光电探测技术

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1、光源光源的颜色光源的颜色包含了两方血的含义，即色表和显色性。色表：用眼睛直接观察光源时所看到的颜色，称为光源的色表。显色性：当用这种光源照射物体时，物体呈现的颜色与该物体在完全辐射体照射下所呈现的光源的色温黑体的温度决定了它的光辐射特性。对非黑体辐射，它的某些特性常可用黑体辐射的特性来近似地表示。对于一般光源，经常用分布温度、色温或和关色温表示。颜色的一致性，称为该光源的显色性。分布温度。辐射源在某一波长范围内辐射的相对光谱分布，与黑体在某一温度下辐射的相对光谱功率分布一致，那么该黑体的温度就称为该辐射源的分布温度。

2、这种辐射体的光谱辐亮度可表示为:（2）色温：辐射源发射光的颜色可以山多种光谱分布产牛，所以色温相同的光源，它们的相对光谱功率分布不一定相同。（3）相关色温：对于一•般光源，它的颜色与任何温度下的黑体辐射的颜色都不相同，这时的光源用相关色温表示，在均匀色度图中，如果光源的色处标点与某一温度下的黑体辐射的色坐标点最接近，则该黑体的温度称为该光源的相关色温。光谱功率分布白然光源和人造光源人都是由单色光组成的复色光。不同光源在不同光谱上辐射出不同的光谱功率，常用光谱功率分布來描述。若令其最人值为1,将光谱功率分布进行归一化，

3、那么经过归一化后的光谱功率分布称为相对光谱功率分析。四种典型的光谱功率分布A(b)光源的光谱功率分布通常可分成四种情况，如图1所示。图中（a）称为线状光谱，由若干条明显分隔的细线组成，如低压汞灯。图（b）称为带状光谱，它由一些分开的谱带组成，每一谱带中乂包含许多细谱线。如高压汞灯、高压钠灯就属于这种分布。图（c）为连续光谱，所有热辐射光源的光谱都是连续光谱，图（d）是混合光谱，它由连续光谱与线、带谱混合而成，一般荧光灯的光谱就属于这种分布。在选择光源时，它的光谱功率分布应由测量对象的要求来决定。在目视光学系统屮，一般

4、采用可见光谱辐射比较丰富的光源。对于彩色摄影用光源，为了获得较好的色彩还原，应采用类似于FI光色的光源，如卤钩灯、氤灯等。在紫外分光光度计中，通常使用氟灯、紫外汞氤灯等紫外辐射较强的光源，在光纤技术屮，通常使用发光二极管和半导体激光器等光源。探测器件灵敏度:光谱响应，阴极光照灵敏度，阳极光照灵敏度.光电阴极灵頌度和光电倍增管总灵敏度：一个光子在阴极上能够打出的平均电子数称为光电阴极的灵敏度。而一个光了在阳极上产生的平均电了数称为光电借增管的总灵敏度。注意:光电倍增管的灵敏度很高，切忌强光源照射。积分灵敏度R灵頌度也常

5、称作响应度，是光电探测器光电转换特性，光电转换的光谱特性以及频率特性的量度。光电流i（或光电压u）和入射光功率P间的关系i=f（P）,称为探测器的光电特性。灵敏度R定义为这个曲线的斜率，即尺严瓷=£（线性区内）（安/瓦）drP/Az«=応=2（线性区内）（伏/瓦）arrRi和Ru分别称为积分电流和积分电压灵敏度，i和u称为电表测量的电流、电压有效值。光功率P是指分布在某一光谱范围内的总功率。光谱灵敏度RX：光功率谱密度P入由于光电探测器的光谱选择性，在其它条件下不变的情况下，光电流将是光波长的函数，记为讣，于是光谱灵

6、敏度R入定义为R入是常数吋，相应探测器称为无选择性探测器（如光热探测器），光子探测器则是选择性探测器。通常给出的是相对光谱灵敏度s入定义为S&=R2IR川（2）R入m是指RX的最人值，SX为无量纲,随X变化的

7、11

8、线称为光谱灵敏度曲线。相对光谱功率密度函数，定义为(3)把⑵和（3）式代入⑴式，只要注意到dP=PA.dA1di=i久d久di=S九R九皿卩九比f辺九'・d九积分上式，有i=1°〔1°比R亦P川f无必］•dAfA，^'=A'mr皿=pip,称为光谱利用率系数，为入射光功率能被响应的百分比。频率灵敏度Rf（

9、响应频率fc和响应时间小若入射光是强度调制，在其它条件不变下，光电流if将随调频f的升高而下降，这时的灵敏度称为频率灵敏度Rf,•if是光电流时变函数的付里叶变换，通常・二怙卩"』1+（2旳p为探测器的响应时间或时间常数，由材料、结构和外电路决定。频率灵敏度»-'Jl+(2如这是探测器的很大。频率特性，Rf随f升高而下降的速度与丫值人小关系-般规定，Rf下降到7^/72=0.707^频率fc为探测器的截止响应频率和响应频率从上式可见当f

10、更常用响应时间来描述。探测器对突然光照的输出电流，要经过一定时间才能上升到与这一辐射功率相应的稳定值io当辐射突然降去后，输出电流也需耍经过一定时间才能下降到零。光电倍增管的倍增系数M：放大倍数:在一定的电压下，光电倍增管的阳极电流和阴极电流Z比，也可以按一定工作电压下阳极响应度和阴极响应度的比值來确定.G=ia/ik=Sa/Sk当各倍增极二次