光電檢測(cè)技術(shù)與光纖基礎(chǔ)課件：光度學(xué)基本物理量

1、1.1.2 光度學(xué)基本物理量（一）光度學(xué)量和輻射度學(xué)量的關(guān)系1. 人眼光譜靈敏度K 及 視見函數(shù)V相同波長(zhǎng)（）不同產(chǎn)生對(duì)人眼不同程度的刺激人眼對(duì)光的感受是光波長(zhǎng)的函數(shù)K 光譜靈敏度(lm/W)(1)光譜靈敏度（響應(yīng)）明視暗視0.55m0.52 m Km= 683（lm/W）0.380.7不同波長(zhǎng)的光譜靈敏度，如圖所示：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)發(fā)射、傳播或接收的光量,反映了人的感覺光通量(lm流明)大量人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果平均值存在色盲的情況定義: 視見函數(shù)明視0.55m 10.380.7(2)視見函數(shù)C明視覺視見函數(shù)歸一化的光譜靈敏度 Km= 683（lm/W） 人眼的響應(yīng)視見函數(shù)值見P3小于1，近似對(duì)稱1、光通量

2、 (lm流明)（二）光度學(xué)量C=Km= 683（lm/W，流明/瓦）1瓦輻射通量等于555nm綠光的光通量為683lm(感受刺激）1lm相當(dāng)于1/683瓦的輻射通量（555nm)1lm大于1/683瓦的輻射通量（其他波長(zhǎng)）輻射通量光通量比例系數(shù)C（二）光度學(xué)量A1A2A1A2輻射通量單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射、傳播或接收的輻射能量。復(fù)色輻射時(shí)-單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射、傳播或接收的光量。復(fù)色光時(shí)1、光通量A lm(流明）W（瓦特）- 點(diǎn)源在某一方向上，單位立體角 內(nèi)發(fā)出的輻射通量。- 點(diǎn)光源在某一方向上，單位立體角內(nèi)的光通量。2、發(fā)光強(qiáng)度單位：輻射強(qiáng)度單位：（cd 坎德拉） d七個(gè)基本物理量之一-面元dS在方向d體

3、積角內(nèi)的光通量dv 除立體角的大小d 和此面元在觀測(cè)方向上的表觀面積cos(dS)。3、光亮度單位：輻射亮度-面元dS在方向d體積角內(nèi)的的輻通量d2e 除立體角的大小d 和此面元在觀測(cè)方向上的表觀面積cos(dS)。N4、光出射度- 光源單位時(shí)間由單位表面積輻射出的光量（包括所有方向） ，或者說單位輻射面發(fā)出的光通量。dS1dS2單位：lm/m2輻射出射度- 輻射源單位時(shí)間由單位表面積輻射出的電磁能（包括所有方向） ，或者說單位輻射面發(fā)出的輻通量。單位：W/m2- 受照面上單位時(shí)間單位表面積接受的光能，或單位表面積接受的光通量。5、光照度單位：lm/m2dA1dA2- 受照面上單位時(shí)間單位表面

4、積接受的輻射能，或單位表面積接受的輻通量。輻照度單位：W/m2(lx 勒克斯）1.1.3 其它基本概念1. 點(diǎn)源dAdA某面元上的照度與面元到光源的距離的平方成反比-平方反比定律同時(shí)也與面元的方向有關(guān)適用于點(diǎn)源或近似點(diǎn)源Ir對(duì)于沿各方向勻均輻射的點(diǎn)源點(diǎn)源對(duì)面的照度-光源 S總輻射通量為：2. 擴(kuò)展源-有一定面積的輻射源朗伯源或稱為余弦輻射體向空間各個(gè)方向的輻射亮度相同，理想化的擴(kuò)展源發(fā)光強(qiáng)度I 與方向角滿足余弦定律的發(fā)光體。大部分發(fā)光體都有此性質(zhì) dSII0余弦定律常數(shù)根據(jù)輻出度的定義根據(jù)亮度的定義朗伯源向空間各個(gè)方位的總輻射通量的計(jì)算-dSdA3. 漫反射面-把入射光向各個(gè)方向均勻的散射的各

5、種表面設(shè)某一漫反射面dS所受的光照度為E，則此面接收到的光通量為：設(shè)此反射面的反射系數(shù)為K，則它反射的光通量為：朗伯輻射體不透明漫反射體透明漫反射體亮度減半4. 定向輻射體-光線的發(fā)射方向比較集中如：激光器太陽的輻射亮度只有3*108W/(sr.m2)161.2 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)1.電子的共有化運(yùn)動(dòng)2.能帶的形成能級(jí)3s2p1.2.1 固體的能帶結(jié)構(gòu)允帶禁帶允帶允帶禁帶半導(dǎo)體的定義、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)173.能帶的結(jié)構(gòu)價(jià)帶導(dǎo)帶禁帶半導(dǎo)體的導(dǎo)電性：價(jià)帶導(dǎo)帶禁帶價(jià)帶中的空穴導(dǎo)帶中的電子價(jià)帶導(dǎo)帶內(nèi)層能帶禁帶禁帶內(nèi)層能帶禁帶滿帶：被電子填滿的能帶空帶：沒有電子占據(jù)的能帶184.N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體價(jià)帶導(dǎo)帶禁帶

6、低溫下低溫下硅晶體中的價(jià)帶中所有的能級(jí)都被電子占據(jù)，即被填滿，價(jià)帶以下的能帶被內(nèi)層電子填滿，而導(dǎo)帶的能級(jí)是空的，所以不導(dǎo)電。價(jià)帶導(dǎo)帶禁帶本征激發(fā)常溫下被激發(fā)到共價(jià)鍵之外不導(dǎo)電弱導(dǎo)電性1）本征半導(dǎo)體192）摻5族元素時(shí)（As或P） -N型半導(dǎo)體的能級(jí)處于共價(jià)鍵之外低溫下價(jià)帶導(dǎo)帶禁帶雜質(zhì)能級(jí)20價(jià)帶導(dǎo)帶禁帶施主能級(jí)本征激發(fā)+雜質(zhì)激發(fā)價(jià)帶導(dǎo)帶禁帶雜質(zhì)能級(jí)低溫下常溫下被激發(fā)至導(dǎo)帶213）摻3族元素時(shí)（B)-P型半導(dǎo)體低溫下B價(jià)帶導(dǎo)帶雜質(zhì)能級(jí)22價(jià)帶導(dǎo)帶雜質(zhì)能級(jí)常溫下B低溫下受主能級(jí)價(jià)帶導(dǎo)帶雜質(zhì)激發(fā)+本征激發(fā)231.2.2 熱平衡下的載流子濃度本征半導(dǎo)體中的載流子價(jià)帶導(dǎo)帶禁帶本征激發(fā)開始時(shí)：激發(fā)復(fù)合復(fù)合

7、一段時(shí)間后：激發(fā)=復(fù)合（載流子濃度增大）（載流子濃度穩(wěn)定）熱平衡狀態(tài)設(shè)由低溫到高溫的過程241.2.3 半導(dǎo)體中的非平衡載流子非平衡載流子-通過注入或光激發(fā)方式使載流了濃度超出熱平衡時(shí)的濃度，這些超出的載流子通常稱為非平衡載流子，或過剩載流子。1.半導(dǎo)體材料的光吸收效應(yīng)1）本征吸收價(jià)帶導(dǎo)帶常溫光照時(shí)價(jià)帶導(dǎo)帶常溫?zé)o光照時(shí)Eg要發(fā)生本征吸收，必須滿足：?jiǎn)挝?波長(zhǎng)m，能級(jí)eV 252）雜質(zhì)吸收N型半導(dǎo)體：價(jià)帶導(dǎo)帶低溫?zé)o光照時(shí)Ed價(jià)帶導(dǎo)帶低溫有光照時(shí)價(jià)帶導(dǎo)帶低溫?zé)o光照時(shí)Ea工作時(shí)溫度要低-防止熱激發(fā)價(jià)帶導(dǎo)帶低溫有光照時(shí)P型半導(dǎo)體：要發(fā)生本征吸收，必須滿足：?jiǎn)挝?波長(zhǎng)m，能級(jí)eV 262. 非平衡載流子濃度光照射半導(dǎo)體時(shí)：載流子的濃度增加停止光照射后：由于復(fù)合，載流子的濃度不斷的減少，直到熱平衡復(fù)合方式有直接復(fù)合-導(dǎo)帶中的電子直接回到價(jià)帶填充空位間接復(fù)合-通過“缺陷、錯(cuò)位、雜質(zhì)”等形成的復(fù)合中心復(fù)合價(jià)帶導(dǎo)帶價(jià)帶導(dǎo)帶271.2.4 載流子的擴(kuò)散和漂移1.擴(kuò)散-在某種作用下