长为每秒产生的光电子数

e I /—单位时间内被光子激励的光电子数(电流I 是单位时间的电荷量)

hv P /—单位时间内入射到探测器表面的光子数

(功率P 是单位时间的能量) —光电转换因子，

上式即为光电转换定律。P

P hv e I Pe Ihv

)/(

噪声等效功率NEP(Noise Equal Power)：当输出信号电流跟噪声一样大时对应的入射光功率。NEP 总是越小越好(你可以这么想，噪声是越小越好的，所以‘噪声’‘等效’功率也一样。)。NEP = N S N S /I I P /U U P

(S 表示Signal(信号)，N 表示Noise(噪声))

光电导效应：入射光强改变物质导电率的物理现象。

当光子能量大于禁带宽度(也因此有了长波限这个概念)，也就是电子有足够的钱过河

(禁带)，价带中的电子跨过护城河(禁带)到了导带，留下老婆(空穴)，然后老婆空虚寂寞冷，离婚率(电导率)就增加了。(这个是某总打的比喻

~) ★由禁带宽度E g 计算长波限λ

g

g E hc

λλc ，νE h νP52(6)，光敏电阻，10’

★光电导灵敏度

E G S g (G 为光电导，E 为光照度，同样E 、Φ、P 可互换) ★亮电导= 光电导+暗电导，即d p G G G (可以这么记，月球本来是‘暗’的，受到‘光’照后就变

亮了，成为了月‘亮’。p 即photo(光)，d 即dim(暗)，注意这是正偏的情况。

) Chapter 4

P75，光电二极管，10’

知识点：

★L

b e )G -U (U ΦS GU U G 0max 000)(产生的总电流= 暗电流+ 光电流。试从几何意义上理解。

)

光电灵敏度

暗电导结间漏电导初始电导转折电压e S G

G U )(0

G L －负载电导

U b －偏置电压(就是那个两杠电池符号。也就是外加电压。可以让光电二极管工作在反向偏置状态)

Φmax －最大光通量（光通量Φ，光功率P ，光照度E 在这个问题上是等价的，题目给什么条件，就用什么来代入。）

用途：当其他条件已知，上式可用于计算初始电导G 0或转折电压U 0。也可以求解负载电导G L 与R L .(R L =1/G L )。

另：

1.当光通量改变时，只要将上式中的

U 0改为ΔU ，Φmax 改为ΔΦmax 即：L b e )G -(U ΦS U G U G ΔＵΔΔΔ0(可用于计算电压改变量和电流改变量

ΔU ，不要告诉我说你不知道ΔI=G L ΔU)

2.最大线性输出负载线：过偏置电压和转折点

M 所做直线在第一象限的部分。也就是倾斜方向

明显跟其他线段不一样的那根。

3.补充知识点：一般下标

L 表示Load(负载)，下标b 表示bias(偏置，线偏振的偏也是这个bias)。

光电池U oc ，I sc ！

！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！Chapter 5

负电子亲和势：电子处于随时可以脱离的状态，用电子亲和势为负值的材料制作的光电阴极，由光子激发出

的电子只要能扩散到表面就能逸出，因此灵敏度极高。(电子亲和势指的是半导体导带底部到真空能级间的能

量值，它表征材料在发生光电效应时，电子逸出材料的难易程度。电子亲和势越小，就越容易逸出。

) P89，放大倍数，10~12’

知识点：

★K

P

I I A

阴极电流阳极电流(记忆技巧：PK ，去P 的是阳极，被

K 的是阴极，跟SM 是一回事) ★n

)(εεA 0ε0－电子光学系统收集率

ε－倍增级收集率

σ－二次电子发射系数

Chapter 6

★电荷耦合器件分为表面沟道

CCD(SCCD)和体沟道或埋沟道器件(BCCD)。(多容易记，S 与B 的组合，S 表Surface(表面)，B 表Bury(埋))

在CCD 器件中，设原有的信号电荷量为

Q 0，转移到下一个电极的信号电荷量为Q 1，没有被转移的电荷量为Q ’=Q 0+Q 1。

电荷转移效率%Q Q η1001

电荷转移损失率-η

%Q Q'

ε11000胖零：即使是零信号，势阱中也有一定量的电荷，从而减少损耗，提高转移效率。

Chapter 7

直接检测(非相干检测的一种)与相干检测的区别：

非相干光检测(如直接检测) 相干光检测光源非相干或相干光源相干光源

原理利用光强度携带信息，将光强度转换为电信

号，解调电路检出信息。

利用光的振幅、频率、相位携带信息，检测

时需要用光波相干原理。

调制方法光强度调制、偏振调制光振幅调制、相位调制，频率调制

特点直接检测是一种简单实用的方法测量精度（灵敏度）更高，作用距离更远

直接检测系统的基本特性：

光检测器的平方律特性：光电流正比于光电场振幅的平方，电输出功率正比于入射光功率的平方。

莫尔条纹：

结构示意图

简要说明：当主光栅尺随着被测物体移动，两个光栅产生变化的莫尔条纹，光电器件接收到的光强就会周期

性变化。

利用x＝TN，测得波数值N即可定量计算出位移值x(T为光栅的栅距,波数是指变化的周期的个数)。

例如这样波数值N就是2.

P142，相位测量，6’

★例：现在测量某一段长度为386.57m的距离，相位的测量精度为0.1%，请分析现在需要选用何种测尺，每

种测尺的长度为?其频率分别为?

答：测尺长度为：10m和1000m。用f=c/L就能计算出频率。

分析：国标就两把尺子，10m和1000m的，你记住就行了。。如果你还想进一步了解~那我再继续讲，这是测

绘学的知识。你拿出一把长度固定的尺子，用它去测一段距离，如果这段距离比你的尺子小，那么你的尺子

就可以测量它。如果距离比尺子大，我就得用这把尺子测量好几次。相位测量也是一样，但是相位测量仪器

很笨，它无法知道这段距离自己用尺子测量了几次，它只能读取最后一段的长度，比如我的尺子长度是10m，我得到的数就只能是0-10m之间的一个数，我用它测21m，就只能得到读数1m。如果我的尺子精度很高，

那么我只要用一把长度很大的尺子去量，总是可以量出距离。现在我用1000m的大尺子只能量出这段距离大

概是386m。所以我又用一把10m尺去量。10m尺的测量精度0.1%，那么10m*0.1%=1cm，也就是说可以精

确到一厘米，用它测386.57m的距离可以获得数据 6.57m，结合386m和6.57m就能知道长度原来是386.57m。P156，PSD应用，6’

用PSD测量两平面的相对平行度：