光机电测控技术基础第章光电技术基础

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1、光机电测控技术基础任课教师:严晗武汉理工大学机电工程学院第2章光电技术基础目录2-1光的基本概念2-2光辐射与热辐射2-3光源的基本特性参数2-4光电技术中的光源2-5光路分析的基本规律2-6光辐射调制概述当辐射从外界入射到“不透明”（不限于可见光不透明）的物体表面上时，一部分能量被吸收，另一部分能量从表面反射（如果物体是透明的，则还有一部分能量透射）。需要强调的是任何物体向周围发射电磁波的同时，也吸收周围物体发射的辐射能。(1)吸收比被物体吸收的能量与入射的能量之比称为该物体的吸收比。在波长到+d范围内的吸收比

2、称为单色吸收比，用表示。(2)反射比反射的能量与入射的能量之比称为该物体的反射比。在波长到+d范围内相应的反射比称为单色反射比，用表示。对于不透明的物体，单色吸收比和单色反射比之和等于1，即2-2光辐射与热辐射黑体辐射(3)黑体若物体在任何温度下，对任何波长的辐射能的吸收比都等于1，即，则称该物体为绝对黑体（简称黑体）。它没有反射，也没有透射(当然黑体仍然要向外辐射)。黑体具有最大的发射率。宇宙黑洞可视为理想的黑体。2-2光辐射与热辐射(4)白体对于不透明的物体，当反射系数为1时，称为白体或镜（面反射）体。现实中

3、的物体介于黑体、白体之间。(5)灰体当某种物体的辐射光谱是连续的，并且在任何温度下所有各波长射线的辐射强度与同温度黑体的相应波长射线的辐射强度之比等于常数，那么这种物体就叫做理想灰体，或简称灰体。实际物体在某温度下的辐射强度与波长的关系是不规则的，因此不是灰体。但在工程计算上为了方便起见，近似把它们都看作是灰体，其发射率为介于0与1之间的正数。发射率是物体通过表面向外辐射的电磁能与同温度的黑体在相同条件下所辐射的电磁能的比值。2-2光辐射与热辐射描述物体的辐射与吸收的关系热平衡状态时，物体从周围吸收辐射的能量恰好等于本

4、身发射辐射而减少的能量，物体就处于热平衡状态。此时，物体的状态可用一个确定的温度T来表征。基尔霍夫定律：在任一给定温度的热平衡条件下，任何物体的辐射本领Mλ(λ,T)和吸收率α(λ,T）的比值与物体的性质无关；只是波长λ及温度T的函数；且恒等于同温度绝对黑体的辐射本领：基尔霍夫定律2-2光辐射与热辐射描述点源的辐照度与距离关系点光源向空间辐射时一般是球面波。点光源在传输方向上某点的辐射照度和该点到点光源的距离平方成反比：当实际光源不能看成点源时，上式计算结果有较大误差。当把(光源的半径)时，近似有RlE距离平方反比定律

5、2-2光辐射与热辐射普朗克定律描述黑体的光谱辐射出射度与波长、绝对温度直接的关系黑体光谱辐射出射度为：式中h—普朗克常数k—玻尔兹曼常数c—光速2-2光辐射与热辐射每条曲线都有一个峰值，随着温度的升高，此峰值向短波方向移动普朗克曲线2-2光辐射与热辐射光电效应光照射到物体表面上使物体发射电子、或导电率发生变化、或产生光电动势等，这种因光照而引起物体电学特性发生改变统称为光电效应光电效应包括外光电效应和内光电效应2-2光辐射与热辐射光电效应外光电效应：物体受光照后向外发射电子——多发生于金属和金属氧化物内光电效应：物体受

6、到光照后所产生的光电子只在物质内部而不会逸出物体外部——多发生在半导体内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应光电导效应：半导体受光照后，内部产生光生载流子，使半导体中载流子数显著增加而电阻减少的现象2-2光辐射与热辐射光电效应光生伏特效应：光照在半导体PN结或金属—半导体接触上时，会在PN结或金属—半导体接触的两侧产生光生电动势。PN结的光生伏特效应：当用适当波长的光照射PN结时，由于内建场的作用（不加外电场），光生电子拉向n区，光生空穴拉向p区，相当于PN结上加一个正电压。半导体内部产生电动势（光生电压）；如将PN

7、结短路，则会出现电流（光生电流）。2-2光辐射与热辐射光热效应：材料受光照射后，光子能量与晶格相互作用，振动加剧，温度升高，材料的性质发生变化．热释电效应：介质的极化强度随温度变化而变化，引起电荷表面电荷变化的现象．辐射热计效应：入射光的照射使材料由于受热而造成电阻率变化的现象．温差电效应：由两种材料制成的结点出现稳差而在两结点间产生电动势，回路中产生电流．光热效应2-2光辐射与热辐射光源在科学研究和工程技术中有着广泛的应用。在成份分析、结构研究、光电检测、照明设计等方面，都离不开一定型式的光源。在光电系统中，光源往往

8、起着关键的作用，正确选择光源，对设计光电系统和解决具体光电检测问题有重要意义。2-3光源的基本特性参数自然光源和人造光源大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，常用光谱功率分布来描述。若令其最大值为1，将光谱功率分布进行归一化，那么经过归一化后的光谱功率分布称为相对光谱功率分布。光源的光谱功率分布通常