第1章光电检测技术

1、光电检测技术光电检测技术参考书目参考书目光电检测技术及应用光电检测技术及应用周秀云等编著周秀云等编著 电子工业出电子工业出版社版社光电检测技术光电检测技术曾光宇等编著曾光宇等编著 清华大学出版社清华大学出版社光电检测技术光电检测技术雷玉堂等编著雷玉堂等编著 中国计量出版社中国计量出版社目目 录录第一章第一章 绪论绪论 1.1 信息技术与光电检测技术信息技术与光电检测技术 1.2 光电检测与光电传感器概念光电检测与光电传感器概念 1.2.1 检测与测量的概念检测与测量的概念 1.2.2 光电传感器与敏感器的概念光电传感器与敏感器的概念 1.3 光电检测系统的组成及特点光电检测系统的组成及特点 1

2、.4 光电检测方法及应用发展趋势光电检测方法及应用发展趋势第二章第二章 光电检测器件工作原理及特性光电检测器件工作原理及特性 2.1 光电检测器件的物理基础光电检测器件的物理基础 2.1.1 光电导效应光电导效应 2.1.2 杂质光电导效应杂质光电导效应 2.1.3 光生伏特效应光生伏特效应 2.1.4 光热效应光热效应2.2 光电检测器件的特性参量光电检测器件的特性参量第三章第三章 半导体光电检测器件及应用半导体光电检测器件及应用3.1 光敏电阻光敏电阻 3.1.1 光敏电阻的结构及其工作原理光敏电阻的结构及其工作原理 3.1.2 光敏电阻特性参数光敏电阻特性参数 3.1.3 光敏电阻的应用

3、光敏电阻的应用3.2 光生伏特器件光生伏特器件 3.2.1 光电池光电池 3.2.2 光电二极管与光电三极管光电二极管与光电三极管 3.2.3 发光器件发光器件 3.2.4 光电耦合器件光电耦合器件 3.2.5 光电位置敏感器件光电位置敏感器件 3.2.6 光热辐射检测器件光热辐射检测器件 3.2.7 各种光电检测器件的性能比较各种光电检测器件的性能比较第四章第四章 光电信号检测电路光电信号检测电路 4.1 光电检测电路的设计要求光电检测电路的设计要求 4.2 光电信号输入电路的静态计算光电信号输入电路的静态计算 4.2.1 恒流源型器件光电信号输入电路恒流源型器件光电信号输入电路 4.2.2

4、 光伏型器件光电信号输入电路光伏型器件光电信号输入电路 4.2.3 可变电阻型器件光电信号输入电路可变电阻型器件光电信号输入电路 4.3 光电信号检测电路的动态计算光电信号检测电路的动态计算 4.3.1 光电信号输入电路的动态计算光电信号输入电路的动态计算 4.3.2 光电检测电路的频率特性光电检测电路的频率特性 4.4 光电信号检测电路的噪声光电信号检测电路的噪声 4.5 前置放大器前置放大器 4.6 光电检测电路举例光电检测电路举例第五章第五章 光电直接检测系统光电直接检测系统 5.1 光电直接检测系统的基本工作原理光电直接检测系统的基本工作原理 5.2 光电直接检测系统的基本特性光电直接

5、检测系统的基本特性 5.2.1 直接检测系统的信噪比直接检测系统的信噪比 5.2.2 直接检测系统的检测极限及趋近方法直接检测系统的检测极限及趋近方法 5.2.3 直接检测系统的视场角直接检测系统的视场角 5.2.4 系统的通频带宽度系统的通频带宽度 5.3 直接检测系统的距离方程直接检测系统的距离方程 5.4 光电直接检测系统举例光电直接检测系统举例 5.4.1 莫尔条纹测长仪莫尔条纹测长仪 5.4.2 激光测距仪激光测距仪 5.4.3 环境污染监测系统环境污染监测系统第六章第六章 光外差检测系统光外差检测系统 6.1 光外差检测原理光外差检测原理 6.2 光外差检测特性光外差检测特性 6.

6、3 影响光外差检测系统灵敏度的因素影响光外差检测系统灵敏度的因素 6.3.1 光外差检测的空间条件光外差检测的空间条件(空间调准空间调准) 6.3.2 光外差检测的频率条件光外差检测的频率条件 6.4 光外差检测系统举例光外差检测系统举例 6.4.1 干涉测量技术干涉测量技术 6.4.2 光外差通信光外差通信 6.4.3 多普勒测速多普勒测速第七章第七章 光纤传感器检测技术光纤传感器检测技术 7.1 光纤传感器的基础光纤传感器的基础 7.2 光纤的光波调制技术光纤的光波调制技术 7.2.1 强度调制与解调强度调制与解调 7.2.2 偏振调制与解调偏振调制与解调 7.2.3 相位调制与解调相位调

7、制与解调 7.2.4 频率调制与解调频率调制与解调 7.3 光纤传感器实例光纤传感器实例 7.3.1 光纤位移传感器光纤位移传感器 7.3.2 光纤温度传感器光纤温度传感器 7.3.3 光纤角速度传感器（光纤陀螺）光纤角速度传感器（光纤陀螺） 7.3.4 光纤压力传感器光纤压力传感器 7.3.5 光纤电流传感器光纤电流传感器 7.4 分布式光纤传感器分布式光纤传感器第八章第八章 光电信号的数据采集与微机接口光电信号的数据采集与微机接口 8.1 光电信号的二值化处理光电信号的二值化处理 8.1.1 单元光电信号的二值化处理单元光电信号的二值化处理 8.1.2 视频信号的二值化处理视频信号的二值化

8、处理 8.1.3 光电信号的二值化数据采集与接口光电信号的二值化数据采集与接口 8.2 单元光电信号的单元光电信号的A/D转换与数据采集转换与数据采集 8.3 视频光电信号的视频光电信号的A/D转换与数据采集转换与数据采集第九章第九章 光电检测技术的典型应用光电检测技术的典型应用 9.1 微弱光信号检测技术微弱光信号检测技术 9.1.1 锁相放大器锁相放大器 9.1.2 取样积分器取样积分器 9.1.3 光子计数器光子计数器 9.2 光电开关与光电转速计光电开关与光电转速计 9.3 条形码技术条形码技术 9.4 光电遥控技术光电遥控技术 9.5 红外方位检测系统红外方位检测系统第一章第一章 绪

9、绪 论论一、在工业生产领域的应用一、在工业生产领域的应用在线检测：在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位零件尺寸、产品缺陷、装配定位.现代工程装备中，检测环节的成本约占现代工程装备中，检测环节的成本约占5070%光电检测技术的应用光电检测技术的应用检测技术在汽车中的应用日新月异检测技术在汽车中的应用日新月异温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度、节气门、节气门、发动机转速、水温、油温、湿度、风量、日照、加速度、发动机转速、水温、油温、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等车速、测距、图象等 发动机：发动机：向发动机的电子控制单元（向发动机的电子控制单

10、元（ECU）提供发动机）提供发动机的工作状况信息，的工作状况信息， 对发动机工作状况进行精确控制对发动机工作状况进行精确控制底底 盘：盘：控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系统等制动防抱死系统等 汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容部件，核心技术内容 普通轿车：约安装几十到近百只传感器，普通轿车：约安装几十到近百只传感器， 豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。 二、检测技术在日常生活中的应用二、检测技术在日常生活中的应用 家用电器：家用电

11、器： 数码相机、数码摄像机：自动对焦数码相机、数码摄像机：自动对焦-红外测红外测距传感器距传感器 自动感应灯：亮度检测自动感应灯：亮度检测-光敏电阻光敏电阻 空调、冰箱、电饭煲：温度检测空调、冰箱、电饭煲：温度检测-热敏电阻、热敏电阻、热电偶热电偶 电话、麦克风：话音转换电话、麦克风：话音转换-驻极电容传感器驻极电容传感器 遥控接收：红外检测遥控接收：红外检测-光敏二极管、光敏三极光敏二极管、光敏三极管管 可视对讲、可视电话：图像获取可视对讲、可视电话：图像获取-面阵面阵CCD办公商务：办公商务： 扫描仪：文档扫描扫描仪：文档扫描-线阵线阵CCD 红外传输数据：红外检测红外传输数据：红外检测-

12、光敏二极管、光敏光敏二极管、光敏 三极管三极管医疗卫生：医疗卫生： 数字体温计：接触式数字体温计：接触式-热敏电阻，非接触式热敏电阻，非接触式-红红外传感器外传感器 电子血压计：血压检测电子血压计：血压检测 - 压力传感器压力传感器 血糖测试仪、胆固醇检测仪血糖测试仪、胆固醇检测仪 - 离子传感器离子传感器三、检测技术在军事上的应用三、检测技术在军事上的应用美军研制的未来单兵作战武器美军研制的未来单兵作战武器夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标。激光测距仪：可精确的定位目标。美国国家导弹防御计划美国国家导弹防御计划-NMD1.地基

13、拦截器地基拦截器2.早期预警系统早期预警系统3.前沿部署前沿部署(如雷达）如雷达）4.管理与控制系统管理与控制系统5. 卫星红外线监测系统卫星红外线监测系统监测系统监测系统: 探测和发现探测和发现敌人导弹的发射并追踪敌人导弹的发射并追踪导弹的飞行轨道；导弹的飞行轨道；拦截器：能识别真假拦截器：能识别真假 弹头，敌友方弹头，敌友方“阿波罗阿波罗10”：火箭部分火箭部分-2077个传感器个传感器飞船部分飞船部分-1218个传感器个传感器检测参数检测参数-加速度、温度、压力、加速度、温度、压力、 振动、流量、应变、振动、流量、应变、 声学声学神州飞船：神州飞船：185台（套）仪器装置台（套）仪器装置

14、四、检测技术在航天领域的应用四、检测技术在航天领域的应用1.1 信息技术与光电检测技术信息技术与光电检测技术 信息技术信息技术: :-感测技术、通信技术、人工智能与计算机技术、控制技术。-微电子信息技术（电集成）、光子信息技术（光集成）、光电信息技术（光电集成）。光电检测技术例：例：空调机测量控制室温空调机测量控制室温空气空气被测对象被测对象：被测信息被测信息：检测器件检测器件：操作过程操作过程：室内空气室内空气温度温度温度传感器温度传感器 - - 热敏电阻、热电偶热敏电阻、热电偶热敏电阻热敏电阻电信号电信号处理处理显示显示空调机空调机光电检测系统与人工操作功能比较光电检测系统与人工操作功能比

15、较 被测物体被测物体 感觉器官感觉器官 人脑人脑 手控手控 被测物体被测物体 光电传感光电传感 微机微机 执行机构执行机构 光电传感部分相当于人身的感觉器官光电传感部分相当于人身的感觉器官 光电信息技术光电信息技术 以光电子学为基础以光电子学为基础,以光电子器件为主体以光电子器件为主体,研究和发展光研究和发展光电信息的形成、传输、接收、变换、处理和应用。它涉及电信息的形成、传输、接收、变换、处理和应用。它涉及到：到： 1.光电源器件（包括激光器）和可控光功能器件及集成光电源器件（包括激光器）和可控光功能器件及集成 2.光通信和综合信息网络光通信和综合信息网络 3.光频微电子光频微电子 4.光电

16、方法用于瞬态光学观测光电方法用于瞬态光学观测 5.光电传感、光纤传感和图象传感光电传感、光纤传感和图象传感 6.激光、红外、微光探测，定向和制导激光、红外、微光探测，定向和制导 7.光电精密测试，在线检测和控制技术光电精密测试，在线检测和控制技术 8.混合光电信息处理、识别和图象分析混合光电信息处理、识别和图象分析 9.光电人工智能和机器视觉光电人工智能和机器视觉 10.光（电）逻辑运算和光（电）计算机及光电数据存储光（电）逻辑运算和光（电）计算机及光电数据存储 11.生物光子学生物光子学 光电检测技术光电检测技术 是利用是利用光电传感器光电传感器实现各类检测。通常以激光、实现各类检测。通常以

17、激光、红外、光纤等现代光电器件为基础，通过对载红外、光纤等现代光电器件为基础，通过对载有被检测物体信号的光辐射（发射、反射、散有被检测物体信号的光辐射（发射、反射、散射、衍射、折射、透射等）进行检测，即通过射、衍射、折射、透射等）进行检测，即通过光电检测器件接收光电检测器件接收光辐射光辐射并转换为并转换为电信号电信号，由，由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用的信输入电路、放大滤波等检测电路提取有用的信息，再经过息，再经过A/D变换接口输入微型计算机运算、变换接口输入微型计算机运算、处理，最后显示或打印输出所需检测物体的几处理，最后显示或打印输出所需检测物体的几何量或物理量。何量或物理量。检测

18、：检测：通过一定的物理方式，分辨出被测参数量并归通过一定的物理方式，分辨出被测参数量并归属到某一范围带，以此来判别被测参数量是否合格或属到某一范围带，以此来判别被测参数量是否合格或参数量是否存在。参数量是否存在。1.2 光电检测与光电传感器概念光电检测与光电传感器概念被测对象：被测对象：宇宙万物（固液气体、动物、植物、天宇宙万物（固液气体、动物、植物、天体体 ）被测信息：被测信息：物理量（光、电、力、热、磁、声、物理量（光、电、力、热、磁、声、） 化学量（化学量（PH、成份、成份） 生物量（酶、葡萄糖、生物量（酶、葡萄糖、） 检测器件：检测器件：传感器、检测仪器、检测装置、检测系统传感器、检测

19、仪器、检测装置、检测系统检测过程：检测过程：信号采集、信号处理、信号显示、信号输出信号采集、信号处理、信号显示、信号输出1.2.1 检测与测量检测与测量测量：测量：将被测的未知量与同性质的标准量进行比较，将被测的未知量与同性质的标准量进行比较，确定被测量对标准量的倍数，并通过数字表示出确定被测量对标准量的倍数，并通过数字表示出这个倍数的过程这个倍数的过程直接测量：直接测量：对仪表读数不经任何运算，直接得出被对仪表读数不经任何运算，直接得出被测量的数值。例如：测量的数值。例如： 长度：直尺、游标卡尺、千分尺长度：直尺、游标卡尺、千分尺 电压：万用表电压：万用表 质量：天平质量：天平间接测量：间接

20、测量：测量几个与被测量相关的物理量，通过测量几个与被测量相关的物理量，通过函数关系式计算出被测量。例如：函数关系式计算出被测量。例如： 电功率电功率：P = I V（电流（电流电压）电压） 重力加速度：单摆测量（重力加速度：单摆测量（L：摆的线长，：摆的线长，T：摆动摆动的周期）的周期） 224TLg1.2.2 光电传感器与敏感器的概念光电传感器与敏感器的概念传感器的作用：传感器的作用：是将非电量转换为与之有确定对是将非电量转换为与之有确定对应关系的电量输出。（非电量与电量系统之间应关系的电量输出。（非电量与电量系统之间的接口）的接口） -有源传感器（能量控制型有源传感器（能量控制型-需外加电

21、源）需外加电源） -无源传感器（能量转换型无源传感器（能量转换型-不需外加电源）不需外加电源）敏感器：敏感器：能够能够将被测非电量转换为可用非电量的将被测非电量转换为可用非电量的器件或装置器件或装置光电传感器光电传感器：基于光电效应，将光信号转换为电基于光电效应，将光信号转换为电信号的一种光电器件，广泛应用于自动控制、信号的一种光电器件，广泛应用于自动控制、宇航和广播电视等各个领域。宇航和广播电视等各个领域。类类 型型实实 例例PN结结PN光电二极管（光电二极管（Si,Ge, GaAs)PIN光电二极管（光电二极管（Si）雪崩光电二极管雪崩光电二极管(Si, Ge)光电晶体管光电晶体管(Si)

22、集成光电传感器和光电晶闸管集成光电传感器和光电晶闸管(Si)非非PN结结光电元件光电元件(CdS, CdSe, Se, PbS)热电元件热电元件(PZT, LiTaO3, PbTiO3)电子管类电子管类光电管，摄像管，光电倍增管光电管，摄像管，光电倍增管其他类其他类色敏传感器（色敏传感器（Si）固体图象传感器（固体图象传感器（Si，CCD/MOS/CPD型）型）位置检测用元件（位置检测用元件（PSD）光电池光电池表表1-1 光电传感器的种类光电传感器的种类 电子检测系统：电子检测系统：一般由传感器、信号调一般由传感器、信号调理器和输出环节三部分组成。理器和输出环节三部分组成。 光电系统的基本模

23、型：光电系统的基本模型： 光发射机光发射机 光学信道光学信道 光接收机光接收机1.3 光电检测系统的组成及特点光电检测系统的组成及特点光源光源热辐射热辐射大气、空间、大气、空间、水下、光纤水下、光纤直接检测接收机直接检测接收机外差检测接收机外差检测接收机接收到接收到的光场的光场接收透接收透镜系统镜系统光电光电检测器检测器后续检测后续检测处理器处理器光接收机基本模型光接收机基本模型接收到接收到的光场的光场聚焦光场聚焦光场空间滤波器空间滤波器频率滤波器频率滤波器光电光电检测器检测器透镜透镜直接检测接收机直接检测接收机外差检测接收机外差检测接收机接收到接收到的光场的光场聚焦光场聚焦光场本地激光器本地

24、激光器光电光电检测器检测器透镜透镜合束镜合束镜本地光场本地光场准直后准直后的光场的光场光学变换光学变换变换电路变换电路光电传感光电传感光源光源光学系统光学系统被测对象被测对象电信号处理电信号处理存存 储储显显 示示控控 制制电路处理电路处理光电转换光电转换光电检测系统光电检测系统光载波光载波光信息光信息 光学变换光学变换 时域变换：调制振幅、频率、相位、脉宽时域变换：调制振幅、频率、相位、脉宽 空域变换：光学扫描空域变换：光学扫描 光学参量调制：光强、波长、相位、偏振光学参量调制：光强、波长、相位、偏振 形成能被光电探测器接收，便于后续电学处形成能被光电探测器接收，便于后续电学处理的光学信息。

25、理的光学信息。 光电变换光电变换 光电光电/热电器件（传感器）、变换电路、前置热电器件（传感器）、变换电路、前置放大放大 将信息变为能够驱动电路处理系统的电信息将信息变为能够驱动电路处理系统的电信息（电信号的放大和处理）。（电信号的放大和处理）。 电路处理电路处理 放大、滤波、调制、解调、放大、滤波、调制、解调、A/D、D/A、微、微机与接口、控制。机与接口、控制。 测量检查型测量检查型: : 几何量几何量:长度、角度、形状、位置、形变、长度、角度、形状、位置、形变、面积、体积、距离。面积、体积、距离。 运动量：运动量：速度、加速度、振动速度、加速度、振动 表面形状：表面形状：光洁度、庇病、伤

26、痕光洁度、庇病、伤痕 工作过程：工作过程：湿度、流量、压力、物位、湿度、流量、压力、物位、PHPH值、值、浓度浓度等等 机械量：机械量：重量、压力、应变、压强重量、压力、应变、压强 电学量：电学量：电流、电压、电场、磁场电流、电压、电场、磁场 光学量：光学量：吸收、反射、透射、光度、色度、吸收、反射、透射、光度、色度、波长、光谱波长、光谱光电检测系统的功能分类光电检测系统的功能分类 控制跟踪型控制跟踪型 跟踪控制：跟踪控制：激光制导，红外制导激光制导，红外制导 数值控制：数值控制：自动定位，图形加工形成，数值自动定位，图形加工形成，数值控制控制 图象分析型图象分析型 图形检测图形检测 图形分析

27、图形分析 高精度：高精度：从地球到月球激光测距的精度达到从地球到月球激光测距的精度达到1 1米。米。 高速度：高速度：光速是最快的。光速是最快的。 远距离、大量程：远距离、大量程：遥控、遥测和遥感。遥控、遥测和遥感。 非接触式检测：非接触式检测：不改变被测物体性质的条件下进行测不改变被测物体性质的条件下进行测量。量。 寿命长：寿命长：光电检测中通常无机械运动部分，故测量装光电检测中通常无机械运动部分，故测量装置寿命长，工作可靠、准确度高，对被测物无形状和置寿命长，工作可靠、准确度高，对被测物无形状和大小要求。大小要求。 数字化和智能化：数字化和智能化：强的信息处理、运算和控制能力。强的信息处理

28、、运算和控制能力。光电检测技术的特点光电检测技术的特点1.4 光电检测方法及应用发展趋势光电检测方法及应用发展趋势光电传感器光电传感器由光源、光学系统和光电信息由光源、光学系统和光电信息转换器件三部分组成。转换器件三部分组成。 根据光源、光学系统和光电信息转换器件放根据光源、光学系统和光电信息转换器件放置位置的不同，光电传感器可分为以下三种：置位置的不同，光电传感器可分为以下三种：l 直射型直射型l 反射型反射型l 辐射型辐射型 1、直接作用法、直接作用法光电检测的基本方法光电检测的基本方法被测物理量被测物理量光通量光通量光电传感器光电传感器放大、定标放大、定标直接读数直接读数 2、差动测量法

29、、差动测量法 利用被测量与某一标准量相比较，所得利用被测量与某一标准量相比较，所得差或数值比可反映被测量的大小。差或数值比可反映被测量的大小。 3、补偿测量法、补偿测量法 用光或电的方法补偿由被测量变化而引用光或电的方法补偿由被测量变化而引起的光通量变化，补偿器的可动元件连接起的光通量变化，补偿器的可动元件连接读数装置指示出的补偿量值，补偿值的大读数装置指示出的补偿量值，补偿值的大小反映了被测量变化的大小。小反映了被测量变化的大小。 4、脉冲测量法、脉冲测量法 在测量中将被测量的光通量转换成电脉在测量中将被测量的光通量转换成电脉冲，其参数（脉宽、相位、频率、脉冲数冲，其参数（脉宽、相位、频率、

30、脉冲数量等）反映了被测量的大小。量等）反映了被测量的大小。 纳米、亚纳米高精度的光电测量新技术。纳米、亚纳米高精度的光电测量新技术。 小型、快速的微型光、机、电检测系统。小型、快速的微型光、机、电检测系统。 非接触、快速在线测量。非接触、快速在线测量。 微空间三维测量技术和大空间三维测量技术。微空间三维测量技术和大空间三维测量技术。 闭环控制的光电检测系统，实现光电测量与光闭环控制的光电检测系统，实现光电测量与光电控制一体化。电控制一体化。 向人们无法触及的领域发展。向人们无法触及的领域发展。 光电跟踪与光电扫描测量技术。光电跟踪与光电扫描测量技术。光电检测技术发展趋势光电检测技术发展趋势本门

31、课程的学习要求本门课程的学习要求 （1）了解并掌握典型的光电器件的原理）了解并掌握典型的光电器件的原理和特点，会和特点，会正确选用正确选用光电器件光电器件 （2）学会根据光电器件的特点）学会根据光电器件的特点选择和设选择和设计计光电检测电路和有关参数光电检测电路和有关参数 （3）能根据被测对象的要求，设计光电）能根据被测对象的要求，设计光电检测系统检测系统补充：补充： 光的基本性质光的基本性质 辐射与光度学量辐射与光度学量 半导体基础知识半导体基础知识光的基本性质光的基本性质 牛顿牛顿微粒说微粒说 根据光直线传播现象，对反射和折射做了解释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

32、杂的光现象：干涉、衍射和偏不能解释较为复杂的光现象：干涉、衍射和偏振振 波动理论波动理论 惠更斯、杨氏和费涅耳等惠更斯、杨氏和费涅耳等 解释光的干涉和衍射现象解释光的干涉和衍射现象 麦克斯韦电磁理论：光是一种电磁波麦克斯韦电磁理论：光是一种电磁波 光量子说光量子说 19001900年普朗克在研究黑体辐射时，提出辐射年普朗克在研究黑体辐射时，提出辐射的量子论的量子论 19051905年，爱因斯坦在解释光电发射现象时提年，爱因斯坦在解释光电发射现象时提出光量子的概念出光量子的概念 光子的能量与光的频率成正比光子的能量与光的频率成正比 光具有波粒二象性光具有波粒二象性辐射度的基本物理量辐射度的基本物

33、理量 辐射能辐射能Qe ：一种以电磁波的形式发射、传播：一种以电磁波的形式发射、传播或接收的能量。单位：焦耳或接收的能量。单位：焦耳J 辐射通量辐射通量e：单位时间内通过一定面积发射、：单位时间内通过一定面积发射、传播或接收的能量，又称辐射功率传播或接收的能量，又称辐射功率Pe，是辐，是辐射能的时间变化率。单位：瓦射能的时间变化率。单位：瓦 辐射强度辐射强度e：点辐射源在给定方向上通过单：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：位立体角内的辐射通量。单位：W/Sr 辐射照度辐射照度Ee：投射在单位面积上的辐射通量。：投射在单位面积上的辐射通量。单位：单位：W/m2 辐射出射度辐射

34、出射度e ：扩展辐射源单位面积所辐射：扩展辐射源单位面积所辐射的通量（也称辐射本领）。单位：的通量（也称辐射本领）。单位：W/m2 辐射亮度辐射亮度e ：辐射表面定向发射的辐射强度。：辐射表面定向发射的辐射强度。单位：单位：W/m2Sr 光谱辐射通量光谱辐射通量e（）：辐射通量的光谱密度，：辐射通量的光谱密度，即单位波长间隔内的辐射通量。即单位波长间隔内的辐射通量。 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辐射强度瓦特球面度Wsr-1辐射亮度 瓦特球面度平方米Wm-2 sr-1辐射出射度瓦特平方米Wm-2辐射

35、照度瓦特平方米Wm-2dvdQw/PwdtdQ /ddI/cos/2dAddLcos/dAdIdAdM/dAdE/光度量的最基本单位光度量的最基本单位 发光强度发光强度Iv：发出波长为：发出波长为555nm的单色辐射，的单色辐射，在给定方向上的发光强度规定为在给定方向上的发光强度规定为1cd。单位：。单位：坎德拉（坎德拉（Candela）cd，它是国际单位制，它是国际单位制中七个基本单位之一。中七个基本单位之一。 光通量光通量v：光强度为：光强度为1cd的均匀点光源在的均匀点光源在1sr内内发出的光通量。单位：流明发出的光通量。单位：流明lm。 光照度光照度Ev：单位面积所接受的入射光的量：单

36、位面积所接受的入射光的量 ，单位：勒克斯单位：勒克斯lx，相当于，相当于 1平方米面积上平方米面积上接受到接受到1个流明的光通量。个流明的光通量。 晴天阳光直射地面照度约为晴天阳光直射地面照度约为100000lx晴天背阴处照度约为晴天背阴处照度约为10000lx晴天室内北窗附近照度约为晴天室内北窗附近照度约为2000lx晴天室内中央照度约为晴天室内中央照度约为200lx晴天室内角落照度约为晴天室内角落照度约为20lx阴天室外阴天室外50500lx阴天室内阴天室内550lx月光（满月）月光（满月）2500lx日光灯日光灯5000lx电视机荧光屏电视机荧光屏100lx阅读书刊时所需的照度阅读书刊时

37、所需的照度5060lx在在40W白炽灯下白炽灯下1m远处的照度约为远处的照度约为30lx晴朗月夜照度约为晴朗月夜照度约为0.2lx黑夜黑夜0.001lx半导体基础知识半导体基础知识 导体、半导体和绝缘体导体、半导体和绝缘体 半导体的特性半导体的特性 半导体的能带结构半导体的能带结构 本征半导体与杂质半导体本征半导体与杂质半导体 平衡和非平衡载流子平衡和非平衡载流子 载流子的输运过程载流子的输运过程 半导体的光吸收半导体的光吸收 PN结结导体、半导体和绝缘体导体、半导体和绝缘体 自然存在的各种物质，分为气体、液体、固体。自然存在的各种物质，分为气体、液体、固体。 固体按导电能力可分为：导体、绝缘

38、体和介于两固体按导电能力可分为：导体、绝缘体和介于两者之间的半导体。者之间的半导体。 电阻率电阻率10-6 10-3欧姆欧姆厘米范围内厘米范围内导体导体 电阻率电阻率1012欧姆欧姆厘米以上厘米以上绝缘体绝缘体 电阻率介于导体和绝缘体之间电阻率介于导体和绝缘体之间半导体半导体半导体的特性半导体的特性 半导体电阻温度系数一般是负的，而且对温度变半导体电阻温度系数一般是负的，而且对温度变化非常敏感。根据这一特性，热电探测器件。化非常敏感。根据这一特性，热电探测器件。 导电性受极微量杂质的影响而发生十分显著的变导电性受极微量杂质的影响而发生十分显著的变化。（纯净化。（纯净Si在室温下电导率为在室温下

39、电导率为510-6/(欧姆欧姆厘厘米米)。掺入硅原子数百万分之一的杂质时，电导率。掺入硅原子数百万分之一的杂质时，电导率为为2 /(欧姆欧姆厘米厘米) 半导体导电能力及性质受光、电、磁等作用的影半导体导电能力及性质受光、电、磁等作用的影响。响。 本征半导体本征半导体就是没有杂质和缺陷的半导体。就是没有杂质和缺陷的半导体。 在绝对零度时，价带中的全部量子态都被电子在绝对零度时，价带中的全部量子态都被电子占据，而导带中的量子态全部空着。占据，而导带中的量子态全部空着。 在纯净的半导体中掺入一定的杂质，可以显著在纯净的半导体中掺入一定的杂质，可以显著的控制半导体的导电性质。的控制半导体的导电性质。

40、掺入的杂质可以分为掺入的杂质可以分为施主杂质施主杂质和和受主杂质受主杂质。 施主杂质电离后成为不可移动的带正电的施主施主杂质电离后成为不可移动的带正电的施主离子，同时向导带提供电子，使半导体成为电离子，同时向导带提供电子，使半导体成为电子导电的子导电的n型半导体。型半导体。 受主杂质电离后成为不可移动的带负电的受主受主杂质电离后成为不可移动的带负电的受主离子，同时向价带提供空穴，使半导体成为空离子，同时向价带提供空穴，使半导体成为空穴导电的穴导电的p型半导体。型半导体。本征和杂质半导体本征和杂质半导体平衡和非平衡载流子平衡和非平衡载流子 处于热平衡状态的半导体，在一定温度下，载处于热平衡状态的半导体，在一定温度下，载流子浓度一定。这种处于热平衡状态下的载流流子浓度一定。这种处于热平衡状态下的载流子浓度，称为子浓度，称为平衡载流子平衡载流子浓度。浓度。 半导体的热平衡状态是相对的，有条件的。如半导体的热平衡状态是相对的，有条件的。如果对半导体施加外界作用，破坏了热平衡的条果对半导体施加外界作用，破坏了热平衡的条件，这就迫使它处于与热平衡状态相偏离的状件，这就迫使