光电检测技术ppt课件.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理论知识。信号处理装置光电探测器光源信息载体§1.1辐射度学

2、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)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Ie辐强度的单位为W／sr（瓦／球面度

3、）。对于均匀辐射的点光源，若辐通量为,则其辐强度为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Le来表示其表面不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所对应的立体角内的辐通量为，则面源在此方向上的辐亮度为式中是面辐射源正对dA的有效面积。辐亮度Le就是该面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Me单位为W／m2。其余物理量，如、等意义与相仿。5、辐照度Ee，表示每单位受照面接受的辐通量，即辐照度的单位为W/

4、m2。如果辐亮度和辐强度与辐射方向有关，可用带下标的和表示；如果仅仅考虑在波长附近的辐射情况，则可用和表示。例如称为光谱辐强度，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下式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。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-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

5、为1。其它的波长，而在可见光谱以外的波段。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。光通量的定义为式中为辐通量，单位为w；光通量的单位为1m，称为流明；比例系数：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1lm的光通量相当辐通量为(对555nm)。对其它波长

6、，1lm光通量所相当的瓦特数都大于。2.发光强度点光源的发光强度定义为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的立体角内的光通量。3.亮度面光源的亮度定义为单位为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单位为lm／m2

7、(流明每平方米)。5.照度入射到单位面积上的光通量称为照度，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的通量为若点源沿各方向均匀辐射，则总通量为当点源照射一个小面元dA时，若面元dA的法线与dA到点源连线r的夹角为，则照到dA上的通量为根据照度的定义，得该面元上的照度为这就是照度与距离r之间的平方反比定律。仅当光源极小或极远时，平方反比定律才能成立，这时才能把辐射源看作点源。2.扩展源一个理想化的扩展源，称之为朗伯源。朗伯源的亮度不随方向而改变。一个面积为dS的

8、朗伯源，在立体角内辐射的