光电效应研究浅谈

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1、光电效应浅谈10233001陈辉目录摘要3第一章引言31.1光电效应实验的实验原理3第二章光电效应的定义52.1外光电效应52.2外光电效应71.光电导效应82.光生伏特效应（PhotoVoltageEffect）8第三章光电效应目前的应用83.1光敏电阻(photoresistors)83.2光敏二极管(photodiode)93.3光敏三极管(phototransistors)103.4光电池113.5黄山风景区旅游生态环境研究113.6风光互补发电系统113.7 SY-1型大鼠血压测定仪12结束语12参考文献1

2、3摘要在中学时期我们就已经学习过有关光电效应方面的知识，可是那些内容实在是太过浅显，而且中学时期的教育方式让我们只知道其理却不知道物理学的应用，这完全是有悖于我们的发展，本文旨在介绍光电效应在实际生产中的应用和原理。分析光电效应的原理和形成。关键词：光电效应，原理，应用。第一章引言1.1光电效应实验的实验原理当光线照射在金属材料上时，光予与电子发生碰撞，电予逸出金属表面形成光电流，这种现象称为光电效应。光电效应实验揭示了光的量子特性，利用光电效应测普朗克常数是一种简单有效的方法。光电效应实验电路如图所示：当用一束频率为

3、v、强度为P的单色光照射在光电管的阴极k上时，因阴极释放出电子形成阴极光电流，简称阴极电流。加速电压￡，越大，阴极电流越大，当U增加到一定数值后，阴极电流不再增大而达到饱和值I加速电压U变为负值时，阴极电流会迅速减少，当加速电压U负到一定数值时，阴极电流变为O，与此对应的电压称为遏止电压U。U的大小与光的强度无关，而是随着照射光的频率增加而增大。光电子从阴极逸出时具有初动能，其最大值等于它反抗电场力所做的功，即：因为U正比于v，所示初动能大小与光的强度无关，只是随着频率的增大而增大，此关系由爱因斯坦光电效应方程：联立可

4、得出：实验时用不同频率的单色光()照射阴极，测出相对应的遏止电压()然后作出U—v关系曲线，如图23所示，由拟合直线的斜率K=h/e求出普朗克常数h的值h=ke.其中e=1．602177×10-19Cll4l。第二章光电效应的定义光照射在物体上可以看成是一连串的具有一定能量的光子轰击这些物体的表面；光子与物体之间的联接体是电子。所谓光电效应是指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量而产生的电效应。光电效应可分成外光电效应和内光电效应两类。2.1外光电效应在光的照射下，使电子逸出物体表面而产生光电子发射的现象称为外

5、光电效应。根据爱因斯坦假设：一个电子只能接受一个光子的能量。因此要使一个电子从物体表面逸出，必须使光子能量ε大于该物体的表面逸出功A。各种不同的材料具有不同的逸出功A，因此对某特定材料而言，将有一个频率限νo(或波长限λo)，称为“红限”。当入射光的频率低于νo时(或波长大于λo)，不论入射光有多强，也不能激发电子；当入射频率高于νo时，不管它多么微弱也会使被照射的物体激发电子，光越强则激发出的电子数目越多。红限波长可用下式求得：                                     (8-2)

6、式中.c——光速。外光电效应从光开始照射至金属释放电子几乎在瞬间发生，所需时间不超过10-9s。基于外光电效应原理工作的光电器件有光电管和光电倍增管。               图8.3光电管         图8.4光电管受光照发射电子光电管种类很多，它是个装有光阴极和阳极的真空玻璃管，结构如图8.3所示。图8.4阳极通过RL与电源连接在管内形成电场。光电管的阴极受到适当的照射后便发射光电子，这些光电子在电场作用下被具有一定电位的阳极吸引，在光电管内形成空间电子流。电阻RL上产生的电压降正比于空间电流，其值与照射

7、在光电管阴极上的光成函数关系。图8.5光电倍增管如果在玻璃管内充入惰性气体(如氩、氖等)即构成充气光电管。由于光电子流对惰性气体进行轰击，使其电离，产生更多的自由电子，从而提高光电变换的灵敏度。光电倍增管的结构如8.5所示。在玻璃管内除装有光电阴极和光电阳极外，尚装有若干个光电倍增极。光电倍增极上涂有在电子轰击下能发射更多电子的材料。光电倍增极的形状及位置设置得正好能使前一级倍增极发射的电子继续轰击后一级倍增极。在每个倍增极间均依次增大加速电压。设每级的培增率为δ，     若有n级，则光电倍增管的光电流倍增率将为δn

8、。2.2外光电效应光照射在半导体材料上，材料中处于价带的电子吸收光子能量，通过禁带跃入导带，使导带内电子浓度和价带内空穴增多，即激发出光生电子-空穴对，从而使半导体材料产生电效应。光子能量必须大于材料的禁带宽度ΔEg才能产生内光电效应。由此可得内光电效应的临界波长λo=1293/ΔEg(nm)。通常纯净半导体的禁带宽度为1eV左