光电检测技术中的基础知识ppt课件.ppt

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1、第1章光电检测技术中的基础知识第1章光电检测技术中的基础知识1.1辐射度学和光度学基本概念1.2半导体基础知识1.3基本定律1.4光电探测器的噪声和特性参数一、辐射度学电磁波谱图1.1光度学与光辐射学基础知识1、辐射度学：研究各种电磁辐射的传播和量度的学科，研究范围包括可见光。2、辐射与辐射的基本特性（1）辐射：物体以电磁波或粒子流形式向周围传递或交换能量的一种方式。（2）特性:波粒二象性a、波动性b、粒子性h=6.626×10-34J.s,称为普朗克常数3、辐射度量（1）辐射能Qe：一种以电磁波（紫外、可见光和红外辐射等）的形式发射、传播或接收的能量。单位：焦耳[J]（

2、2）辐射通量Φe：单位时间内通过一定面积流过的辐射能量，又称辐射功率Pe，是辐射能的时间变化率。单位：瓦［Ｗ］。Φe=dQe/dt（3）辐射强度Ie：点辐射源在给定方向上通过单位立体角内的辐射通量。单位：［W/sr］Ie=dΦe/dΩ立体角：球面上某部分与其球心所对应的空间。等于Ω相对应的球面面积与球半径r的平方的比值。(4)辐射亮度Le：由辐射表面定向发射的辐射强度称为辐射亮度。它由单位面积的辐射表面所发射通量的空间分布决定。单位：［W/(m2.sr)］Le=dIe/(dScosθ)=d2Φe/(dScosθdΩ)如果辐射源的Le不随着方向变化，则这种特殊光源称为余弦辐

3、射体。（5）辐射出射度Ｍe：辐射体在单位面积内所辐射的通量或者功率，用来度量物体的辐射能力。单位：［W/m2］Me=dΦe/dSΦ(6)辐射照度Ee：单位面积上接收的辐射通量。单位：［W/m2］Ee=dΦe/dsΦ1、光度学：研究可见光的传播和量度.2、视见函数：人眼对各种单色光的平均敏感度。（描述在幅通量相同的情况下，人的眼睛对各种不同波长的辐射产生的主观感觉。）二、光度学3、可见光的分布及特性可见光的分布可见光的特性1）波长范围窄。2）不同波长呈现不同颜色。3）单一波长和波谱宽小于5nm的光称为单色光。含两种或两种以上波长成分的光称为复合光。（1）光通量Φv：能够被人

4、的视觉系统所感受到的那部分光辐射功率的大小。单位：lmΦv-----光通量，lmC------最大光视效能，683lm/WΦe-----辐射通量，w意义：描述客观幅通量在人的眼睛中引起的主观视觉强度。4、光度量（2）发光强度Iv：点光源单位立体角内所发出的光通量，称为光源在该方向上的发光强度。单位：cd，是国际单位制中七个基本单位之一。1cd是指光源在给定方向上发出波长为555nm的单色辐射，且其辐射强度是1/683W/sr。意义：描述光源发出的光通量在空间一定范围内的分布值。对于均匀光体：Φv=4πIv(3)亮度Lv：由发光表面定向发射的光强度称为亮度。它由单位面积的发

5、光表面光通量的空间分布决定。单位：lm/m2意义：描述发光表面发光能力的强弱。（4）光出射度Mv：面光源表面给定点处单位面积向空间所发出的光通量，称为光源在该点的光出射度。单位为lx，或lm/m2意义：描述发光物体的发光能力（5）光照度Ev：单位面积所接受的入射光通量，单位：勒克斯[lx]。意义：描述受照物体被照明的程度。点光源的照度与亮度的关系：晴天阳光直射地面照度约为100000lx晴天背阴处照度约为10000lx晴天室内北窗附近照度约为2000lx晴天室内中央照度约为200lx晴天室内角落照度约为20lx阴天室外50—500lx阴天室内5—50lx月光（满月）250

6、0lx日光灯5000lx电视机荧光屏100lx阅读书刊时所需的照度50~60lx在40W白炽灯下1m远处的照度约为30lx晴朗月夜照度约为0.2lx黑夜0.001lx基本辐射度量的名称、符号和定义方程符号辐射度量名称辐射度量单位光度量名称光度量单位定义方程Q辐射能J光量lm.s,lm.hΦP辐射通量，辐射功率W光通量，光功率lmＩ辐射强度Wsr-1发光强度cd,lm/srＬ辐射亮度Wm-2sr-1亮度nt,cd/m2Ｍ辐射出射度Wm-2光出射度lx,lm/m2Ｅ辐射照度Wm-2光照度lx,lm/m21、两者的相同点：①光度量和辐射度量的定义、定义方程是一一对应的。②辐射度

7、量和光度量都是波长的函数。2、两者的不同点：①符号不同：辐射度量下标为e，例如Qe，Φe，Ie，Me，Ee，光度量下标为v，Qv，Φv，Iv，Lv，Mv，Ev。②单位不同（略）③研究范围不同，光度量只在可见光区（３８０－７８０nm)才有意义。辐射度学与光度学的比较1.2半导体基础知识1、半导体的定义导体——电阻率10-6~10-3欧姆•厘米范围内绝缘体——电阻率1012欧姆•厘米以上半导体——电阻率介于导体和绝缘体之间一、半导体及其特性2、半导体的特性（1）半导体电阻温度系数一般是负的，而且对温度变化非常敏感。根据这一特性，可