光电检测器件工作原理及特性

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1、第2章光电检测器件工作原理及特性光的基本性质（复习）光度学与辐射度学（补充）半导体基础知识（补充）2.1光电检测器件的物理基础——光电效应2.2光电检测器件的特性参数第2章光电检测器件工作原理及特性光的基本性质（复习）波动理论：光在传播时所表现出波动性，如光的干涉、衍射、偏振、反射、折射。惠更斯、杨氏和费涅耳等，特别是麦克斯韦（C.Maxwell)于1860年将光统一为电磁波的理论。光具有波粒二象性，既是电磁波，又是光子流。麦克斯韦（1831-1879）光量子说：光与物质作用时表现出粒子性，

2、如光的发射、吸收、色散、散射。1900年普朗克（Max.Planck)在研究黑体辐射时，提出辐射的量子论；1905年，爱因斯坦（Albert.Einstein)在解释光电效应时，提出光量子的概念；普朗克（1858-1947）爱因斯坦（1879-1955）光子能量公式：ε=hν光子动量公式：p=hν/c=h/λ式中，h为普郎克常数（6.626×10-34J·s）；v为光的振动频率(s-1)；c为光在真空中的传播速度（3×108m·s-1）。上面两公式等号左边表示光为微粒性质（光子能量与动量），等号右

3、边表示光为波动性质（电磁波频率和波长）。光电转换一般使用固体材料，利用其量子效应。从固体能级来说，具有从0.1ev到几个ev能量的转换比较容易，即比较容易在十几微米的红外到0.2微米左右的紫外范围内进行高效率的能量转换。电磁波按波长的分布及各波长区域的定义（称为电磁波谱）。电磁波谱的频率范围很宽，涵盖了由宇宙射线到无线电波（102～1025Hz）的宽阔频域。光辐射仅仅是电磁波谱中的一小部分，它包括的波长区域从几纳米到几毫米，即10-9～10-3m的范围。在这个范围内，只有0.38～0.78μm的光

4、才能引起人眼的视觉感，故称这部分光为可见光。红外紫外可见光10156182191210101010101010324f/Hz电磁辐射光谱的分布X射线Γ射线近红外远红外电磁波101410121010108106104102110-210-410-610-810-10/m声频电磁振荡无线电波毫米波红外光紫外光X射线射线宇宙射线/nm1106410461031.510677062259757749245539030020010极远远中近红橙黄绿蓝紫近远极远可见光电磁辐射波谱光度学(Pho

5、tometry)与辐射度学(Radiometry)——补充1光电系统可以看作是光能的传递和接收系统。辐射能从目标(辐射源)发出后经过中间介质、光学系统，最后被光电器件接收。光能的强弱是否能使接收器感受，这是光电系统一个很重要的指标。光度学研究对可见光的能量的计算，它使用的参量称为光度量。以人的视觉习惯为基础建立。辐射度学适用于整个电磁波谱的能量计算。主要用于X光、紫外光、红外光以及其他非可见的电磁辐射。光度学是辐射度学的一部分或特例。这两套参量的名称、符号、定义式彼此对应，基本都相同，只是单位不同

6、。为了区别这两种量，规定用下标e和v表示。常用辐射量和光度量一览表名称符号定义单位辐[射]能光量QeQv以辐射形式发射、传播或接收的能量。光通量对时间的积分。焦[耳](J)流[明]秒(lm·s)辐[射能]通量光通量ΦeΦv以辐射形式发射、传播或接收的功率。发光强度为Ιv的光源，在立体角元dΩ内的辐通量，dΦv=Ιv·dΩ。瓦[特](W)流[明](lm)辐[射]出[射]度光出射度ΜeΜv离开表面一点处面元的辐通量除以该面元面积。离开表面一点处面元的光通量除以该面元面积。瓦每平方米(W·m-2)流[明

7、]每平方米(lm·m-2)辐[射]照度[光]照度ΕeΕv照射到表面一点处面元上的辐通量除以该面元的面积。照射到表面一点处面元上的光通量除以该面元的面积。瓦每平方米(W·m-2)勒[克斯](lx)辐[射]强度发光强度ΙeΙv在给定方向上的立体角元内，离开点辐射源或辐射源面元的辐射功率除以该立体角元。光度量中的基本量，单位为坎德拉cd。cd的意义为：频率为540×1012Hz的单色辐射在给定方向上的辐射强度Ιe=1/683W·sr-1时，规定为1cd。瓦每球面度(W·sr-1)坎[德拉](cd)辐射亮

8、度[光]亮度LeLv表面一点处的面元在给定方向上的辐射强度除以该面元在垂直于给定方向平面上的正投影面积。表面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于给定方向平面上的正投影面积。瓦每球面度平方米(W·sr-1·m-2)坎[德拉]每平方米(cd·m-2)曝光量H光照度对时间的积分。勒[克斯]秒(lx·s)基本辐射度量的名称、符号和定义方程名称符号定义方程单位符号辐射能Q,焦耳J辐射能密度焦耳／立方米Jm-3辐射通量，辐射功率瓦特W辐射强度Ｉ瓦特／球面度Wsr-1辐射亮度Ｌ瓦