光电技术及应用教学课件作者谭巧第1章节-ok课件

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1、第1章光电技术的理论基础辐射度学与光度学的基础知识光电技术中的光电效应光源1.1辐射度学与光度学的基础知识【任务要求】通过学习本节知识，了解辐射度学和光度学的概念，掌握光度学中的几个光学物理量的定义。光学辐射是指波长为1nm到1mm范围的电磁辐射，它包括真空紫外辐射、紫外辐射、可见辐射和红外辐射等部分。对电磁辐射能量进行客观计量的学科称辐射度学；考虑到人眼的主观因素后的相应计量学科称为光度学。1.辐射能和光能以辐射形式发射、传播或接收的能量称为辐射能，用符号Qe表示，其计量单位为焦耳（J）。光能是光通量在可见光范围内对时间的积分，以Qv表示，其计量单位为流明•秒（lm·s）2.辐射通

2、量和光通量辐(射)通量或辐(射)功率是以辐射形式发射、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)能称为辐(射)通量，以符号Φe表示，其计量单位为瓦(W)，即对可见光，光源表面在无穷小时间段内发射、传播或接收的所有可见光谱，光能被无穷短时间间隔dt来除，其商定义为光通量Φv，即Φv的计量单位为流(明)（lm）。光通量是人为量。人眼对不同颜色的光的感觉是不同的，此感觉决定了光通量与光功率的换算关系。对于人眼最敏感的555nm的黄绿光，1W=683lm，也就是说，1W的功率全部转换成波长为555nm的光，为683流明。这个是最大的光转换效率，也是定标值。3

3、.辐(射)出(射)度和光出(射)度对有限大小面积A的面光源，表面某点处的面元向半球面空间内发射的辐通量dΦe与该面元面积dA之比，定义为辐(射)出(射)度Me，即Me的计量单位是瓦（特）每平方米[W／m2]面光源A向半球面空间内发射的总辐通量为对于可见光，面光源A表面某一点处的面元向半球面空间发射的光通量dΦv、与面元面积dA之比称为光出(射)度Mv，即其计量单位为勒(克司)[lx]或[lm/m2]桌面、工作面的照度不应少于150lX。起居室的照明采用光线柔合的半直接型照明灯具较理想，其平均照度应达到l00lX左右。阅读和书写用的灯具功率可大些，照度应达到200lX。对点光源在给定方

4、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4.辐(射)强度和发光强度辐(射)强度的计量单位为瓦（特）每球面度[W／sr]发光强度一个锥体的顶端在球心，底在球面上，底面积等于球半径的平方．这锥体所包的立体角就叫做单位立体角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，将坎德拉重新定义为：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

5、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。5.辐(射)亮度和光亮度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，称为辐射亮度Le，即式中，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)]。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]若Le，Lv与光源发射辐射的方向无关，这样的光源称为余弦辐射体或朗伯辐射体。

6、黑体是一个理想的余弦辐射体，而一般光源的亮度多少与方向有关。粗糙表面的辐射体或反射体及太阳等是一个近似的余弦辐射体。余弦辐射体表面某面元dA处向半球面空间发射的通量为对上式在半球面空间内积分的结果为6.视见函数光度学中，为了表示人眼对不同波长的辐射的敏感度差别，引入了视见函数，也称光谱光视效率。除人眼而外，其他的光检测器，如光电池、光电倍增管、磁头、感光乳胶等也只能感受一定范围的波长，并且对每种波长的响应程度（反应的灵敏度）也不同。它们对不同波长的这种选择特性可用与视见函数曲线类似的光谱响应曲线来表征。1是锑铯光电管，不能感受0.6um以上的红光；2是人眼；3是硅光电池；4是热敏元件

7、，对所有波段无选择地接收，灵敏度相等.2021/7/211.3光电技术中的光电效应【任务要求】通过学习本节知识，掌握光电技术中的光电效应的分类及其定义，掌握各个光电效应光与之对应的光电器件。2021/7/211.3.1光子效应光子效应是指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类物理效应。探测器吸收光子后，直接引起原子或分子内部电子状态的改变。1.外光电效应在光的作用下，金属或半导体材料中的电子吸收足够高的光子能量，逸出物体表面向外发射的现象叫做外光电效