第01章光辐射探测的理论基础.ppt

1、1.1放射度学和光度学的基础知识，1.1.1光的基本概念，1.1.2放射度计，1.1.4两个基本规律，1.1.3光度计，1.1.1光的基本概念，1.1.1光的基本概念，1.1.1光的基本概念，光谱区域0.01m1000m， 可见光区域0.38m0.78m红外区域0.78m1000m、紫外区域0.01m0.38m、光电技术中常用的光波频带、远红外频带、远紫外频带、可见光频带、近红外频带、8、光电技术中常用的光波频带、远红外频带、远紫外频带、可见光频带开发利用频带、8、3 .光子能量式、光无论是电磁波(波动性)还是光子流(粒子性)，可见光光子的能量范围为3.21.6eV，太赫兹波为303000m，

2、能量范围为？ eV，1.1.1光的基本概念，太赫兹波303000m，与x射线的比较：1.1放射度学和光度学的基础知识，1.1.1光的基本概念，1.1.2放射度计，1.1.4两基本定律，1.1.3光度计，1.1.2放射度计，放射度学为电磁放射能本课程仅限于研究和探讨光学频带。 放射度学电磁波客观光度学可见光主观(生理、心理)、电磁波、可见光(Visiblelight )、-放射测定、Xe、-光测定、Xv， 1.1.2放射测量，1 .放射能量Qe，2 .放射通量e，也称为放射功率，功率单位：简称w计算光电检测器的光电转换能力常用放射功率分析强光的光电检测器破坏机制中常用放射能量，单位： j，1.1

3、.2放射测量，3 .放射强度，某方向的来自辐射源的辐射束与立体角因素之比，单位： W/sr (瓦/球面度)，辐射强度是否反映了辐射源的能量分布特征？ 3、放射强度、辐射源多为各向异性，即Ie根据方向变化，超高压球状氙灯的放射强度分布，4 .放射出射度Me和放射亮度Le，放射出射度Me，4 .放射出射度Me和放射亮度Le， 放射亮度Me，放射亮度Le，面辐射源的放射能力，面辐射源的不同方向的放射能力的差异5 .放射照度Ee，放射受光面的每单位面积的放射束，单位： W/m2 (瓦特/平方米)，比较：放射照度Ee，放射出射度Me， 例如：一些常见的显示器，为了反映显示器的特性，为什么用上述哪个参数描

4、述比较合适？为了解释显示器的各部分元件的各方向的放射能力，最佳放射量为() a放射照度b放射强度c放射度d放射亮度，6 .分光放射量， 辐射源-多波长的放射、重氢灯的分光能量分布图、6 .分光放射量、辐射源-多波长的放射、荧光灯的分光能量分布图、6 .分光放射量、分光放射量是该放射量在波长处的单位波长间隔内的大小，也称为放射量的分光密度，是放射量的根据波长的变化率。 分光放射束e() :分光放射束和波长的关系：1 .放射能量Qe，2 .放射束e，3 .放射强度，4 .放射出射度Me和放射亮度Le，5 .放射照度Ee，6 .分光放射量，光电技术中最常用的：放射照度、放射束，1.1.2放射测定，1

5、.3光测定人眼只能感知波长在0.380.78m之间的放射人眼对不同波长的受光灵敏度不同，1 .分光视效率或视函数，最大值为555nm，表1-1，1 .分光视效率或视函数，2 .光计量的基本物理量，光计量的基本物理量与放射计量一一对应即=555nm时，国际单位制中7个基本单位之一：3 .放射测定量和光测定量的换算关系，=555nm时，=？ nm时，3 .放射测定量和光测定量的换算关系，=555nm时，=？ 在nm的情况下，任意波长：-其光度，3 .放射尺度和光度的换算关系：圆，美元，光度，放射尺度，光度单位例： 例2 :月夜天光照度310-4lx (微光夜视)白天办公照度2100lx对CCD摄像

6、机黑白图像照度0.02lx彩色图像照度2lx例3 :海面太阳光的平均亮度1.6109cd.m-210mW氦-氖激光的亮度6.66101 例1 :教室投影机器的光束2000lm2500lm的高级光束3500lm，放射度和光度的总结：，e，m，e，I，e，l，e，s，v，m，v，I，v， s ，cosq，cosq，1.1放射度学和光度学的基础知识，1.1.1光的基本概念，1.1.2放射度计，1.1.4两个基本规律，1.1.3光度计，1.1.4放射度学和光度学两个基本规律，1 .放射强度馀弦规律，2 .距离平方反比规律，简单介绍1 .放射强度馀弦规律“馀弦放射体”或“朗伯放射体”的特征：各方向的放射

7、亮度相同，例如荧光屏的灯罩坦克表面，两个基本规律，1 .放射强度馀弦规律，馀弦放射体或“朗伯放射体”的特征：各方向的放射亮度相同重要的结论：两个基本法则，2 .距离平方反比法则， 含义：面要素接受光能的计算，点光源a，距离光源是r微面要素dS，照度：应用条件：光源尺寸远远小于距离r，两个基本规律，第01章光放射检测的理论基础，放射测量学基础，半导体基础，光检测器概况，半导体基础，很多光检测器是用半导体材料制作的， 半导体材料具有许多独特的物理性质专业学科：半导体物理学、1.2半导体基础知识，1.2.1带理论，1.2.2热平衡状态下的载流子，1.2.3半导体吸收光，1.2.4非平衡状态下的载流子

8、，1.2.4载流子的扩散和漂移1 .原子级和结晶带、电子共享化、能量级扩展到带，1.2半导体的基础知识，a )单一原子b)N个原子最外层的电子，自由电子，1 .原子级和结晶带、价电子带Ev、导带Ec、禁带Eg， 与价电子(最外层的电子)能级对应的带、1.2.1带理论、1 .原子能级和结晶带、价电子带Ev、导带Ec、禁带Eg， 3 .价电子-自由电子，要吸收能量，特别是：1 .价电子带中的电子，价电子-不能参与导电2 .导带中的电子，自由电子-能参与导电1.2.1能带理论，1 .原子级和晶体带、价电子带Ev、导带Ec、禁带Eg 电磁波频谱和原子内部电子运动、绝缘体、半导体、金属能带图、SiOEg

9、=5.2evSiEg=1.1evEg=0电阻率1012cm10-3-1012cm10-6-10-3cm，半导体具有独特的光电特性重要的应用价值，1.2 .能在杂质半导体、半导体中人为地混入少量杂质的是n型半导体和p型半导体、1.2.1带理论、2 .半导体分类、2 .半导体带、以硅结晶为例，1.2.1带理论、共价键、电子-空穴对、-载流子、-本征激发、室温或光照射、2 .半导体室温或光照射、共价键结构示意图、本征半导体带图、n型半导体带、n型半导体、本征半导体、1.2.1带理论、施主能级？n型半导体，包括三种载流子：自由电子数空穴的数量？ (多子)(少子)、“Negative”N型半导体、p、p

10、、1.2.1能带理论、p型半导体、n型半导体、p型半导体、本征半导体、1.2.1能带理论、p型半导体，包括三种载流子：空穴数自由电子数？ (多子)(少子)、b、b、b、b、b、1.2.1带理论、2 .半导体带、1.2.1带理论、(a )本征半导体(b)N型半导体(c)P型半导体、-的区别？ (a)I型(b)N型(c)P型、n型半导体：施主能级、p型半导体：受主能级、掺杂百万分之一的杂质，将载流子浓度提高一百万倍吗？ 1.2.1带理论，总结： n型半导体和p型半导体的比较，1.2.1带理论，1.2.1带理论，1.2.2热平衡状态下的载流子，1.2.3半导体对光的吸收，1.2.4非平衡状态下的载流

11、子，1.2.4载流子的扩散和漂移热平衡状态1.2半导体的基础知识是不受外界影响的封闭系统，将其状态参数(例如温度、载流子浓度等)与时间无关的状态称为热平衡状态。载流子的分布、导带中的电子的浓度、价带中的空穴的浓度、热平衡状态下的载流子、热平衡状态下能量e的能级被电子占据的概率为Ef-费米能级，载流子的分布遵循费米统计分布规则，费米能级Ef的物理意义、Ef的意思是， 电子占有率为0.5时对应的能级，1.2.2热平衡状态下的载波，电子占有概率：1.2.2热平衡状态下的载波，载波的分布，导带中的电子的浓度，价带中的空穴的浓度，占有概率：导带中的电子的占有概率： 导带中的总电子浓度：导带电子浓度：价电

12、子带空穴浓度：1.2.2热平衡状态下的载流子，载流子分布，本征杂质半导体中的费米能级：(a )本征半导体； (b)N型半导体(c)P型半导体是以费米能级描述载流子分布-“尺度”、1.2.2热平衡状态下的载流子、半导体费米能级的导出、练习：轻掺杂n型和重掺杂n型费米能级的图像、1.2.2热平衡状态下的载流子、热平衡状态、1.2半导体的载流子分布、导带中的电子浓度、价带中的空穴浓度、用费米能级Ef记述：本征半导体、n型半导体、p型半导体、总结：1.2半导体的基础知识、1.2.1波段理论、1.2.2热平衡状态下的载流子、1.2.3半导体对光的吸收、1.2.4非平衡1.2.4载流子的扩散和漂移，1.2

13、.3半导体对光的吸收，(x)=0(1-r)e-x，=4/，1.2半导体的基础知识，1.2.3半导体对光的吸收，半导体对光的吸收，本征吸收，1.1 (b)N型半导体(c)P型半导体，产生电子-空穴对，条件：特征：1.2.3半导体吸收光，(a )本征半导体； (b)N型半导体(c)P型半导体、本征半导体、杂质半导体的内部有可能发生本征吸收！ 咦！ 咦！ 特别注意：1.2.3半导体吸收光，非本征吸收：(a )本征半导体； (b)N型半导体(c)P型半导体，光子能量不足，价电子带中的电子被导带激发，杂质吸收、自由载流子吸收、激子吸收、晶格吸收、杂质吸收：n型半导体施主约束电子导带，p型半导体主要约束空穴价电子带，1.2.3半导体吸收光杂质吸收， 本征吸收和非本征吸收的比较：电子或空穴，1.2半导体基础知识，1.2.1带理论，1.2.2热平衡状态下的载流子，1.2.3半导体光吸收，1.2.4非平衡状态下的载流子，1.2.4载流子的扩散和漂移，1.2.4非平衡状态下的2 .非平衡载流子寿命1.2半导体的基础知识，1 .非平衡载流子的注入和复合，非平衡载流子，(过剩载流子)，1.2.4非平衡状态下的载流子，光生成载