物理光學例題光檢課件1光電基礎

1、第一章 光電檢測基礎一輻射度量和光度量1234光輻射量黑體輻射光度量光學系統(tǒng)的光度學1光輻射量角 cosdR 2球面度Steradian(r) d 4 1光輻射量 (R sin2)S 2 sin 2 2C R 2R 2 2Ss4 sin 22Sc(一)光輻射量1.輻射能Q2.輻射通量 dQdt.輻射強度I d4I I d4.輻射亮度d 2d dA cosdIdA cosL 5.輻射出射度 dMdA.輻射照度E ddA7.輻射量HH E(t)dtH E t光譜量子流速率dN d dhh d hN 0d780N hc3802黑體輻射定律d( )d( )波長光譜輻射通量吸收的光譜輻射通量)光譜吸收比

2、 ,T d( d T, M( ,T)M ( ,T)(f ,MT)b (,T)物體的光譜輻射出射度和光譜吸收比的比值與物體的性質(zhì)無關，都等于同一溫度下絕對黑體的光譜輻射出射度2黑體輻射黑體輻射 ,T d() 1d 2黑體輻射定律黑體輻射定律2hc 251M Chc/ 1kTeC1=3.74*10-16 W.M2C2=1,44*10-2 M.K5( T 1 )1c e2/1光譜輻射出射度Mb2黑體輻射2黑體輻射m / T位移定律黑體輻射定律 0dM ddc1c/ 15Tde2 1 ec2 / m Tc2 5mTc24.965114mT/Tm4 . C29651218497.952黑體輻射黑體溫度K

3、峰值波長m黑體溫度K峰值波長m300966420006901000294400065928001035460006303000096648000604320009065000058034000852520005573600080554000537380007635600051740000724580005002黑體輻射黑體輻射定律滋曼定律黑體輻射的總光輻射只和溫度有關10Md 2 hc2d5Mhec2 /kT10 d ( T)cT4(1c e2 / T T)5(1)0c 4cT4TT 4c2c T4L3光度量視見函數(shù)光通量m V()Kd lm(流明)發(fā)光強度:I dcandelad IdI ,

4、 sin d2d0010.90.80.70.60.50.40.30.20.10350400450500555600波長 (nm)650700750800850視見函數(shù)3光度量照度：投射到E d面積上的光通量dA（lx）：1lx=1lm/m23照度及距離平方反比定律距離平方反比定律I d dd I I E R 2ddA / R 2R 2dAIcosE R 23照度及距離平方反比定律距離平方反比定律I LAE l 2l 2A E Ll 23照度及距離平方反比定律推論1:(光闌原理)S L L Epd 2推論3光度量亮度：面積上的發(fā)光強度dIL dAd 2 dAcosdIdA cosL L d3光度

5、量 Km P V P V L Km 683lm /W 1103W 0.2351106 m2 (1103 )srA 1.6 108 lm / m 2 sr3光度量定律AcosAcosA LLIIII0 cosI3光度量出射度M2 2Icos sin d Isin 2 21001 I=LA LA I Isin 2 00 LM LA3光度量非發(fā)光體的亮度 out in A Eout outE L EMAL E4光學系統(tǒng)的光度學定律4光學系統(tǒng)的光度學定律4光學系統(tǒng)的光度學象面上軸上點的照度4光學系統(tǒng)的光度學例4光學系統(tǒng)的光度學軸外象點照度第一半導體基礎知識基礎光電器件的物理基礎第一半導體基礎知識基礎能

6、帶理論熱平衡態(tài)下的載流子非平衡態(tài)下的載流子半導體對光的吸收第 半導體基礎知識基礎能帶理論1原子能級與晶體能帶能級（Enegy Level）：能帶（Enegy Band）：禁帶（Forbidden Band）：價帶（Valence Band）：導帶（Conduction Band）：第 半導體基礎知識基礎導電機構(gòu)導帶EC禁帶 EgEv價帶絕緣體、半導體、金屬的能帶圖a) 絕緣體b) 半導體c) 金屬第 半導體基礎知識基礎2本征半導體與雜質(zhì)半導體晶體構(gòu)造示意圖石結(jié)構(gòu)（Ge、Si晶體）(a)(b) 閃鋅礦結(jié)構(gòu)（GaAs晶體）晶體實物圖第 半導體基礎知識基礎N型半導體P型半導體雜質(zhì)硅的原子圖象和能帶圖

7、N型半導體 PKP型半導體半導體所摻雜質(zhì)多數(shù)載流子（多子）少數(shù)載流子（少子）特性N型施主雜質(zhì)電子空穴電子濃度nn空穴濃度pnP型受主雜質(zhì)空穴電子電子濃度np空穴濃度pp第 半導體基礎知識基礎熱平衡態(tài)下的載流子電子占據(jù)某一能量狀態(tài)E的幾率1(E )fEFEEF能級1 ekT-函數(shù)曲線第 半導體基礎知識基礎以EF來定性表示兩能帶中載流子的濃度a) 重摻雜P型 b) 輕摻雜P型 c) 本征型d) 輕摻雜N型e) 重摻雜N型第 半導體基礎知識基礎非平衡態(tài)下的載流子非平衡載流子電注入：通過半導體界面把載流子注入半導體，使熱平衡受到破壞。光注入：光注入下產(chǎn)生非平衡載流子表現(xiàn)為價帶中的電子吸收了光子能量從價

8、帶躍遷到導帶，同時在價帶中留下等量的空穴。第 半導體基礎知識基礎非平衡態(tài)下的載流子1產(chǎn)生與復合在非平衡狀態(tài)nnnn0+nn流子濃度為： pnpn0+pnnnpnnnpn nn0pn0n 2i強光注入nnn0pn0ni2弱光注入nn0nnpn第 半導體基礎知識基礎非平衡態(tài)下的載流子2復合與非平衡載流子三種復合機制：直接復合：導帶中電子直接跳回到價帶，與價帶中的空穴復合。通過復合中心復合通過復合中心進行的復合-產(chǎn)生過程1電子俘獲 2空穴俘獲 3電子發(fā)射 4空穴發(fā)射表面復合第 半導體基礎知識基礎半導體對光的吸收Ix=I0(1-r)e-x光垂射于半導體表面時發(fā)生反射與吸收第 半導體基礎知識基礎本征吸收:產(chǎn)生本征吸收的條件：入射光子的能量（h）至少要等于材料的禁帶寬度Eg。即h0Eg有0Eg/h0hc/Eg=1.24/Eg （ m ）第 半導體基礎知識基礎幾種重要半導體材料的波長閾值材料溫度/KEg /eV/mSe3001.80.69Ge3000.811.5Si2901.091.1PbS2950.432.9InSb3000.186.9GaAs3001.350.92Gap