《光电检测技术复习》PPT课件.ppt

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1、光电技术与光纤基础总复习（一）韩鹏内容第一章：光电检测应用中的基础知识第一章：光电检测应用中的基础知识第二章：光电检测中的常用光源第二章：光电检测中的常用光源第三章：结型光电器件第三章：结型光电器件第四章：光电导器件第四章：光电导器件第五章：真空光电器件第五章：真空光电器件第六章：真空成像器件第六章：真空成像器件第七章：固体成像器件第七章：固体成像器件第八章：红外辐射与红外探测器第八章：红外辐射与红外探测器第九章：光导纤维与光纤传感器第九章：光导纤维与光纤传感器第十章：太赫兹的产生与检测第十章：太赫兹的产生与检测第一章 基础知识1辐射度学和光度学的基本概念2半导体基础知识3基本定律4光电探测器

2、的噪声和特性参数辐射度学和光度学的基本概念1、辐射功率辐射功率（辐射通量辐射通量）单位：单位：W（瓦特）（瓦特）2、辐辐射射强强度度单单位位3、辐辐射亮度射亮度单单位：位：4、辐辐射出射度射出射度单位：单位：W/m25、辐辐照度照度单位：单位：W/m2一、辐射度学基本物理量辐射度学和光度学的基本概念二、光度学基本物理量1、视见函数555nm时最大！2、基本物理量表12，注意单位、相互之间关系例题已知有一白炽灯钨丝功率p3w，该灯的理想化光谱通量e分布如图。使用微瓦计，其探测面积Al10mm2，距灯的距离h100mm，测得max处的光谱辐射通量e（max）6w求：1.灯的e，Ie，2.灯的v，I

3、v01.5 345 5.50.10.30.50.70.91T1930k（m）e辐射度学和光度学的基本概念三、其他基本概念1、电源平方反比律2、扩展源朗伯源3、漫反射面半导体基础知识一、基本概念1、能带结构2、杂质半导体3、非平衡载流子4、扩散和漂移基本定律一、黑体辐射定律（概念）1、基尔霍夫定律2、普朗克辐射公式3、斯忒藩玻耳兹曼定律4、维恩位移定律基本定律二、光电效应1、内光电效应2、外光电效应光电导效应、光伏效应光电探测器的噪声和特性参数一、噪声（概念、特点）1、热噪声2、散粒噪声3、产生复合噪声4、1/f噪声5、温度噪声整体情况：整体情况：整体情况：整体情况：f/Hzf/Hz1/f1/f

4、噪声噪声产生复合噪声产生复合噪声散粒、温度和热噪声散粒、温度和热噪声第二章 常用光源1光源的特性参数2热辐射源3气体放电光源4固体发光光源5激光器光源的特性参数辐射效率和发光效率如前例题中，求光谱功率分布空间光强分布光源的颜色光源的温度概念！概念！热辐射源太阳黑体模拟器白炽灯了解！了解！气体放电光源脉冲灯原子光谱灯汞灯了解！了解！固体发光光源场致发光光源了解其他平板显示器件液晶的电光效应结型发光光源发光二极管，偏压？激光器激光原理三种跃迁过程、必要条件激光器的类型激光的特性单色、方向、亮度、相干性第三章 结型光电器件1结型光电器件的工作原理2硅光电池3硅光电二极管和硅光电三极管4结型光电器件的

5、放大电路5特殊结型的光电二极管6结型光电器件的应用实例光电耦合器件结型光电器件的工作原理热平衡状态下的PN结外加偏压、反向饱和电流光照下的PN结光伏效应电流方程SEE E漂移漂移扩散扩散硅光电池不加外电压！IDIPRLURsCjRshILE E=0E E1 1E E2 2UIL光伏工作区光伏工作区RL1RL2硅光电池特性参数光照特性开路时、短路时、有限负载时ILUUoc4Isc4Isc1Isc2Isc3Uoc2Uoc1Uoc3线性区线性区RL1RL2硅光电二极管和三极管一般在反向偏压下工作光导工作区光导工作区E E=0E E1 1E E2 2UI与光电池的比较光电池工作区光电池工作区UbRLE

6、 E=0E E1 1E E2 2UIL光电二极管工作区光电二极管工作区RLUb=0RLRLUb IP硅光电二极管和三极管的比较光照特性伏安特性四个方面温度特性频率响应特性特殊结型光电二极管PIN型光电二极管结构、原理光电位置传感器原理位置表达式光电技术与光纤基础总复习（二）韩鹏内容第一章：光电检测应用中的基础知识第一章：光电检测应用中的基础知识第二章：光电检测中的常用光源第二章：光电检测中的常用光源第三章：结型光电器件第三章：结型光电器件第四章：光电导器件第四章：光电导器件第五章：真空光电器件第五章：真空光电器件第六章：真空成像器件第六章：真空成像器件第七章：固体成像器件第七章：固体成像器件第

7、八章：红外辐射与红外探测器第八章：红外辐射与红外探测器第九章：光导纤维与光纤传感器第九章：光导纤维与光纤传感器第十章：太赫兹的产生与检测第十章：太赫兹的产生与检测第四章 光电导器件工作原理主要特性参数偏置电路和噪声特点与应用工作原理基于内光电效应（光电导效应）暗电流、亮电流、光电流及三者的关系主要特性参数光电灵敏度量子效率光电特性和g值一般情况下：一般情况下：一般情况下：一般情况下：或或偏置电路UUbRLRPI IIU=PmaxUbUb/RLE E2 2E E3 3禁禁区区UIQ3Q2Q1E E1 1E=0E=0 有一光敏电阻已注明额定功率为有一光敏电阻已注明额定功率为Pmax，负载电阻也已，

8、负载电阻也已确定为确定为RL，为了保证此光敏电阻在不同光照时均能安，为了保证此光敏电阻在不同光照时均能安全的工作，试证明电源电压的选择必须满足：全的工作，试证明电源电压的选择必须满足：第五章：真空光电器件光电阴极光电管与光电倍增管光电倍增管的主要特性参数光电倍增管的供电和信号输出电路微通道板光电倍增管光电倍增管的应用光电阴极工作原理外光电效应主要参数灵敏度量子效率光谱响应曲线分类：反射与透射常用光电阴极材料负电子亲合势及其特点光电管与光电倍增管光电管玻壳、光电阴极和阳极组成，真空型和充气型光电倍增管基于外光电效应和二次电子发射效应结构上与光电管的区别：电子光学系统和倍增级光电倍增管工作原理典型

9、参数阴极阴极K KA A阳极阳极AU U1 1U U2 2U U5 5U U6 6U U3 3D D2 2U U4 4D D3 3D D1 1D D4 4D D5 5光电倍增管入射窗口端窗、侧窗电子光学系统作用：汇聚、同步电子倍增极阳极光电倍增管的主要参数灵敏度光谱响应，阴极、阳极灵敏度放大倍数暗电流噪声伏安特性线性饱和光电倍增管的信号输出用负载电阻实现电流电压转换用运算放大器实现电流电压转换光电倍增管的应用光谱测量微弱光探测射线探测了解！了解！第六章：真空成像器件光电成光电成像器件像器件真空成真空成像器件像器件固体成像器件固体成像器件像管像管变像管变像管像增强管像增强管摄像管摄像管光电发射型

10、像管（摄像管）光电发射型像管（摄像管）光电导型像管（视像管）光电导型像管（视像管）无存储无存储直视直视不可见光不可见光可见光可见光弱光弱光强光强光有存储有存储非直视非直视电荷耦合器件电荷耦合器件CCD自扫描光电二极管列阵自扫描光电二极管列阵SSPD第六章：真空成像器件像管常见像管摄像管光导靶和存储靶摄像管的特性参数像管包括变像管和像增强管；结构和工作原理像管的特性参数光谱特性、增益特性、等效背景照度、分辨率光电阴极光电阴极电子透镜电子透镜荧光面荧光面照像机照像机或人眼或人眼 像管结构原理示意图像管结构原理示意图了解概念！了解概念！常见像管常见变像管红外、紫外常见像增强器级联式、微通道板、X射线

11、了解概念！了解概念！摄像管与变像管的区别（作用）分类光电发射型摄像管、光电导型摄像管两者的两者的不同不同之处之处:前者有移像区前者有移像区,后者无后者无光电阴极光电阴极电子光学系统电子光学系统移移像像区区两者相同之处两者相同之处:扫描区扫描区电子枪电子枪灯丝灯丝,热阴极热阴极,控制栅极控制栅极,各加速电极各加速电极,聚焦线圈聚焦线圈,偏转线圈偏转线圈,校正线圈校正线圈光导靶和存储靶视像管靶硅靶，工作原理存储靶二次电子传导靶三个过程：三个过程：（1）无光照扫描）无光照扫描 充电充电(归零归零)（2）有光照无扫描）有光照无扫描 光光 电电（3）电子束再次扫描）电子束再次扫描,输出输出(归归零零)三

12、个过程：三个过程：（1）无光照扫描）无光照扫描 零电位零电位（2）有光照无扫描）有光照无扫描 电位升高电位升高（3）电子束再次扫描）电子束再次扫描 输出输出摄像管的特性参数灵敏度光电转换特性分辨率了解概念！了解概念！第七章：固体成像器件电荷耦合器件电荷耦合器件的分类CCD摄像机分类CCD的性能参数自扫描光电二极管列阵发展现状和应用CCD：（Charge Coupled Device）电荷耦合器件固体成像器件SSPD：（Self Scanned Photodiod Array)自扫描光电二极管列阵电荷耦合器件结构耦合原理与电极结构CCD的组成与工作原理输入、转移、输出10V10V10V10V2V

13、2Vt22）电荷的耦合）电荷的耦合10V10V2V2V2V2Vt14V4V10V10V2V2Vt32V2V10V10V2V2Vt42V2V4V4V10V10Vt52V2V2V2V10V10Vt6t1t2t3t41 12 23 3tttt5UUU三三相相时时钟钟t6电荷耦合器件的分类线阵CCD单边、双边面阵CCD帧转移、行间转移CCD的性能参数转移效率和转移损失率光谱响应率分辨率动态范围暗电流和噪声散粒噪声、转移噪声、热噪声自扫描光电二极管列阵结构形式和工作原理连续电荷存储（三个过程：准备、曝光、再充电）线阵、面阵工作原理光电技术与光纤基础总复习（二）韩鹏内容第一章：光电检测应用中的基础知识第一

14、章：光电检测应用中的基础知识第二章：光电检测中的常用光源第二章：光电检测中的常用光源第三章：结型光电器件第三章：结型光电器件第四章：光电导器件第四章：光电导器件第五章：真空光电器件第五章：真空光电器件第六章：真空成像器件第六章：真空成像器件第七章：固体成像器件第七章：固体成像器件第八章：红外辐射与红外探测器第八章：红外辐射与红外探测器第九章：光导纤维与光纤传感器第九章：光导纤维与光纤传感器第十章：太赫兹的产生与检测第十章：太赫兹的产生与检测第四章 光电导器件工作原理主要特性参数偏置电路和噪声特点与应用工作原理基于内光电效应（光电导效应）暗电流、亮电流、光电流及三者的关系主要特性参数光电灵敏度量

15、子效率光电特性和g值一般情况下：一般情况下：一般情况下：一般情况下：或或偏置电路UUbRLRPI IIU=PmaxUbUb/RLE E2 2E E3 3禁禁区区UIQ3Q2Q1E E1 1E=0E=0 有一光敏电阻已注明额定功率为有一光敏电阻已注明额定功率为Pmax，负载电阻也已，负载电阻也已确定为确定为RL，为了保证此光敏电阻在不同光照时均能安，为了保证此光敏电阻在不同光照时均能安全的工作，试证明电源电压的选择必须满足：全的工作，试证明电源电压的选择必须满足：第五章：真空光电器件光电阴极光电管与光电倍增管光电倍增管的主要特性参数光电倍增管的供电和信号输出电路微通道板光电倍增管光电倍增管的应用

16、光电阴极工作原理外光电效应主要参数灵敏度量子效率光谱响应曲线分类：反射与透射常用光电阴极材料负电子亲合势及其特点光电管与光电倍增管光电管玻壳、光电阴极和阳极组成，真空型和充气型光电倍增管基于外光电效应和二次电子发射效应结构上与光电管的区别：电子光学系统和倍增级光电倍增管工作原理典型参数阴极阴极K KA A阳极阳极AU U1 1U U2 2U U5 5U U6 6U U3 3D D2 2U U4 4D D3 3D D1 1D D4 4D D5 5光电倍增管入射窗口端窗、侧窗电子光学系统作用：汇聚、同步电子倍增极阳极光电倍增管的主要参数灵敏度光谱响应，阴极、阳极灵敏度放大倍数暗电流噪声伏安特性线性

17、饱和光电倍增管的信号输出用负载电阻实现电流电压转换用运算放大器实现电流电压转换光电倍增管的应用光谱测量微弱光探测射线探测了解！了解！第六章：真空成像器件光电成光电成像器件像器件真空成真空成像器件像器件固体成像器件固体成像器件像管像管变像管变像管像增强管像增强管摄像管摄像管光电发射型像管（摄像管）光电发射型像管（摄像管）光电导型像管（视像管）光电导型像管（视像管）无存储无存储直视直视不可见光不可见光可见光可见光弱光弱光强光强光有存储有存储非直视非直视电荷耦合器件电荷耦合器件CCD自扫描光电二极管列阵自扫描光电二极管列阵SSPD第六章：真空成像器件像管常见像管摄像管光导靶和存储靶摄像管的特性参数像

18、管包括变像管和像增强管；结构和工作原理像管的特性参数光谱特性、增益特性、等效背景照度、分辨率光电阴极光电阴极电子透镜电子透镜荧光面荧光面照像机照像机或人眼或人眼 像管结构原理示意图像管结构原理示意图了解概念！了解概念！常见像管常见变像管红外、紫外常见像增强器级联式、微通道板、X射线了解概念！了解概念！摄像管与变像管的区别（作用）分类光电发射型摄像管、光电导型摄像管两者的两者的不同不同之处之处:前者有移像区前者有移像区,后者无后者无光电阴极光电阴极电子光学系统电子光学系统移移像像区区两者相同之处两者相同之处:扫描区扫描区电子枪电子枪灯丝灯丝,热阴极热阴极,控制栅极控制栅极,各加速电极各加速电极,

19、聚焦线圈聚焦线圈,偏转线圈偏转线圈,校正线圈校正线圈光导靶和存储靶视像管靶硅靶，工作原理存储靶二次电子传导靶三个过程：三个过程：（1）无光照扫描）无光照扫描 充电充电(归零归零)（2）有光照无扫描）有光照无扫描 光光 电电（3）电子束再次扫描）电子束再次扫描,输出输出(归归零零)三个过程：三个过程：（1）无光照扫描）无光照扫描 零电位零电位（2）有光照无扫描）有光照无扫描 电位升高电位升高（3）电子束再次扫描）电子束再次扫描 输出输出摄像管的特性参数灵敏度光电转换特性分辨率了解概念！了解概念！第七章：固体成像器件电荷耦合器件电荷耦合器件的分类CCD摄像机分类CCD的性能参数自扫描光电二极管列阵

20、发展现状和应用CCD：（Charge Coupled Device）电荷耦合器件固体成像器件SSPD：（Self Scanned Photodiod Array)自扫描光电二极管列阵电荷耦合器件结构耦合原理与电极结构CCD的组成与工作原理输入、转移、输出10V10V10V10V2V2Vt22）电荷的耦合）电荷的耦合10V10V2V2V2V2Vt14V4V10V10V2V2Vt32V2V10V10V2V2Vt42V2V4V4V10V10Vt52V2V2V2V10V10Vt6t1t2t3t41 12 23 3tttt5UUU三三相相时时钟钟t6电荷耦合器件的分类线阵CCD单边、双边面阵CCD帧转移、行间转移CCD的性能参数转移效率和转移损失率光谱响应率分辨率动态范围暗电流和噪声散粒噪声、转移噪声、热噪声自扫描光电二极管列阵结构形式和工作原理连续电荷存储（三个过程：准备、曝光、再充电）线阵、面阵工作原理