光电子学chp5-27926.pptx

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1、5-2 光探测的基本物理效应光光电电效效应应由由德德国国物物理理学学家家赫赫兹兹于于18871887年年发发现现，对对发发展展量子理论起了根本性作用。量子理论起了根本性作用。1905年，爱因斯坦根据普朗克的黑体辐射量子假说年，爱因斯坦根据普朗克的黑体辐射量子假说大胆提出了大胆提出了“光子光子”概念，成功地解释了概念，成功地解释了光电效应光电效应，建立了著名的爱因斯坦方程，使人们对光的本性认识有建立了著名的爱因斯坦方程，使人们对光的本性认识有了一个新的飞跃，推动了量子理论的发展。爱因斯坦也了一个新的飞跃，推动了量子理论的发展。爱因斯坦也因此获得了年因此获得了年诺贝尔物理奖诺贝尔物理奖。另外一个因

2、为光电效应研究的获奖者，密立根，设计了精另外一个因为光电效应研究的获奖者，密立根，设计了精密的实验证实光电效应，获得年诺贝尔物理奖。密的实验证实光电效应，获得年诺贝尔物理奖。爱因斯坦对光电效应的解释爱因斯坦对光电效应的解释(1905(1905年）：年）：光束由光子构成，频率为光束由光子构成，频率为 的光束，的光束，光子能量光子能量为为e=he=h.当光子照到金属表面时，一个光子的能量一次为金属中的当光子照到金属表面时，一个光子的能量一次为金属中的一个电子全部吸收，而不需积累能量的时间。一个电子全部吸收，而不需积累能量的时间。电子把这能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力而作功电子把这能量的一

3、部分用来克服金属表面对它的吸引力而作功W W，余下的就成为电子离开金属表面后的动能。，余下的就成为电子离开金属表面后的动能。爱因斯坦的光电效应方程爱因斯坦的光电效应方程：斯托列托夫定律斯托列托夫定律光电流的大小与入射光强成正比；光电流的大小与入射光强成正比；前提：前提：入射频率高于红限值。入射频率高于红限值。外光电效应的应用：外光电效应的应用：测量可见波段的微弱信号，响应时间可达测量可见波段的微弱信号，响应时间可达。红限频率、红限波长（长波限）红限频率、红限波长（长波限）爱因斯坦定律（光电效应方程）：爱因斯坦定律（光电效应方程）：VGAK+RE+光电效应实验原理图光电效应实验原理图（1 1）存

4、在截止频率（红限）存在截止频率（红限）0 0 ，当，当 0 0时，无时，无论多强的光也没有光电子逸出。论多强的光也没有光电子逸出。（2 2）逸出的光电子的能量只与入射光的频率有关，）逸出的光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关。而与入射光的强度无关。（3 3）入射光的强度只影响逸出的光电子的数量。）入射光的强度只影响逸出的光电子的数量。（4 4）截止频率只与材料有关而与光强无关。）截止频率只与材料有关而与光强无关。（5 5）无论多弱的光，只要其频率大于截止频率，一）无论多弱的光，只要其频率大于截止频率，一照射到金属表面，就有光电子逸出。照射到金属表面，就有光电子逸出。二、光热效

5、应定义：定义：某些物质在受到光照射后，由于温度变某些物质在受到光照射后，由于温度变 化而造成材料性质发生变化的现象。化而造成材料性质发生变化的现象。类型：类型：p热释电效应热释电效应p测辐射热计效应测辐射热计效应p温差电效应温差电效应、热释电效应、热释电效应p在热平衡条件下，电介质因自发极化要产生表面束缚电荷，这种电荷被来自空气中附集于电介质表面上的自由电荷所补偿，其电不能显现出来，当温度发生变化，由温度变化引起电介质的极化状态的改变不能及时被来自电介质表面上的自由电荷所补偿，使电介质对外显电性。p当光照射物质时，光能量被吸收导致物质温度升高，使得电偶极子热运动加剧，自发极化强度也随之发生变化

6、，因此出现光辐射的强度变化物质的温度变化自发极化强度变化。热释电与温度的关系热释电与温度的关系热释电：温度低时，自发极化强度大，晶体表面感热释电：温度低时，自发极化强度大，晶体表面感应的电荷增加；温度增高时，自发极化强度变小，应的电荷增加；温度增高时，自发极化强度变小，晶体表面感应的电荷相应减少，相当于释放了一些晶体表面感应的电荷相应减少，相当于释放了一些电荷。电荷。热释电晶体铁电体热释电晶体铁电体p在某个温度内（小于居里温度）具有自发极化；在某个温度内（小于居里温度）具有自发极化；p外电场可改变自发极化的方向；外电场可改变自发极化的方向；p具电畴结构；具电畴结构；p交变电场作用下，具有电滞回

7、线现象。交变电场作用下，具有电滞回线现象。在介电晶体中，有一类与铁磁体性能相似的材料，称为铁电在介电晶体中，有一类与铁磁体性能相似的材料，称为铁电体（实际上铁电体一般并不含铁）。在一定温度范围内，即体（实际上铁电体一般并不含铁）。在一定温度范围内，即使没有外加电场的作用，它本身也会自发形成具有一定电矩使没有外加电场的作用，它本身也会自发形成具有一定电矩的分子集团，产生一定的电场，这种分子集团称为电畴。的分子集团，产生一定的电场，这种分子集团称为电畴。、测辐射热计效应、测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。入射光的照射，使材料由于受热而造成电阻率变化的现象。电阻变化与

8、温度变化的关系：电阻变化与温度变化的关系：电阻温度系数：电阻温度系数：对于金属材料：对于金属材料：对于半导体材料：对于半导体材料：、温差电效应、温差电效应由两种不同材料制成的结点由于受到某种因素作用而出现由两种不同材料制成的结点由于受到某种因素作用而出现了温差，就有可能在两结点间产生电动势，回路中产生电了温差，就有可能在两结点间产生电动势，回路中产生电流，这就是温差电效应。流，这就是温差电效应。光照射结点产生温度变化光照射结点产生温度变化 也能造成温差电现象。也能造成温差电现象。温差电效应的三种类型：温差电效应的三种类型：p珀耳帖效应珀耳帖效应p塞贝克效应塞贝克效应p汤姆逊效应汤姆逊效应珀耳帖

9、效应珀耳帖效应电荷载体在导体中运动形成电流。由于电荷载体在不同电荷载体在导体中运动形成电流。由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动的材料中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动时，便释放出多余的能量；相反，从低能级向高能级运时，便释放出多余的能量；相反，从低能级向高能级运动时，从外界吸收能量。能量在两材料的交界面处以热动时，从外界吸收能量。能量在两材料的交界面处以热的形式吸收或放出。的形式吸收或放出。塞贝克效应塞贝克效应有两种不同导体组成的开路中，如果导体的两个结点存在温度有两种不同导体组成的开路中，如果导体的两个结点存在温度差，结点间将产生电动势差，结点间将产生

10、电动势E，回路中引起电流。，回路中引起电流。一旦温度梯度建立，热端载流子有较大动能趋向冷端扩散，并一旦温度梯度建立，热端载流子有较大动能趋向冷端扩散，并出现堆积。正是这种堆积使电中性受到破坏，从而出现出现堆积。正是这种堆积使电中性受到破坏，从而出现 内建电内建电场以阻止热端裁流子向冷端进一步扩散，且终导体内无净电荷场以阻止热端裁流子向冷端进一步扩散，且终导体内无净电荷的定向流动，在导体两端的定向流动，在导体两端 就出现了温差电动势。所以，这是一就出现了温差电动势。所以，这是一种热能转换为电能的现象。种热能转换为电能的现象。汤姆逊效应单一均匀导体汤姆逊效应单一均匀导体三种温差现象的内在联系：三种

11、温差现象的内在联系：电流通过具有温度梯度的均匀导体时，导体将吸收或放出热量。电流通过具有温度梯度的均匀导体时，导体将吸收或放出热量。光电效应和光热效应的比较光电效应和光热效应的比较热探测：热探测：p无波长选择性；无波长选择性；p响应时间长；响应时间长；p材料对红外波段的热效应更强，广泛应用于长材料对红外波段的热效应更强，广泛应用于长波长红外线的测量。波长红外线的测量。光电探测：光电探测：p有波长选择性；有波长选择性；p响应速度快。响应速度快。谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH