光電檢測總結.doc

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1、光與物質(zhì)作用產(chǎn)生的光電效應分為內(nèi)光電效應與外光電效應兩類。內(nèi)光電效應：被光激發(fā)所產(chǎn)生的載流子（自由電子或空穴）仍在物質(zhì)內(nèi)部運動，使物質(zhì)的電導率發(fā)生變化或產(chǎn)生光生伏特的現(xiàn)象。包括：光電導效應、p-n結光伏效應光生伏特效應外光電導效應可分為本征光電導效應與雜質(zhì)光電導效應兩種，本征半導體或雜質(zhì)半導體價帶中的電子吸收光子能量躍入導帶產(chǎn)生本征吸收，導帶中產(chǎn)生光生自由電子，價帶中產(chǎn)生光生自由空穴。光生電子與空穴使半導體的電導率發(fā)生變化。這種在光的作用下由本征吸收引起的半導體電導率的變化現(xiàn)象稱為本征光電導效應。光生伏特效應是基于半導體PN結基礎上的一種將光能轉換成電能的效應。

2、當入射輻射作用在半導體PN結上產(chǎn)生本征吸收時，價帶中的光生空穴與導帶中的光生電子在PN結內(nèi)建電場的作用下分開，并分別向如圖1-11所示的方向運動，形成光生伏特電壓或光生電流的現(xiàn)象。外光電效應或光電發(fā)射效應：當物質(zhì)中的電子吸收足夠高的光子能量，電子將逸出物質(zhì)表面成為真空中的自由電子的現(xiàn)象。包括：光電子發(fā)射效應光電發(fā)射第一定律：當入射輻射光譜分布不變時，飽和光電流與入射的輻通量成正比。光電發(fā)射第二定律：發(fā)射的光電子的最大功能隨入射光子頻率的增加而線性增加。光源分類：熱輻射光源、氣體放電光源、固體發(fā)光光源、激光器發(fā)光二極管（即LED）是一種注入電致發(fā)光器件，它由P型和

3、N型半導體組合而成。其發(fā)光機理常分為PN結注入發(fā)光與異質(zhì)結注入發(fā)光兩種。獲得激光輸出的3個必要條件為：①必須將處于低能態(tài)的電子激發(fā)或泵浦到較高能態(tài)上去，為此需要泵浦源；②要有大量的粒子數(shù)反轉，使受激輻射足以克服損耗；③有一個諧振腔為出射光子提供正反饋及高的增益，用以維持受激輻射的持續(xù)振蕩。粒子數(shù)反轉：從外部給工作物質(zhì)提供能量使載流子的正常分布倒轉過來，稱為粒子數(shù)的反轉或稱粒子分布的反轉狀態(tài)。粒子數(shù)的反轉是使受激輻射從次要地位轉化為主導地位的必要條件。諧振腔：在激光物質(zhì)的兩側放置相互平行的反光鏡形成光的“共振”現(xiàn)象，通常將能使光產(chǎn)生“共振”的裝置稱為“共振腔”或“

4、諧振腔”。物質(zhì)的光電導效應：某些物質(zhì)吸收了光子的能量產(chǎn)生本征吸收或雜質(zhì)吸收，從而改變了物質(zhì)電導率的現(xiàn)象。光電導器件或光敏電阻。光敏電阻特點:具有體積小,堅固耐用,價格低廉,光譜響應范圍寬等優(yōu)點.應用于微弱輻射信號的探測領域。光敏電阻基本特性參數(shù)：包含光電導特性、時間響應、光譜響應、伏安特性、溫度特性、噪聲特性與光譜響應。當有光照射在光敏電阻上時，它的電導將變大，這時的電導稱為光電導。電導隨光照量變化越大的光敏電阻就越靈敏。這個特性稱為光敏電阻的光電特性。光敏電阻的主要噪聲有熱噪聲、產(chǎn)生復合和低頻噪聲(或稱1/f噪聲)。原理：在均勻的具有光電導效應的半導體材料的兩

5、端加上電極便構成光敏電阻。當光敏電阻的兩端加上適當?shù)钠秒妷篣bb（如圖3-1所示的電路）后，便有電流Ip流過，用檢流計可以檢測到該電流。光電二極管的基本特性①靈敏度：定義光電二極管的電流靈敏度為入射到光敏面上輻射量的變化（例如通量變化dΦ）引起電流變化dI與輻射量變化之比。②光譜響應：光電二極管的電流靈敏度與波長的關系曲線；③時間響應；④噪聲，包含低頻噪聲Inf、散粒噪聲Ins和熱噪聲InT等3種噪聲。其中，散粒噪聲是光電二極管的主要噪聲，低頻噪聲和熱噪聲為其次要因素。；光電三極管的工作原理分為兩個過程：一是光電轉換；二是光電流放大。特性：①伏安特性，光電三極

6、管在偏置電壓為零時，無論光照度有多強，集電極電流都為零。偏置電壓要保證光電三極管的發(fā)射結處于正向偏置，而集電結處于反向偏置。隨著偏置電壓的增高伏安特性曲線趨于平坦。光電三極管除具有光電靈敏度外，還具有電流增益β，并且，β值隨光電流的增大而增大。；②時間響應（頻率特性），由四部分組成：（①光生載流子對發(fā)射結電容Cbe和集電結電容Cbc的充放電時間；（②光生載流子渡越基區(qū)所需要的時間；（③光生載流子被收集到集電極的時間；（④輸出電路的等效負載電阻RL與等效電容Cce所構成的RC時間；總時間常數(shù)為上述四項和。③溫度特性；④光譜響應光電位置敏感器件（PSD）工作原理：當

7、光束入射到PSD器件光敏層上距中心點的距離為xA時，在入射位置上產(chǎn)生與入射輻射成正比的信號電荷，此電荷形成的光電流通過電阻p型層分別由電極1與2輸出。設p型層的電阻是均勻的，兩電極間的距離為2L，流過兩電極的電流分別為I1和I2，則流過n型層上電極的電流I0為I1和I2之和。光電倍增管（Photo-multipletube簡稱為PMT）是一種真空光電發(fā)射器件，它主要由光入射窗、光電陰極、電子光學系統(tǒng)、倍增極和陽極等部分組成。結構：PMT的入射窗結構、倍增極結構原理：①A光子通過入射窗口入射到電陰極K上②光電陰極電子受光子激發(fā)，離開陰極表面發(fā)射到真空中③光電子通過

8、電場加速和電子光學系統(tǒng)聚