光電技術(shù)課件

半導(dǎo)體光電檢測(cè)器件第一節(jié)光敏電阻原理及結(jié)構(gòu)特性參數(shù)特點(diǎn)典型電路一、原理及結(jié)構(gòu)1、原理：光敏電阻阻值對(duì)光照特別敏感，是一種典型的利用光電導(dǎo)效應(yīng)制成的光電探測(cè)器件。對(duì)于本征型，可用來(lái)檢測(cè)可見(jiàn)光和近紅外輻射對(duì)于非本征型可以檢測(cè)波長(zhǎng)很長(zhǎng)的輻射2、結(jié)構(gòu)：組成：它由一塊涂在絕緣基底上的光電導(dǎo)材料薄膜和兩端接有兩個(gè)引線，封裝在帶有窗口的金屬或塑料外殼內(nèi)。電極和光電導(dǎo)體之間呈歐姆接觸。三種形式⑴梳狀式玻璃基底上蒸鍍梳狀金屬膜而制成；或在玻璃基底上面蝕刻成互相交叉的梳狀槽，在槽內(nèi)填入黃金或石墨等導(dǎo)電物質(zhì)，在表面再敷上一層光敏材料。如圖所示。絕緣基底光電導(dǎo)體膜⑵刻線式在玻璃基片上鍍制一層薄的金屬箔，將其刻劃成柵狀槽，然后在槽內(nèi)填入光敏電阻材料層后制成。其結(jié)構(gòu)如下圖所示。注意：與梳狀式的區(qū)別⑶涂膜式在玻璃基片上直接涂上光敏材料膜后而制成。其結(jié)構(gòu)如右下圖所示。2、光敏電阻在電路中的符號(hào)二、特性參數(shù)1、光電流及增益無(wú)光照時(shí)流過(guò)器件的電流稱暗電流，由入射光引起的稱光電流。

增益可理解為：樣品中每產(chǎn)生一個(gè)光生載流子所構(gòu)成的流入外電路的載流子數(shù)。

若G>1,即單位時(shí)間流過(guò)器件的電荷數(shù)大于器件內(nèi)光激發(fā)的電荷，從而使電流得到放大。增益系數(shù)：光電流與入射光引起的單位時(shí)間電荷量的比值。由上式可知：①、減小樣品長(zhǎng)度可以大大提高增益；②、增加載流子的壽命也可提高增益。光敏面作成蛇形，電極作成梳狀是因?yàn)檫@樣即可以保證有較大的受光表面，也可以減小電極之間距離，從而既可減小極間電子渡越時(shí)間，也有利于提高靈敏度。2.光電導(dǎo)靈敏度定義為光電導(dǎo)與輸入光照度E之比。

：光電導(dǎo)（西門子S）

E

：照度（勒克斯lx）：入射通量（流明lm)注意：靈敏度與光電增益的區(qū)別（1）靈敏度是光電導(dǎo)體在光照下產(chǎn)生光電導(dǎo)能力的大小。（2）增益指在工作狀態(tài)下，各參數(shù)對(duì)光電導(dǎo)效應(yīng)的增強(qiáng)能力。材料特性結(jié)構(gòu)參數(shù)3、光電特性：光電流與照度的關(guān)系：：光照指數(shù)：電壓指數(shù)由圖可知：（1）弱光時(shí)，與照度成線性關(guān)系即得（2)強(qiáng)光時(shí)，光電流與照度成拋物線，即得強(qiáng)光照下光電特性的分析：光照增強(qiáng)的同時(shí)，載流子濃度不斷的增加，同時(shí)光敏電阻的溫度也在升高，從而導(dǎo)致載流子運(yùn)動(dòng)加劇，因此復(fù)合幾率也增大，光電流呈飽和趨勢(shì)。（冷卻可以改善）4、伏安特性：在一定的光照下，光電流與所加電壓的關(guān)系

一定的光照下，與電壓的關(guān)系;

相同的電壓下，與光照的關(guān)系

說(shuō)明：（1)光敏電阻為純電阻，符合歐姆定律，對(duì)多數(shù)半導(dǎo)體，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)（強(qiáng)光時(shí)），不遵守歐姆定律。硫化鎘例外，其伏安特性在100多伏就不成線性了。（2）光照使光敏電阻發(fā)熱，使得在額定功耗內(nèi)工作，其最高使用電壓由其耗散功率所決定，而功耗功率又和其面積大小、散熱情況有關(guān)。（3）伏安特性曲線和負(fù)載線的交點(diǎn)即為光敏電阻的工作點(diǎn)。5、溫度特性：溫度的變化，引起溫度噪聲，導(dǎo)致其靈敏度、光照特性、響應(yīng)率等都發(fā)生變化。為了提高靈敏度，必須采用冷卻裝置，尤其是雜質(zhì)型半導(dǎo)體受溫度影響更明顯。6．前歷效應(yīng)

指光敏電阻的時(shí)間特性與工作前“歷史”有關(guān)的一種現(xiàn)象。即測(cè)試前光敏電阻所處狀態(tài)對(duì)光敏電阻特性的影響。

暗態(tài)前歷效應(yīng)：指光敏電阻測(cè)試或工作前處于暗態(tài)，當(dāng)它突然受到光照后光電流上升的越慢程度。一般，工作電壓越低，光照度越低，則暗態(tài)前歷效應(yīng)就越重。1-黑暗放置3分鐘后

2-黑暗放置60分鐘后

3-黑暗放置24小時(shí)后亮態(tài)前歷效應(yīng)：光敏電阻測(cè)試或工作前已處于亮態(tài)，當(dāng)照度與工作時(shí)所要達(dá)到的照度不同時(shí)，所出現(xiàn)的一種滯后現(xiàn)象。其效應(yīng)曲線如下圖所示。7、暗電阻和暗電流：光敏電阻在黑暗時(shí)的阻值稱為暗電阻，一般情況下，暗電阻都大于10兆，受光照時(shí)的阻值稱為亮阻。暗阻與亮阻的比值也可作為衡量靈敏度的高低，比值越大，靈敏度越高。8、時(shí)間頻率響應(yīng)：時(shí)間特性與光照度、工作溫度有明顯的依賴關(guān)系。9、噪聲特性：熱噪聲、產(chǎn)生復(fù)合噪聲、噪聲與調(diào)制頻率的關(guān)系如下所示：（1)紅外：減小溫漂，使信號(hào)放大，可調(diào)制較高的（2）制冷可降低熱噪聲（3）恰當(dāng)?shù)钠秒娐罚墒剐旁氡茸畲?0、光譜特性：相對(duì)靈敏度與波長(zhǎng)的關(guān)系

可見(jiàn)光區(qū)光敏電阻的光譜特性光譜特性曲線覆蓋了整個(gè)可見(jiàn)光區(qū)，峰值波長(zhǎng)在515～600nm之間。尤其硫化鎘的峰值波長(zhǎng)與人眼的很敏感的峰值波長(zhǎng)（555nm）是很接近的，因此可用于與人眼有關(guān)的儀器，例如照相機(jī)、照度計(jì)、光度計(jì)等。

紅外區(qū)光敏電阻的光譜特性注明：此特性與所用材料的光譜響應(yīng)、制造工藝、摻雜濃度和使用的環(huán)境溫度有關(guān)。三、光敏電阻的特點(diǎn)1、優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，光電導(dǎo)增益大于1，工作電流大，無(wú)極性之分光譜響應(yīng)范圍寬，尤其對(duì)紅外有較高的靈敏度所測(cè)光強(qiáng)范圍寬，可測(cè)強(qiáng)光、弱光2、不足：強(qiáng)光下光電轉(zhuǎn)換線性差光電導(dǎo)弛豫時(shí)間長(zhǎng)受溫度影響大由伏安特性知，設(shè)計(jì)負(fù)載時(shí)，應(yīng)考慮額定功耗進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮光敏電阻的前歷效應(yīng)四、光敏電阻的電路1、基本偏置電路：（1）第一種：

將第一種電路中的與互換位置，即另一種偏置電路。（2）分析兩種情況下輸出電壓的變化：（3）和電源的選取原則：

a.光通量連續(xù)變化時(shí)，

b.光通量跳躍變化時(shí)，

c.，為最大允許功耗2、恒流、恒壓偏置電路：（1）恒流偏置電路：采用穩(wěn)壓管D,故不變，所以不變，因此也不變。（2）恒壓偏置電路：同樣不變，故不變，由于減小，故增大。導(dǎo)致變化。而輸出電壓不變。第二節(jié)光電池光電池是一種利用光生伏特效應(yīng)制成的不需加偏壓就能將光能轉(zhuǎn)化成電能的光電器件。簡(jiǎn)單的說(shuō)，其本質(zhì)就是一個(gè)PN結(jié)。表示電子表示空穴（一）結(jié)構(gòu)原理1、金屬-半導(dǎo)體接觸型（硒光電池）

2、PN結(jié)型結(jié)型光電池，是在N型（或P型）半導(dǎo)體表面上擴(kuò)散一層P型（或N型）雜質(zhì)，形成PN結(jié)。（1）按基底材料不同分2DR（P型Si為基底）

2CR（N型Si為基底）注意：1、上、下電極區(qū)分2、上電極柵指狀目的3、受光表面涂保護(hù)膜的目的（2）、按用途陣列式：分立的受光面象限式：參數(shù)相同的獨(dú)立光電池硅藍(lán)光電池：PN結(jié)距受光面很近

陣列式象限式

（二）分類按用途太陽(yáng)能光電池：用作電源（效率高，成本低）測(cè)量用光電池：探測(cè)器件（線性、靈敏度高等）按材料硅光電池：光譜響應(yīng)寬，頻率特性好硒光電池：波譜峰值位于人眼視覺(jué)內(nèi)薄膜光電池：CdS增強(qiáng)抗輻射能力紫光電池：PN結(jié)0.2~0.3μm,短波峰值600nm（三）符號(hào)及電路

符號(hào)連接電路等效電路（四）特性參數(shù)1、光照特性：2、輸出電流與負(fù)載大小的關(guān)系：3、伏安特性：光電流與電壓的關(guān)系：4、VLS、ILS

、PL與負(fù)載RL的關(guān)系：據(jù)伏安特性先求負(fù)載線，再求負(fù)載功率；據(jù)開(kāi)路電壓、短路電流求最佳負(fù)載線5、光譜特性：電路電流隨波長(zhǎng)變化情況取決于所用材料與工藝6、溫度特性：（五）應(yīng)用1、光電池用作太陽(yáng)能電池把光能直接轉(zhuǎn)化成電能，需要最大的輸出功率和轉(zhuǎn)化效率。即把受光面做得較大，或把多個(gè)光電池作串、并聯(lián)組成電池組，與鎳鎘蓄電池配合，可作為衛(wèi)星、微波站等無(wú)輸電線路地區(qū)的電源供給。2、光電池用作檢測(cè)元件利用其光敏面大，頻率響應(yīng)高，光電流與照度線性變化，適用于開(kāi)關(guān)和線性測(cè)量等。第三節(jié)光敏二極管1、與普通二極管相比:共同點(diǎn)：一個(gè)PN結(jié)，單向?qū)щ娦圆煌c(diǎn)：（1）受光面大，PN結(jié)面積更大，PN結(jié)深度較淺（2）表面有防反射的SiO2保護(hù)層（3）外加負(fù)偏壓2、與光電池相比：共同點(diǎn)：均為一個(gè)PN結(jié)，利用光生伏特效應(yīng)，

SiO2保護(hù)膜不同點(diǎn)：（1）結(jié)面積比光電池的小，頻率特性好（2）光生電勢(shì)與光電池相同，但電流比光電池?。?）可在零偏壓下工作，更常在反偏壓下工作3、性能參數(shù)光照下PN結(jié)電壓與光電流之間關(guān)系（1）伏安特性：反向偏壓與光電流之間的關(guān)系（2）光照特性：光電流與照度的關(guān)系

15V反向偏壓時(shí)的光照特性曲線

（3）、光譜特性

影響因素：材料：禁帶寬度設(shè)計(jì)工藝：PN結(jié)深度及表面處理（4）暗電流與噪聲：在直流偏壓下，暗電流是噪聲的主要來(lái)源；暗電流主要包括反向飽和電流，勢(shì)壘區(qū)的復(fù)合（或產(chǎn)生）電流以及表面漏電流。

環(huán)極的作用是：克制由于SiO2保護(hù)膜中的雜質(zhì)正離子靜電感應(yīng)。（5）頻率特性：是半導(dǎo)體光電器件中最好的一種，與下列因素有關(guān)：結(jié)電容（小于20μμF)和雜散電容光生載流子在薄層中的擴(kuò)散時(shí)間及PN結(jié)中的漂移時(shí)間要提高頻率響應(yīng)必須做到以下幾點(diǎn)：1、合理的結(jié)面積（小的結(jié)面積可使Cj減小，但相同光照下，光電流也較小）；2、盡可能大的耗盡層厚度；3、適當(dāng)加大使用電壓；4、減小結(jié)構(gòu)所造成的分布電容。4、電路：光敏二極管的輸出電路及等效電路：由等效圖可知：計(jì)算上限頻率5、光敏二極管的分類按材料硅光敏二極管鍺光敏二極管化合物光敏二極管按結(jié)特性：

PN結(jié)（擴(kuò)散層、耗盡層）、PIN結(jié)、異質(zhì)結(jié)、肖特基結(jié)6、幾種常見(jiàn)的光敏二極管（1）肖特基結(jié)光敏二極管：光敏面小，勢(shì)壘電容小，響應(yīng)快，但工藝?yán)щy。（2）擴(kuò)散層PN結(jié)光敏二極管：耗盡層厚度小于結(jié)的任一邊的擴(kuò)散長(zhǎng)度，工作區(qū)是結(jié)兩邊的擴(kuò)散區(qū)，光電流主要由擴(kuò)散流引起。(3)耗盡層型PN結(jié)光敏二極管：耗盡層厚度大于結(jié)的任一邊的擴(kuò)散長(zhǎng)度，光電轉(zhuǎn)換主要在耗盡層內(nèi)，光電流主要由漂移電流引起的。有很高的頻率響應(yīng)。（4）PIN型（2DUL型）光電二極管

PIN管結(jié)構(gòu)示意圖在P、N型之間加進(jìn)了較厚的本征半導(dǎo)體I型層，內(nèi)電場(chǎng)基本上集中于I層上，PN結(jié)間距拉大，結(jié)電容變小；提高響應(yīng)速度；由于耗盡層變寬，從而展寬了光電轉(zhuǎn)換的有效工作范圍；增加了吸收層厚度，改善了對(duì)長(zhǎng)波光的吸收，提高了靈敏度，增大了長(zhǎng)波響應(yīng)率。

（5）雪崩型光電二極管APD是具有內(nèi)部倍增放大作用的光電二極管，利用PN結(jié)勢(shì)壘區(qū)的高反向電壓下強(qiáng)電場(chǎng)作用產(chǎn)生載流子的雪崩倍增而得到。工作過(guò)程：初始的載流子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下獲得很大的動(dòng)能，其在高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程總與晶體的晶格碰撞，產(chǎn)生新的電子空穴對(duì)，稱為碰撞電離過(guò)程。此過(guò)程多次重復(fù)。從而反向電流也迅速增大形成雪崩倍增效應(yīng)。結(jié)構(gòu)：為了實(shí)現(xiàn)雪崩過(guò)程，基片雜質(zhì)濃度很高，使之容易碰撞電離；片子厚度較薄，保證較高的電場(chǎng)強(qiáng)度影響雪崩光敏二極管工作的因素:(a)雪崩過(guò)程伴有一定的噪聲，并受溫度的影響較大；

(b)表面材料的缺陷使PN結(jié)各電場(chǎng)分布不均，局部先擊穿使漏電流變大，增強(qiáng)了噪聲；（c)工作偏壓必須適當(dāng)作業(yè)

用已經(jīng)學(xué)知識(shí)，分別根據(jù)一種型號(hào)的光敏電阻、光電池和光電二極管的特性參數(shù)，解釋其物理意義。

預(yù)習(xí)光敏三極管器件的性能比較和應(yīng)用選擇熱電檢測(cè)器件的原理

成像器件和調(diào)制器件變像管像增強(qiáng)管光調(diào)制器件變像管＆像增強(qiáng)管一、典型結(jié)構(gòu)與工作原理物鏡目鏡陰極陽(yáng)極熒光屏目標(biāo)物所發(fā)出某波長(zhǎng)范圍的輻射通過(guò)物鏡在半透明光電陰極上形成目標(biāo)的像，引起光電發(fā)射。陰極面每一點(diǎn)發(fā)射的電子束密度正比于該點(diǎn)的輻照度。這樣，光陰極將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)變成電子數(shù)密度圖像。通過(guò)陽(yáng)極的電子透鏡作用，使陰極發(fā)出的光電子聚焦成像在熒光屏上。熒光屏在一定速度的電子轟擊下發(fā)出可見(jiàn)的熒光，最終，在熒光屏上便可得到目標(biāo)物的可見(jiàn)圖像。涂在光陰極面上的材料若對(duì)紅外或紫外光線敏感，則為變像管，若只對(duì)微弱的可見(jiàn)光敏感，則為像增強(qiáng)管。二、性能參數(shù)1、光電陰極靈敏度光陰極的量子效率決定了管子的靈敏度，量子效率對(duì)波長(zhǎng)的依賴性決定了管子的光譜響應(yīng)，光陰極的暗電流＆量子效率決定了像的對(duì)比度＆最大信噪比，對(duì)比度＆信噪比又決定了照度最低情況下的分辨率。2、放大率＆畸變熒光屏上像點(diǎn)到光軸的距離與陰極面上對(duì)應(yīng)點(diǎn)到光軸距離之比稱為變像管點(diǎn)所在環(huán)帶的放大率β?；儯篋=β/β0-1若D>0,則為枕形畸變，D<0，則為桶形畸變。3、亮度轉(zhuǎn)換增益光出射度輻照度發(fā)光效率靈敏度額定陽(yáng)極電壓光陰極的有效接收面積熒光屏的有效發(fā)光面積4、鑒別率一般指在照度足夠的情況下（以100勒克斯為宜），通過(guò)變像管或像增強(qiáng)管所剛剛分辯處的黑白條紋數(shù)目。5、暗背景亮度在無(wú)光照下，光陰極產(chǎn)生的暗電流在陽(yáng)極電場(chǎng)的作用下轟擊熒光屏使之發(fā)光，這時(shí)熒光屏的亮度稱之為暗背景亮度。6、觀察靈敏閾在極限觀察下，光電陰極的極限照度稱為觀察靈敏閾。三、像增強(qiáng)管的級(jí)聯(lián)（一）串聯(lián)式像增強(qiáng)管1、磁聚焦三級(jí)串聯(lián)式像增強(qiáng)管光電陰極分壓電阻二次電子倍增膜熒光屏電極環(huán)磁聚焦線圈它由三只單級(jí)像管首尾相接，每只單級(jí)像管的高壓電源通過(guò)電阻分壓器加在電極環(huán)上，使管內(nèi)產(chǎn)生均勻電場(chǎng)。管外加長(zhǎng)螺管線圈，用以產(chǎn)生軸向均勻磁場(chǎng)。兩級(jí)中間連接處違夾心片結(jié)構(gòu)，中間為透明云母片，它的前面為熒光屏，后面為光電陰極，兩者的頻譜特性正好品配。特點(diǎn)：像差小，像質(zhì)好，但消耗功率大，體積笨重。2、電聚焦三級(jí)串聯(lián)像增強(qiáng)管光陰極面熒光屏A層A層A層A1A2A3靶靶加速＆聚焦全由電子透鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)。重量輕，功耗低，但像差大，產(chǎn)生像散＆場(chǎng)曲，像質(zhì)差。（二）級(jí)聯(lián)式像增強(qiáng)管光電陰極光學(xué)纖維面板陽(yáng)極熒光屏光學(xué)纖維面板光纖維板是由很多極細(xì)的光學(xué)纖維玻璃絲緊密排列并聚熔而成。其傳光效率高，且端面可加工為各種所需要的形狀。提高了管子的靈敏度。缺點(diǎn)是邊緣增益大。常用于夜視、微光電視領(lǐng)域。級(jí)聯(lián)式像增強(qiáng)管單管結(jié)構(gòu)圖（三）微通道式像增強(qiáng)管微通導(dǎo)管管殼光電陰極在入射光線的照射下發(fā)出光電子，它們分別沿著各個(gè)小的微通導(dǎo)管不斷地二次電子倍增，倍增后的電子射到熒光屏上，便顯示出明亮的光學(xué)圖像。它分為兩類：近聚焦微通道像增強(qiáng)管＆靜電聚焦微通道像增強(qiáng)管。優(yōu)點(diǎn)：體積小，重量輕，可通過(guò)調(diào)整偏壓來(lái)調(diào)整增益，且具有自動(dòng)放強(qiáng)光的能力。缺點(diǎn)：噪聲大。外形結(jié)構(gòu)光調(diào)制器件利用各種物理效應(yīng)能夠?qū)獾恼穹?、頻率、相位、偏振狀態(tài)和傳播方向等參量進(jìn)行調(diào)制的器件。要求：性能穩(wěn)定、調(diào)制度高、損耗小、相位均勻、有一定的帶寬。工作基礎(chǔ)：物質(zhì)對(duì)外來(lái)作用產(chǎn)生各種物理效應(yīng)，如電光效應(yīng)、聲光效應(yīng)、磁光效應(yīng)。光調(diào)制就是將一個(gè)攜帶信息的信號(hào)疊加到載波光波上,完成這一過(guò)程的器件稱為調(diào)制器。調(diào)制器能使載波光波的參數(shù)隨外加信號(hào)變化而變化，這些參數(shù)包括光波的振幅、位相、頻率、偏振、波長(zhǎng)等。比如,承載信息的調(diào)制光波在光纖中傳輸，再由光探測(cè)器系統(tǒng)解調(diào)，然后檢測(cè)出所需要的信息。電光器件介質(zhì)受到外電場(chǎng)作用，折射率隨外加電場(chǎng)變化，介電系數(shù)和折射率都與方向有關(guān)，用張量描述，光學(xué)性質(zhì)為各向異性；不受外電場(chǎng)作用時(shí)，介電系數(shù)和折射率都是標(biāo)量，與方向無(wú)關(guān)，在光學(xué)性質(zhì)上是各向同性。電光效應(yīng)兩種：折射率的變化量與外電場(chǎng)強(qiáng)度的一次方成比例，POCKELS，光學(xué)介質(zhì)為具有電光效應(yīng)的液體有機(jī)化合物；成平方關(guān)系為KERR效應(yīng)，光學(xué)介質(zhì)為非中心對(duì)稱的壓電晶體。

性能參數(shù)半波電壓透過(guò)率調(diào)制帶寬消光比聲光器件原理磁光器件原理法拉弟效應(yīng)（磁致旋光效應(yīng)）法拉弟發(fā)現(xiàn)，許多物質(zhì)在磁場(chǎng)的作用下可使穿過(guò)它的平面偏振光的偏振方向旋轉(zhuǎn)（在光的傳播方向上加上強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)）Ｈd

振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的角度由經(jīng)驗(yàn)公式給出：

式中為靜磁通量，為光所穿越的媒質(zhì)長(zhǎng)度，是比例因子，稱費(fèi)爾德常數(shù)，一種特定媒質(zhì)的費(fèi)爾德常數(shù)隨頻率和溫度而變。實(shí)際例子對(duì)于氣體，約為，固體和液體為的量級(jí)。如對(duì)于1厘米長(zhǎng)的樣品，高斯的磁場(chǎng)，，此時(shí)振動(dòng)面將轉(zhuǎn)動(dòng)。顯然，法拉弟效應(yīng)可用來(lái)設(shè)計(jì)光調(diào)制器，欲提高效率必須每單位長(zhǎng)度的材料對(duì)光的吸收要盡量小，而偏振面旋轉(zhuǎn)的角度要盡量大，為此，人們研制了許多奇特的鐵磁材料，如ＬeCraw利用人工生長(zhǎng)的釔鐵石榴石（YIG）磁性晶體，它的費(fèi)爾德數(shù)可以達(dá)到

(對(duì)波長(zhǎng)，溫度范圍)。

利用法拉第效應(yīng)測(cè)磁場(chǎng)

實(shí)驗(yàn)裝置圖

調(diào)制電壓恒定磁場(chǎng)起偏器起偏器

線偏振光從左面進(jìn)入晶體，橫向的直流磁場(chǎng)使YIG晶體在此方向上引起磁化飽和，而總的磁化強(qiáng)度矢量（由恒定磁場(chǎng)和線圈磁場(chǎng)所引起）可以改變方向，它對(duì)晶體軸的傾斜角度正比于線圈中的調(diào)制電流。因?yàn)榉ɡ苄D(zhuǎn)依賴于磁化強(qiáng)度的軸向分量，所以線圈電源控制了角，檢偏器按照馬呂定律把這一偏振調(diào)制轉(zhuǎn)換為振幅調(diào)制。也就是說(shuō)，要傳遞的信息作為調(diào)制電壓加在線圈上，則出射的激光束以振幅變化的形式攜帶著信息。應(yīng)當(dāng)指出的是，應(yīng)將法拉弟旋轉(zhuǎn)和旋光性旋轉(zhuǎn)加以區(qū)別，所指旋光性旋轉(zhuǎn)，是指入射線偏振光的電場(chǎng)振動(dòng)面在旋光材料中連接地旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象的一個(gè)特點(diǎn)是旋轉(zhuǎn)方身與傳播方向有關(guān)，當(dāng)光線正反兩次通過(guò)一個(gè)旋光性物質(zhì)時(shí)，總旋轉(zhuǎn)角度為零，而法拉弟旋轉(zhuǎn)是與光傳播方向無(wú)關(guān)的，正反兩次通過(guò)法拉弟材料后，總的旋轉(zhuǎn)角度為。法拉弟旋轉(zhuǎn)和旋光性旋轉(zhuǎn)之區(qū)別這樣，為了獲得更大的法拉弟效應(yīng)，可以將放在磁場(chǎng)中的法拉弟材料做成平行六面體，使通光面對(duì)光線方向稍偏離垂直位置，并將兩面鍍層反射膜，只留入口和出口，這樣，若光束在其間反射次后出射，則有效旋光厚度為，則偏振面的旋轉(zhuǎn)角度將提高倍。高反射膜作業(yè)變像管和像增強(qiáng)管的工作原理電光、聲光和磁光器件的工作原理預(yù)習(xí)恒流源型光電檢測(cè)電路的靜態(tài)設(shè)計(jì)光伏型光電檢測(cè)電路的靜態(tài)設(shè)計(jì)可變電阻型光電檢測(cè)電路的靜態(tài)設(shè)計(jì)電荷耦合器件(CCD)簡(jiǎn)介電荷為信號(hào)基本功能:電荷的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)移工作過(guò)程:產(chǎn)生、存儲(chǔ)、傳輸和檢測(cè)

兩類：電荷包在半導(dǎo)體和絕緣體之間，界面?zhèn)鞑ィ⊿CCD）；電荷包存儲(chǔ)在離表面一定深度的體內(nèi)，體內(nèi)傳播（BCCD）CCD類型：表面溝道CCD（SCCD）：電荷包存儲(chǔ)在半導(dǎo)體與絕緣體之間的界面，并沿界面?zhèn)鬏敚惑w溝道CCD（BCCD）：電荷包存儲(chǔ)在離半導(dǎo)體表面一定深度的體內(nèi)，并在半導(dǎo)體體內(nèi)沿一定方向傳輸。工作過(guò)程：電荷的產(chǎn)生、存儲(chǔ)、傳輸＆檢測(cè)。CCD應(yīng)用的分類：在電子計(jì)算機(jī)或數(shù)字系統(tǒng)中信息存貯與處理攝像裝置主要特性：1.體積小，重量輕，耗電少，啟動(dòng)快，壽命長(zhǎng)2.光譜相應(yīng)范圍寬3.靈敏度高4.暗電流小，監(jiān)測(cè)噪音低5.動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍寬6.分辨率高7.與微光像增強(qiáng)器級(jí)聯(lián)，低照度下可采集信號(hào)8.有抗過(guò)度曝光性能電荷存儲(chǔ)基本單元是MOS

圖5-14

圖5-15

圖5-16

圖5-17

表面勢(shì)、勢(shì)阱柵電極G氧化層P型半導(dǎo)體耗盡區(qū)反型層uG>uthuG<uthuG=0構(gòu)成CCD的基本單元是MOS（金屬－氧化物－半導(dǎo)體）結(jié)構(gòu)。當(dāng)柵極G施加正偏壓UG之前（UG=0），P型半導(dǎo)體中的空穴（多數(shù)載流子）的分布是均勻的；當(dāng)柵極電壓加正向偏壓（UG<Uth）后，空穴被排斥，產(chǎn)生耗盡區(qū)，偏壓繼續(xù)增加，耗盡區(qū)進(jìn)一步向半導(dǎo)體內(nèi)延伸；當(dāng)UG>Uth時(shí)，半導(dǎo)體與絕緣體界面上的電勢(shì)（表面勢(shì)ФS）變得如此之高，以至于將半導(dǎo)體體內(nèi)的電子（少數(shù)載流子）吸引導(dǎo)表面，形成電荷濃度極高的極薄反型層，反型層電荷的存在說(shuō)明了MOS結(jié)構(gòu)具有存儲(chǔ)電荷的功能。ФSUGP型硅雜質(zhì)濃度Nd=1021m-3反型層電荷QINV=01.0V1.4VUth=2.2V3.0Vdox=0.1um0.30.40.6表面勢(shì)與柵極電壓的關(guān)系ФSQINVdox=0.1umdox=0.2umUG=15VUG=10V表面勢(shì)與反型層電荷密度的關(guān)系曲線的直線特性好，說(shuō)明兩者有著良好的反比例線性關(guān)系?？梢浴皠?shì)阱”的概念來(lái)解釋。u010V10VUG=5VUG=10VUG=15V空勢(shì)阱填充1/3勢(shì)阱全滿勢(shì)阱電子被加有柵極電壓的MOS結(jié)構(gòu)吸引到勢(shì)能最低的氧化層與半導(dǎo)體地交界面處。MOS電容存儲(chǔ)信號(hào)電荷的容量為：Q=Cox?UG?A電荷耦合假定開(kāi)始有一些電荷存儲(chǔ)在偏壓為20V的第二個(gè)電極下面的勢(shì)阱里，其他電極上均加有大于閾值得較低電壓（例如2V）。設(shè)a圖為零時(shí)刻，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，各電極的電壓發(fā)生變化，第二個(gè)電極仍保持10V，第三個(gè)電極上的電壓由2V變?yōu)?0V，因這兩個(gè)電極靠的很近（幾個(gè)微米），它們各自的對(duì)應(yīng)勢(shì)阱將合并在一起。原來(lái)在第二個(gè)電極下的電荷變?yōu)檫@兩個(gè)電極下勢(shì)阱所共有。如圖b＆c。若此后第二個(gè)電極上的電壓由10V變?yōu)?V，第三個(gè)電極電壓仍為10V，則共有的電荷轉(zhuǎn)移到第三個(gè)電極下的勢(shì)阱中，如圖e。由此可見(jiàn)，深勢(shì)阱及電荷包向右移動(dòng)了一個(gè)位置。2V10V2V2Va存有電荷的勢(shì)阱b2V10V2V10V2V2V10V10V2V2V10V2V10V2V2V2V10V2VcdefФ1Ф2Ф3通過(guò)將一定規(guī)則變化的電壓加到CCD各電極上，電極下的電荷包就能沿半導(dǎo)體表面按一定方向移動(dòng)。通常把CCD電極分為幾組，并施加同樣的時(shí)鐘脈沖。如圖f，為三相時(shí)鐘脈沖，此種CCD稱為三相CCD。CCD電極間隙必須很小，否則被電極間的勢(shì)壘所間隔。產(chǎn)生完全耦合條件的最大間隙一般由具體電極結(jié)構(gòu)，表面態(tài)密度等因素決定。間隙長(zhǎng)度應(yīng)小于3um。以電子為信號(hào)電荷的CCD稱為N型溝道CCD（工作頻率高）,而以空穴為信號(hào)電荷的CCD稱為P型溝道CCD。電荷的注入＆檢測(cè)電荷的注入（1）光注入當(dāng)光照射CCD硅片時(shí)，在柵極附近的半導(dǎo)體體內(nèi)產(chǎn)生電子空穴對(duì)，其多數(shù)載流子被柵極電壓排開(kāi)，少數(shù)載流子則被收集在勢(shì)阱中形成信號(hào)電荷。它有可分為正面照射式＆背面照射式。其光注入電荷：材料的量子效率入射光的光子流速率光敏電壓的受光面積光注入時(shí)間U+U+勢(shì)壘P-Si背面照射式光注入（2）電注入：CCD通過(guò)輸入結(jié)構(gòu)對(duì)信號(hào)電壓或電流進(jìn)行采樣，將信號(hào)電壓或電流轉(zhuǎn)換為信號(hào)電荷。電流注入法IDuINuIDN+IGФ1Ф2Ф3Ф2PID為源極，IG為柵極,而Ф2為漏極，當(dāng)它工作在飽和區(qū)時(shí)，輸入柵下溝道電流為：經(jīng)過(guò)Tc時(shí)間注入后，其信號(hào)電荷量為：IDIGФ2Ф1Ф3Ф2Ф3Ф1N+P-Si電壓注入法與電流注入法類似，但輸入柵極IG加與Ф2同位相的選通脈沖，在選通脈沖作用下，電荷被注入到第一個(gè)轉(zhuǎn)移柵極Ф2下的勢(shì)阱里，直到阱的電位與N+區(qū)的電位相等時(shí)，注入電荷才停止。往下一級(jí)轉(zhuǎn)移前，由于選通脈沖的終止，IG的勢(shì)壘把Ф2＆N+的勢(shì)阱分開(kāi)。電荷注入量與時(shí)鐘脈沖頻率無(wú)關(guān)。電荷的檢測(cè)信號(hào)電荷在轉(zhuǎn)移過(guò)程中與時(shí)鐘脈沖無(wú)任何電容耦合，而在輸出端需選擇適當(dāng)?shù)剌敵鲭娐窚p小時(shí)鐘脈沖容性的饋入輸出電路的程度。（1）電流輸出：如圖a。由反向偏置二極管收集信號(hào)電荷來(lái)控制A點(diǎn)電位的變化，直流偏置的輸出柵極OG用來(lái)使漏擴(kuò)散＆時(shí)鐘脈沖之間退耦，由于二極管反向偏置，形成一個(gè)深陷落信號(hào)電荷的勢(shì)阱，轉(zhuǎn)移到Ф2電極下的電荷包越過(guò)輸出柵極，流入到身勢(shì)阱中。UDRDRgAOGФ1Ф2放大P-Si圖aN+OGФ1Ф2浮置擴(kuò)散T1（復(fù)位管）T2（放大管）RgUDD(2)浮置擴(kuò)散放大器輸出：如圖b.圖b復(fù)位管在Ф2下的勢(shì)阱未形成前，在RG端加復(fù)位脈沖，使復(fù)位管導(dǎo)通，把浮置擴(kuò)散區(qū)剩余電荷抽走，復(fù)位到UDD，而當(dāng)電荷到來(lái)時(shí)，復(fù)位管截止，由浮置擴(kuò)散區(qū)收集的信號(hào)電荷來(lái)控制放大管柵極電位變化。（3）浮置柵放大器輸出：如下圖。浮柵T2UDDФ1Ф3Ф2Ф1Ф3Ф2Ф3T2的柵極不是直接與信號(hào)電荷的轉(zhuǎn)移溝道相連接，而是與溝道上面的浮置柵相連。當(dāng)信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到浮置柵下面的溝道時(shí)，在浮置柵上感應(yīng)出鏡像電荷，以此來(lái)控制T2的柵極電位。CCD的特性參數(shù)1、轉(zhuǎn)移效率＆轉(zhuǎn)移損失率轉(zhuǎn)移效率：一次轉(zhuǎn)移后，到達(dá)下一個(gè)勢(shì)阱中的電荷與原來(lái)勢(shì)阱中的電荷之比。轉(zhuǎn)移損失率：ε(t)Q(0)/C5MHz1MHz影響電荷轉(zhuǎn)移效率的主要因素為界面態(tài)對(duì)電荷的俘獲。為此，常采用“胖零”工作模式，即讓“零信號(hào)”也有一定的電荷。2、工作頻率f（1）下限：為避免由于熱產(chǎn)生的少數(shù)載流子對(duì)注入信號(hào)的干擾，注入電荷從一個(gè)電極轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電極所用的時(shí)間必須小于少數(shù)載流子的平均壽命，對(duì)于三相CCD,t為：t=T/3=1/3f,故，f>1/3ζ。（2）上限：當(dāng)工作頻率升高時(shí)，若電荷本身從一個(gè)電極轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電極所需的時(shí)間大于驅(qū)動(dòng)脈沖使其轉(zhuǎn)移地時(shí)間T/3,那么信號(hào)電荷跟不上驅(qū)動(dòng)脈沖的變化，使轉(zhuǎn)移效率大大降低。故t≤T/3，即f≤1/3t。ε(t)驅(qū)動(dòng)脈沖頻率fQ(0)/C=2V5V10Vε驅(qū)動(dòng)脈沖頻率f實(shí)測(cè)三相多晶硅N溝道SCCD的關(guān)系曲線10MHz電荷耦合攝像器件（ICCD）1、工作原理利用光學(xué)成像系統(tǒng)將景物圖像成在CCD地像敏面上。像敏面將照在每一像敏面的圖像照度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)樯贁?shù)載流子數(shù)密度信號(hào)存儲(chǔ)于像敏單元（MOS電容）中，然后，再轉(zhuǎn)移到CCD的移位寄存器（轉(zhuǎn)移電極下的勢(shì)阱）中，在驅(qū)動(dòng)脈沖的作用下順序地移出器件，成為視頻信號(hào)。2、類型（1）線型CCD攝像器件單溝道線型ICCD雙溝道線型ICCD（2）面陣ICCD幀轉(zhuǎn)移面陣ICCD隔列轉(zhuǎn)移型面陣ICCD線轉(zhuǎn)移型面陣ICCD它們的結(jié)構(gòu)原理見(jiàn)課本P126_128ICCD的基本特性參數(shù)（1）光電轉(zhuǎn)換特性良好，光電轉(zhuǎn)換因子可達(dá)到99.7%。（2）光譜響應(yīng)ICCD常采用背面照射的受光方式，采用硅襯底的ICCD，其光譜響應(yīng)范圍為0.4~1.1um，平均量子效率為25％，絕對(duì)響應(yīng)為0.1~0.2A*W-1。(3)動(dòng)態(tài)范圍：由勢(shì)阱的最大電荷存儲(chǔ)量與噪聲電荷量之比決定。（4）噪聲：電荷注入噪聲；電荷量變化引起的噪聲（轉(zhuǎn)移噪聲）＆檢測(cè)時(shí)產(chǎn)生的噪聲（輸出噪聲）。（5）暗電流產(chǎn)生的主要原因：耗盡的硅襯底中電子自價(jià)帶至導(dǎo)帶的本征躍遷；少數(shù)載流子在中性體內(nèi)的擴(kuò)散；來(lái)自SiO2表面（硅中缺陷＆雜質(zhì)數(shù)目）引起的暗電流；Si-SiO2界面表面的晶體缺陷＆玷污等；溫度，溫度越高，暗電流越大。（6）分辨力MTFMTF2856K白熾光源單色光源頻率頻率600nm700nm800nm1000nm作業(yè)1.CCD的工作原理是什么？解釋它的特性參數(shù)。2.ICCD的工作原理是什么？預(yù)習(xí)了解變像管和像增強(qiáng)管原理與性能參數(shù)了解光調(diào)制器件（電光、聲光和磁光器件）原理。

發(fā)光與耦合器件

發(fā)光二極管發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)和工作原理注入式電致發(fā)光器件PN結(jié)燒結(jié)在陶瓷或金屬底座上,透明環(huán)氧樹(shù)脂封裝三種:直接躍遷材料GaAs/GaN/ZnSe

間接躍遷材料GaP

混晶GaAs+GaP=GaAs(1-x)PxEg越大,釋放能量越大,發(fā)光波長(zhǎng)越短不同摻雜發(fā)出不同的光:GaP+Zn+O----紅光GaP+Zn+N----綠光

特點(diǎn):

體積小耐沖擊壽命長(zhǎng)功耗低響應(yīng)快可靠性高顏色鮮明易和電路匹配效率

非顯示:使用功率效率,光學(xué)效率(外量子效率和內(nèi)量子效率)

顯示:流明效率(光度效率/發(fā)光效率)

照明效率發(fā)光光譜定義:發(fā)光的相對(duì)強(qiáng)度隨波長(zhǎng)的變化

它決定發(fā)光顏色和流明效率

參量:峰值波長(zhǎng)+半寬度

峰值光子的能量隨溫度的增加而減少

伏安特性圖4-3

圖4.4

復(fù)合因子

反向擊穿電壓-5V發(fā)光亮度定義:單位面積發(fā)光強(qiáng)度的度量擴(kuò)散電流/載流子輻射復(fù)合壽命與非輻射符合壽命脈沖壽命壽命亮度降低到原有亮度一半所經(jīng)歷的時(shí)間與工作電流有關(guān)響應(yīng)時(shí)間應(yīng)用顯示指示照明光源光電開(kāi)關(guān)報(bào)警遙控耦合激光器特點(diǎn)方向性好單色性好相干性好亮度高激光的產(chǎn)生受激輻射:

低能態(tài)的電子激發(fā)或泵浦到較高能態(tài)分布反轉(zhuǎn):

粒子分布反轉(zhuǎn),受激輻射克服損耗共振腔:

提供正反饋和增益,維持受激輻射的持續(xù)振蕩受激輻射吸收+自發(fā)發(fā)射+受激輻射注意:自發(fā)激發(fā)的非相干性受激輻射發(fā)出:頻率/位相/方向相同產(chǎn)生激光的條件:受激輻射占主導(dǎo)地位分布反轉(zhuǎn)定義方法:

照射氣體電離注入載流子

共振腔在激光物質(zhì)的兩測(cè)放置相互平行的反射面,這種反射面組稱為共振腔.獲得增益.

腔內(nèi)增益大于損耗,產(chǎn)生激光振蕩.條件是腔的長(zhǎng)度恰好等于輻射光半波長(zhǎng)的整數(shù)倍.

氦氖激光器單色性好方向性好,發(fā)散角小結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單/緊湊穩(wěn)定性好價(jià)低方便分為:全外腔/全內(nèi)腔/半內(nèi)腔半導(dǎo)體激光器PN結(jié)型二極管注入式激光器結(jié)構(gòu)和原理主要特性異質(zhì)結(jié)激光器

單異質(zhì)結(jié)激光器

雙異質(zhì)結(jié)激光器作業(yè)1.發(fā)光二極管的特性參數(shù)有哪些？并說(shuō)明。2.激光產(chǎn)生的原理?預(yù)習(xí)光電偶合器件的特點(diǎn)、特性參數(shù)和應(yīng)用；光電成像器件的類型與特性。

光電檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)

半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)一、半導(dǎo)體的特性電阻溫度系數(shù)是負(fù)的，對(duì)溫度變化敏感。導(dǎo)電性能受微量雜質(zhì)的影響而發(fā)生十分敏感的變化。導(dǎo)電能力和性質(zhì)受外界作用發(fā)生重要的變化。

二、半導(dǎo)體的能帶能帶理論：晶體中的電子只能處于能帶的能級(jí)上，且每一個(gè)能帶中都有與原子總數(shù)相適應(yīng)的能級(jí)數(shù)。

泡利原理：在每一個(gè)能級(jí)上最多只能容納兩個(gè)自旋方向相反的電子。半導(dǎo)體晶體能帶圖：導(dǎo)帶價(jià)帶滿帶禁帶禁帶

根據(jù)能量最小原理，電子填充能帶時(shí)，總是從最低的能帶、最小能量的能級(jí)開(kāi)始填充。滿帶：任何時(shí)間都填滿電子數(shù)。價(jià)帶：絕對(duì)零度時(shí)，價(jià)帶為價(jià)電子占滿。而導(dǎo)帶中沒(méi)有電子。導(dǎo)帶：價(jià)帶中電子獲得足夠的熱能或輻射能后，就會(huì)越過(guò)禁帶進(jìn)入導(dǎo)帶。三、半導(dǎo)體的類型

1、I型半導(dǎo)體（本征半導(dǎo)體）：

I型半導(dǎo)體是完全純凈或結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體，是完全由基質(zhì)原子組成的晶體。在絕對(duì)零度時(shí)，不受外界影響的情況下，導(dǎo)帶沒(méi)有電子，價(jià)帶也沒(méi)有空穴，因此不能導(dǎo)電。在熱運(yùn)動(dòng)或外界的影響下，價(jià)電子躍遷到導(dǎo)帶，產(chǎn)生自由電子和空穴，構(gòu)成導(dǎo)電載流子。2、N型半導(dǎo)體對(duì)N型半導(dǎo)體，施主雜質(zhì)中的電子只要獲得很小的能量，就能脫離原子而參加導(dǎo)電，由于導(dǎo)帶中的電子在導(dǎo)電中起主要作用，因此也稱為“電子型半導(dǎo)體”。由能級(jí)圖可見(jiàn)，施主能級(jí)處于禁帶內(nèi)導(dǎo)帶底的下面。電子從施主能級(jí)躍遷到導(dǎo)帶所需的能量。在常溫下，電子所具有的平均熱能就足以使施主原子電離。因此，對(duì)N型半導(dǎo)體具有較高的電導(dǎo)率。3、P型半導(dǎo)體

P型半導(dǎo)體是以空穴為主導(dǎo)電的半導(dǎo)體，這樣的半導(dǎo)體也稱為“空穴型半導(dǎo)體”。由能級(jí)圖可見(jiàn)，受主能級(jí)處于禁帶內(nèi)價(jià)帶頂?shù)纳戏剑瑑r(jià)帶電子躍遷到受主能級(jí)所需的電離能。這時(shí)由于電子填充了共價(jià)鍵中的空位而出現(xiàn)空穴。在常溫下，電子所具有的平均熱能就足以使受主原子電離。因此，對(duì)P型半導(dǎo)體具有較高的電導(dǎo)率。說(shuō)明：從半導(dǎo)體載流子的濃度考慮，若在無(wú)輻射時(shí)電子和空穴的濃度分別為n和p，則當(dāng)n＜＜p時(shí)，這種半導(dǎo)體稱為P本征半導(dǎo)體；當(dāng)n＞＞p時(shí)，稱為N型半導(dǎo)體；當(dāng)n＝p時(shí)，稱為I型半導(dǎo)體。

四、熱平衡載流子費(fèi)米-狄拉克分布函數(shù)禁帶寬度半導(dǎo)體費(fèi)米能級(jí)五、非平衡載流子非平衡載流子定義壽命復(fù)合陷阱效應(yīng)六、載流子的運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)

漂移運(yùn)動(dòng)愛(ài)因斯坦關(guān)系：描述擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與遷徙率的關(guān)系七、光輻射與半導(dǎo)體的相互作用

當(dāng)光輻射作用在半導(dǎo)體上時(shí)，半導(dǎo)體吸收光輻射能量，價(jià)帶的電子獲得輻射能后將躍遷到導(dǎo)帶，產(chǎn)生新的電子空穴對(duì)，形成非平衡載流子，從而提高材料的電導(dǎo)率。半導(dǎo)體對(duì)光輻射的吸收分為本征吸收、雜質(zhì)吸收、載流子吸收、激子和晶格吸收五種光吸收效應(yīng)。⒈本征吸收

本征吸收是指電子在輻射作用下，從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶的吸收。研究本征吸收時(shí)應(yīng)考慮半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)。如前所述，對(duì)直接帶隙材料，電子所需的能量應(yīng)大于或等于能隙Eg；而對(duì)間接帶隙材料，電子除需要大于或等于能隙的能量外，還需要聲子的能量。

⒉雜質(zhì)吸收在半導(dǎo)體禁帶內(nèi)存在雜質(zhì)能級(jí)時(shí)，在小于能隙能量的光子作用下，雜質(zhì)能級(jí)和相應(yīng)的能帶間出現(xiàn)電子躍遷而形成的非平衡載流子－電子或空穴。雜質(zhì)吸收的光譜區(qū)位于本征吸收的長(zhǎng)波方向，其光子能量應(yīng)大于或等于所需的電離能。⒊載流子吸收載流子濃度很大（~）時(shí)，導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的空穴產(chǎn)生帶內(nèi)能級(jí)間躍遷而出現(xiàn)的非選擇性吸收⒋激子和晶格吸收

指所吸收輻射的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榫Ц裨拥恼駝?dòng)能量，或由庫(kù)侖力相互作用形成電子和空穴的能量。這種吸收對(duì)光電導(dǎo)沒(méi)有貢獻(xiàn)，甚至?xí)档凸怆娹D(zhuǎn)換效率。第五節(jié)光電效應(yīng)光電效應(yīng)的定義光電效應(yīng)的分類光電效應(yīng)的物理現(xiàn)象一、光電效應(yīng)

物質(zhì)在光的作用下，不經(jīng)升溫而直接引起物質(zhì)中電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，因而產(chǎn)生物質(zhì)的光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)和光電子發(fā)射等現(xiàn)象。在理解上述定義時(shí)，必須掌握以下三個(gè)要點(diǎn)：原因：是輻射，而不是升溫；現(xiàn)象：電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化；結(jié)果：電導(dǎo)率變化、光生伏特、光電子發(fā)射。簡(jiǎn)單記為：輻射→電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化→光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)、光電子發(fā)射。光對(duì)電子的直接作用是物質(zhì)產(chǎn)生光電效應(yīng)的起因光電效應(yīng)的起因：在光的作用下，當(dāng)光敏物質(zhì)中的電子直接吸收光子的能量足以克服原子核的束縛時(shí)，電子就會(huì)從基態(tài)被激發(fā)到高能態(tài)，脫離原子核的束縛，在外電場(chǎng)作用下參與導(dǎo)電，因而產(chǎn)生了光電效應(yīng)。這里需要說(shuō)明的是，如果光子不是直接與電子起作用，而是能量被固體晶格振動(dòng)吸收，引起固體的溫度升高，導(dǎo)致固體電學(xué)性質(zhì)的改變，這種情況就不是光電效應(yīng)，而是熱電效應(yīng)。二、光電效應(yīng)分類

光與物質(zhì)的作用實(shí)質(zhì)是光子與電子的作用，電子吸收光子的能量后，改變了電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。由于物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和物理性能不同，以及光和物質(zhì)的作用條件不同，在光子作用下產(chǎn)生的載流子就有不同的規(guī)律，因而導(dǎo)致了不同的光電效應(yīng)。外光電效應(yīng)光電子發(fā)射光電效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)光生伏特效應(yīng)丹倍效應(yīng)光磁效應(yīng)外光電效應(yīng)，是指物質(zhì)受光照后而激發(fā)的電子逸出物質(zhì)的表面，在外電場(chǎng)作用下形成真空中的光電子流。這種效應(yīng)多發(fā)生于金屬和金屬氧化物。內(nèi)光電效應(yīng),是指受光照而激發(fā)的電子在物質(zhì)內(nèi)部參與導(dǎo)電，電子并不逸出光敏物質(zhì)表面。這種效應(yīng)多發(fā)生于半導(dǎo)體內(nèi)。內(nèi)光電效應(yīng)又可分為光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)、丹倍效應(yīng)和光磁電效應(yīng)等。外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)的主要區(qū)別在于：受光照而激發(fā)的電子，前者逸出物質(zhì)表面形成光電子流，而后者則在物質(zhì)內(nèi)部參與導(dǎo)電。三、光電效應(yīng)的物理現(xiàn)象（一）光電導(dǎo)效應(yīng)（1873年）半導(dǎo)體材料受光照時(shí)，由于對(duì)光子的吸收引起載流子濃度的增大，因而導(dǎo)致材料電導(dǎo)率增大（電阻減小）,這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。（1）光電導(dǎo)率：假設(shè)在輻射作用下，由于吸收光子能量而產(chǎn)生的自由電子及空穴的濃度增量分別為Δn及Δp，則在光照穩(wěn)定情況下光電導(dǎo)體的電導(dǎo)率變?yōu)椋?）本征半導(dǎo)體的光電導(dǎo)效應(yīng)光照時(shí)，處在價(jià)帶中的電子吸收入射光子的能量，若光子能量大于禁帶寬度時(shí)，價(jià)帶中的電子被激發(fā)到導(dǎo)帶成為自由電子，同時(shí)在原來(lái)的價(jià)帶中留下空穴，外電場(chǎng)作用時(shí)，光激發(fā)的電子空穴對(duì)將同時(shí)參加導(dǎo)電。從而使電導(dǎo)率增加。光照激發(fā)電子由價(jià)帶躍過(guò)禁帶進(jìn)入導(dǎo)帶的條件是

能夠激發(fā)電子的光輻射長(zhǎng)波限為

（3）雜質(zhì)半導(dǎo)體的光電導(dǎo)效應(yīng)N型光電導(dǎo)體，主要是光子激發(fā)施主能級(jí)中的電子躍遷到導(dǎo)帶中去，電子為主要載流子，增加了自由電子的濃度。P型光電導(dǎo)體，主要是光子激發(fā)價(jià)帶中的電子躍遷到受主能級(jí)，與受主能級(jí)中的空穴復(fù)合，而在價(jià)帶中留有空穴，作為主要載流子參加導(dǎo)電。增加了空穴的濃度。只要光子能量滿足就能激發(fā)出光生載流子。相應(yīng)的雜質(zhì)光電導(dǎo)體的長(zhǎng)波限為

（4）光電導(dǎo)體的靈敏度靈敏度指一定條件下，單位照度引起的光電流。光電導(dǎo)體的靈敏度指一定光強(qiáng)下光電導(dǎo)的強(qiáng)弱?？捎霉怆娫鲆鍳表示。（4）：量子產(chǎn)額，即吸收一個(gè)光子所產(chǎn)生的電子空穴數(shù)。：光生載流子壽命，非平衡載流子復(fù)合快慢或平均存在時(shí)間。（5）將（5）代入（4）得（5）光電導(dǎo)的弛豫光電導(dǎo)是一種非平衡載流子效應(yīng)，因此有弛豫現(xiàn)象。光照到物體后，光電導(dǎo)逐漸增加，最后達(dá)到定態(tài)。光照停止后，光電導(dǎo)在一段時(shí)間內(nèi)逐漸消失，這種現(xiàn)象表現(xiàn)了光電導(dǎo)對(duì)光強(qiáng)變化反應(yīng)的快慢，光電導(dǎo)上升或下降的時(shí)間就是弛豫時(shí)間，或稱為響應(yīng)時(shí)間（惰性）。從實(shí)際應(yīng)用將講，其決定了在迅速變化光強(qiáng)下，能否有效工作。從光電導(dǎo)的機(jī)理看，弛豫表現(xiàn)為在光強(qiáng)變化時(shí)，光生載流子的積累和消失過(guò)程。光電導(dǎo)弛豫現(xiàn)象有兩種典型的形式。（6）光電導(dǎo)的光譜分布光譜分布首先是光生載流子的激發(fā)問(wèn)題，即某種波長(zhǎng)的光能否激發(fā)非平衡載流子及其效率如何的問(wèn)題。對(duì)于本征半導(dǎo)體，當(dāng)波長(zhǎng)增加時(shí)，光電導(dǎo)隨之增加，經(jīng)過(guò)一個(gè)最大值后，有陡峭的下降，由于不存在一個(gè)明顯的長(zhǎng)波限，莫斯提出把光電導(dǎo)的數(shù)值降到最大值一半處的波長(zhǎng)定為長(zhǎng)波限。對(duì)于雜質(zhì)半導(dǎo)體，吸收光子要將雜質(zhì)能級(jí)上的電子或空穴激發(fā)為自由的光生載流子，要求而，所以，由于很小，很長(zhǎng)。（二）光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng)是光照使不均勻半導(dǎo)體或均勻半導(dǎo)體中光生電子和空穴，并在空間分開(kāi)而產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。即將光能轉(zhuǎn)化成電能。不均勻半導(dǎo)體：由于半導(dǎo)體對(duì)光的吸收，內(nèi)建電場(chǎng)使載流子定向運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生電位差。（像PN結(jié)、異質(zhì)結(jié)、肖特基結(jié)）均勻半導(dǎo)體：無(wú)內(nèi)建電場(chǎng)，半導(dǎo)體對(duì)光的吸收后，由于載流子的擴(kuò)散速度不同，導(dǎo)致電荷分開(kāi)，產(chǎn)生的光生電勢(shì)。如丹倍效應(yīng)和光磁電效應(yīng)。⒈PN結(jié)的光生伏特效應(yīng)PN結(jié)受到光照時(shí)：光線足以透過(guò)P型半導(dǎo)體入射到PN結(jié)，對(duì)于能量大于材料禁帶寬度的光子，由于本征吸收，就可激發(fā)出電子空穴對(duì)。內(nèi)建電場(chǎng)把N中的空穴拉向P區(qū)，把P中的電子拉向N區(qū)。大量的積累產(chǎn)生一個(gè)與內(nèi)建電場(chǎng)相反的光生電場(chǎng)，即形成一個(gè)光生電勢(shì)差。表示電子表示空穴光照度越強(qiáng)，光生電動(dòng)勢(shì)也就越大。當(dāng)PN結(jié)兩端通過(guò)負(fù)載構(gòu)成閉合回路時(shí)，就會(huì)有電流沿著由經(jīng)外電路到的方向流動(dòng)。只要輻射光不停止，這個(gè)電流就不會(huì)消失。這就是PN結(jié)被光照射時(shí)產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)和光電流的機(jī)理。注意：

⑴PN結(jié)產(chǎn)生光生伏特的條件是，與照射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)；⑵光生伏特的大小與照射光的強(qiáng)度成正比。開(kāi)路光電壓、短路光電流與入射光功率之間的關(guān)系

若入射光作用下，產(chǎn)生光生電壓為U、光生電流為Ip，入射光功率為P。在PN結(jié)兩端通過(guò)負(fù)載RL構(gòu)成的回路及等效電路為在PN結(jié)兩端通過(guò)負(fù)載RL構(gòu)成的回路中，外電流I與光生電流Ip和PN結(jié)結(jié)電流IJ之間的關(guān)系為

由PN結(jié)電流特性知，結(jié)電流所以

光生電壓為⒉異質(zhì)結(jié)的光生伏特效應(yīng)同質(zhì)結(jié)是用同一本征半導(dǎo)體摻以不同雜質(zhì)形成的結(jié)。異質(zhì)結(jié)是采用外延技術(shù)在一種半導(dǎo)體晶體上生長(zhǎng)不同半導(dǎo)體材料形成的結(jié)。由于兩種不同半導(dǎo)體材料具有不同的禁帶寬度。只有當(dāng)入射光子到達(dá)結(jié)區(qū)時(shí)，小于寬禁帶寬度而大于窄禁帶寬度的光子被吸收，而且吸收光子和激發(fā)光生載流子的地方和結(jié)區(qū)相重合，從而排除了表面載流子的復(fù)合損失，提高了光電轉(zhuǎn)換效率，得到快速響應(yīng)的特性。⒊肖特基結(jié)的光生伏特效應(yīng)當(dāng)在半導(dǎo)體基底上沉積一層金屬形成的“金屬－半導(dǎo)體”接觸時(shí)，在接觸區(qū)附近也會(huì)形成空間電荷區(qū)和勢(shì)壘，這種勢(shì)壘稱為肖特基結(jié)或肖特基勢(shì)壘。在肖特基結(jié)中，載流子的激發(fā)有二種途徑：一種是，光子被半導(dǎo)體吸收，形成電子空穴對(duì)，在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，電子向半導(dǎo)體漂移，空穴向金屬漂移；另一種是，光子被金屬吸收，激發(fā)的光電子向半導(dǎo)體移動(dòng)。⒋丹倍效應(yīng)由于光生載流子的擴(kuò)散在光的傳播方向產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象稱為光電擴(kuò)散效應(yīng)或丹倍效應(yīng)。當(dāng)：用光照射均勻半導(dǎo)體的表面時(shí)，在近表面層發(fā)生強(qiáng)烈地吸收，產(chǎn)生高濃度的電子和空穴。在半導(dǎo)體近表面層至體內(nèi)形成載流子濃度的梯度分布，因而發(fā)生電子和空穴都從照射表面向半導(dǎo)體內(nèi)部的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。電子與空穴相比具有較大的遷移率和擴(kuò)散系數(shù)，因此電子會(huì)擴(kuò)散到半導(dǎo)體的更深處。在短期內(nèi)導(dǎo)致被光照表面帶正電，另一面帶負(fù)電，建立起光生電場(chǎng)。即在照射表面和未照射表面間產(chǎn)生一定電位差。⒌光磁電效應(yīng)放在磁場(chǎng)內(nèi)的均勻半導(dǎo)體材料受到光照射時(shí)，如果磁場(chǎng)的方向垂直于xoy平面，洛倫茲力把擴(kuò)散電子和空穴偏轉(zhuǎn)到相反方向，導(dǎo)致電子和空在垂直于光照方向和磁場(chǎng)方向的半導(dǎo)體的兩端面分別積累，產(chǎn)生光磁電場(chǎng)，對(duì)應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)被稱為光磁電電動(dòng)勢(shì)。(三）光電發(fā)射效應(yīng)1、光電發(fā)射原理

具有能量hν的光子，被物質(zhì)（金屬或半導(dǎo)體）吸收后激發(fā)出自由電子，當(dāng)自由電子的能量足以克服物質(zhì)表面勢(shì)壘并逸出物質(zhì)的表面時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生光電子發(fā)射，逸出電子在外電場(chǎng)作用下形成光電子流。這就是物質(zhì)的光電發(fā)射現(xiàn)象。光電發(fā)射現(xiàn)象又叫做外光電效應(yīng)。可以發(fā)射電子的物質(zhì)稱為光電發(fā)射體。2、光電發(fā)射的基本定律（1）愛(ài)因斯坦定律（光電發(fā)射第二定律）發(fā)射體發(fā)射的光電子的最大動(dòng)能，隨入射光頻率的增加而線性的增加，而與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。（2）斯托列托夫定律（光電發(fā)射第一定律）當(dāng)入射輻射的光譜分布不變時(shí)，入射輻射通量越大（攜帶的光子數(shù)越多），激發(fā)電子逸出光電發(fā)射體表面的數(shù)量也越多，因而發(fā)射的光電流就增加，所以光電流正比于入射輻射通量。3、光電發(fā)射長(zhǎng)波限根據(jù)愛(ài)因斯坦公式

式中

m為電子質(zhì)量；為電子逸出后的最大速度；為入射光的頻率；為普朗克常數(shù)，其值為；為光電發(fā)射體的逸出功。顯然，當(dāng)時(shí)，逸出電子無(wú)動(dòng)能，那么，就不會(huì)產(chǎn)生光電發(fā)射，因此，光電發(fā)射存在長(zhǎng)波限探測(cè)器件所依據(jù)的物理效應(yīng)的共同特性是：（1）光電效應(yīng)的有、無(wú)只與入射光的波長(zhǎng)、頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)；

——光電效應(yīng)的產(chǎn)生，唯一的取決于入射光的波長(zhǎng)、頻率以及器件的能級(jí)結(jié)構(gòu)。

（2）光電效應(yīng)的強(qiáng)弱既與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，也與入射光的波長(zhǎng)、頻率有關(guān)。

——入射光的強(qiáng)弱反映入射光子數(shù)的多少；入射光的波長(zhǎng)、頻率不同，器件對(duì)其的響應(yīng)度不同。作業(yè)1.簡(jiǎn)述半導(dǎo)體的特性和能帶理論。2.什么是熱平衡和非平衡載流子？說(shuō)說(shuō)它們的運(yùn)動(dòng)機(jī)理。3.半導(dǎo)體對(duì)光的吸收有哪些？4.描述光電效應(yīng)產(chǎn)生機(jī)理。

光電耦合器件和成像器件

光電耦合器件

光隔離器、光耦合器封裝（LED＋光敏器件）電－光－電器件耦合有線性變化關(guān)系＋電隔離性能

特點(diǎn)電隔離信號(hào)單向傳輸抗干擾和噪聲響應(yīng)速度快使用方便

發(fā)展很快特性參數(shù)輸入特性－LED的特性輸出特性－光敏器件傳輸特性抗干擾特性傳輸特性：電流傳輸比定義：器件集電極電流與LED注入電流之比交流電流傳輸比：以微小變量定義的傳輸比光激發(fā)效率電流傳輸比隨發(fā)光電流的變化：有一最大值電流傳輸比隨溫度的變化：有一最大值

輸出－輸入間絕緣耐壓與LED和光敏三極管距離有關(guān)輸出－輸入間絕緣電阻值大輸出－輸入間的寄生電容不大，為幾個(gè)皮發(fā)

最高工作頻率最高（截止）頻率脈沖上升時(shí)間和下降時(shí)間脈沖前沿的0-0.9之間的時(shí)間間隔稱為上升時(shí)間；脈沖下降沿中介入1-0.1的時(shí)間間隔為脈沖下降時(shí)間?？垢蓴_性原因：輸入電阻很低，干擾源的電阻大形成微弱的電流不會(huì)受外界光的干擾寄生電容小，絕緣電阻大。

應(yīng)用特點(diǎn)耦合頻率范圍廣，失真小克服泄放干擾和觸點(diǎn)抖動(dòng)完成匹配提高信噪比提高可靠性作為開(kāi)關(guān)器件使保護(hù)電路簡(jiǎn)單可靠光電成像器件概述1934光電像管1947超正析像管1954視像管1965氧化鉛管1976硒靶管和硅靶管1970CCD1934年，光電像管（Iconoscope），應(yīng)用于室內(nèi)外的廣播電視攝像。靈敏度非常低，需要10000lx的照度，達(dá)到圖像信噪比的要求；1947年，超正析像管（ImageOrthicon），照度降低到2000lx；1954年，視像管，靈敏度＆分辨率高，成本低，體積小，，慣性大，不適用于高速運(yùn)動(dòng)圖像測(cè)量，不能取代超正析像管用于彩色廣播電視攝像機(jī)；1965年，氧化鉛管（Plumbicon），成功取代超正析像管，慣性小，廣泛應(yīng)用于彩色電視攝像機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，靈敏度＆分辨率都很高。1976年，硒靶管＆硅靶管，靈敏度進(jìn)一步提高且成本更低；1970年后，CCD的出現(xiàn)使光電成像器件進(jìn)入新的階段。體積更小，靈敏度更高，應(yīng)用更靈活、更方便。光電成像器件的類型光電成像器件（成像原理）掃描型非掃描型真空電子束掃描固體自掃描：CCD光電型熱電型：熱釋電攝像管光電發(fā)射式攝像管光電導(dǎo)式攝像管變像管（完成圖像光譜變換）紅外變像管紫外變像管X射線變像管像增強(qiáng)管（圖像強(qiáng)度的變換）串聯(lián)式級(jí)聯(lián)式微通道板式負(fù)電子親和勢(shì)陰極常由像敏面，電子透鏡＆顯像面構(gòu)成成像原理：掃描和非掃描電視技術(shù)掃描分真空電子束掃描和固體自掃描分為光電型和熱電型，CCD非掃描分為變像管和像增強(qiáng)管光譜特性光電轉(zhuǎn)換材料決定窗口材料限制短波考慮器件的光譜響應(yīng)與被測(cè)景物輻射光譜匹配

相對(duì)靈敏度波長(zhǎng)1231－多堿氧化物光陰極像管，屬于外光電效應(yīng)攝像管，光譜響應(yīng)由光陰極材料決定；2－氧化鉛攝像管，屬于內(nèi)光電效應(yīng)的攝像管，光譜響應(yīng)由靶材料決定；3－CCD攝像器件，光譜響應(yīng)由硅材料決定；另熱釋電攝像管基于材料的熱釋電效應(yīng)，光譜響應(yīng)特性近似直線。轉(zhuǎn)換特性靈敏度轉(zhuǎn)換系數(shù)亮度增益轉(zhuǎn)換特性（光電成像器件的輸出量與對(duì)應(yīng)的輸入量的比值關(guān)系）變像管：轉(zhuǎn)換系數(shù)C表示光通量輻通量像增強(qiáng)管：亮度轉(zhuǎn)換增益GL來(lái)表示(lm/W)光出射度光照度無(wú)量綱亮度（cd/lm）攝像器件：靈敏度S表示電視系統(tǒng)：光電導(dǎo)材料的γ值來(lái)表示視像管的信號(hào)電流常數(shù)視像管靶面照度γ<1，強(qiáng)光信號(hào)被壓縮γ＝1，光信號(hào)無(wú)變化γ>1，弱光信號(hào)被提高灰度系數(shù)分辨率（表示能夠分辯圖像中明暗細(xì)節(jié)的能力）極限分辨率（主觀）：人眼觀察分辯專門測(cè)試卡成像在靶面上且在熒光屏上顯示出的最細(xì)線條數(shù)。調(diào)制傳遞函數(shù)（客觀）：簡(jiǎn)稱MTF，輸出調(diào)制度與輸入調(diào)制度之比。 MTF隨頻率增加而衰減，一般將MTF值為10％所對(duì)應(yīng)的線數(shù)定為攝像管的極限分辨率。光電成像原理像素分割掃描:行掃描和場(chǎng)掃描電視制式電視圖像的寬高比幀頻場(chǎng)頻掃描行數(shù)掃描行頻

光電成像原理同步掃描視頻信號(hào)景物光學(xué)成像光電變換圖像分割傳送同步掃描視頻解調(diào)圖像再現(xiàn)攝像部分顯像部分光電成像系統(tǒng)原理方框圖光電成像原理：光學(xué)物鏡將景物所反射出來(lái)的光成像到光電成像器件的像敏面上形成二維光學(xué)圖像，經(jīng)光電成像器件將二維光學(xué)圖像轉(zhuǎn)變成二維電氣圖像（超正析像管為電子圖像，視像管委電阻圖像或電勢(shì)圖像，面陣CCD為電荷圖像），然后進(jìn)行圖像分割，并按照一定的規(guī)則將所分割的電氣圖像轉(zhuǎn)變成一維時(shí)序信號(hào)（視頻信號(hào)），將視頻信號(hào)送入監(jiān)視器，控制顯像管電子槍的強(qiáng)度，顯像管電子槍與攝像管的電子槍作同步掃描，可將攝像管攝取得圖像顯示出來(lái)。（如將視頻信號(hào)經(jīng)調(diào)制放大成高頻－射頻信號(hào)發(fā)送出去，再用天線系統(tǒng)將射頻信號(hào)接收到，經(jīng)過(guò)解調(diào)獲取視頻信號(hào)，控制電視顯像管電子槍的掃描可以獲得攝像管攝取得景物圖像）電視制式1、電視圖像的寬高比：圖像寬度＆高度之比，一般為4：3。2、幀頻與場(chǎng)頻：幀頻為每秒鐘電視屏幕變化的數(shù)目。一般場(chǎng)頻為50赫茲，幀頻為25赫茲。在電視中采用隔行掃描的方式。3、掃描行數(shù)與行頻：組成每幀圖像的行數(shù)＆行頻。我國(guó)現(xiàn)行電視制式（PAL制式）：寬高比為4：3，場(chǎng)頻為50赫茲，行頻為15625赫茲，場(chǎng)周期為20毫秒，其中正程掃描時(shí)間為18.4毫秒，逆程掃描時(shí)間為1.6毫秒，行周期為64微秒，其中正程掃描時(shí)間為52微秒，逆程掃描時(shí)間為12微秒。真空攝像管

兩類:外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)外光電效應(yīng):析像管/超正析像管/分流管/二次電子導(dǎo)電攝像管內(nèi)光電效應(yīng):硫化銻視像管/氧化鉛視像管氧化鉛視像管的結(jié)構(gòu)圖5-5結(jié)構(gòu)圖=光電導(dǎo)靶+掃描電子槍+管體掃描圖像變換記錄閱讀硅靶的結(jié)構(gòu)氧化鉛視像管的結(jié)構(gòu)視頻信號(hào)靶網(wǎng)電極聚焦線圈偏轉(zhuǎn)線圈校正線圈聚焦極2聚焦極1陰極控制柵極加速極RLVT（1）管子結(jié)構(gòu)當(dāng)攝像管有光學(xué)圖像輸入時(shí)，則入射光子打到靶上。由于本征層占有靶厚的絕大部分，入射光子大部分被本征層吸收，產(chǎn)生光生載流子。且在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，光生載流子一旦產(chǎn)生，便被內(nèi)電場(chǎng)拉開(kāi)，電子拉向N區(qū)，空穴被拉向P區(qū)。這樣，若假定把曝光前本征層兩端加有強(qiáng)電場(chǎng)看作是電容充電，則此刻由于光生載流子的漂移運(yùn)動(dòng)的結(jié)果相當(dāng)于電容的放電。其結(jié)果，在一幀的時(shí)間內(nèi)，在靶面上便獲得了與輸入圖像光照分布相對(duì)應(yīng)的電位分布，完成了圖像的變換＆記錄過(guò)程。靶結(jié)構(gòu)玻璃PINSnO2（透明導(dǎo)電膜）RLVT（40～60V）在入射窗的內(nèi)表面首先蒸上一層極薄的SnO2透明導(dǎo)電膜，再蒸涂氧化鉛本征層，然后，氧化處理形成P型層。由于氧化鉛與二氧化錫兩者的接觸而在交界面處形成N形薄層，這樣就構(gòu)成了NIP型異質(zhì)結(jié)靶。又稱信號(hào)板。其反偏電壓主要施加在本征層。硅靶結(jié)構(gòu)視頻信號(hào)電阻海P型島SiO2PPPnR2N+左邊是光的入射面，右邊是電子束掃描面，靶的基體實(shí)N型單晶硅薄片。其上有大量微小的P型島。由P型小島與N型基底之間構(gòu)成密集的光敏二極管陣列。并在P型島之間的N型硅表面覆蓋高絕緣的二氧化硅薄膜，另外在N型基底的外表面上形成一層極薄的N+層，在P型島地外表面上形成一層半導(dǎo)體層稱為電阻海?？偤穸燃s為20微米。工作時(shí)，在N+層加5～15伏電壓，使硅光電二極管處于反向偏置工作狀態(tài)。無(wú)光照時(shí)，反壓將一直保持。當(dāng)有光學(xué)圖像輸入時(shí)，N型硅將吸收光子產(chǎn)生電子空穴對(duì)，它們?cè)陔妶?chǎng)的作用下作漂移運(yùn)動(dòng)，空穴通過(guò)PN結(jié)移到P型島，此動(dòng)作在一幀的周期內(nèi)連續(xù)進(jìn)行，從而提高了P型島的電位。其電位的升高的數(shù)值正比于該點(diǎn)的曝光量。因此，靶面的P型島上形成了積累得電荷圖像。這時(shí)通過(guò)電子束的掃描，即可得到視頻信號(hào)。攝像管的性能參數(shù)光電轉(zhuǎn)換特性光譜特性時(shí)間響應(yīng)特性輸出信噪比動(dòng)態(tài)范圍圖像傳遞特性光電轉(zhuǎn)換特性輸入面照度（勒克斯）輸出視頻信號(hào)電流硅電子倍增靶視像管二次電子導(dǎo)電管超正析像管分流管曲線的斜率為管子的灰度系數(shù)γ。超正析像管在高光照時(shí)輸出信號(hào)電流飽和，曲線彎曲。光譜響應(yīng)靈敏度波長(zhǎng)abcdegfa——Sb2S3光導(dǎo)攝像管b——PbO光導(dǎo)攝像管（標(biāo)準(zhǔn)型）c——PbO光導(dǎo)攝像管（全色型，接近于人眼的光譜響應(yīng)，在彩色攝像時(shí)可獲得色調(diào)的高保真度）d——CdSe光導(dǎo)攝像管e——硅靶攝像管（光譜響應(yīng)范圍最寬，適用于近紅外攝像）f——SeAsTe光導(dǎo)攝像管