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1、第6章光敏傳感器1光敏傳感器構成：光源、光學通路、光電元件。應用：1、光量變化的非電量；2、能轉換成光量變化的其他非電量。特點：非接觸、響應快、性能可靠。被測量的變化光信號的變化電信號的變化6.0引言什么是光敏傳感器？2光敏傳感器的測量方法可歸納為四種形式。36.1概述6.1.1光的特性光波是波長為10~106nm的電磁波。1000,000nm10nm780nm380nm可見光紅外光紫外光性質：光都具有反射、折射、散射、衍射、干涉和吸收等性質。46.1.2光源（發(fā)光器件）1.白熾光源最為普通的是用鎢絲通電加熱作為光輻射源。一般白熾燈的輻射光譜是連續(xù)的。發(fā)光范圍：320nm~2500nm,所
2、以任何光敏元件都能和它配合接收到光信號。特點：壽命短而且發(fā)熱大、效率低、動態(tài)特性差，但對接收光敏元件的光譜特性要求不高，是可取之處。52.氣體放電光源利用電流通過氣體產生發(fā)光現象制成的燈即氣體放電燈。它的光譜是不連續(xù)的，光譜與氣體的種類及放電條件有關。改變氣體的成分、壓力、陰極材料和放電電流大小，可得到主要在某一光譜范圍的輻射。汞燈、氫燈、鈉燈、鎘燈、氦燈是光譜儀器中常用的光源，統(tǒng)稱為光譜燈6構成：由半導體PN結構成。特點：工作電壓低、響應速度快、壽命長、體積小、重量輕，因此獲得了廣泛的應用。3.發(fā)光二極管（LED）7RUNP++++++++++++++++----------------
3、UiD++__原理：當加正向電壓時，勢壘降低，電子由N區(qū)注入到P區(qū)，和P區(qū)里的空穴復合；空穴則由P區(qū)注入到N區(qū)，和N區(qū)里的電子復合，這種電子空穴對的復合同時伴隨著光子的放出，因而發(fā)光。8可供制作發(fā)光二極管的材料見下表：材料波長/nm材料波長/nmZnS340CuSe-ZnSe400～630SiC480ZnxCd1-xTe590～830GaP565,680GaAs1-xPx550～900GaAs900InPxAs1-x910～3150InP920InxGa1-xAs850～1350LED材料9發(fā)光二極管的光譜特性如圖所示。圖中砷磷化鎵曲線有兩根，這是因為其材質成分稍有差異而得到不同的峰值波長
4、?p。除峰值波長?p決定發(fā)光顏色之外，峰的寬度（用Δ?描述）決定光的色彩純度，Δ?越小，其光色越純。10發(fā)光二極管的光譜特性0.20.40.60.81.006007008009001000GaAsPλp=670nmλp=655nmGaAsPλp=565nmGaPλp=950nmGaAsλ/nm相對靈敏度Δ?11U/VI/mA-10-5012GaAsP(紅)GaAsP(綠)反向電壓應在5V以下!發(fā)光二極管的伏安特性與普通二極管相似，但隨材料的不同，開啟（點燃）電壓略有差異。紅色約為1.7V開啟，綠色約為2.2V。砷磷化鎵發(fā)光二極管的伏安曲線124、激光器激光是20世紀60年代出現的最重大科技
5、成就之一。具有高方向性、高單色性、高亮度和高的相干性四個重要特性。激光波長一般從0.15μm到遠紅外整個光頻波段范圍。X-射線激光器。13激光器種類繁多，按工作物質分類：固體激光器（如紅寶石激光器）氣體激光器（如氦-氖氣體激光器、二氧化碳激光器）液體激光器（染料激光器）。半導體激光器（如砷化鎵激光器）146.2.1外光電效應在光的作用下，物體內的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現象叫做外光電效應。6.2光電效應兩類：外光電效應和內光電效應。151887年，首先是赫茲（M.Hertz）在證明波動理論實驗中首次發(fā)現的；1902年，勒納（Lenard)也對其進行了研究，指出光電效應是金屬中的電子吸收了
6、入射光的能量而從表面逸出的現象。但無法根據當時的理論加以解釋；1905年，愛因斯坦提出了光子假設。16愛因斯坦光電效應方程：1.光電子能否產生，取決于光子的能量是否大于該物體的表面電子逸出功A。2.?一定時，產生的光電流和光強成正比。3.逸出的光電子具有動能。基于外光電效應的光電器件有光電管、光電倍增管。176.2.2內光電效應當光照在物體上，使物體的電導率發(fā)生變化，或產生光生電動勢的現象。分為光電導效應和光生伏特效應（光伏效應）。1．光電導效應在光線作用下，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過度到自由狀態(tài)，而引起材料電導率的變化。18自由電子所占能帶不存在電子所占能帶價電子所占能帶禁帶導帶價帶E
7、g電子能量Eh?≧Eg當光照射到光電導體上時，若這個光電導體為本征半導體材料，且光輻射能量又足夠強,光電材料價帶上的電子將被激發(fā)到導帶上去，使光導體的電導率變大。19基于這種效應的光電器件有光敏電阻。20① 結光電效應光照射PN結時，若h?≧Eg，使價帶中的電子躍遷到導帶，而產生電子空穴對，在阻擋層內電場的作用下，電子偏向N區(qū)外側，空穴偏向P區(qū)外側，使P區(qū)帶正電，N區(qū)帶負電，形成光生電動勢。２．光生伏特效應：在光作用下能
