光电检测技术基础1

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1、授课教师：王琼华,教授办公地点：经管楼811室联系电话：85470027email:qhwang@scu.edu.cn光电检测技术1本章着重介绍三个主要内容：一、辐射量和光度量的定义及它们之间的换算关系；二、半导体光电器件的物理基础，如能带理论、PN结理论；三、光电效应如半导体光电导效应和光电发射等。这些是以后各章所述具体光电器件的理论基础，对于正确理解和掌握各种光电器件的原理、性能和用法是十分重要的。第一章光电检测技术基础2§1-1光谱与光子能量§1-2光度学(Photometry)与辐射度学(Radiometry)§1-3半导体基础知识§1-4光电效应

2、§1-1光谱与光子能量一、光的主要性质二、电磁波谱与光谱三、光电检测的理论依据光具有波粒二象性，既是电磁波，又是光子流。1.1860年麦克斯韦（C.Maxwell)提出光是电磁波的理论。证明了光在传播时表现出波动性。一、光的主要性质：2.1900年,普朗克（Max.Planck)提出了辐射的量子论。表现为光的干涉、衍射、偏振、反射、折射表现为光的发射、吸收、色散、散射3.1905年，爱因斯坦（Albert.Einstein)将量子论用于光电效应之中，提出光子理论。光与物质作用时表现出粒子性。5麦克斯韦麦克斯韦是继法拉第之后，集电磁学大成的伟大科学家。他依据

3、库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、萨伐尔、法拉第等前人的一系列发现和实验成果，建立了第一个完整的电磁理论体系，不仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁现象的本质的统一性，完成了物理学的又一次大综合。这一理论自然科学的成果，奠定了现代的电力工业、电子工业和无线电工业的基础。1873年出版的《电学和磁学论》一书是集电磁学大成的划时代著作，全面地总结了19世纪中叶以前对电磁现象的研究成果，建立了完整的电磁理论体系。这是一部可以同牛顿的《自然哲学的数学原理》、达尔文的《物种起源》和赖尔的《地质学原理》相媲美的里程碑式的著作。（1831-1879）6麦克斯韦在

4、总结前人工作的基础上，引入位移电流的概念，建立了一组微分方程。这方程组确定电荷、电流（运动的电荷）、电场、磁场之间的普遍联系，是电磁学的基本方程，麦克斯韦方程组的微分形式是E—电场强度B—磁场强度c—真空中的光速t—时间J—电流密度ρ—电荷密度curl—旋度div—散度（1831-1879）第一个方程表示磁场对位移电流密度（或电场的时间变化率）和传导电流密度（或电荷的运动速度）的依赖关系。第二个方程是法拉第感应定律。第三个方程表明除电源外，没有其它磁场源。第四个方程相当于库仑定律。7在第一个方程中，项麦克斯韦称为位移电流，这是他在理论上的一个重大发现，也是

5、他建立麦克斯韦方程组的关键。麦克斯韦方程组表明:空间某处只要有变化的磁场就能激发出涡旋电场，而变化的电场又能激发涡旋磁场。交变的电场和磁场互相激发就形成了连续不断的电磁振荡即电磁波。麦克斯韦方程还说明:电磁波的速度只随介质的电和磁的性质而变化，这个速度可表示为：μ—介质的磁导率，ε—介电常数或电容率由此式可证明电微波在以太（即真空）中传播的速度，等于光在真空中传播的速度。这不是偶然的巧合，是由于光和电磁波在本质上是相同的。光是一定波长的电磁波，这就是麦克斯韦创立的光的电磁学说。（1831-1879）8（1858-1947）1、引入了著名的普朗克常数h。对黑

6、体辐射的研究发现了热物体辐射强度正比于它的绝对温度，而反比于这个发射光线波长的平方：ρ(ν)＝(8πhν2/c3)·(1/ehν/KT-1)其中引入了一个常数h，后来被称为普朗克常数。1900年10月19日他在德国物理学会上报告了自己的成果，普朗克公式被认为是正确的普遍公式。普朗克认为这个公式必能从某些理论中推导出来，经典物理学的所有理论和方法他都试过了，但都失败了。他从失败中认识到这个公式不能单纯从经典理论中推导出来。普朗克9（1858-1947）2、提出了能量子假说。能量子假说的提出，给经典物理学打开了一个缺口，为量子物理学安放了一块奠基石，宣告量子物

7、理学的诞生。普朗克在做出量子假说时已年过四十。他受过严格的经典物理学训练，对经典物理学十分熟悉和热爱。他不愿意同经典物理学决裂，只是迫于事实的压力，才不得不做出能量子的假说。1900年12月14日普朗克在德国物理学会上报告了自己的研究结果，他的公式受到欢迎，但他的能量子假说，却受到冷遇，当时没有人相信他的假说。普朗克10（1858-1947）3、能量子假说。黑体是由许多振子组成的，振子的能量不可以连续地变化，当它吸收和辐射频率为ν的电磁波时只能是一份一份地进行，每份能量为：E＝hν，每个振子的能量是这个基本能量单元的整数倍。他根据这个假设从理论上推导出了普

8、朗克公式。普朗克11（1879-1955）普朗克的量子假说提出后的