光电检测技术.ppt

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1、《光电检测技术》课程内容：第1章光电检测应用中的基础知识第2章光电检测中的常用光源第3章结型光电器件第4章光电导器件第5章真空光电器件第6章真空成像器件第7章固体成像器件第8章红外辐射与红外探测器第9章光导纤维与光纤传感器第10章太赫兹波的产生与检测第1章光电检测应用中的基础知识光电检测系统的典型配置如下图所示。它包括辐射源、信息载体、光电探测器以及信息处理装置。大多数情况下探测器前要加光学系统。本书将重点介绍常用的辐射源和光电探测器，着重讨论它们的结构、工作原理和性能及用途。本章首先介绍一些相关的基础

2、理论知识。光源信息载体光电探测器信号处理装置§1.1辐射度学和光度学基本概念辐射度学研究各种电磁辐射的传播和量度。辐射度学单位是纯粹物理量的单位；光度学所讨论的仅是可见光波的传播和量度，因此光度学的单位必须考虑人眼的响应，包含了生理因素。虽然光度学采用另一套单位制，但是各物理量的定义及其物理意义和辐射度学是一致的。为了便于区分，辐射度学和光度学各量分别加脚标“e”和“v”。1.1.1.辐射度学基本物理量1、辐功率(辐通量)Φe对辐射源来说，其辐功率定义为单位时间内向所有方向发射的能量，对于电磁波的传播来

3、说，辐功率的定义是单位时间通过某一截面的辐射能。单位为W(瓦[特])。2、辐[射]强度IedIeed辐强度的单位为W／sr（瓦／球面度）。对于均匀辐射的点光源，若辐通量为,则其辐强度为Iee43、辐[射]亮度(或称辐射度)Le对于小面积的面辐射源，以辐亮度L来表示其表面不e同位置在不同方向上的辐射特性。如图下图所示，一小平面辐射源的面积为dS，与dS的法线夹角的方向上有一面元dA。若dA所对应的立体角d内的辐通量为d，e则面源在此方向上的辐亮度为dLeedScosd式中dSco

4、s是面辐射源正对dA的有效面积。辐亮度L就是该面e源在某方向上单位投影面积辐射到单位立体角的辐通量。单位为W／(m2·sr)。4、辐[射]出[射]度MedeMeLeddS单位为W／m2。5、辐照度E，e表示每单位受照面接受的辐通量，即dEeedA辐照度的单位为W/m2。如果辐亮度和辐强度与辐射方向有关，可用带下标的Le和Ie表示；如果仅仅考虑在波长附近的辐射情况，则可用Le和Ie表示。例如Ie称为光谱辐强度，表示在波长附近每单位波长间隔的辐强度。辐强度与光谱辐强度的关系如

5、下式IIdeoe其余物理量，如Me、Le等意义与Ie相仿。1.1.2.光度学基本物理量人眼是最常用的可见光接受器。对不同波长的电磁辐射有不同的灵敏度，不同人的眼睛，其灵敏度也有差异。为了从数量上描述人眼对各种波长辐射能的相对敏感度，引入视见函数V。国际照明委员会从许多人的大量观察结果中取其平均值，得出视见函数V-的曲线如下图所示，图中虚线是暗视觉视见函数，实线是明视觉视见函数。人眼对于波长为555nm的绿色光最敏感，取其视见函数值为1。其它的波长V1，而在可见光谱以外的波段V

6、0。在380～780nm的区域里，各种波长处的视见函数值见书上表1-1。从表列数值可见，波长为740nm的红光，其功率必需大到波长为555nm的绿光的4×103，才能引起相同强度的视觉感受。1.光通量v为了从数量上描述电磁辐射对视觉的刺激强度，引入一个新的物理量，称为光通量，也称为光功率。光通量的定义为vΦCVΦve式中为辐通量，单位为w；光通量的单位为1m，称为流明；比例ev系数：C=683lm/W。从定义可见，辐通量为1W，波长等于555nm的绿光的光通量(即视觉感受)为683lm，即1

7、lm的光通量相当辐通量为1683W(对555nm)。对其它波长，1lm光通量所相当的瓦特数都大于1683。2.发光强度Ivd点光源的发光强度定义为Ivvd发光强度的单位应是lm／sr，(流明每球面度)，但是国际单位制规定发光强度为七个基本量之一，坎德拉(cd)为基本单位。“坎德拉是指光源在给定方向上的发光强度，该光源发出频率为540×1012Hz的单色辐射，且在此方向上的辐强度为(1／683)W／sr”其它光度学单位从发光强度单位cd导出。例如1lm是发光强度为1cd的点光源在1sr的立体角内的光

8、通量。3.亮度面光源的亮度定义为dLvvdScosd单位为cd／m2(坎德拉每平方米)。4.光出射度也称为面发光度。其定义为面光源从单位面积上辐射的光通量dMvLdvvdS单位为lm／m2(流明每平方米)。5.照度dEv入射到单位面积上的光通量称为照度，vdA单位为lx。同学们注意一下：书上表1-2列出主要辐射度学量和相应的光度学量及其单位。1.1.3.其他基本概念1.点源从强度为Ｉ的点源辐射到立体角d的通量为d