光电信息转换器件【可编辑PPT】
放大特性是指电 流放大系数β或灵敏 度随电源电压U增大 的关系。
特点： 随着电源电压升高，放
大系数或灵敏度增大。
5. 频率特性（可达1MHZ以上）
i
6．疲劳特性
+
R5
RL
A
R4
D4
R3
D3
R2
D2
D1
-
R1
K
疲劳指在工作过程中 灵敏度降低。
1-20分钟； 2-40分钟
特点：
阳极电流对灵敏度的影响示意图
光电信息转换器件
3．光伏效应。在入射光能量作用下能使物体产生一定 方向的电动势。以PN结为例，由于光线照射PN结而产 生的电子和空穴，在内电场作用下分别移向N和P区，从 而对外形成光生电动势。相应器件：光电池、光敏二极 管（PD、PIN、APD）、光敏三极管等。
4．光电热效应。光照引起材料温度发生变化而产生电 流的现象。相应器件： 热电探测器。
一、按工作波段分
紫外光探测器、可见光探测器、红外光探测器
二、按应用分
换能器： 将光信息（光能）转换成电信息（电能）
探测器
非成像型：光信息转换成电信息
变像管
成像型
像增强器 真空摄像管
摄像管 固体成像器件
CCD 、CMOS
§3.1 光电信息转换器件
光电信息转换器件的主要特性和参数如下： 1．光电特性—— IФ [光电流]＝F（Ф）[光通量] 2．光谱特性—— IФ [光电流]＝F（λ）[入射光波长] 3．伏安特性—— IФ [光电流]＝F（Ｕ）[电压] 4．频率特性—— IФ [光电流]＝F（f）[入射光调制频率] —— 导致电子瓶颈的主要原因 5．暗电流—— Ф＝0时光电信息转换器件输出的电流，
i0 —— 光阴极发出的光电流； n ———光电倍增极的级数。
光电倍增管的电流放大系数β可用下式表示：
I n
i0
倍增系统有聚焦型和非聚焦型两类（根据两极间 的电子运动轨迹是否平行分类）。
5. 阳极
用来收集末级倍增极发射出来的电子。现在普 遍采用金属网来作阳极，靠近末级倍增极附近。
盒
倍增极 结构形式
热光电探测元件
探测器件
光电探测元件
气体光电探测元件
外光电效应
内光电效应
非放大型
放大型
光电导探测器 光磁电效应探测器 光生伏特探测器
真空光电管 光电倍增管
充气光电管 变像管
本征型
像增强器 摄像管
光敏电阻
掺杂型 红外探测器
非放大 光电池 光电二极管
放大型 光电三极管 光电场效应管 雪崩型光电二极管
光电器件的分类
侧窗式
端窗式
原理图
倍增极
D1
D3
阳极 A
D2
D4
K 图3.1.1-2 多级倍增管的工作原理
1．光窗
光窗是入射光的通道，是对光吸收较多的部分。常用 的光窗材料有钠钙玻璃和熔凝石英等。
2．光电阴极
它的作用是接收入射光，向外发射光电子。制作光电 阴极的材料多是化合物半导体。
3．电子光学系统
任务：（1）使前一级发射出来的电子尽可能没有散失 地落到下一个倍增极上，使下一级的收集率接近于1；（2 ）使前一级各部分发射出来的电子，落到后一级上时所经 历的时间尽可能相同。
K
特点：带内响应，带外截止，并有峰值存在(图所示的 光电阴极：锑钾铯Sb-K-Cs）。
3．伏安特性
表示阳极电流 Ia 对于最 后一级倍增极和阳极间的电 压U的关系。作此曲线时， 其余各电极的电压保持恒定。
特点： （1）光通量不变，曲线
由上升至饱和。 （2）电压不变，阳极电
流随光通量增加
4．放大特性
• 随阳极电流的增大，灵敏度下降
• 随使用时间的增长，灵敏度下降
7．暗电流
暗 电 流 Iφ=0 的 来 源 ： 光 电阴极和光电倍增极的热电 子发射。温度T越高，热电 子发射越多，则暗电流越大 。如果需要较小的暗电流， 可通过冷却光电倍增管来减 小暗电流。暗电流的另一组 成部分是光电倍增管的漏电 流。
4．倍增系统
每个倍增极由二次电子倍增材料构成。光电倍增管 是利用二次电子发射（高速电子打到金属表面，由于电 子的动能被金属吸收，改变了金属原子内电子能量的状 态，使有些电子从金属表面逸出）现象制成的。
如果每个电子落到某一倍增极上从该倍增极打出σ个 二次电子，那么很明显地：
I i0 n
式中，
I —— 阳极电流；
当入射辐射信号为高速的迅变信号或脉冲时，末3级倍 增极电流变化会引起较大UDD的变化，引起光电倍增管增益 的起伏，将破坏信息的变换。在末3极并联3个电容C1、C2 与C3，通过电容的充放电过程使末3级电压稳定。
五、分析与计算（课本100页）
分压器电流一般应大于阳极电流的20倍。但过分增 大分压器电流，假如分压器又靠近管子，则管子受到分 压器的加热而增大暗电流和噪声。分压器电阻的功率应 为计算功率的2倍，这样可预防由于电阻发热而引起阻 值改变。
三、光电倍增管的供电电路
光电倍增管具有极高的灵敏度和快速响应等特点， 使它在光谱探测和极微弱快速光信息的探测等方面成为 首选的光电探测器。
1．电阻链分压型供电电路
图3.1.1-6所示为典型光电倍增管的电阻分压式供 电电路。电路由11个电阻构成电阻链分压器，分别向 10级倍增极提供电压UDD。
2．末极的并联电容
二、光电倍增管的特性
1．光电特性 2．光谱特性 3．伏安特性 4．放大特性 5．频率特性 （可达1MHZ以上） 6．疲乏特性 7．暗电流 Iφ= 0
1．光电特性
+
R5
RL
A
R4
D4
R3
D3
R2
D2
D1
-
R1
K
特点：线性增加，然后偏离直线。
2．光谱特性
+
R5
RL
A
R4
D4
R3
D3
R2
D2
D1
-
R1
特点
聚
直瓦片式
极间电子渡越时间零散小，但绝缘支架可 能积累电荷而影响电子光学系统的稳定性
焦
型
圆瓦片式
结构紧凑，体积小，但灵敏度的均匀性差 些。
非 聚
工作面积大，与大面积光电阴极配合可制
百叶窗式
成探测弱光的倍增管，但极间电压高时， 有的电子可能越级穿过，收集率较低，渡
焦越时Βιβλιοθήκη 差异较大。型盒栅式
收集率较高（可达95%），结构紧凑，但 极间电子渡越时间差异较大。
有时称为IФ=0 6． 灵敏度—— 对于复色光: S(积分灵敏度) =ΔI /ΔФ
对于单色光: S（λ）(光谱灵敏度)＝ΔI（λ）/ΔФ（λ）
光通量变化量所致的光电流变化量的大小
§3.1.1 光电倍增管
一、结构与原理 光电倍增管由光窗、光电阴极、电子光学系统、
电子倍增系统和阳极等五个主要部分组成，其外形如 图3.1.1-1所示。
特点： 随着电源电压升高，放
大系数或灵敏度增大。
5. 频率特性（可达1MHZ以上）
i
6．疲劳特性
+
R5
RL
A
R4
D4
R3
D3
R2
D2
D1
-
R1
K
疲劳指在工作过程中 灵敏度降低。
1-20分钟； 2-40分钟
特点：
阳极电流对灵敏度的影响示意图
光电信息转换器件
3．光伏效应。在入射光能量作用下能使物体产生一定 方向的电动势。以PN结为例，由于光线照射PN结而产 生的电子和空穴，在内电场作用下分别移向N和P区，从 而对外形成光生电动势。相应器件：光电池、光敏二极 管（PD、PIN、APD）、光敏三极管等。
4．光电热效应。光照引起材料温度发生变化而产生电 流的现象。相应器件： 热电探测器。
一、按工作波段分
紫外光探测器、可见光探测器、红外光探测器
二、按应用分
换能器： 将光信息（光能）转换成电信息（电能）
探测器
非成像型：光信息转换成电信息
变像管
成像型
像增强器 真空摄像管
摄像管 固体成像器件
CCD 、CMOS
§3.1 光电信息转换器件
光电信息转换器件的主要特性和参数如下： 1．光电特性—— IФ [光电流]＝F（Ф）[光通量] 2．光谱特性—— IФ [光电流]＝F（λ）[入射光波长] 3．伏安特性—— IФ [光电流]＝F（Ｕ）[电压] 4．频率特性—— IФ [光电流]＝F（f）[入射光调制频率] —— 导致电子瓶颈的主要原因 5．暗电流—— Ф＝0时光电信息转换器件输出的电流，
i0 —— 光阴极发出的光电流； n ———光电倍增极的级数。
光电倍增管的电流放大系数β可用下式表示：
I n
i0
倍增系统有聚焦型和非聚焦型两类（根据两极间 的电子运动轨迹是否平行分类）。
5. 阳极
用来收集末级倍增极发射出来的电子。现在普 遍采用金属网来作阳极，靠近末级倍增极附近。
盒
倍增极 结构形式
热光电探测元件
探测器件
光电探测元件
气体光电探测元件
外光电效应
内光电效应
非放大型
放大型
光电导探测器 光磁电效应探测器 光生伏特探测器
真空光电管 光电倍增管
充气光电管 变像管
本征型
像增强器 摄像管
光敏电阻
掺杂型 红外探测器
非放大 光电池 光电二极管
放大型 光电三极管 光电场效应管 雪崩型光电二极管
光电器件的分类
侧窗式
端窗式
原理图
倍增极
D1
D3
阳极 A
D2
D4
K 图3.1.1-2 多级倍增管的工作原理
1．光窗
光窗是入射光的通道，是对光吸收较多的部分。常用 的光窗材料有钠钙玻璃和熔凝石英等。
2．光电阴极
它的作用是接收入射光，向外发射光电子。制作光电 阴极的材料多是化合物半导体。
3．电子光学系统
任务：（1）使前一级发射出来的电子尽可能没有散失 地落到下一个倍增极上，使下一级的收集率接近于1；（2 ）使前一级各部分发射出来的电子，落到后一级上时所经 历的时间尽可能相同。
K
特点：带内响应，带外截止，并有峰值存在(图所示的 光电阴极：锑钾铯Sb-K-Cs）。
3．伏安特性
表示阳极电流 Ia 对于最 后一级倍增极和阳极间的电 压U的关系。作此曲线时， 其余各电极的电压保持恒定。
特点： （1）光通量不变，曲线
由上升至饱和。 （2）电压不变，阳极电
流随光通量增加
4．放大特性
• 随阳极电流的增大，灵敏度下降
• 随使用时间的增长，灵敏度下降
7．暗电流
暗 电 流 Iφ=0 的 来 源 ： 光 电阴极和光电倍增极的热电 子发射。温度T越高，热电 子发射越多，则暗电流越大 。如果需要较小的暗电流， 可通过冷却光电倍增管来减 小暗电流。暗电流的另一组 成部分是光电倍增管的漏电 流。
4．倍增系统
每个倍增极由二次电子倍增材料构成。光电倍增管 是利用二次电子发射（高速电子打到金属表面，由于电 子的动能被金属吸收，改变了金属原子内电子能量的状 态，使有些电子从金属表面逸出）现象制成的。
如果每个电子落到某一倍增极上从该倍增极打出σ个 二次电子，那么很明显地：
I i0 n
式中，
I —— 阳极电流；
当入射辐射信号为高速的迅变信号或脉冲时，末3级倍 增极电流变化会引起较大UDD的变化，引起光电倍增管增益 的起伏，将破坏信息的变换。在末3极并联3个电容C1、C2 与C3，通过电容的充放电过程使末3级电压稳定。
五、分析与计算（课本100页）
分压器电流一般应大于阳极电流的20倍。但过分增 大分压器电流，假如分压器又靠近管子，则管子受到分 压器的加热而增大暗电流和噪声。分压器电阻的功率应 为计算功率的2倍，这样可预防由于电阻发热而引起阻 值改变。
三、光电倍增管的供电电路
光电倍增管具有极高的灵敏度和快速响应等特点， 使它在光谱探测和极微弱快速光信息的探测等方面成为 首选的光电探测器。
1．电阻链分压型供电电路
图3.1.1-6所示为典型光电倍增管的电阻分压式供 电电路。电路由11个电阻构成电阻链分压器，分别向 10级倍增极提供电压UDD。
2．末极的并联电容
二、光电倍增管的特性
1．光电特性 2．光谱特性 3．伏安特性 4．放大特性 5．频率特性 （可达1MHZ以上） 6．疲乏特性 7．暗电流 Iφ= 0
1．光电特性
+
R5
RL
A
R4
D4
R3
D3
R2
D2
D1
-
R1
K
特点：线性增加，然后偏离直线。
2．光谱特性
+
R5
RL
A
R4
D4
R3
D3
R2
D2
D1
-
R1
特点
聚
直瓦片式
极间电子渡越时间零散小，但绝缘支架可 能积累电荷而影响电子光学系统的稳定性
焦
型
圆瓦片式
结构紧凑，体积小，但灵敏度的均匀性差 些。
非 聚
工作面积大，与大面积光电阴极配合可制
百叶窗式
成探测弱光的倍增管，但极间电压高时， 有的电子可能越级穿过，收集率较低，渡
焦越时Βιβλιοθήκη 差异较大。型盒栅式
收集率较高（可达95%），结构紧凑，但 极间电子渡越时间差异较大。
有时称为IФ=0 6． 灵敏度—— 对于复色光: S(积分灵敏度) =ΔI /ΔФ
对于单色光: S（λ）(光谱灵敏度)＝ΔI（λ）/ΔФ（λ）
光通量变化量所致的光电流变化量的大小
§3.1.1 光电倍增管
一、结构与原理 光电倍增管由光窗、光电阴极、电子光学系统、
电子倍增系统和阳极等五个主要部分组成，其外形如 图3.1.1-1所示。
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光电子材料和器件PPT课件
O
利用太阳电池将太阳光能 直接转化为电能。
优点： 1、太阳能取之不尽，用之不竭
2、太阳能资源随处可得，可就近供 电 3、能量转换过程简单，光—电转换， 没有中间过程 4、绿色，环保，成本低 5、结构简单，体积小，寿命长
P•Paaggee 1155
LOGO
放映结束
P•Paaggee 1111
光电子的发展前景
LOGO
1、固态照明
2、平板显示
3、光伏发电
P•Paaggee 1122
固态照明：利用半导体芯片作为发光L材OGO料，
直接将电能转换为光能。
优点： 1、能效高
2、使用寿命相当长（照明时间可达10万小时 ） 3、能够直接发光提高系统效率 4、可靠 5、抗振动 6、可调的饱和逼真色彩 7、点亮迅捷 8、可触摸冷光光源 9、节电型的环保产品
P•Paaggee 1133
平板显示：相对于CRT而言的，一般LO指GO
厚度小于屏幕对角线1/4的
显示器。
优点：
1、器件的核心层厚度很薄，厚度可 以小于1毫米 2、没有视角问题，可在很大的角度 内观看，显示画面不失真
3、低温特性好 4、器件为全固态结构，无真空、液 体物质，抗震性好
P•Paaggee 1144
谢谢
P•Paaggee 1166
光源：发光二极管（LED）、半导体LOGO激 光器（LD）、以及常用的激光晶体。
P•Paaggee 1177
光波导器件 （光纤）
LOGO
P•Paaggee 1188
调制器：波导调制器 、半导体调制器LOGO
P•Paaggee 1199
光探测器件（辐射与测量、光电检测）：LOG光O 电
P•Paaggee 33
利用太阳电池将太阳光能 直接转化为电能。
优点： 1、太阳能取之不尽，用之不竭
2、太阳能资源随处可得，可就近供 电 3、能量转换过程简单，光—电转换， 没有中间过程 4、绿色，环保，成本低 5、结构简单，体积小，寿命长
P•Paaggee 1155
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放映结束
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光电子的发展前景
LOGO
1、固态照明
2、平板显示
3、光伏发电
P•Paaggee 1122
固态照明：利用半导体芯片作为发光L材OGO料，
直接将电能转换为光能。
优点： 1、能效高
2、使用寿命相当长（照明时间可达10万小时 ） 3、能够直接发光提高系统效率 4、可靠 5、抗振动 6、可调的饱和逼真色彩 7、点亮迅捷 8、可触摸冷光光源 9、节电型的环保产品
P•Paaggee 1133
平板显示：相对于CRT而言的，一般LO指GO
厚度小于屏幕对角线1/4的
显示器。
优点：
1、器件的核心层厚度很薄，厚度可 以小于1毫米 2、没有视角问题，可在很大的角度 内观看，显示画面不失真
3、低温特性好 4、器件为全固态结构，无真空、液 体物质，抗震性好
P•Paaggee 1144
谢谢
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光源：发光二极管（LED）、半导体LOGO激 光器（LD）、以及常用的激光晶体。
P•Paaggee 1177
光波导器件 （光纤）
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P•Paaggee 1188
调制器：波导调制器 、半导体调制器LOGO
P•Paaggee 1199
光探测器件（辐射与测量、光电检测）：LOG光O 电
P•Paaggee 33
光电效应和光电器件-教学课件
10
1. 光敏电阻的工作原理及结构
当无光照时，光敏电阻值(暗电阻)很大，电路中电流很小 当有光照时，光敏电阻值(亮电阻)急剧减少，电流迅速增加
11
光敏电阻的结构
1.玻璃 2.光电导层 3.电极 4.绝缘衬底 5.金属壳 6.黑色绝缘玻璃 7.引线
光敏电阻的灵敏度易受潮湿的影响， 因此要将光电导体严密封装在带有玻璃的壳体中。
27
光敏三极管外形
28
2． 基本特性
（1）光谱特性 （2）伏安特性 （3）光照特性 （4）温度特性 （5）频率响应
29
（1）光谱特性
入射光的波长增加时，相对灵敏度要下降
硅和锗光敏二极（晶体）管的光谱特性 可见光或探测赤热状态物体时，一般都用硅管。 在红外光进行探测时，则锗管较为适宜。
（2）伏安特性
21
温度对光谱特性影响
随着温度升高，光谱响应峰值向短波方向移动。因此， 采取降温措施，可以提高光敏电阻对长波光的响应。
硫化铅光敏电阻的光谱温度特性
22
4 光敏二极管和光敏晶体管
工作原理 基本特性
23
1． 工作原理
结构与一般二极管相似，装在透明玻璃外壳中在 电路中一般是处于反向工作状态的
光敏二极管
（2）亮电阻 光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该光照下的 亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。
（3）光电流 亮电流与暗电流之差，称为光电流。
14பைடு நூலகம்
3．光敏电阻的基本特性
15
（1）伏安特性
在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系
在给定的偏压情况下，光照度越大，光电流也就越大； 在一定光照度下，加的电压越大，光电流越大，没有饱和现象。 光敏电阻的最高工作电压是由耗散功率决定的， 耗散功率又和面积以及散热条件等因素有关。
教案1061 光电效应及光电器件PPT课件
一、光电效应 光电式传感器的作用：将光信号转化为电信号 一种传感器。理论基础是光电效应。
§6.1光电效应及光电器件
光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象， 在光的照射下，某些物质内部的电子会被光子激 发出来而形成电流，即光生电 。光电现象由德国 物理学家赫兹于1887年发现，而正确的解释为爱 因斯坦所提出。
d．从实验知道，产生光电流的过程非常快， 一般不超过10的-9次方秒；停止用光照射，光电 流也就立即停止。这表明，光电效应是瞬时的。
§6.1光电效应及光电器件
基于外光电效应的电子元件有光电管、光电倍 增管。光电倍增管能将一次次闪光转换成一个个 放大了的电脉冲，然后送到电子线路去，记录下 来。
§6.1光电效应及光电器件
然（天然）光源和人造光源。如：太阳、电灯、燃 烧着的蜡烛等都是光源。光也有能量。
光电式传感器中的光源可采用白炽灯、激光器、 发光二极管及能发射可见光谱、紫外线光谱和红外 光谱的其他器件。
§6.1光电效应及光电器件
2.光学通路 光学通路中常用的光学器件有：透镜、滤光
片、光阑、棱镜、反射镜、光栅等，主要是对光 参数进行选择、调整和处理。被测信号可以通过 以下两种作用途径转换成光器件的入射光通量的 变化：
§6.1光电效应及光电器件
光伏发电，其基本原理就是“光伏效应”。 太阳能专家的任务就是要完成制造电压的工作。 因为要制造电压，所以完成光电转化的太阳能电 池是阳光发电的关键。
简单来说就是在光作用下能使物体产生一定 方向电动势的现象。基于该效应的器件有光电池 和光敏二极管、三极管。
§6.1光电效应及光电器件
§6.1光电效应及光电器件
4．测量电路 测量电路的功能：把光电器件输出电信号转换 成后续可用的信号。 一般情况下，光电器件的输出电信号较小，需 设定放大器。
§6.1光电效应及光电器件
光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象， 在光的照射下，某些物质内部的电子会被光子激 发出来而形成电流，即光生电 。光电现象由德国 物理学家赫兹于1887年发现，而正确的解释为爱 因斯坦所提出。
d．从实验知道，产生光电流的过程非常快， 一般不超过10的-9次方秒；停止用光照射，光电 流也就立即停止。这表明，光电效应是瞬时的。
§6.1光电效应及光电器件
基于外光电效应的电子元件有光电管、光电倍 增管。光电倍增管能将一次次闪光转换成一个个 放大了的电脉冲，然后送到电子线路去，记录下 来。
§6.1光电效应及光电器件
然（天然）光源和人造光源。如：太阳、电灯、燃 烧着的蜡烛等都是光源。光也有能量。
光电式传感器中的光源可采用白炽灯、激光器、 发光二极管及能发射可见光谱、紫外线光谱和红外 光谱的其他器件。
§6.1光电效应及光电器件
2.光学通路 光学通路中常用的光学器件有：透镜、滤光
片、光阑、棱镜、反射镜、光栅等，主要是对光 参数进行选择、调整和处理。被测信号可以通过 以下两种作用途径转换成光器件的入射光通量的 变化：
§6.1光电效应及光电器件
光伏发电，其基本原理就是“光伏效应”。 太阳能专家的任务就是要完成制造电压的工作。 因为要制造电压，所以完成光电转化的太阳能电 池是阳光发电的关键。
简单来说就是在光作用下能使物体产生一定 方向电动势的现象。基于该效应的器件有光电池 和光敏二极管、三极管。
§6.1光电效应及光电器件
§6.1光电效应及光电器件
4．测量电路 测量电路的功能：把光电器件输出电信号转换 成后续可用的信号。 一般情况下，光电器件的输出电信号较小，需 设定放大器。
第10章光电信息变换技术的典型应用PPT课件
1
⒈ 宽度测量原理 如图10-2所示为宽度测量的原理方框图。稳定的远
心照明光源1与2发出的光使被测钢板的边沿能够被成像 物镜清楚地成像在两个线阵CCD的像敏面上。
2
CCD1与CCD2在同步脉冲的驱动下分别输出如图103所示的信号U1与U2。
输出信号经二值化处理或A/D转换在提取边界(软件 二值化处理)，得到如图10-3所示的二值化信号D1与D2。 D1的下降沿对应于CCD1的第N1个像敏单元，D2的上升 沿对应于CCD2的第N2个像敏单元，它们又分别表示钢 板边缘的像在CCD1与CCD2像敏面上的位置。
L
S0
1
N1
S0
2
N 2
(10-2)
显然，测量精度与CCD的像元长度S0、光学系统的
放大倍率β等参数有关。
5
3. 测量速度
线阵CCD测量周期为其转移脉冲SH的周期T，它由 所选线阵CCD的像元数N及驱动频率f决定，
T (N Nd) f
(10-3)
式中，Nd为大于线阵CCD虚设单元的任意数(由设计驱 动器者决定)。显然，N与Nd值越大，SH的周期T越长， 而提高驱动频率f将缩短SH的周期T，提高测量速度。
设光电系统的中心安装在距裁剪剪刀口l0远处。当 被裁板材沿箭头所示方向运动到光电探测系统的视场内， 被裁板材边缘的像成在光电器件的光敏面上，使光电器 件输出的光电流减小，输出电压降低。而且，随着板材 的运动输出电压将越来越小。当它减小到一定程度，判 别电路将输出电压跳变，使板材的运动停止，裁剪系统 启动，剪刀下落将板材剪掉。
一般驱动频率f为数MHz，N与Nd之和为几千单元, 为此，测量周期常为ms量级。
6
10.1.2 板材定长剪切系统
在板材的生产、加工过程中，经常遇到定长度的剪 切的工作。采用光电非接触测量系统可以使板材定长加 工自动化，并获得高精度、高速度、质量稳定的效果。
⒈ 宽度测量原理 如图10-2所示为宽度测量的原理方框图。稳定的远
心照明光源1与2发出的光使被测钢板的边沿能够被成像 物镜清楚地成像在两个线阵CCD的像敏面上。
2
CCD1与CCD2在同步脉冲的驱动下分别输出如图103所示的信号U1与U2。
输出信号经二值化处理或A/D转换在提取边界(软件 二值化处理)，得到如图10-3所示的二值化信号D1与D2。 D1的下降沿对应于CCD1的第N1个像敏单元，D2的上升 沿对应于CCD2的第N2个像敏单元，它们又分别表示钢 板边缘的像在CCD1与CCD2像敏面上的位置。
L
S0
1
N1
S0
2
N 2
(10-2)
显然，测量精度与CCD的像元长度S0、光学系统的
放大倍率β等参数有关。
5
3. 测量速度
线阵CCD测量周期为其转移脉冲SH的周期T，它由 所选线阵CCD的像元数N及驱动频率f决定，
T (N Nd) f
(10-3)
式中，Nd为大于线阵CCD虚设单元的任意数(由设计驱 动器者决定)。显然，N与Nd值越大，SH的周期T越长， 而提高驱动频率f将缩短SH的周期T，提高测量速度。
设光电系统的中心安装在距裁剪剪刀口l0远处。当 被裁板材沿箭头所示方向运动到光电探测系统的视场内， 被裁板材边缘的像成在光电器件的光敏面上，使光电器 件输出的光电流减小，输出电压降低。而且，随着板材 的运动输出电压将越来越小。当它减小到一定程度，判 别电路将输出电压跳变，使板材的运动停止，裁剪系统 启动，剪刀下落将板材剪掉。
一般驱动频率f为数MHz，N与Nd之和为几千单元, 为此，测量周期常为ms量级。
6
10.1.2 板材定长剪切系统
在板材的生产、加工过程中，经常遇到定长度的剪 切的工作。采用光电非接触测量系统可以使板材定长加 工自动化，并获得高精度、高速度、质量稳定的效果。
《光电转换与电子》课件
光电转换与电子
欢迎来到《光电转换与电子》PPT课件。本课程将介绍光电转换的概念、原 理和应用，以及电子元器件在光电转换领域的重要性。
第一部分：介绍光电转换
光电转换是将光能转化为电能的过程。它涉及到光电效应的原理以及光电池 的工作原理。
第二部分：光电器件的应用
太阳能电池
太阳能电池是一种常见的光电器件，能够将太阳光转化为电能，具有广泛的应用前景。
2 未来应用
光电转换将广泛应用于 清洁能源、智能传感、 医疗诊断等领域，推动 社会的可持续发展。
3 研究领域展望
光电转换的研究领域包 括新材料开发、器件设 计和系统集成等方面， 将继续有新的突破和创 新。
第五部分：总结
光电转换在能源、通信和电子技术等方面具有重要意义。光电器件与电子元 器件的密切关系将推动光电转换技术的发展，未来充满无限的前景。
光电传感器
光电传感器可以检测光的强度和颜色，被广泛用于自动化控制、光通信和环境监测等领域。
光电二极管
光电二极管是一种特殊的二极管，可以将光信号转化为电信号，被广泛应用于光通信和数据 传输。
第三部分：电子元器件
1
过渡金属氧化物场效应管
过渡金属氧化物场效应管是一种新型
有机场效晶体管
2
的电子元器件，具有高导电性和可调 控的特性，被广泛用于集成电路和能
有机场效晶体管是一种基于有机材料
源器件。
的电子元器件，具有低成本、柔性和
可塑性等特点，广泛应用于显示技术
和电子标签。3平面极管平面二极管是一种微型化的电子元器 件，具有快速开关速度和高频率响应， 被广泛应用于无线通信和雷达系统。
第四部分：光电转换的未来
1 发展趋势
光电转换技术将不断改 进，实现更高效、更可 靠的光电转换效果。
欢迎来到《光电转换与电子》PPT课件。本课程将介绍光电转换的概念、原 理和应用，以及电子元器件在光电转换领域的重要性。
第一部分：介绍光电转换
光电转换是将光能转化为电能的过程。它涉及到光电效应的原理以及光电池 的工作原理。
第二部分：光电器件的应用
太阳能电池
太阳能电池是一种常见的光电器件，能够将太阳光转化为电能，具有广泛的应用前景。
2 未来应用
光电转换将广泛应用于 清洁能源、智能传感、 医疗诊断等领域，推动 社会的可持续发展。
3 研究领域展望
光电转换的研究领域包 括新材料开发、器件设 计和系统集成等方面， 将继续有新的突破和创 新。
第五部分：总结
光电转换在能源、通信和电子技术等方面具有重要意义。光电器件与电子元 器件的密切关系将推动光电转换技术的发展，未来充满无限的前景。
光电传感器
光电传感器可以检测光的强度和颜色，被广泛用于自动化控制、光通信和环境监测等领域。
光电二极管
光电二极管是一种特殊的二极管，可以将光信号转化为电信号，被广泛应用于光通信和数据 传输。
第三部分：电子元器件
1
过渡金属氧化物场效应管
过渡金属氧化物场效应管是一种新型
有机场效晶体管
2
的电子元器件，具有高导电性和可调 控的特性，被广泛用于集成电路和能
有机场效晶体管是一种基于有机材料
源器件。
的电子元器件，具有低成本、柔性和
可塑性等特点，广泛应用于显示技术
和电子标签。3平面极管平面二极管是一种微型化的电子元器 件，具有快速开关速度和高频率响应， 被广泛应用于无线通信和雷达系统。
第四部分：光电转换的未来
1 发展趋势
光电转换技术将不断改 进，实现更高效、更可 靠的光电转换效果。
最新第5章 光电发射器件PPT课件
• 3.暗电流Id
– 光电阴极和第一倍增极的热电子发射； – 极间漏电流； – 离子和光的反馈作用； – 场致发射； – 放射性同位素和宇宙射线的影响
– 减少暗电流的方法：直流补偿、选频、锁相放 大、制冷、电磁屏蔽和磁场散焦。
在低电压时，暗电 流由漏电流决定； 电压较高时，主要 是热电子发射；电 压再高，则导致场 致发射和残余气体 离子发射，使暗电 流急剧增加，甚至 可能发生自持放电。
极管
– 光谱响应：PMT和CdSe光敏电阻。
• 三、光电检测器件的应用选择
– 光电检测器件必须和辐射信号源及光学系统在 光谱特性上匹配；
– 光电转换特性必须和入射辐射能量的匹配；
– 必须和光信号的调制形式、信号频率及波形相 匹配；
– 必须和输入电路在电特性上匹配； – 必须注意器件的规格和使用环境条件。
4、高压电源得稳定性必须为所需测量精度得10 倍左右；
5、输出信号采用运放作电流电压变换，以获得 高得信噪比和好的线性；
6、采取电磁屏蔽，最好使屏蔽筒与阴极处于相 同的电位；
7、应贮存在黑暗中，使用前最好先接通高压电 源，在黑暗总存放几小时；
8、最好在光电阴极前放置优质的漫射器；
10、不应在He中使用。
5.2 光电管
• 光电管分为真空型和充气型两种。
– 在抽成真空或充以惰性气体的玻璃泡内，设置 阳极和对光敏感的阴极，就构成了真空光电管 和充气光电管。
5.3 光电倍增管（PMT）
• 光电倍增管把微弱入射光转换成光电子， 并获得倍增的重要的真空光电发射器件。 工作原理是建立在光电效应、二次电子发 射和电子光学的理论基础上的。
结束语
谢谢大家聆听！！！
51
– 光信号的色度差异
第14次-光电转换-了解
10
=1.1到1.2 电压指数
1.0 弱光照
照度指数 0.5 强光照 弱光： 1， 1，
为线性关系
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11
4、响应速度 上升响应时间tr：光生载流子从零上升到 稳定值的63%所需要的时间。 下降响应时间t f：光照停止后，光生载流 子下降到稳定值的37%所需要的时间。
tr t f
I e P e P G
h Td
h
G：光电导增益。
RI
e h
G
RV
e h
GR
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7
影响响应度的因素:
1）与入射光频率成反比，越大，响应度越小 2）与量子效率成正比
3）与G成正比，即与光生载流子寿命成正比， 与渡越时间成反比。
2、光谱特征 光敏电阻只对一定范围内旳光波才有响应，对有
①当电阻RL 0时，短路
电流即光电流，Isc IP
实际电路上R s很小，R sh 很大
eV
短路电流：Isc IP IS (e kT 1) Ish
IP
eV
IS (e kT
V 1)
R sh
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②开路时，I 0
开路电压：Voc
kT e
ln( IP
Ish IS
1)
一般情况，PN结两端电压
自由空穴，还没来得及分离，又复合掉了，而只有进入
耗尽层的光子才有可能被利用，所以，量子效率低。
（2）由于P区和N区载流子的扩散速度比PN结内载流子
的漂移速度小的多，使得响应时间很长。
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PIN光电二极管，就是在P区和N区之间加入一层 本征层，厚度约为毫米量级。
光电子材料与器件ppt
光的波动性和粒子性
随着科技的发展，光电子技术在信息、能源、环境等领域的应用不断扩大，成为现代社会不可或缺的一项技术。
光电子技术的崛起
光的特性与光电子的崛起
光电子材料的分类与特性
光电子材料主要分为直接带隙半导体材料和间接带隙半导体材料，它们具有不同的能带结构和光学性质。
光电子器件的基本结构与类型
光电子器件是指利用光电子技术制造的光电器件，其基本结构包括光源、光检测器、光放大器、光调制器等。
宽带隙半导体材料
宽带隙半导体材料如GaN、SiC等具有高禁带宽度、高临界击穿电场强度和高热导率等特点，是高性能光电子器件的关键材料。
新材料和新器件的研究
低维材料和异质结构
低维材料如量子点、纳米线和异质结构等具有优异的光电性能，为光电子器件提供了新的研究方向。
光电集成和光子晶体
光电集成和光子晶体可以提供高密度、高效率、低损耗的光子器件，为光电子器件的进一步发展提供了新的机遇。
高效的光电转换
01
通过优化光电子器件的结构和材料，提高光电转换的效率和稳定性，从而降低能耗和提高光电转换效率。
提高光电转换效率和稳定性
热管理和散热设计
02
通过有效的热管理和散热设计，降低光电子器件的工作温度，提高其稳定性和可靠性。
光电材料的稳定性
03
选择具有高稳定性的光电材料，提高光电子器件的寿命和稳定性，降低维护成本。
材料类型
金属材料表面反射光的能力与其自由电子的分布有关。
表面反射
金属材料的导热性与其自由电子的分布和热运动有关。
导热性
金属材料
常用的绝缘体材料包括玻璃、陶瓷、聚合物等，这些材料具有高电阻率和绝缘性。
绝缘体材料
材料类型
随着科技的发展，光电子技术在信息、能源、环境等领域的应用不断扩大，成为现代社会不可或缺的一项技术。
光电子技术的崛起
光的特性与光电子的崛起
光电子材料的分类与特性
光电子材料主要分为直接带隙半导体材料和间接带隙半导体材料，它们具有不同的能带结构和光学性质。
光电子器件的基本结构与类型
光电子器件是指利用光电子技术制造的光电器件，其基本结构包括光源、光检测器、光放大器、光调制器等。
宽带隙半导体材料
宽带隙半导体材料如GaN、SiC等具有高禁带宽度、高临界击穿电场强度和高热导率等特点，是高性能光电子器件的关键材料。
新材料和新器件的研究
低维材料和异质结构
低维材料如量子点、纳米线和异质结构等具有优异的光电性能，为光电子器件提供了新的研究方向。
光电集成和光子晶体
光电集成和光子晶体可以提供高密度、高效率、低损耗的光子器件，为光电子器件的进一步发展提供了新的机遇。
高效的光电转换
01
通过优化光电子器件的结构和材料，提高光电转换的效率和稳定性，从而降低能耗和提高光电转换效率。
提高光电转换效率和稳定性
热管理和散热设计
02
通过有效的热管理和散热设计，降低光电子器件的工作温度，提高其稳定性和可靠性。
光电材料的稳定性
03
选择具有高稳定性的光电材料，提高光电子器件的寿命和稳定性，降低维护成本。
材料类型
金属材料表面反射光的能力与其自由电子的分布有关。
表面反射
金属材料的导热性与其自由电子的分布和热运动有关。
导热性
金属材料
常用的绝缘体材料包括玻璃、陶瓷、聚合物等，这些材料具有高电阻率和绝缘性。
绝缘体材料
材料类型
光电信息科学与工程介绍课件
中精度和作战效能。
03
光电对抗与隐身技术
运用光电干扰、欺骗和隐身等手段，降低敌方光电侦察和打击能力，提
高我方战场生存能力。
民用领域应用
光电检测与测量
利用光电传感器进行非 接触、高精度测量，广 泛应用于工业、医疗、 环保等领域。
光电显示与照明
通过发光器件和显示技 术，实现信息显示和照 明功能，应用于手机、 电视、照明灯具等产品 。
光电信息科学与工程介绍课件
目录
• 光电信息科学与工程概述 • 光电信息科学与工程基础知识 • 光电信息获取技术 • 光电信息传输技术 • 光电信息处理技术 • 光电信息应用领域及前景展望
01
光电信息科学与工程概述
学科定义与发展历程
学科定义
光电信息科学与工程是一门研究光与电子相互作用及其在信息获取、传输、处 理、存储和显示等方面应用的交叉学科。
电子线路基础
基本放大电路、振荡电路 、数字电路等电子线路的 工作原理和设计方法。
电子测量技术
电压、电流、功率等电子 测量技术的基本原理和常 用仪器。
信息处理基础知识
信号与系统
信号的定义、分类和特性 ，系统的概念、分类和特 性。
数字信号处理
数字信号的表示和处理方 法，数字滤波器的设计和 应用。
图像与视频处理
光电通信与传输
运用光纤通信、无线通 信等技术，实现高速、 大容量数据传输和信息 交换。
前沿科技领域应用
光电计算与存储
利用光电器件实现光计算、光存储等功能，提高计算速度 和存储容量。
光电生物医学
运用光电技术进行生物医学成像、诊断和治疗，如光学显 微镜、激光手术等。
光电新能源
利用太阳能光伏、光热转换等技术，开发清洁、可再生的 新能源。
光电传感器PPT课件
材料的光导性能决定于禁带宽度，对于一种光电导材
料，总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。
（2）光生伏特效应
某些半导体或电介质材料，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。当光线照 射于半导体PN结时，在PN结两端就会产生一定的电位差， 并将在外回路中产生电流。基于这种效应的光电器件有光 电池和光敏二极管、光敏三极管。
外光电效应多发生于金属和金属氧化物，从光开始照射 到金属释放电子所需时间不超过10-9s。
根据能量守恒定理，可以得到爱因斯坦光电效应方程：
h
1 2
mv02
A0
式中m—电子质量；v0—电子逸出速度。
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。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，称为红线频率或 波长限。光束频率低于红线频率时，光子能量不足以使物 体内的电子逸出，因而小于红线频率的入射光，光强再大 也不会产生光电子发射；反之，入射光频率高于红线频率， 即使光线微弱，也会有光电子射出。
光电器件的基本特性参数
（1）响应度k 光电器件输出电压VO与入射光功率PI之比称为响应度
k，即： k= VO/ PI = VO /(H·Ad)
式中， VO是器件的输出电压， PI为入射光敏面的辐射功 率，Ad是器件受光面积，H为光敏面的辐射照度。k的单 位是(V/W)。
响应度k是表征光电器件输出信号能力的特征量。
光电倍增管：
二，光电倍增管(photomultiplier ,PMT)
当入射光很微弱时，普通光电管的产生的光电流很小， 不容易探测，这时常用光电倍增管对电流进行放大。