光电子复习知识点

1、光电子复习知识点光电子复习知识点2常见光源常见光源热光源：热光源：热光源是主要由热能转化为辐射 的光源，例如白炽灯是物体加热 到白炽程度而发光。非热光源：非热光源：例如气体放电光源，是电极之间的高压电场使得电路中的电子逸出电极并加速，与放电管中的气体原子相碰撞，使其跃迁到高能级，并随后自发辐射跃迁产生光波。第二页，共94页。3激光的形成激光的形成53 54 5553 54 55激光是把光强和相干性统一起来的强相干光源激光是把光强和相干性统一起来的强相干光源第三页，共94页。4激光器的基本结构激光器的基本结构激光器通常由三部分组成激光器通常由三部分组成工作物质、激励源、谐振腔工作物质、激励源、谐

2、振腔工作物质激励源谐振腔第四页，共94页。51）. 工作物质和激励（泵浦）源工作物质和激励（泵浦）源工作物质：工作物质：发射激光的材料发射激光的材料固体、气体、液体、半导体固体、气体、液体、半导体钕玻璃脉冲激光器，掺钕的钇铝石榴石固体激光器钕玻璃脉冲激光器，掺钕的钇铝石榴石固体激光器HeNe混合气体、氩离子（混合气体、氩离子（Ar+）离子气体激光器）离子气体激光器二氧化碳气体激光器二氧化碳气体激光器有机染有机染料料激光器激光器砷化镓（砷化镓（GaAs）半导体激光器）半导体激光器第五页，共94页。62）.泵浦源（激励源）泵浦源（激励源）泵浦源：向工作物质供给能量，把原子、分泵浦源：向工作物质供给

3、能量，把原子、分 子从基态激发到高能态，并形成粒子从基态激发到高能态，并形成粒 子数反转分布的能源。子数反转分布的能源。E2E1外来光子=h=E2-E0E0脉冲氙灯脉冲氙灯激光器激光器第六页，共94页。73）. 谐振腔谐振腔闭合谐振腔：被反射侧壁封闭的谐振腔闭合谐振腔：被反射侧壁封闭的谐振腔开式谐振腔：被非反射侧壁封闭的谐振腔开式谐振腔：被非反射侧壁封闭的谐振腔光学谐振腔：两面相隔一定距离的反射镜光学谐振腔：两面相隔一定距离的反射镜 就组成了一个光学谐振腔就组成了一个光学谐振腔特点：开放式的腔；腔的尺寸特点：开放式的腔；腔的尺寸波长波长第七页，共94页。8主要有下面两类能级系统主要有下面两类能

4、级系统 三能级系统三能级系统E3E2（亚稳态）外来光子=h=E3-E0E0脉冲氙灯激光器抽运无辐射跃迁A21B12B21红宝石激光器，染料激光器红宝石激光器，染料激光器第八页，共94页。9 四能级系统四能级系统E4E2（亚稳态）E0抽运无辐射跃迁A21B12B21激励E1无辐射跃迁*上述三、四能级图并不是激活介质的实际能级结构YAG、He-Ne、CO2、钕玻璃激光器第九页，共94页。103. 光振荡的阈值条件 光在谐振腔内来回反射的过程中，对光强变化的影响存在两个对立因素：1. 激活介质的增益，它使光强放大；2. 光能量在激光器中有各种损耗，它使光强 变小。 要使光强不断加强就必须使增益大于损

5、耗第十页，共94页。11产生激光必须满足的条件1. 激活介质处于粒子数反转分布状态；2. 满足光振荡的阈值条件。第十一页，共94页。12激光的纵模和横模激光的模式：光场在谐振腔内的稳定分布状态激光的纵模：谐振腔所允许的光场的各种纵 向稳定分布。激光的横模：谐振腔所允许的光场的各种横 向稳定分布。第十二页，共94页。13* 由谐振条件决定的有无限多个，但是只有落在激活介质线宽内，并满足阈值条件的那些纵模才能形成激光振荡。激光的振荡频率需满足：000(1) 2(2) 22(3) kFFkcknLG谐振条件在荧光线宽内阈值条件第十三页，共94页。14第十四页，共94页。152. 横模横模：自再现模在

6、垂直腔轴横截面上的场分布由腔内光束多次在反射镜边缘产生的衍射非轴向光束的加强干涉激活介质的色散、散射谐振腔所允许的光场的各种横向稳定分布形成的原因较复杂。第十五页，共94页。16方法：在一块镜面上，给定频率为的任意光 场分布，然后利用基尔霍夫衍射积分 公式计算另一块镜面上的光场分布。1( , )( ,)(1 cos )4ikrqqsikeux yu x ydsr ( ,)qu x y 1( , )qux yr第十六页，共94页。17共焦腔横模的两种对称形式TEMmn：m沿x方向出现的暗区数 n 沿y方向出现的暗区数TEMmn：m沿半径方向上出现的暗环数 n 暗直径数一个完整的模式，由m、n、k

7、来标志。方形镜腔：轴对称圆形镜腔：旋转对称第十七页，共94页。18第十八页，共94页。19第十九页，共94页。20高斯光束共焦腔：光场不仅在镜面上是高斯分布，在 整个谐振腔内与输出腔外的分布也 是高斯函数的形式。第二十页，共94页。21222( , , )( )0000( , , )( )xyi x y zzEx y zEeez振幅分布位相分布其中：0022sL2220202()1() zzk基模高斯光束的表达式第二十一页，共94页。22光束半径（z）随Z变化是双曲线函数0 (z)os振幅降到轴上的1/e第二十二页，共94页。23（3）远场发散角00 为双曲线的两根渐近线间的夹角 对一般气体激

8、光器来说，、L各异，但其0的数量级大都在毫弧度上。00021 272.第二十三页，共94页。24良好的方向性良好的方向性 亮度高、强度大亮度高、强度大 高单色性高单色性 高相干性高相干性 高偏振性高偏振性第二十四页，共94页。25常见激光器常见激光器 第二十五页，共94页。26（1）钕玻璃激光器在玻璃中掺入稀土元素钕做工作物质 = 1.06 m由于可获得大体积均匀性良好的钕玻璃，因而可制成大型器件，获得高能量和功率的激光，现已制成输出功率1014W激光器。第二十六页，共94页。27（2）氦-氖激光器工作物质：氦氖混合气体激光由氖原子发射，氦气体起改善气体放电条件，提高激光器输出功率的作用。输出

9、波长：常用的为 =632.8nm 根据选择的工作条件激光器可以输出近红外、红光、黄光、绿光。（=3.39m ；=1.15m）第二十七页，共94页。28（3）氩离子气体激光器 输出波长： =488nm； =514.5 nm ； =476.5 nm 在可见光区输出功率最高，输出功率从几瓦几百瓦。第二十八页，共94页。29光波在光纤波导中的传播光波在光纤波导中的传播 光波在光纤波导中的传播的传播性质光波在光纤波导中的传播的传播性质 第二十九页，共94页。30光纤波导的结构光纤波导的结构与与弱导性弱导性 光纤是一种能够传输光频电磁波的介质波导 护套护套包层包层纤芯纤芯 2a(a)纤芯、包层和护套 波导

10、的性质由纤芯和包层的折射率分布决定，工程上定义为纤芯和包层间的相对折射率差 2/ )(1 212nn当01. 0时，上式简化为121nnn 第三十页，共94页。31一般情况下，n0=1（空气），则子午光线对应的最大入射角称为光纤的数值孔径NAnnmm2/12221)(0)(sin它代表光纤的集光本领。在弱到条件下 2/11)2(nNA第三十一页，共94页。32平方律梯度光纤中的光线轨迹平方律梯度光纤中的光线轨迹由光纤理论可以证明子午光线轨迹按正弦规律变化由光纤理论可以证明子午光线轨迹按正弦规律变化)sin(0zrr式中r0、由光纤参量决定。 可见平方律梯度光纤具有自聚焦性质，又称自聚焦光纤 P

11、Qrn(r)znrtPQrn(r)nrt2PQrt(a)rt1rt2(b)r(r)(c)图图 渐变折射率分布光纤纤芯内光线的路径及其在纤芯横截面上的投影渐变折射率分布光纤纤芯内光线的路径及其在纤芯横截面上的投影 (a) 子午光线路径；子午光线路径；(b) 斜射光线路径；斜射光线路径；(c) 投影和角向间的夹角投影和角向间的夹角 (r)第三十二页，共94页。33一段/4（=2/）长的自聚焦光纤与光学透镜作用相似，可以会聚光线和成像。两者的不同之处在于，一个是靠球面的折射来弯曲光线；一个是靠折射率的梯度变化来弯曲光线。自聚焦透镜的特点是尺寸很小，可获得超短焦距，可弯曲成像等。这些都是一般透镜很难或

12、根本不能做到的。可以证明，自聚焦透镜的焦距（焦点到主平面的距离）f为)sin()0(1znf第三十三页，共94页。34f随z的变化如图5所示， z=/4时，f=fmin。 )sin()0(1znf=2/z(a)fAzfmin=1/n(0)1/n(0)/2 / 2/ 3/(b)图图5自聚焦光纤的透镜特性自聚焦光纤的透镜特性 (a) 子午光线；子午光线；(b) f的周期变化的周期变化第三十四页，共94页。35sndsc0122)(2021minmaxminmaxcLnL平方律折射率分布光纤中光线的群迟延和最大群迟延差 光线经过单位轴向长度所用的时间称为比群迟延即单位长度的群迟延。在非均匀介质中，光

13、线的轨迹是弯曲的。沿光线轨迹经过距离s所用的时间为详细计算表明最大的群迟延差为可以看到，平方律分布光纤中的群迟延只有阶梯折射率分布光纤的/2。第三十五页，共94页。36光纤应用 光纤通讯 测量 传输图像第三十六页，共94页。37光束的调制和扫描光束的调制和扫描 光束调制原理光束调制原理要用激光作为信息的载体，就必须解决如何将信息加到激光要用激光作为信息的载体，就必须解决如何将信息加到激光上去的问题，这种将信息加载于激光的过程称为调制，完成上去的问题，这种将信息加载于激光的过程称为调制，完成这一过程的装置称为这一过程的装置称为调制器调制器。其中激光称为其中激光称为载波载波，起控制作用的低频信息称

14、为，起控制作用的低频信息称为调制信号调制信号。 第三十七页，共94页。38光波的电场为光波的电场为)cos()(ccctAtE 光束具有振幅、频率、相位、强度和偏振等参量，光束具有振幅、频率、相位、强度和偏振等参量，如果能够应用某种物理方法改变光波的这些参量如果能够应用某种物理方法改变光波的这些参量之一，使其按照调制信号的规律变化，那么激光之一，使其按照调制信号的规律变化，那么激光束就受到了信号的调制，达到束就受到了信号的调制，达到“运载运载”信息的目的信息的目的 实现激光束调制的方法，实现激光束调制的方法，根据调制器与激光器的关系可以分为两种根据调制器与激光器的关系可以分为两种内调制内调制(

15、直接调制直接调制)外调制外调制光束调制按其调制的性质可分为光束调制按其调制的性质可分为调幅、调频、调相调幅、调频、调相与与强度调制等。强度调制等。 第三十八页，共94页。39电光调制电光调制 利用电光效应可实现强度调制和相位调制。利用电光效应可实现强度调制和相位调制。-以以KDP电光晶体为例讨论电光调制的电光晶体为例讨论电光调制的基本原理和电光调制器的结构。基本原理和电光调制器的结构。第三十九页，共94页。40利用纵向电光效应和横向电光效应均可实现电光强度调制利用纵向电光效应和横向电光效应均可实现电光强度调制 纵向电光调制器纵向电光调制器与与其工作原理其工作原理纵向电光强度调制起的结构如图所示

16、。纵向电光强度调制起的结构如图所示。 入射光P1IixyzxyP2Io调制光VL起偏器/4波片检偏器图 纵向电光强度调制第四十页，共94页。41ALEx)(iyAeLE)(通过长度为L的晶体之后，两个分量之间产生了一相位差两个分量之间产生了一相位差， )(LEx)(LEy那么，通过检偏器后的总电场强度是和在y方向的投影之和 ) 1(2)(ioyeAE入射光P1IixyzxP2Io调制光VL起偏器/4波片检偏器图 纵向电光强度调制与之相应的输出光强为与之相应的输出光强为 2sin2) 1)(1(2)()(222*AeeAEEIiioyoyo36322()yxonnlnV第四十一页，共94页。42

17、VVIITio2sin2sin22调制器的透过率调制器的透过率光强调制特性曲线光强调制特性曲线 50100透过率(%)0透射光强时间电压调制电压VV/2m图 电光调制特性曲线B第四十二页，共94页。43在一般情况下，调制器的输出特性与外加电压的关系是非线性的。在一般情况下，调制器的输出特性与外加电压的关系是非线性的。若调制器工作在非线性区，则调制光强将发生畸变若调制器工作在非线性区，则调制光强将发生畸变 为了获得线性调制，可以通过引入一个固定的/2相位延迟，使调制器的电压偏值在%50T的工作点上。2/V常用的办法由两种：其一，在调制晶体上除了施加信号电压之外，再附加一个 的固定偏压，但此法会增

18、加电路的复杂性，而且工作点的稳定性也差。其二，如图所示，在调制器的光路上插入一/4波片，其快慢轴与晶体的主轴x成45角，从而使两个分量之间产生/2的固定相位差。第四十三页，共94页。44入射光P1IixyzxyP2Io调制光VL起偏器/4波片检偏器图 纵向电光强度调制50100透 过率(%)0透射光强时间电压调制电压VV/2m图 电光调制特性曲线B第四十四页，共94页。45总相位差为ttVVmmmmsin2sin2调制器的光路上插入一/4波片 调制的透过率可表示为调制的透过率可表示为 )sinsin(1 21sin24sin2ttIITmmmmio利用贝塞尔函数将上式中的利用贝塞尔函数将上式中

19、的)sinsin(tmm展开得展开得 012) 12sin()(21nmmntnJT输出的调制光中含有高次谐波分量，使调制光发生畸变输出的调制光中含有高次谐波分量，使调制光发生畸变 第四十五页，共94页。46为了获得线性调制，必须将高次谐波控制在允许的范围内。设基频波和高次波的幅值分别为I1和I2n+1，则高次谐波与基频波成分的比值为), 2 , 1 , 0()()(112112nJJIImmnnrad1m44. 0) 1 (1J02. 0) 1 (3J045. 0/13II1radmmVV若取， ，则即三次谐波为基波的5%。在这个范围内可近似获得线性调制，因而取作为作为线性调制的判据线性调制

20、的判据 第四十六页，共94页。47 横向电光调制横向电光效应的运用可以分为三种不同形式横向电光效应的运用可以分为三种不同形式： 沿z轴方向加电场，通光方向垂直于z轴，并与x轴或y轴成45夹角(晶体为45-z切割)沿x方向加电场(即电场方向垂直于光轴)，通光方向垂直于x轴，并与z轴成45夹角(晶体为45-x切割)。 沿y方向加电场(即电场方向垂直于光轴)，通光方向垂直于y轴，并与z轴成45夹角(晶体为-y切割)。以以KDP晶体的第一类运用方式为代表进行分析。晶体的第一类运用方式为代表进行分析。第四十七页，共94页。48xnznEdV 进入晶体后，将分解为沿进入晶体后，将分解为沿x 和和z方向振动

21、的两个分量，其折射率分别为方向振动的两个分量，其折射率分别为和和若通光方向的晶体长度为若通光方向的晶体长度为L，厚度，厚度(两电极间的距离两电极间的距离)为为d，外加电压，外加电压则从晶体出射两光波的相位差为则从晶体出射两光波的相位差为 )(21)(2)(2633VdLrnLnnLnnoeozxezzooyzooxnnErnnnErnnn6236232121第四十八页，共94页。49可见，KDP晶体的63r横向电光效应使光波通过晶体后的相位延迟包括两项)(21)(2)(2633VdLrnLnnLnnoeozx第一项是与外电场无关的晶体本身的自然双折射引起的相位延迟，第一项是与外电场无关的晶体本

22、身的自然双折射引起的相位延迟，向对调制器的工作没有什么贡献，而且当晶体温度变化时，还会向对调制器的工作没有什么贡献，而且当晶体温度变化时，还会带来不利影响，应设法消除。带来不利影响，应设法消除。第二项是外电场作用产生的相位延迟，他与外加电压第二项是外电场作用产生的相位延迟，他与外加电压V和晶体的尺和晶体的尺寸寸L/d有关，若适当地选择晶体的尺寸，则可以降低半波电压。有关，若适当地选择晶体的尺寸，则可以降低半波电压。第四十九页，共94页。50在实际应用中，主要是采用一种在实际应用中，主要是采用一种“组合调制器组合调制器”的结构予以补偿。的结构予以补偿。常用的补偿方法有两种：常用的补偿方法有两种：

23、方法一方法一: 将两块尺寸、性能完全相同的晶体的光轴互成将两块尺寸、性能完全相同的晶体的光轴互成90 串联排列，即一块晶体的串联排列，即一块晶体的y 和和z轴分别与另一块晶体的轴分别与另一块晶体的z和和y 平行；平行；方法二方法二: 两块晶体的两块晶体的z轴和轴和y 轴互相反向平行排列，中间轴互相反向平行排列，中间放置放置 /2波片。波片。 这两种方法的补偿原理相同这两种方法的补偿原理相同第五十页，共94页。51声光调制声光调制 按照超声波的频率和声光互相作用的长度分成两种类型: 喇曼奈斯衍射 布拉格衍射。第五十一页，共94页。521.喇曼奈斯衍射条件(1).超声波频率比较低。(2).光线平行

24、于声波面入射和声波传播方向垂直入射。(3).超声波的宽度比较小时平面相位光栅 声速比光速小的多,声波场的介质厚度比较小，相当于一个平面相位光栅，超声波的频率比较低，光栅间距大。当平行光通过光栅时，产生多级衍射各级衍射对称的分布在零级两侧。第五十二页，共94页。532.布拉格衍射(1)条件 a.声波的频率f较高。 b.声光相互作用长度L光栅变成三维空间相位光栅。 c.入射光不是垂直入射，而是与声波波面有一定角度。第五十三页，共94页。54声光调制是利用声光效应将信息加载于光频载波上的一种物理过程。声光调制是利用声光效应将信息加载于光频载波上的一种物理过程。调制信号是以电信号调制信号是以电信号(调

25、辐调辐)形式作用于电形式作用于电-声换能器上而转化为以电声换能器上而转化为以电信号形式变化的超声场，当光波通过声光介质时，由于声光作用，信号形式变化的超声场，当光波通过声光介质时，由于声光作用，使光载波受到调制而成为使光载波受到调制而成为“携带携带”信息的强度调制波。信息的强度调制波。2( )mmIJ21sin ( )2iIInLv2入射光衍射光调制信号(a)调制信号衍射光入射光(b)声光调制器：(a)拉曼-纳斯型；(b)布喇格型声光调制要点第五十四页，共94页。55第五十五页，共94页。56一、磁光调制：利用光的法拉弟效应制成的。利用有些晶体材料（如YIG钇铁石榴石）等在外加磁场作用下，可使

26、通过它的线偏光的偏振面发生旋转，旋转的角度与沿光束方向的磁场强度H与晶体的通光长度成正比。 式中 磁光系数，也称范德特常数， 晶体的通光长度， 磁场强度。利用调制信号控制磁场强度的变化，可以使光的偏振面发生相应的变化，光通过检偏器时，实现了光的调制。光的偏振面旋转的方向仅由磁场的方向决定，与光线传播方向的正逆无关。QVHLVLH磁光调制磁光调制第五十六页，共94页。57为了获得线性调制，在垂直于光传播的方向上加一恒定磁场Hdc，其强度足以使晶体饱和磁化。 工作时，高频信号电流通过线圈就会感生出平行于光传播方向的磁场，入射光通过YIG晶体时，由于法拉第旋转效应，其偏振面发生旋转，旋转角正比于磁场

27、强度H。zzHdc45入射光起偏器调制信号检偏器YIG棒图 磁光调制示意图00sinLHtHdcHss：是单位长度饱和法拉第旋转角；tHHsin0是调制磁场。如果再通过检偏器，就可以获得一定强度变化的调制光就可以获得一定强度变化的调制光 磁光调制主要是应用法拉第旋转效应，使一束线偏振光在外加磁场作用下磁光调制主要是应用法拉第旋转效应，使一束线偏振光在外加磁场作用下的介质中传播时，其偏振方向发生旋转的介质中传播时，其偏振方向发生旋转VHL 第五十七页，共94页。58特点：需要功率低， 范围损耗小，其他范围损耗太大。在该波长范围，可以制成调制器、开关、隔离器等，磁光晶体的物理性能受温度的影响小，不

28、易潮解，调制电压低。1.2 4.5 m第五十八页，共94页。59磁光调制：利用光的法拉弟效应制成的。利用有些晶体材料（如YIG钇铁石榴石）等在外加磁场作用下，可使通过它的线偏光的偏振面发生旋转，旋转的角度与沿光束方向的磁场强度H与晶体的通光长度成正比。 式中 磁光系数，也称范德特常数， 晶体的通光长度， 磁场强度。利用调制信号控制磁场强度的变化，可以使光的偏振面发生相应的变化，光通过检偏器时，实现了光的调制。光的偏振面旋转的方向仅由磁场的方向决定，与光线传播方向的正逆无关。QVHLVLH磁光调制磁光调制第五十九页，共94页。60为了获得线性调制，在垂直于光传播的方向上加一恒定磁场Hdc，其强度

29、足以使晶体饱和磁化。 工作时，高频信号电流通过线圈就会感生出平行于光传播方向的磁场，入射光通过YIG晶体时，由于法拉第旋转效应，其偏振面发生旋转，旋转角正比于磁场强度H。zzHdc45入射光起偏器调制信号检偏器YIG棒图 磁光调制示意图00sinLHtHdcHss：是单位长度饱和法拉第旋转角；tHHsin0是调制磁场。如果再通过检偏器，就可以获得一定强度变化的调制光就可以获得一定强度变化的调制光 磁光调制主要是应用法拉第旋转效应，使一束线偏振光在外加磁场作用下磁光调制主要是应用法拉第旋转效应，使一束线偏振光在外加磁场作用下的介质中传播时，其偏振方向发生旋转的介质中传播时，其偏振方向发生旋转VH

30、L 第六十页，共94页。61特点：需要功率低， 范围损耗小，其他范围损耗太大。在该波长范围，可以制成调制器、开关、隔离器等，磁光晶体的物理性能受温度的影响小，不易潮解，调制电压低。1.2 4.5 m第六十一页，共94页。62光辐射的探测技术光辐射的探测技术 光电探测器能把光辐射量转换成另一种便于测量的物理量的器件 分类分类: 光子效应光子效应 光热效应光热效应第六十二页，共94页。631. 光子效应光子效应单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应 探测器吸收光子后，直接引起原子或分子的内部电子状态的改变。探测器吸收光子后，直接引起

31、原子或分子的内部电子状态的改变。光子能量的大小，直接影响内部电子状态的改变。光子能量的大小，直接影响内部电子状态的改变。 光光电子状态的改变电子状态的改变第六十三页，共94页。642. 光热效应光热效应探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测元件温度上升而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测元件温度上升,温度上升的结果又使探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化温度上升的结果又使探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化。在红外波段上，材料吸收率高，光热效应也就更强烈

32、，在红外波段上，材料吸收率高，光热效应也就更强烈，所以广泛用于对红外线辐射的探测所以广泛用于对红外线辐射的探测 光光电子状态的改变电子状态的改变热热第六十四页，共94页。65光电检测器件光电检测器件光子器件光子器件热电器件热电器件真空器件真空器件固体器件固体器件光电管光电倍增管真空摄像管变像管像增强管光敏电阻光电池光电二极管光电三极管光纤传感器电荷耦合器件CCD热电偶/热电堆热辐射计/热敏电阻热释电探测器第六十五页，共94页。66光电检测器件的特点光子器件光子器件热电器件热电器件响应波长有选择性，一般有截止波长，超 过该波长，器件无响应。响应波长无选择性，对可见光到远红外的各种波长的辐射同样敏

33、感响应快，吸收辐射产生信号需要的时间短， 一般为纳秒到几百微秒响应慢，一般为几毫秒第六十六页，共94页。67二、光电发射效应二、光电发射效应在光照下在光照下,物体向表面以外的空间发射电子（即光电子）的现象物体向表面以外的空间发射电子（即光电子）的现象 能产生光电发射效应的物体，称为能产生光电发射效应的物体，称为光电发射体光电发射体，在光电管中又称为在光电管中又称为光阴极光阴极 EhEk)(24. 1)(eVEmc爱因斯坦方程爱因斯坦方程：截止波长：截止波长：第六十七页，共94页。68三、光电导效应三、光电导效应光导现象光导现象半导体材料的体效应半导体材料的体效应np光子将在其中激发出新的载流子

34、光子将在其中激发出新的载流子(电子和空穴电子和空穴)。这就使半导体中的。这就使半导体中的载流子浓度在原来平衡值上增加了一个量载流子浓度在原来平衡值上增加了一个量和和这个新增加的部分在半导体物理中叫非平衡载流子这个新增加的部分在半导体物理中叫非平衡载流子,我们现在称之为光生载流子。我们现在称之为光生载流子。显然显然, 这将使半导体的电导增加一个量这将使半导体的电导增加一个量-光电导光电导。相应于本征和杂质半导体就分别称为本征和杂质光电导相应于本征和杂质半导体就分别称为本征和杂质光电导 第六十八页，共94页。69光辐射照射外加电压的半导体，如果光波长光辐射照射外加电压的半导体，如果光波长满足如下条

35、件满足如下条件：)()eV(E24. 1)m(gc本征)()(24. 1杂质eVEigEiE式中式中是禁带宽度是禁带宽度, 是杂质能带宽度是杂质能带宽度 第六十九页，共94页。70四、光伏效应四、光伏效应光伏现象光伏现象半导体材料的半导体材料的“结结”效应效应光照零偏pn结产生开路电压光伏效应光电池 光照反偏光电信号是光电流结型光电探测器光电二极管第七十页，共94页。71五、温差电效应五、温差电效应当两种不同的配偶材料（可以是金属或半导体）两端并联熔接时，当两种不同的配偶材料（可以是金属或半导体）两端并联熔接时，如果两个接头的温度不同，并联回路中就产生电动势，称为如果两个接头的温度不同，并联回

36、路中就产生电动势，称为温差电动势温差电动势。 提高测量灵敏度提高测量灵敏度若干个热电偶串联起来使用若干个热电偶串联起来使用热电堆热电堆第七十一页，共94页。72六、热释电效应六、热释电效应热释电材料热释电材料电介质电介质一种结晶对称性很差的压电晶体一种结晶对称性很差的压电晶体在常态下具有自发电极化在常态下具有自发电极化(即固有电偶极矩即固有电偶极矩) sPssPsPsP热电体的热电体的决定了面电荷密度决定了面电荷密度的大小，当的大小，当发生变化时，面电荷密度也跟着变化。发生变化时，面电荷密度也跟着变化。 值是温度的函数值是温度的函数温度升高温度升高 减小减小升高到升高到TcTc值时值时, ,自发极化突然消失自发极化突然消失,T,TC C称为居里温度。称为居里温度。自由电荷对面电荷的中和作用比较缓慢，一般在自由电荷对面电荷的中和作用比较缓慢，一般在1 110001000秒量级。秒量级。热释电探测器是一种交流或瞬时响应的器件。热释电探测器是一种交流或瞬时响应的器件。第七十二页，共94页。73光电子发光与显示技术第七十三页，共94页。741 阴极射线管显示阴极射线