光电技术第2讲.ppt

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1、主讲人:张建寰教授单位:机电工程学院-测控所2012.04.14光电技术第二讲辐射体分类及其温度表示热辐射体的分类灰体若辐射体的光谱辐射出射度与同温度黑体的光谱为辐射出射度之比是与波长无关的系数，则称其为灰体。系数称为灰体发射率。选择性辐射体不服从黑体辐射定律的辐射体，称为选择性辐射体。其光谱发射率为波长的函数，辐射分布曲线可能有几个最大值。热辐射体的温度表示辐射温度T当热辐射体的总辐射通量与黑体的总辐射通量相等时，以黑体的温度标度该热辐射体的温度，这种温度称为辐射温度Te。色温Tf当热辐射体在可见光区域发射的

2、光谱辐射分布，具有与某罢休的可见光的光谱辐射分布相同的形状时，以黑体的温度来标度该热辐射体的温度，称为热辐射体的色温。亮温度Tv当热辐射体在可见光区某一波长辐射亮度等于黑体在同一波长的辐射亮度时，以黑体的温度来标度该热辐射体的温度，称为亮温度Tv。以上热辐射体的三种温度标测中,色温与实际工资温度偏差最小,亮温度次之,辐射温度与实际温度的偏差最大.因此,通常以测量色温代表炽热物体的温度.辐射度参量与光度参数的关系辐射度学参数与光度参数是从不同角度对光辐射进行度量的参数，在可见光区经常相互使用，它们间存在一定的转换

3、关系，有些光电器件采用光度参数标定其特性参数，而另一些器件采用辐射度参数标定其特性参数。因此，讨论它们之间的转换是很重要的，掌握了这些转换关系，就可以对用不同度量参数标定的光电器件灵敏度等特性参数进行比较。人眼的视觉灵敏度人眼的视网膜上布满了大量的感官细胞，即杆状细胞和锥状细胞。杆状细胞灵敏度高，它能感受微弱光刺激，锥状细胞感光灵敏度低，但能很好地区别颜色和辨别被视物的细节。视觉神经对不同波长光的感光灵敏度是不一样的，对绿光最灵敏，而对红、蓝光灵敏度最低。国际照明委员会(CIE)根据实验结果，确定了人眼对各种波

4、长光的相对灵敏度，称为“光谱光视效率或视见函数”，如图2-1所示。在明视情况，即光亮度大于3cd/M2时，人眼的敏感波长，即光谱光视效率峰值对应的波长在555nm处。在暗视情况下，即光亮度小于0·0Olcd/M2时，人眼的敏感波长在507nm处，其光谱光视效率曲线如图中虚线所示。光谱光视效率用单色辐射分别刺激正常人眼的锥状细胞时，当刺激程度相同时，波长555nm的光谱辐射亮度小于其它波长处的光谱辐射亮度。因此定义为正常人眼的明视觉光谱光视效率。还有暗视觉光谱光视效率。人眼的光谱光视效能无论是锥状细胞还是柱状细胞

5、，单色辐射对其刺激程度与V(λ)Le,λ成正比，如果用复色光刺激时，刺激程度符合叠加原理，且与成正比。Km为人眼的明视觉最灵敏波长的光度参量对辐射度参量的转换常数，人眼的暗视觉最灵敏波长的光度参量对辐射度参量的转换常数例题1、已知某He-Ne激光器的输出功率为3mW，试计算其发出的光通量。辐射体的光视效能一个热辐射体发出的总光通量与总辐射通量之比K，称为该辐射体的光视效能，即对发射连续光谱的热辐射体，有则得到辐射体的光视效能V为辐射体的光视效率例题对色温为2856K的标准钨丝灯其光视效能为17lm/W,当钨丝灯

6、的功率为100W时，求钨丝的光通量。半导体对光的吸收物质对光吸收的一般规律用透射法测定光通量的衰减时,得到以下结论:光能量变化与入射的光通量及路程的乘积成正比.称为吸收系数.利用边界条件解上面的微分方程,得到当光在物质中传播时,透过的能量衰减到原能量的时所通过的路程的倒数等于物质的吸收系数.半导体对光吸收本征吸收、杂质吸收、激子吸收、自由载流子吸收和晶格吸收本征吸收不考虑热激发和杂质的作用时，半导体中的电子基本上处于价带中，导带中的电子数很少。当光入射到半导体表面时，原子外层价电子吸收足够的光子能量，越过禁带，

7、进入导带，成为可以自由运动的自由电子，同时在价带中留一个自由空穴，即产生电子-空穴对。半导体价带电子吸收光子能量迁入导带，产生电子-空穴对的现象称为本征吸收。本征吸收产生的条件是光子能量必须大于半导体的禁带宽度，这样才能使价带上的电子吸收足够能量跃入导带低能级之上，发生本征吸收的光波长波限为：只有波长小于长波限的入射辐射才能使器件产生本征吸收，改变本征半导体的导电特性。杂质吸收N型半导体中未电离的杂质原子（施主原子）吸收光子能量，若光子能量大于施主电离能，杂质原子的外层电子将从杂质能级（施主能级）跃入导带，成为

8、自由电子。P型半导体中价带上的电子吸收大于受主电离能的光子能量后，价电子跃入受主能级，价带上留下空穴。相当于受主能级上的空穴吸收光子能量跃入价带。杂质半导体吸收足够能量的光子，产生电离的过程称为吸收。杂质吸收的长波限为由于禁带宽度大于施主或受主电离能，杂质吸收的长波限总要长于本征吸收的长波限，杂质吸收会改变半导体的导电特性，会引起光电效应。激子吸收当入射到本征半导体上的光子能量小于禁带