光电子器件的基本特性

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1、光辐射的度量光电探测器的响应特性光电子器件的探测率光吸收1.1光电器件的基本特性光辐射的度量光辐射的度量方法有两种:一种是客观的度量方法,研究各种电磁辐射的传播和量度,称为辐射度学参量.适用于整个电磁谱区.另一种是主观的计量方法,以人眼见到的光对大脑的刺激程度来对光进行计量的方法,称为光度学参量.适用于可见光谱区.人眼对不同波长的辐射能有不同的灵敏度,不同波长的可见光即使辐射功率相同,引起的视觉感受强度不同.为了区分辐射度和光度学量，在光度学量后面加分角标Φ.光通量：从数量上描述电磁辐射对视觉的刺激强度；单位时间内，人眼所感受到的光能。与辐射波长及人眼的视见函数有关。以符号Φ表示，Φ的计量单

2、位为流(明)（lm）。(1)辐（射）通量和光通量显然，辐（射）通量对时间的积分称为辐（射）能，而光通量对时间的积分称为光能。辐（射）通量：以辐射形式发射、传播或接收的功率；或者说，在单位时间内，以辐射形式发射、传播或接收的辐（射）能。又称辐（射）功率。以符号P表示，其计量单位为瓦（W）。对点光源在给定方向的立体角元dΩ内发射的辐通量dΦe，与该方向立体角元dΩ之比定义为点光源在该方向的辐(射)强度Ie，即辐(射)强度的计量单位为瓦（特）每球面度[W／sr]。点光源在有限立体角Ω内发射的辐通量为各向同性的点光源向所有方向发射的总辐通量为(2)辐(射)强度和发光强度对可见光定义发光强度为对各向同

3、性的点光源向所有方向发射的总光通量为一般点光源是各向异性的，其发光强度分布随方向而异。发光强度的单位是坎德拉（candela），简称为坎[cd]。1979年第十六届国际计量大会通过决议，将坎德拉定义为：在给定方向上能发射540×1012Hz的单色辐射源，在此方向上的辐强度为（1/683）W/sr，其发光强度定义为一个坎德拉[cd]。对发光强度为1cd的点光源，向给定方向1球面度(sr)内发射的光通量定义为1流明（lm）。发光强度为1cd的点光源在整个球空间所发出的总光通量为=4πIＶ＝12.566lm。光源表面某一点处的面元在给定方向上的辐强度除以该面元在垂直于给定方向平面上的正投影面积，称

4、为辐射亮度Le，即式中，θ为所给方向与面元法线之间的夹角。辐亮度Le的计量单位为瓦（特）每球面度平方米[W／（sr·m2）]。(3)辐(射)亮度和亮度对可见光，亮度Lv定义为光源表面某一点处的面元在给定方向上的发光强度除以该面元在垂直给定方向平面上的正投影面积，即Lv的计量单位是坎德拉每平方米[cd／m2]。辐照度Ee是照射到物体(或接收器)表面某一点处面元的辐通量dΦe除以该面元的面积dA的商，即Ee的计量单位是瓦（特）每平方米[W／m2]。(4)辐照度与照度对可见光，照射到物体表面某一面元的光通量dΦv除以该面元面积dA称为光照度Ev，即Ev的计量单位是勒（克司）[lx]。光照度光学系统

5、CCD2辐射度参数与光度参数是从不同角度对光辐射进行度量的参数，这些参数在一定光谱范围内（可见光谱区）经常相互使用，它们之间存在着一定的转换关系；有些光电传感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,掌握了它们之间的转换关系，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。辐射度参数与光度参数的关系用各种单色辐射分别刺激正常人（标准观察者）眼的锥状细胞，当刺激程度相同时，发现波长0.555μm处的光谱辐射亮度Le,λm小于其它波长的光谱辐亮度Le,λ。把波长=0.555μm的光谱辐射亮度Le,λm被其它波长的光谱辐亮度Le,λ除得的商，定义

6、为正常人眼的明视觉光谱光视效率V（λ），即人眼的视觉灵敏度555nm→1550nm→0.995580nm→0.870640nm→0.175人眼的光谱光视效率V（λ)图谱辐射度参数与光度参数的关系：式中，Cm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，其值为683lm/W。V（λ)为人眼的光谱光视效率。对于给定色温的光源，K为一定值，称为光源的视觉效能。例: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为多少lm？解He-Ne激光器输出的光为光谱辐射通量，根据式（21）可以计算出它发出的光通量为Φv,λ=Kλ,eΦe,λ=KmV(λ)Φe,λ=683×0.24×3

7、×10-3=0.492(lm)黑体发射的总辐射出射度（24）式中，σ是斯特藩-波尔兹曼常数，它由下式决定黑体发射的总辐射出射度Me,s与T的四次方成正比。斯忒藩-波尔兹曼定律峰值光谱辐射出射度所对应的波长λm与绝对温度T的关系为(μm)可见，峰值光谱辐出度对应的波长与绝对温度的乘积是常数。当温度升高时，峰值光谱辐射出射度对应的波长向短波方向位移，这就是维恩位移定律。维恩位移定律1).光谱响应率2.光电探测器的