第二章 光电检测技术基础课件.ppt

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1、第二章光电检测技术基础光的基本性质辐射与光度学量半导体基础知识光电效应第一节辐射度量与光度量光学发展的概况人类感官接收到外部世界的总信息量中至少有90％以上通过眼睛光学是一门古老的学科，又是一门新兴的年轻学科激光器诞生后，光学开始了迅猛发展，成为科研前沿极为活跃的学科五个时期（一）、萌芽时期公元前500年-公元1500年经历大约2000年面镜、眼镜和幻灯等光学元件已相继出现1500-1800，大约300年1、建立了光的反射定律和折射定律，奠定了几何光学的基础2、研制出了望远镜和显微镜等光学仪器3、牛顿为代表的微粒说占据了统治地位4、对折射定律的解

2、释是错误的（二）、几何光学时期1800~1900，近100年1、杨氏利用实验成功地解释了光的干涉象2、惠更斯－菲涅耳原理成功地解释了光的衍射现象3、菲涅耳公式成功地解释了光的偏振现象4、麦克斯韦的电磁理论证明光是电磁波5、傅科的实验证实光在水中传播的速度小于在空气中的传播速度6、波动光学的理论体系已经形成，光的波动说战胜了光的微粒说（三）、波动光学时期1900~1950，近50年1、1900年普朗克提出了量子假说，成功地解释了黑体辐射问题2、爱因斯坦提出了光子假说，成功地解释了光电效应问题3、光的某些行为象经典的“波动”4、另一些行为却象经典的“

3、粒子”5、光是一种几率波，又具有可分割性，光具有“波粒二象性”（四）、量子光学时期（五）、现代光学时期从1950年至今1、全息术、光学传递函数和激光的问世是经典光学向现代光学过渡的标志2、光学焕发了青春，以空前的规模和速度飞速发展1）智能光学仪器2）全息术3）光纤通信4）光计算机5）激光光谱学的实验方法一、光的基本性质牛顿——微粒说根据光直线传播现象，对反射和折射做了解释不能解释较为复杂的光现象：干涉、衍射和偏振波动理论惠更斯、杨氏和费涅耳等解释光的干涉和衍射现象麦克斯韦电磁理论：光是一种电磁波光的基本性质光量子说1900年普朗克在研究黑体辐射

4、时，提出辐射的量子论1905年，爱因斯坦在解释光电发射现象时提出光量子的概念光子的能量与光的频率成正比光具有波粒二象性光谱光波：波长为10—106nm的电磁波可见光：波长380—780nm紫外线：波长10—380nm，波长300—380nm称为近紫外线波长200—300nm称为远紫外线波长10—200nm称为极远紫外线，红外线：波长780—106nm波长3μm（即3000nm）以下的称近红外线波长超过3μm的红外线称为远红外线。光谱分布如图所示。远紫外近紫外可见光近红外远红外极远紫外0.010.11100.050.55波长/μm波数/cm-1频率

5、/Hz光子能量/eV1061051041035×1055×1045×10310155×101410145×10131001015050.55×101510163×1018光的波长与频率的关系由光速确定，真空中的光速c=2.99793×1010cm/s，通常c≈3×1010cm/s。光的波长λ和频率ν的关系为ν的单位为Hz，λ的单位为cm。νλ=3×1010cm/s光的波动性光的粒子性光谱学光在电磁波谱中的位置二光辐射度量辐射能Qe：一种以电磁波的形式发射、传播或接受的能量。单位：焦耳[J]辐射通量Φe：单位时间内通过一定面积发射、传播或接受的能量

6、，又称辐射功率Pe，是辐射能的时间变化率。单位：瓦［Ｗ］辐射强度Ｉe：点辐射源在给定方向上通过单位立体角内的辐射通量。单位：［W/Sr］光辐射度量辐射照度Ee：投射在单位面积上的辐射通量。单位：［W/m2］辐射出射度Ｍe：扩展辐射源单位面积所辐射的通量（也称辐射本领）。单位：［W/m2］辐射亮度Ｌe：辐射表面定向发射的辐射强度。单位：［W/m2．Sr］光谱辐射通量Φe（λ）：辐射通量的光谱密度，即单位波长间隔内的辐射通量。光辐射度量的名称、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

7、辐射强度Ｉ瓦特／球面度Wsr-1辐射亮度Ｌ瓦特／球面度平方米Wm-2sr-1辐射出射度Ｍ瓦特／平方米Wm-2辐射照度Ｅ瓦特／平方米Wm-2三光度量1、辐射通量定义：单位时间、单位面积元上辐射的所有波长的能量即：光源表面上单位面积的辐射功率。意义：描述光源发射辐射的能力。单位：W定义：单位时间、单位面积元在某波长附近单位波长间隔内辐射的能量。意义：描述不同波长的光波在辐射通量中所占的比例。单位：与的关系：2、分布函数人眼对不同波长（或颜色）的光波具有不同的敏感程度，即使接收到相同的辐射通量，不同波长的光给人眼的感觉也不一样。如正常人眼对黄绿光最敏感

8、，红光和紫光较差，而对红外和紫外则无反应。在引起相同视觉的情况下，若所需某单色的辐射通量越小，则说明人眼对该光敏感度越高；反之，越低。为