第四章.-4.1ppt-2.ppt

1、第四章光电检测和检测器，杨晓佳光电信息学院，主要内容，1。光源2。光电探测器性能概述3。光电探测器操作基本4。光电发射型光电探测器5。光电探测器6。光电地形探测器7。直接检测技术8。光干涉检测技术，1 .光源，1 2 .火：在甲骨文里，“光”是一个人拿着火。3.灯：西汉的隆金章申弓灯：4。磷光：俗称“鬼火”5。萤火虫：“萤火虫”阅读故事沈括称之为“萤火虫口袋”灯笼。有火，没有火的热。明清时期，用它来引诱水中的鱼。荧光物质：用含有荧光物质的颜料画。宋代祥山野史记载了牛的画，一天内，看到牛躺在牛栏外吃草，夜牛栏内；无论是自然的还是人工的，所有能发射光的辐射源都称为光源。天然光源：在太阳、星星等天文

2、电勘探中，经常会接触到这种光辐射的测量。人工光源是光电测量系统中最常见的光源。根据发光原理，常用的照明电光源可以分为热辐射光源和气体放电光源。热辐射光源：白炽灯、卤素灯、低压卤素灯。气体放电光源：低压和高压。低压放电光源：荧光灯和低压汞灯，高压放电光源：高压汞灯，金属卤素灯和高压钠灯。在应用材料的成分分析、材料的结构研究、光电检查、照明工程、光电信息技术中，光光谱辐射能(或强度)、频率、振幅都可以携带，并传输各种信息。光源在光电信息技术中经常起着重要的作用，因此，了解常用光源的基本特性和参数，根据实际工作要求选择合适的光源，往往是解决光电信息技术工作中特定问题的成功关键。(David Asse

3、r，Northern Exposure(美国电视)，1光源的基本特性参数，辐射效率和发光效率在指定波长范围内，一个光源发出的辐射通量与产生此辐射通量所需功率的比率，称为在指定光谱范围内该光源的辐射效率)。因此，对于可见光范围，一个光源的发光效率V是发射的光通量与生成此类光通量所需功率的比率，即该光源的发光效率。光源的平均发光效率(流明/瓦特)，钨灯-15流明/瓦特高压汞灯-40至60流明/瓦特荧光灯-64至100流明/瓦特金属卤化物灯-70至90流明/瓦特高压钠灯如果将最大值设置为1，规格化频谱功率分配，则规格化频谱功率分配称为相对频谱功率分析。四种典型光谱功率分布(A)线性光谱，如低压汞灯(

4、B)带状光谱，如高压汞灯、高压钠灯(C)连续光谱，所有热辐射光源的光谱为连续光谱，(D)混合光谱，连续光谱和线，视觉光学系统使用具有丰富可见光谱辐射的光源。对于彩色摄影光源，使用类似于日光的光源，如卤素、溴等，以获得更好的颜色还原。紫外分光光度计使用三氢灯、紫外线汞氙灯等紫外线强的光源。光纤技术通常使用发光二极管和半导体激光器等光源。3.空间发光强度对于各向异性光源，空间各方面的发光强度不同。在空间的一个截面中，从原点以每个径向取矢量，矢量的长度与该方向的发光强度成正比，连接每个矢量的端点将产生该截面中光源的发光强度曲线，即照明曲线。超高压球形钚灯的强度分布，2热辐射源，任何物体只要温度大于绝

5、对零度，就会向外部发射能量，其辐射特性与温度有关。热辐射光源的三个特征：(1)发光特性可以使用普朗克公式准确估计。也就是说，您可以准确地了解和控制亮度或发射属性。(2)发射的光通量形成连续谱，光谱范围广，适应性强。但是紫外线的量很少，限制了这种光源的使用范围。(莎士比亚、紫外线、紫外线、紫外线、紫外线、紫外线、紫外线、紫外线)(3)用适当的调节器或稳定流供电，这些光源的光线就会有很高的稳定性。太阳，太阳的光谱能量分布曲线中，阴影部分表示大气的光谱吸收带、白炽灯、原子受热所产生的可见光辐射。优点：发色好，价格便宜，使用和安装方便，适合经常打开。缺点：寿命短，发光性能低(一般可见光比电渡边杏10度

6、)，白炽灯发出的紫外线辐射也比较高，可能导致照明品褪色。卤钨灯，在普通白炽灯中，灯丝的高温导致钨蒸发，蒸发的钨沉淀在包皮上，出现包皮变黑的现象。卤素循环有效防止灯泡变黑，发光效能比白炽灯提高了约一倍，体积小，寿命长。缺点：在高温下，比传统白炽灯发出更多的紫外线和红外辐射，因此，许多卤素灯配备了过滤大部分紫外线辐射的过滤器。荧光灯是低压水银蒸汽弧放电灯，通常是长管状，两端各有电极。优点：能耗低，寿命长(一般白炽灯的8-10倍)，发光性能高(可见光大约是输入功率的28倍)。荧光灯发出的光的颜色大部分是由涂在荧光灯内表面的荧光粉决定的。根据荧光灯的不同，色温变化范围很广。根据颜色的不同，大致温暖的白

7、色、白色、冷白色、太阳光、荧光灯的光线分布，焦点不太集中，因此广泛用于柔和的照明、下士、相思光灯、工作灯、柔和的重点照明等。金属卤素灯是高压气体放电灯之一，最大的优点是发光效率高，寿命长。由于等体的结构形态和填充金属卤化物的差异，金属卤素灯的发光效率、光的色温、发色性的变化很大。金属卤素灯的特点是不能立即开灯。要达到总亮度输出，需要加热大约5分钟。断电后重新启动前，灯泡需要520分钟冷却。否则，会影响灯的寿命。陶瓷金属卤素灯是高压气体放电灯的一种，基本结构是透明的玻璃壳和高温的石英玻璃弧管，外壳和内管之间进入氮气或惰性气体，内管中填充有惰性气体、汞蒸汽和金属卤化物。特点：发光性能更高，寿命更长

8、，寿命更稳定，尺寸小，发色性好。而且，陶瓷管过滤掉大部分紫外线辐射，照明可以减少物体的褪色。成为展示照明效果设计的重要光源。高压钠灯是由钠蒸汽放电发光的放电灯。优点是发光性能特别高，寿命长，对环境适应性强，在各种温度条件下正常工作。缺点：大小大，有光色差，是不方便的青花冷光。由于发色不好，普通高压钠灯大部分用于道路照明等发光效率和寿命要求高，对光色和发色性要求不高的领域。目前，改进的高脂溢性高压钠灯具有温暖的白色光，发色指数可达到80以上的高色度。可用于展示照明领域，节能效果明显。氘等，氘等是热阴极电弧放电灯，泡沫外壳内充满了高纯氘气。钚(H12是氢(H11)的同位素，也称为氘、氙灯，氙灯是充

9、满惰性气体的石英泡沫壳内两个钨电极之间的高温电弧放电，发出强光。高压氙灯的辐射光谱连续，类似于太阳的光谱能量分布，色温约为6000K，发色指数为90以上，因此被称为“小太阳”。钨灯可分为长弧、短弧、脉冲等三种。短弧氙灯光谱能量分布，短弧氙灯的弧亮度分布，发光二次管(light emitting diode，LED)是由P型和N型半导体组合而成的注入式电致发光元件，在p-n结区由少量载流子注入和复合物发光。优点：寿命长，发光时间10万小时；启动时间短，响应时间只有几十纳秒。结构坚固，固体结构能承受强烈的震动和冲击。高发光效率，低能耗，节能光源。发光体接近点光源，照明辐射模型简单，有利于照明设计。

10、发光的方向性强，无需使用反射器控制光的照射方向，就可以制作薄的照明设备，适合安装空间不多的情况。LED是继白炽灯、日光灯、高压放电灯之后被广泛认为是第四代光源。随着新材料和制作工艺的发展，LED的性能大大提高，应用范围越来越广。工作原理实际上，LED是用直接带隙半导体(如GaAs)制作的PN结二极管。半导体内电子空穴对的复合体产生光子发射。发光二极管波段图，指示灯。指示灯正在成为指示灯的主要光源。耗电量低，发光响应速度快，亮度高，体积小，耐振动。停车指示灯、LED应用程序、数字显示显示器、(3)液晶显示器。LED是固态组件，可靠性强，可以制作阴极射线管(CRT)和液晶屏(LCD)上不容易制造的

11、大型显示器等。(4)照明：电视、空调和其他遥控器照明。光电检测系统和光通信系统也可以用作发射光源。(5)光耦合器：将LED和光电接收组件组合在一起的设备。使用光子作为传输介质，将输入部的电信号合并到输出端。激光(介绍了激光原理)、光电探测器、光电探测器是辐射能转换装置，是利用物质的光电效应将光辐射信号转换为电信号的装置。是光电信息技术中最重要的部件，是光电信息技术的关键组成部分。光电信息技术中的作用是发现信号，测量信号，提取未来一些应用所需的信息。目前有各种探测器，在射线、X射线、紫外线、可见光、红外波段工作。取决于设备对辐射的反应方式。光电探测器，光电效应：在某些半导体材料上发光时，在其中产

12、生大量导电性的载体(电子-孔对)，显着提高材料的电导率。这种现象光电也有效。光生伏效应光生伏效应：半导体在光照射下产生电势的现象。光生伏特效应-(光电、光敏二极管、光敏三极管、半导体位置感应传感器)、4.1光探测器性能概述、1 .回应率：回应率是描述探测器灵敏度的参数。指示探针输出信号和输入辐射之间关系的参数。由光探测器定义的输出均方根电压与进入光探测器的平均光功率之比。线性区域，2 .响应时间：描述光电探测器对入射辐射响应速度的参数。也就是说，如果入射辐射接触光探测器或入射辐射被阻止，则光探测器的输出上升到稳定值或下降到调查前的值所需的时间称为响应时间。上升时间和下降时间，3 .信噪比(S/

13、N):通常用于确定噪音大小的参数。负载电阻RL产生的信号功率与噪声功率之比。也就是说，以分贝(dB)表示时为4。等效噪声功率(NEP):或最小可检测功率Pmin，定义为检测器输出的信号功率与噪声功率之比为1时所需的入射检测器的辐射通量。也就是说5。检出率D和比率检测率D*: NEP无法徐璐比较其他两个源的光源检测器的优劣。为此，引入了两个新的性别参数检测率D和比率检测率D*。良好的探测器NEP约为10-11W；NEP越小，噪音越小，设备的性能越高。D也被称为探测图，所描述的特征是光电探测器在该平地上产生可观测的电信号的能力。(阿尔伯特爱因斯坦，北极谱，标准化的检测率通常称为比率检测率)。D*和

14、回应率RV可以与以下内容相关联：6.暗电流Id是在没有输入信号和背景辐射的情况下光电流动的电流(添加电源时)。通常测量DC值或平均值。7.杨紫效率杨紫效率是评价光电性能的重要参数，是在特定波长下光电探测器在单位时间内输出的光电数与此特定波长入射光子数的比率。杨紫流速度N，杨紫流速度N是每秒入射光的杨紫数。每秒产生的光电数是食，IS是信号电流，Q是电子电荷。因此，杨紫效率为8 .线性度。描述探测器的光电特性或照明特性曲线输出信号与输入信号保持线性关系的程度。辐射功率的复杂函数，指设备的实际响应曲线接近拟合线的程度，通常用非线性误差测量。max是实际响应曲线和拟合线之间的最大偏差，I1和I2分别是

15、线性区域的最小和最大响应值。9 .噪音，任何光电探测器在输出端总是有不规则的、不可预测的电压波动，即噪音。根据噪音的物理原因，光电探测器的噪音分为散射噪声、复合噪声生成、光子噪声、热噪声、低频噪声等。9.1散射噪音通过热刺激作用随机产生电子引起的起伏，称为散射噪音。它是由穿过路障的油类者的随机涨落引起的。这种噪音存在于所有的光探测器上。理论计算结果提出了热刺激散粒噪声的功率谱。I是通过探测器的平均暗电流，M是探测器的内部增益，Q是电子电荷功率。散射噪声中的电流如下：F是带宽的测量，9.2是由复合噪声半导体中载波的生成和复合的随机性引起的载波平均浓度的波动引起的噪声称为复合噪声。I是载流子的平均寿命，T是载流子在设备磁极之间的平均移动时间，F是频率流的平均电流。如果频率低且满足2f1，则为白噪音、9.3列噪音或Johnson噪音，即由托架的不规则热运动引起的噪音。温度高于绝对零度时导体或半导体中的所有电子都是随机运动(相当于微电脉冲，平均为0，但瞬时电流扰动在探测器输出端产生平均