第1章光電檢測應(yīng)用的基礎(chǔ)知識

1、光電檢測技術(shù)主講：吳祿慎課程性質(zhì)、目的和任務(wù)課程性質(zhì)：課程性質(zhì)： 光電檢測技術(shù)是研究光信號探測并轉(zhuǎn)換成電信號檢測與處理的課程；課程目的和任務(wù)課程目的和任務(wù)：是使學(xué)生掌握光電檢測的基本原理、光電信號變換及處理的技術(shù)，了解光電檢測技術(shù)在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用及發(fā)展方向。第1章 光電檢測應(yīng)用的基礎(chǔ)知識1.輻射度學(xué)和光度學(xué)的基礎(chǔ)知識2.半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識3.基本定律4.光電探測器的噪聲和特性參數(shù)11輻射度學(xué)和光度學(xué)基本概念輻射度學(xué)和光度學(xué)基本概念輻射度學(xué)：輻射度學(xué)：研究各種電磁輻射的傳播和量度，包括可見光區(qū)域。單位：單位：純粹物理量的單位，如，焦耳(J)和瓦特(w)就是輻射能和輻射功率的單位。光度學(xué)：光度學(xué)：研

2、究可見光波的傳播和量度，單位必須考慮人眼的響應(yīng)，包含生理因素。如，光功率的單位不用瓦特(w)而用流明(lm)。雖然光度學(xué)采用另一套單位制，但各物理量的定義及其物理意義和輻射度學(xué)是一致的。為了區(qū)分，輻射度學(xué)和光度學(xué)各物理量分別加腳標(biāo)“e”和“V”表示。 3輻射亮度(或稱輻射度)Le 對于小面積的面輻射源，以輻亮度Le來表示其表面不同位置在不同方向上的輻射特性。如圖12所示，一小平面輻射源的面積為dS，與dS的法線夾角的方向上有一面元dA。若dA所對應(yīng)的立體角內(nèi)的輻通量為 ，則面源在此方向上的輻亮度為 (13)式中，dScos是面輻射源正對dA的有效面積。輻亮度Le就是該面源在某方向上單位投影面積

3、輻射到單位立體角的輻通量。單位為W(srm2)(瓦每球面度平方米)。eddcosdSedLe輻強(qiáng)度與光譜輻強(qiáng)度的關(guān)系為 (1 6) 0dIIee12半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識121固體的能帶結(jié)構(gòu) 固體中由于原子數(shù)量巨大且緊密排列，形成所謂“能帶”。為了弄清能帶的形成原因，先要了解什么是電子的共有化。電子的共有化的運動。固體中電子的運動狀態(tài)與孤立原子中的電子狀態(tài)有所不同。在孤立原子中，原子核外的電子按照一定的殼層排列，每一殼層容納一定數(shù)量的電子。每個電子具有確定的分立能量值,也就是電子按能級分布。固體中大量原子緊密結(jié)合在一起，而且原子間距很小，以致使原子的各個殼層之間有不同程度的交疊。最外面的電子殼層交疊最

4、多，內(nèi)層交疊較少。例如電子可以從某個原子的2p殼層轉(zhuǎn)移到相鄰原子的2p殼層，也可能轉(zhuǎn)移到相鄰原子的鄰原子運動到更遠(yuǎn)的原子的相近殼層上去。這樣電子有可能在整個晶體中運動。晶體中電子十分顯著。電子的共有化運動只能在原子中相似的殼層間進(jìn)行，如3s殼層上的電子只能在所有原子的3s殼層上做共有化運動。 143光電探測器的合理選擇光電探測器的合理選擇 在設(shè)計光電檢測系統(tǒng)時，首先根據(jù)測量要求反復(fù)比較各種探測器的主要特性參數(shù)，然后選定最佳的器件。最關(guān)心的問題有以下5個方面。根據(jù)待測光信號的大小，確定探測器能輸出多大的電信號，即探測器的動態(tài)范圍。探測器的光譜響應(yīng)范圍是否同待測光信號的相對光譜功率分布一致，即探測器和光源的光譜匹配。對某種探測器，它能探測的極限功率或最小分辨率是多少需要知道探測器的等效噪聲功率，需要知道所產(chǎn)生電信號的信噪比。當(dāng)測量調(diào)制或脈沖光信號時，要考慮探測器的響應(yīng)時間或頻率