光电检测技术与光纤基础课件：光度学基本物理量

1、1.1.2 光度学基本物理量（一）光度学量和辐射度学量的关系1. 人眼光谱灵敏度K 及 视见函数V相同波长（）不同产生对人眼不同程度的刺激人眼对光的感受是光波长的函数K 光谱灵敏度(lm/W)(1)光谱灵敏度（响应）明视暗视0.55m0.52 m Km= 683（lm/W）0.380.7不同波长的光谱灵敏度，如图所示：单位时间内发射、传播或接收的光量,反映了人的感觉光通量(lm流明)大量人的实验结果平均值存在色盲的情况定义: 视见函数明视0.55m 10.380.7(2)视见函数C明视觉视见函数归一化的光谱灵敏度 Km= 683（lm/W） 人眼的响应视见函数值见P3小于1，近似对称1、光通量

2、 (lm流明)（二）光度学量C=Km= 683（lm/W，流明/瓦）1瓦辐射通量等于555nm绿光的光通量为683lm(感受刺激）1lm相当于1/683瓦的辐射通量（555nm)1lm大于1/683瓦的辐射通量（其他波长）辐射通量光通量比例系数C（二）光度学量A1A2A1A2辐射通量单位时间内发射、传播或接收的辐射能量。复色辐射时-单位时间内发射、传播或接收的光量。复色光时1、光通量A lm(流明）W（瓦特）- 点源在某一方向上，单位立体角 内发出的辐射通量。- 点光源在某一方向上，单位立体角内的光通量。2、发光强度单位：辐射强度单位：（cd 坎德拉） d七个基本物理量之一-面元dS在方向d体

3、积角内的光通量dv 除立体角的大小d 和此面元在观测方向上的表观面积cos(dS)。3、光亮度单位：辐射亮度-面元dS在方向d体积角内的的辐通量d2e 除立体角的大小d 和此面元在观测方向上的表观面积cos(dS)。N4、光出射度- 光源单位时间由单位表面积辐射出的光量（包括所有方向） ，或者说单位辐射面发出的光通量。dS1dS2单位：lm/m2辐射出射度- 辐射源单位时间由单位表面积辐射出的电磁能（包括所有方向） ，或者说单位辐射面发出的辐通量。单位：W/m2- 受照面上单位时间单位表面积接受的光能，或单位表面积接受的光通量。5、光照度单位：lm/m2dA1dA2- 受照面上单位时间单位表面

4、积接受的辐射能，或单位表面积接受的辐通量。辐照度单位：W/m2(lx 勒克斯）1.1.3 其它基本概念1. 点源dAdA某面元上的照度与面元到光源的距离的平方成反比-平方反比定律同时也与面元的方向有关适用于点源或近似点源Ir对于沿各方向匀均辐射的点源点源对面的照度-光源 S总辐射通量为：2. 扩展源-有一定面积的辐射源朗伯源或称为余弦辐射体向空间各个方向的辐射亮度相同，理想化的扩展源发光强度I 与方向角满足余弦定律的发光体。大部分发光体都有此性质 dSII0余弦定律常数根据辐出度的定义根据亮度的定义朗伯源向空间各个方位的总辐射通量的计算-dSdA3. 漫反射面-把入射光向各个方向均匀的散射的各

5、种表面设某一漫反射面dS所受的光照度为E，则此面接收到的光通量为：设此反射面的反射系数为K，则它反射的光通量为：朗伯辐射体不透明漫反射体透明漫反射体亮度减半4. 定向辐射体-光线的发射方向比较集中如：激光器太阳的辐射亮度只有3*108W/(sr.m2)161.2 半导体的基础知识1.电子的共有化运动2.能带的形成能级3s2p1.2.1 固体的能带结构允带禁带允带允带禁带半导体的定义、结构特点173.能带的结构价带导带禁带半导体的导电性：价带导带禁带价带中的空穴导带中的电子价带导带内层能带禁带禁带内层能带禁带满带：被电子填满的能带空带：没有电子占据的能带184.N型半导体和P型半导体价带导带禁带

6、低温下低温下硅晶体中的价带中所有的能级都被电子占据，即被填满，价带以下的能带被内层电子填满，而导带的能级是空的，所以不导电。价带导带禁带本征激发常温下被激发到共价键之外不导电弱导电性1）本征半导体192）掺5族元素时（As或P） -N型半导体的能级处于共价键之外低温下价带导带禁带杂质能级20价带导带禁带施主能级本征激发+杂质激发价带导带禁带杂质能级低温下常温下被激发至导带213）掺3族元素时（B)-P型半导体低温下B价带导带杂质能级22价带导带杂质能级常温下B低温下受主能级价带导带杂质激发+本征激发231.2.2 热平衡下的载流子浓度本征半导体中的载流子价带导带禁带本征激发开始时：激发复合复合

7、一段时间后：激发=复合（载流子浓度增大）（载流子浓度稳定）热平衡状态设由低温到高温的过程241.2.3 半导体中的非平衡载流子非平衡载流子-通过注入或光激发方式使载流了浓度超出热平衡时的浓度，这些超出的载流子通常称为非平衡载流子，或过剩载流子。1.半导体材料的光吸收效应1）本征吸收价带导带常温光照时价带导带常温无光照时Eg要发生本征吸收，必须满足：单位:波长m，能级eV 252）杂质吸收N型半导体：价带导带低温无光照时Ed价带导带低温有光照时价带导带低温无光照时Ea工作时温度要低-防止热激发价带导带低温有光照时P型半导体：要发生本征吸收，必须满足：单位:波长m，能级eV 262. 非平衡载流子浓度光照射半导体时：载流子的浓度增加停止光照射后：由于复合，载流子的浓度不断的减少，直到热平衡复合方式有直接复合-导带中的电子直接回到价带填充空位间接复合-通过“缺陷、错位、杂质”等形成的复合中心复合价带导带价带导带271.2.4 载流子的扩散和漂移1.扩散-在某种作用下