光电检测 名词解释 西安理工大学 光信

1、光电检测技术：是利用光电传感器实现各类检测。它将被测量的量转换成光通量,再转换成电量，并综合利 用信息传送和处理技术，完成在线和自动测量光电传感器：基于光电效应，将光信号转换成电信号的一种传感器光电传感器分类：直射式、反射式、辐射式光电检测系统:光源- 光学系统- 被测对象- 光学变换- 光电传感- 变换电路- 电信号处理- 储存/显示/控制 光电检测技术的特点：高精度，高速度，远距离、大量程，非接触式检测，寿命长，数字化和智能化 光电检测方法：直接作用法、差动测量法、补偿测量法（指零法）、脉冲测量法发光强度Iv:发出波长为555nm的单色辐射，在给定方向上的发光强度规定为led。单位：坎德拉

2、（Candela） cd,它是国际单位制中七个基本单位之一。光通量0v：光强度为led的均匀点光源在lsr内发出的光通量。单位：流明lm。光照度Ev:单位面积所接受的入射光的量，单位：勒克斯lx，相当于1平方米面积上接受到1个流明 的光通量。半导体特性：温度敏感，受微量杂质影响显著，受光、热、磁影响显著半导体分类：本征半导体、N型半导体、P型半导体本征半导体：就是没有杂质和缺陷的半导体。掺入的杂质可以分为施主杂质和受主杂质。非平衡载流子：处于非平衡状态的半导体，其载流子浓度也不再是平衡载流子浓度，比它们多出一部分。 比平衡状态多出来的这部分载流子称为非平衡载流子。平衡载流子浓度：处于热平衡状态

3、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 载流子浓度，称为平衡载流子浓度。非平衡载流子的产生：光注入；其它方法：电注入、高能粒子辐照等载流子的输运过程：扩散、漂移、复合半导体对光的吸收：吸收包括：本征吸收、杂质吸收、自由载流子吸收、激子吸收、晶体吸收本征吸收：由于光子作用使电子由价带跃迁到导带，本征邀发：只有在入射光子能量大于材料的禁带宽度时，才能发生本征激发PN结:将P型和N型半导体采用特殊工艺制造成半导体半导体内有一物理界面，界面附近形成一个极薄的 特殊区域，称为PN结光电效应：照射到物体表面上使物体发射电子、或导电率发生变化、或产生光电动势等，这种因光照而引 起物体

4、电学特性发生改变统称为光电效应光电效应包括：外光电效应和内光电效应处光电敷应：物体受光照后向外发射电子一多发生于金属和金属氧化物内光电效应：物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部而不会逸出物体外部一多发生在半导体内光电 效应又分为光电导效应和光生伏特效应光电导效应：半导体受光照后，内部产生光生载流子，使半导体中载流子数显著增加而电阻减少的现象 光生伏特效应：光照在半导体PN结或金属一半导体接触上时，会在PN结或金属一半导体接触的两侧产生 光生电动势。PN结的光生伏特效应：当用适当波长的光照射PN结时，由于内建场的作用（不加外电场），光生电子拉向 n区，光生空穴拉向p区，相当于PN结上加一个正

5、电压。半导体内部产生电动势（光生电压）；如将PN结 短路，则会出现电流（光生电流）。光热效应：材料受光照射后，光子能量与晶格相互作用，振动加剧，温度升高，材料的性质发生变化. 热释电效应：介质的极化强度随温度变化而变化，引起表面电荷变化的现象.辐射热计效应：入射光的照射使材料由于受热而造成电阻率变化的现象.温差电效应：由两种材料制成的结点出现稳差而在两结点间产生电动势，回路中产生电流.响应度（或称灵敏度）:是光电探测器输出信号与输入光功率之间关系的度量。描述的是光电探测器件的光 电转换效率。响应度是随入射光波长变化而变化的，响应度分电压响应率和电流响应率电压响应率：光电探测器件输出电压与入射光

6、功率之比电流响应率：光电探测器件输出电流与入射光功率之比光谱响应度：探测器在波长为入的单色光照射下，输出电压或电流与入射的单色光功率之比.积分响应度：检测器对各种波长光连续辐射量的反应程度.响应时间：响应时间T是描述光电探测器对入射光响应快慢的一个参数（如图）。上升时间：入射光照射到光电探测器后，光电探测器输出上升到稳定值所需要的时间。下隆时间：入射光遮断后，光电探测器输出下降到稳定值所需要的时间。频率响应：光电探测器的响应随入射光的调制频率而变化的特性称为频率响应热噪声：或称约翰逊噪声，即载流子无规则的热运动造成的噪声。散粒噪声：光辐射随机起伏导致和光电流的随机起伏所造成的。线性度：线性度是

7、描述光电探测器输出信号与输入信号保持线性关系的程度。工作温度：光电检测器最佳工作状态时的温度光敏电阻分类：本征半导体光敏电阻、杂质半导体光敏电阻光敏电阻的工作原理：当入射光子使半导体中的电子由价带跃迁到导带时，导带中的电子和价带中的空穴 均参与导电，其阻值急剧减小，电导增加。光敏电阻的工作特性：光电特性、伏安特性、时间响应和频率特性、温度特性光电倍增管工作原理：阴极在阳光下发射出光电子，光电子受到电极间的电场作用而获得较大的能量。当 电子以足够高的速度打在倍增电极上时，倍增电极便会产生二次电子发射，使得向阳极方向运动的电子数 目成倍增加，经过多级倍增，最后到达阳极被收集而形成阳极电流。随着光信

8、号的变化，在倍增极不变的 条件下，阳极电流也随光信息而变化，达到把小的信号变成较大的信号的目的。发光二极管工作原理：N型材料中的多数载流子是电子，P型材料的多数载流子是空穴，当加上正向偏压时, 在电场作用下，P区的空穴和N区的电子就向对方扩散运动，构成少数载流子注入，从而在PN节附近产生 导带电子和价带空穴复合。每个电子和空穴复合，将释放出与材料性质有关的一定复合能量，这个能量会 以热能、光能、或部分热能和光能的形式辐射出来光电耦合器件：发光器件与光接收器件组合的一种器件，它以光作为媒质把输入端的电信号耦合到输出端。 两类：光电隔离器；光传感器。特点：具有电隔离功能，信号传输是单向性，具有抗干

9、扰和噪声能力，响 应速度快，使用方便，可靠，体积小，质量轻，既有耦合又有隔离特性。热释电器件基本工作原理：热释电效应在电介质内部没有自由载流子，也没有导电能力，但是，它也是带 电的粒子（价电子和原子核）构成的，再外加电场作用下，带电粒子受到电场力的影响，使其运动发生变 化。利用铁电体自发极化强度与温度的关系，而制造的热敏检测器成为热释电器件CCD基本结构:MOS光敏元（金属一氧化物一半导体），读出移位寄存器CCD主要由三部分组成：信号输入、电荷转移、信号输出CCD完整结构:MOS光敏元，转移栅，移位寄存器，输入输出电路CCD工作过程：光积分（曝光）,转移栅打开，电荷转移至输出端CCD工作原理：

10、在CCD栅极上施加按一定规律变化、大小超过阈值的电压，则在半导体表面形成不同深 浅的势阱。势阱用于存储信号电荷，其深度同步于信号电压变化，使阱内信号电荷沿半导体表面传输，从 输出二极管送出视频信号。CCD分类:线阵CCD （单通道、双通道），面阵CCD电荷注入的方法主要有两类：光注入和电注入直接检测:光电探测器直接把接受到的光强的变化转换为电信号的变化，然后，用解调电路检出所携带的信 息。相壬检测:利用光波的振幅、频率、相位携带信息，而不是光强。因为用光波的相干原理，只能用相干光。 类似于无线电外茶检测，故又称光外差检测。直接检测系统的基本工作原理：都是利用光源发射的光强携带信息,直接把接受到的光强变化