第六章象限探测器和光电讲解
光电子技术——精选推荐
光电⼦技术
光电⼦技术
题型:1，缩略词5分
2，填空题5题共10分（基本概念、常识性）
3，选择题10题共20分（综合性题⽬）
4，简答题7题共35分（不要⼀句话解决）
5，计算题+画框图（作图并说明原理）3题共30分
考点：
绪论1，光电探测器系统的组成：掌握主动探测系统以及被动探测系统的框图P2 举例-主动：光纤通信被动：红外夜视仪
第⼀章光辐射源1.1辐射度学与光度学的基础知识
1，光的能量公式P11（1-1）
2，两套基本单位（辐射度量、光度量）
辐射度量特点：与物理学中对电磁辐射量度的规定完全⼀致，适⽤于整个电磁波谱（当然也包括可见光）
光度量特点：以⼈的视觉特性为基础⽽建⽴起来，只适⽤于可见光波段。3，可见光范围：0.38~0.78um
红外光范围：约从0.78um向长波⽅向延伸⾄1000um
紫外光范围：约从0.38um向短波⽅向延伸到0.01um4，光度量和辐射度量之间的换算关系P15（1-13）
坎[德拉]:发光强度的单位5，辐射度学和光度学中的两个基本定律
①辐强度余弦定律
②距离平⽅反⽐定律
1.2半导体的基础知识
1，吸收定律P22（1-29）
2，本征吸收与⾮本征吸收的区别是什么？
①杂质吸收光⼦的截⽌波长⼤于本征吸收的截⽌波长
②本征吸收能同时产⽣电⼦-空⽳对；杂质吸收只能产⽣电⼦或空⽳。
1.3⿊体辐射
1，什么是⿊体
能够在任何温度下全部吸收所有波长辐射的物体叫绝对⿊体－－简称⿊体。2，研究⿊体辐射的意义
⿊体是各种辐射体和物质吸收（发射）特性的⽐较基准。1，⿊体模拟器2，近似⿊体，如太阳、地球、海⽔······ 3，⽤⿊体某些特性表征光源和辐射体。3，⿊体辐射中的定律
普朗克辐射定律：⿊体光谱辐出度与波长和温度的关系---随着温度的升⾼：1，⿊体的总辐出度迅速增加2，峰值波长向短波⽅向移动
维恩位移定律：⿊体辐出度峰值对应的波长与⿊体的绝对温度的乘积为⼀定值P31（1-58）斯蒂芬-玻⽿兹曼定律：⿊体的全光谱辐出度与其温度的4次⽅成正⽐P31（1-59）1.4典型光辐射源
光电检测技术课后部分答案
第一章
1.举例说明你知道的检测系统的工作原理
激光检测一激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字，会使荧光字产生一定波长的激光，通过对此
激光的检测可辨别钞票的真假。山于仿制困难，故用于辨伪很准确。
2. 简述光电检测系统的组成和特点
组成：（1）光学变换：时域变换-------调制振幅，频率，相位，脉宽
空域变换-------光学扫描
光学参量调制：光强，波长，相位，偏振
形成能被光电探测器接收，便于后续电学处理的光学信息。
（2）光电变换，变换电路，前置放大
将信息变为能够驱动电路处理系统的电信息（电信号的放大和处理）
（3）电路处理
放大，滤波，调制，解调，A/D，D/A，微机与接口，控制。
第二章
1. 试归纳总结原子自发辐射，受激吸收，受激辐射三个过程的基本特征。
自发辐射：处于激发态的原子在激发态能级只能一段很短的时间，就自发地跃迁到较低能级中去，同时辐射出光子。
受激辐射：在外来光的作用下，原子从激发态能级跃迁到低能级，并发射一个与外来光完全相同的光子。
受激吸收：处于低能级的原子，在外来光的作用下，吸收光子的能量向高能级跃迁。
2. 场致发光（电致发光）有哪几种形式，各有什么特点
结型电致发光（注入式发光）：在p-n结结构上面加上正向偏压(即p区接电源正极， n区接电源负极)时， 引起电子由n区流入(在物理上称为“ 注入” ) p区，
空穴由p区流入n区，发生了电子和空穴复合而产生发光。
粉末电致发光：这是在电场作用下， 晶体内部电子与空穴受激复合产生的发光现象。 两电极夹有发光材料
薄膜电致发光：薄膜电致发光和粉末电致发光相似， 也是在两电极间夹有发光材料， 但材料是一层根薄的膜，它和电极直接接触，不混和介质。
光电探测器列表
第1
页紫外探测器：碳化硅（SiC）材质，响应波段200-400nm。应用：火焰探测和控制、紫外测量、控制杀菌灯光、医疗灯光的控制等。
————————————————————————————————————————————
可见光探测器：硅（Si）材质，响应波段200-1100nm。有室温、热电制冷两种形式，可以带内置前放，有多种封装形式可选。主要用在测温、激光测量、激光检测、光通信等领域。
————————————————————————————————————————————
红外探测器（1）：锗（Ge）材质，响应波段0.8-1.8um，有室温、热电制冷、液氮制冷三种形式，可以带内置前放，有多种封装形式可选。主要应用在光学仪表、光纤测温、激光二极管、光学通信、温度传感器等
————————————————————————————————————————————红外探测器（2）：铟钾砷（InGaAs）材质，响应波段0.8-2.6um，波段内可以进行优化。有室温、热电制冷、液氮制冷三种形式，可以带内置前放，可以配光纤输出，多种封装形式可选。主要应用在光通信、测温、气体分析、光谱分析、水分分析、激光检测、激光测量、红外制导等领域。————————————————————————————————————————————
红外探测器（3）：砷化铟（InAs）材质，响应波段1-3.8um，有室温和热电制冷两种，可以配内置前放，多种封装形式可选。主要用于激光测量、光谱分析、红外检测、激光检测等领域。
第2
页红外探测器（4）：锑化铟（InSb）材质，响应波段2-6um，液氮制冷，可以带内置前放，多种封装形式可选。主要应用在光谱测量、气体分析、激光检测、激光测量、红外制导等领域。
————————————————————————————————————————————
红外探测器（5）：硫化铅（PbS）材质，响应波段为1-3.5um，有室温和热电制冷两种，可以带内置前放，多种封装形式可选。主要应用在NDIR光谱学、光学测温、光谱学、湿气分析，火焰探测、火星探测等。
高中物理第六章传感器章末质量评估含解析3_2
2020 - 1 - 章末质量评估（三)
（时间:90分钟 分值:100分）
一、单项选择题（本题共10小题，每小题3分，共30分.在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求）
1。下列有关传感器的说法中错误的是（ )
A.汶川大地震时用的生命探测仪利用了生物传感器
B。“嫦娥二号”卫星星载的立体相机获取月球数据利用了光传感器
C.电子秤称量物体质量是利用了力传感器
D.火灾报警器能够在发生火灾时报警是利用了温度传感器
解析：生命探测仪是利用生物传感器，立体相机是利用光学传感器，电子秤是利用压力传感器，火灾报警是在烟雾浓度达到一定程度时能够输出电信号，使警铃发声或使红灯闪烁，自动报警，利用了光学传感器而不是利用了温度传感器，A、B、C正确，D错误.
答案：D
2。电子秤使用的是（ ）
A.超声波传感器 B。压力传感器
C温度传感器 D.红外传感器 2020 - 2 - 答案：B
3。在电梯门口放置一障碍物，会发现电梯门不停地开关，这是由于在电梯门上装有的传感器是( ）
A。光传感器 B.温度传感器
C.声传感器 D.压力传感器
解析：当电梯门碰到人或其他障碍物时立即停止关门以防挤伤人,故为压力传感器。
答案：D
4。光电式感烟探测器（简称烟感器)由光源、光电元件和电子开关组成。利用光散射原理对火灾初期产生的烟雾进行探测，并及时发出报警信号.该报警器利用的传感器是（ ）
A.力传感器 B。声传感器
C.位移传感器 D.光传感器
解析：由于光电式感烟探测器是利用光散射原理对火灾初期产生的烟雾进行探测,故该报警器利用的传感器是光传感器，D正确.
答案:D
5。有一电学元件，温度升高时电阻却大幅度减小,则这种元件可能是( ） 2020 - 3 - A。金属导体 B.绝缘体
C.半导体 D.超导体
解析：金属导体温度升高时电阻增大；绝缘体温度升高时电阻保持不变；对于超导体，在其临界温度以下，温度升高电阻仍为零，高于临界温度,温度升高电阻往往增大；某些半导体材料受到光照或者温度升高时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，于是导电性有明显增强,电阻大幅度减小.
光电检测技术研究
光电检测技术研究
摘要
光电检测技术，作为现代信息技术领域的一大支柱，已在通信、工业生产、医疗健康和环境监控等诸多方面展现出广泛的应用潜力。本研究致力于深入探索光电检测技术的奥秘，从基础理论、应用实践、未来趋势到所面临的挑战进行全面剖析。通过细致解析光电效应的本质、各类光电检测器件的特性和功能，以及光电信号的精密处理与解析方法，本研究揭示了光电技术如何巧妙地将光信息转化为电信号的核心转化机制。
此外，论文还深入挖掘了光电检测技术在不同领域的具体应用案例，比如在工业生产线上对产品质量的精密检测、医学领域中影像诊断的高精度实现，以及环境监测中污染物的敏感识别，充分证明了光电检测技术在实际应用中的多元化优势与深远的社会效益。这些分析不仅彰显了技术的现时影响力，也为预测其未来发展路径提供了宝贵洞见。
在技术发展方面，本论文指出光电检测技术正朝着更高灵敏度、更快响应速度、智能化及网络化的方向发展。针对目前存在的技术挑战，如提高光电检测器件性能指标、降低噪声干扰、实现复杂环境下信号的稳定传输等，提出了相应的解决方案和建议。此外，针对产业发展，本论文提出了加强技术研发投入、优化产业规划和布局、完善法律法规和标准体系以及加强国际合作与交流等建议，旨在推动光电检测技术产业的持续健康发展。
光电检测技术以其独特的技术优势和广泛的应用前景，在现代社会中扮演着越来越重要的角色。未来，随着新材料、新工艺的涌现以及人工智能、物联网等技术的快速发展，光电检测技术将在更多领域展现出其巨大的潜力和价值。本论文的研究成果不仅为光电检测技术的发展和应用提供了理论支持和实践指导，也为相关领域的研究和产业发展提供了新的思路和方向。
关键词：光电检测技术；光电效应；光电检测器件；信号处理；应用领域；技术发展趋势；挑战与解决方案；产业发展建议 目录
摘要 ............................................................................................................................................ 1
光电定向实验报告
光电定向实验
李康华
（哈尔滨工业大学威海校区光电科学系，威海 264209）
摘要:采用四象限探测器作为光电定向实验，学习四象限探测器的工作原理和特性，同时掌握四象限探测器定向的工作方法。实验中，四象限探测器的四个限区验证了具有完全一样的光学特性，同时四象限的定向具有较良好的线性关系。
关键词:光电 定向 四象限探测器
1、引言
随着光电技术的发展，光电探测的应用也越来越广泛，其中光电定向作为光电子检测技术的重要组成部分，是指用光学系统来测定目标的方位，在实际应用中具有精度高、价格低、便于自动控制和操作方便的特点，因此在光电准直、光电自动跟踪、光电制导和光电测距等各个技术领域得到了广泛的应用。光电定向方式有扫描式、调制盘式和四象限式，前两种用于连续信号工作方式，后一种用于脉冲信号工作方式。，由于四象限光电探测器能够探测光斑中心在四象限工作平面的位置，因此在激光准直、激光通信、激光制导等领域得到了广泛的应用［1］.
本光电定向实验装置采用激光器作为光源，四象限探测器作为光电探测接收器，采用目前应用最广泛的一种光电定向方式现直观，快速定位跟踪目标方位。定向原理由两种方式完成：1、硬件模拟定向，通过模拟电路进行坐标运算，运算结果通过数字表头进行显示，从而显示出定向坐标；2、软件数字定向，通过AD转换电路对四个象限的输出数据进行采集处理，经过单片机运算处理，将数据送至电脑，由上位机软件实时显示定向结果。
本实验系统是根据光学雷达和光学制导的原理而设计的，利用其光电系统可以直接、间接地测定目标的方向。采用650nm激光器做光源，用四象限探测器显示光源方向和强度。通过实验，可以掌握四象限光电探测器原理，并观测到红外可见光辐射到四象限探测器上的位置和强度变化。并利用实验仪进行设计性实验等内容，将光学定向应用到各领域中[2]。
2、实验原理
2.1、系统介绍
光电定向是指用光学系统来测定目标的方位，在实际应用中具有精度高、价格低、便于自动控制和操作方便的特点，因此在光电准直、光电自动跟踪、光电制导和光电测距等各个技术领域得到了广泛的应用。采用激光器作为光源，四象限探测器作为光电探测接收器，根据电子和差式原理，实现可以直观、快速观测定位跟踪目标方位的光电定向装置，是目前应用最广泛的一种光电定向方式。该系统主要由发射部分，光电探测器，信号处理电路，A/D转换和单片机，最后通过计算机显示输出。该系统结构框图如图1：
光电技术期末复习知识分享
光电技术期末复习知识分享
第⼀章光辐射与光源1.1辐射度的基本物理量
1.辐射能Qe：⼀种以电磁波的形式发射，传播或接收的能量。单位为J（焦⽿）。
2辐射通量Φe：⼜称为辐射功率Pe，是辐射能的时间变化率，单位为W（⽡），是单位时间内发射，传播或接收的辐射能，Φe=dQe/dt(J/S焦⽿每秒)3辐射强度Ie：点辐射源在给定⽅向上单位⽴体⾓内的辐射能量单位为W/sr（⽡每球⾯度）
Ie=dΦe/dΩ.
4辐射照度Ee：投射在单位⾯积上的辐射能量，Ee=dΦe/dA单位为（W/㎡⽡每平⽅⽶）。dA是投射辐射通量dΦe的⾯积元。
5辐射出射度Me：扩展辐射源单位⾯积所辐射的通量，即Me=dΦ/dS。dΦ是扩展源表⾯dS在各⽅向上（通常为半空间360度⽴体⾓）所发出的总的辐射通量，单位为⽡每平⽅⽶（W/㎡）。6，辐射亮度Le：扩展源表⾯⼀点处的⾯元在给定⽅向上单位⽴体⾓，单位投影⾯积内发出的辐射通量，单位为W/sr*㎡(⽡每球⾯度平⽅⽶)。7光谱辐射量：也叫光谱的辐射量的光谱密度。是辐射量随波长的辐射率。
光辐射量通量：Φe（λ）：辐射源发出的光在波长为λ处的单位波长间隔内的辐射通量。
Φe（λ）=dΦe/dλ单位为W/um或W/nm。
1.2 明视觉光谱光视效率V（λ）：视觉主要由⼈眼视⽹膜上分布的锥体细胞的刺激所引起的。（亮度⼤于3cd/m2，最⼤值在555nm处）
暗视觉光谱光视效率：视觉主要由⼈眼视⽹膜上分布的杆状细胞刺激所引起的。（亮度⼩于0.001cd/m2，最⼤值在507nm处）
按照⼈眼的视觉特性V(λ)来评价的辐射通量Φe即为光通量Φv：
Φv=Km
780
380
Φe(λ)V(λ)dλ式中Km为名视觉的最⼤光谱光谱光视效率函数，也成为光功当量。国际实
⽤温标理论计算值Km为680lm/W。
光度量中最基本的单位是发光强度单位——坎德拉，记作cd，它是国际单位制中七个基本单位之⼀（其他⼏个为：⽶，千克，秒，安（培），开（尔⽂），摩（尔））。光通量的单位是流明（lm）,它是发光强度为1lm的均匀电光源在单位⽴体⾓内发出的光通量。光照度的单位是勒克斯（lx），它相当于1lm的光通量均匀的照在1m2的⾯积上所产⽣的光照度。1.4 热辐射的基本物理量（5页）
光电检测技术课后部分答案 2
第一章
1.举例说明你知道的检测系统的工作原理
激光检测一激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字，会使荧光字产生一定波长的激光，通过对此
激光的检测可辨别钞票的真假。山于仿制困难，故用于辨伪很准确。
2. 简述光电检测系统的组成和特点
组成：（1）光学变换：时域变换-------调制振幅，频率，相位，脉宽
空域变换-------光学扫描
光学参量调制：光强，波长，相位，偏振
形成能被光电探测器接收，便于后续电学处理的光学信息。
（2）光电变换，变换电路，前置放大
将信息变为能够驱动电路处理系统的电信息（电信号的放大和处理）
（3）电路处理
放大，滤波，调制，解调，A/D，D/A，微机与接口，控制。
第二章
1. 试归纳总结原子自发辐射，受激吸收，受激辐射三个过程的基本特征。
自发辐射：处于激发态的原子在激发态能级只能一段很短的时间，就自发地跃迁到较低能级中去，同时辐射出光子。
受激辐射：在外来光的作用下，原子从激发态能级跃迁到低能级，并发射一个与外来光完全相同的光子。
受激吸收：处于低能级的原子，在外来光的作用下，吸收光子的能量向高能级跃迁。
2. 场致发光（电致发光）有哪几种形式，各有什么特点
结型电致发光（注入式发光）：在p-n结结构上面加上正向偏压(即p区接电源正极， n区接电源负极)时， 引起电子由n区流入(在物理上称为“ 注入” ) p区，
空穴由p区流入n区，发生了电子和空穴复合而产生发光。
粉末电致发光：这是在电场作用下， 晶体内部电子与空穴受激复合产生的发光现象。 两电极夹有发光材料
薄膜电致发光：薄膜电致发光和粉末电致发光相似， 也是在两电极间夹有发光材料， 但材料是一层根薄的膜，它和电极直接接触，不混和介质。
光伏探测器光电特性实验讲义
光伏探测器光电特性实验
光电二极管与光电池是根据光伏效应制成的pn结光电器件，短路电流与入射光强成正比是其
一个突出优点，在精确测量光强时常用作光探测器。光敏电阻是基于光电导效应原理工作的半导
体光电器件，灵敏度高，体积小，重量轻，常用于自动化技术中的光控电路。【实验目的】
1.观测光电二极管的光电特性；
2.观测光电池的光电特性。【仪器仪器】
光电二极管，光电池，直流电源，小灯泡（6V，0.15A），数字万用电表两块（其中一块表有
直流电流200量程），电阻箱，实验暗箱等。如图1所示。 A
图1 光伏探测器光电特性实验仪实验装置
技术指标
1．直流电源 0-4V连续可调，显示分辨率0.01V；
2．电阻箱0-99999.9Ω可调，分辨率0.1Ω；
3．数字万用表电流测量分辨率0.01（20档）；AA
4．光敏电阻暗电阻大于4；M
5．小灯泡额定电压6.3V，额定电流0.1A。
6. 传感器移动范围约17cm - 1 -【实验原理】
1.光伏效应
当光照射在pn结上时，由光子所产生的电子与空穴将分别向n区和p区集结，使pn结两端产
生电动势。这一现象称为光伏效应，如图2所示。利用半
导体pn结光伏效应可制成光伏探测器，常用的光伏探测器
有光电池、光电二极管、光电三极管等。
光电池是根据光伏效应制成的pn结光电器件。不需要
加偏压就可以把光能转化为电能。光电池的用途，一是用
作探测器；二是作为太阳能电池，将太阳能转化为电能。
光电池的结构示意图及应用电路如图3所示。
光电池的光照特性主要有伏安特性、入射光强-电流（电压）特性和入射光功率-负载特性。
2.光照下的pn结特性
光照下pn结的伏安特性曲线如图
4所示。无光照时，pn结的伏安特性
曲线和普通二极管的一样。有光照时，
pn结吸收光能，产生反向光电流，光
照越强，光电流越大。
光伏器件用作探测器时，需要加
反偏压或是不加偏压。不加偏压时，
光伏器件工作在图4
的第四象限，称图2 pn结光伏效应原理图
（b）（a）
“光电检测技术”课程教学研究实践
“光电检测技术”课程的教学研究与实践
摘要：“光电检测技术” 是光信息科学与技术专业的一门重要专业课，它所包含的内容多，涉及的知识面广，对培养学生综合运用专业知识及创新能力起着非常重要的作用。本文根据“光电检测技术”课程教学中存在的问题，对教学内容、教学方法、和教学手段等方面提出了一些改革思路，并进行了实践教学研究。实践表明，通过精心组织教学内容, 积极开展启发式教学, 并将课堂教学、实验教学与实践创新活动紧密联系起来, 不仅可以激发学生的学习的学习兴趣，而且有利于对学生综合运用专业知识和创新能力的培养，可以取得较好的教学效果。
关键词：光电检测技术 教学研究 教学实践 教学改革
中图分类号: o43 文献标识码：a 文章编号：1674-098x(2011)12(c)-0000-00
0 引言
当今时代是信息化的时代,光电技术就是随信息技术发展起来的一门高度知识集中的新学科，它将光学、微电子学、精密机械、计算机科学及其它相关技术交叉融合构成一门综合性高新技术，在国民经济、国防和科学研究等各个方面有着广泛的应用，成为新技术革命时代和信息社会的重要技术支柱。光电检测技术是光电技术中最主要、最核心的部分，它是专门用光电的方法进行各种检测、变换、处理的原理和方法的技术，具有非接触、高精度、高速度等特点，是现代检测技术最重要的手段和方法之一，是光信息科学与技术专业的一门非常重要的专业必修课，对于衔接学生以前所学的光学、激光技术和模拟数字电路技术、单片机技术等课程内容, 拓展光电类专业知识的交叉综合应用具有举足轻重的意义[1]。学习和掌握这门课程对于提高学生素质和培养分析能力、创新能力都有重要意义。对于地位如此重要专业课,需要在教学内容、教学方法和教学手段等方面进行探索改革, 以期进一步提高教学效果, 培养学生的创新能力,满足日益增长的光电一体化复合型人才需要[2]。本文根据自己的教学实践和他人的研究成果，对“光电检测技术”课程的教学进行了积极的探索。