光电检测知识点汇总

名师整理 优秀资源基本常识:电流灵敏度输出信号光电流输入光功率考试高分笔记光通量二受光面积父光照度=AE 光通量-lm；照度-lx;亮度-sb;光强-cd光敏电阻-正偏，光电二极管-反偏，光电池-没有外加偏置(这里偏置可以理解为器件之外有没有添加电源，)重点简录：1、P33量子效率，6量子效率=每秒产生的光电子数每秒入射波长为，的光子数I/eP/hv2、P52(5),由禁带宽度Eg计算长波限入c , hchv = E , =入=g入Eg长波限理论值小于实际值原因：1在实际中短波更易被吸收。2随温度的升高而向短波方向移动3、P52(6),光敏电阻，10'光电导灵敏度Sg =Gg EG=Gp+Gd (亮电导=光电导+暗电导)4、 P75,光电二极管，10'G0U0=GU0 + Se max=(U b-U °)Gl)(产生的总电流=暗电流+光电流)5、P89,放大彳音数,1012'阳极电流 IpA 二二阴极电流 IkA =虱n详尽考点：Chapter 2电致发光即场致发光，顾名思义，它是固体发光材料在电场激发下发光的一种现象，是将电能 直接转化为光能的过程。具体过程：物质中的原子受到电子轰击，使原子中的电子获得动能，由低能态跃迁到高能态；当它由受激状态回复到正常状态时，就会发出辐射。知辐射通量求光通量：光通量=视见函数*辐射通量*Km （Km为光视效能，Km=683 lm/W）例题：光谱光视效率 V（505nm）=0.40730 ,波长为505nm、1mW的辐射光，其光通量为 0.2782 lm （计算式：0.40730 x 683 lm/W x 1 mW）LED发光机理P22 （就是电致发光）当给发光二极管的 PN结加正向电压时，外加电场将削弱内建电场，使空间电荷区变窄，载流子的扩散运动加强。由于电子迁移率总是远大于空穴的迁移率，因此电子由N区扩散到P区是载流子扩散运动的主体。当导带中的电子与价带中的空穴复合时，电子由高能级跃迁到低能级；电子将多余的能量以发射光子的形式 释放出来，产生电致发光现象。外光电效应：在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。向外发射的电 子叫做光电子。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等内光电效应：实际影响的是电压或电导，如光电池，光电二极管Chapter 3P33量子效率，6'量子效率n _ _每秒产生的光电子数每秒入射波长为上的光子数 P/hvI /e一单位时间内被光子激励的光电子数（电流I是单位时间的电荷量）P/hv一单位时间内入射到探测器表面的光子数（功率p是单位时间的能量）Ihv 一I = （ e/ hv）P = ： P Pea光电转换因子，a="e/hv上式即为光电转换定律。噪声等效功率 NEP （Noise Equal Power）：当输出信号电流跟噪声一样大时对应的入射光功率。NEP总是越小越好（你可以这么想，噪声是越小越好的，所以噪声等效功率也一样。）。P PNEP = 一P一 = （S 表小 Signal（信号），N 表小 Noise（噪声）Us/UnIs/In光电导效应：入射光强改变物质导电率的物理现象。当光子能量大于禁带宽度（也因此有了长波限这个概念）,也就是电子有足够的钱过河 （禁带），价带中的电子跨过护城河 （禁带）到了导带，留下老婆（空穴），然后老婆空 虚寂寞冷，离婚率（电导率）就增加了。（这个是某总打的比喻）由禁带宽度Eg计算长波限入c hch V = Eg ,V= A=g入EgP52（6）,光敏电阻，10'光电导灵敏度 Sg =，（G为光电导，E为光照度，同样 E、P可互换）亮电导=光电导+暗电导，即G=Gp +Gd（可以这么记，月球本来是暗的，受到光照后就变亮了，成为了月亮。p即photo（光），d即dim（暗），注意这是正偏的情况。）Chapter 4P75,光电二极管，10'. L 产"tgGth知识点： G0U0 =GU°+Se max =(Ub-U°)GL/Iq / N' 匚 _ Mg u）（产生的总电流=暗电流+光电流。试从几何意义上理解Uo 转折电压Go 初始电导G 结间漏电导（暗电导）Se -光电灵敏度Gl 一负载电导Ub-偏置电压（就是那个两杠电池符号。也就是外加电压。可以让光电二极管工作在反向偏置状态）max最大光通量（光通量，光功率P,光照度E在这个问题上是等价的，题目给什么条件， 就用什么来代入。）用途：当其他条件已知，上式可用于计算初始电导Go或转折电压Uo。也可以求解负载电导Gl与 Rl.（Rl=1/Gl）。1 .当光通量改变时，只要将上式中的 U0改为AU,max改为Amax即：G0AU GAU +&=（Ub-AU）GL （可用于计算电压改变量和电流改变量AU,不要告诉我说你不知道A I=GlA U）2 .最大线性输出负载线：过偏置电压和转折点M所做直线在第一象限的部分。也就是倾斜方向明显跟其他线段不一样的那根。3 ."比+ 26 mV x In 匕补充知识点：一般下标l表示Load（负载），下标b表示bias（偏置，线偏振的偏也是这个 bias）光电池Uoc, I sc! ! !Chapter 5负电子亲和势：电子处于随时可以脱离的状态，用电子亲和势为负值的材料制作的光电阴极，由光子激发出的电子只要能扩散到表面就能逸出，因此灵敏度极高。（电子亲和势指的是半导体导带底部到真空能级间的能量值，它表征材料在发生光电效应时，电子逸出材料的难易程度。电子亲和势越小，就越容易逸出。）P89,放大彳§数，1012知识点：A阳极电流IPA = 二 P 一阴极电流一屋（记忆技巧：PK,去P的是阳极，被 K的是阴极，跟SM是一回事） A =电（H）n£ 0电子光学系统收集率£ 一倍增级收集率b 二次电子发射系数Chapter 6电荷耦合器件分为表面沟道CCD（SCCD）和体沟道或埋沟道器件（BCCD）。（多容易记，S与B的组合，S表Surface（表面），B 表 Bury（埋）在CCD器件中，设原有的信号电荷量为Qo,转移到下一个电极的信号电荷量为Qi,没有被转移的电荷量为Q'=Q 0+Q1电荷转移效率 刀=Q0父100%QiQ'电何转移损失率e = 父100%=1-刀Qo胖零：即使是零信号，势阱中也有一定量的电荷，从而减少损耗，提高转移效率。Chapter 7直接检测（非相干检测的一种）与相干检测的区别:非相干光检测（如直接检测）相干光检测光源非相干或相干光源相干光源原理利用光强度携带信息，将光强度转换为电信 号，解调电路检出信息。利用光的振幅、频率、相位携带信息，检测 时需要用光波相干原理。调制方法光强度调制、偏振调制光振幅调制、相位调制，频率调制特点直接检测是一种简单实用的方法测量精度（灵敏度）更局，作用距离更远直接检测系统的基本特性：光检测器的平方律 特性：光电流正比于光电场振幅的平方，电输出功率正比于入射光功率的平方。莫尔条纹：结构示意图1 .照明灯聚光镜3.主光枷尺4.指示光楣5 光电器件简要说明：当主光栅尺随着被测物体移动，两个光栅产生变化的莫尔条纹，光电器件接收到的光强就会周期 性变化。利用 x = TN测得波数值N即可定量计算出位移值x（T为光栅的栅距，波数是指变化的周期的个数）。例如这样波数值N就是2.P142,相位测量,6'例：现在测量某一段长度为386.57m的距离，相位的测量精度为 0.1%,请分析现在需要选用何种测尺，每种测尺的长度为？其频率分别为？答：测尺长度为：10m和1000m o用f=c/L就能计算出频率。分析：国标就两把尺子，10m和1000m的，你记住就行了。如果你还想进一步了解 那我再继续讲，这是测 绘学的知识。你拿出一把长度固定的尺子，用它去测一段距离，如果这段距离比你的尺子小，那么你的尺子 就可以测量它。如果距离比尺子大，我就得用这把尺子测量好几次。相位测量也是一样，但是相位测量仪器很笨，它无法知道这段距离自己用尺子测量了几次，它只能读取最后一段的长度，比如我的尺子长度是 10m,我得到的数就只能是 0-10m之间的一个数，我用它测21m,就只能得到读数 1m。如果我的尺子精度很高，那么我只要用一把长度很大的尺子去量，总是可以量出距离。现在我用1000m的大尺子只能量出这段距离大概是386m。所以我又用一把 10m尺去量。10m尺的测量精度0.1%,那么10m*0.1%=1cm ,也就是说可以精 确到一厘米，用它测386.57m的距离可以获得数据 6.57m ,结合386m和6.57m就能知道长度原来是 386.57m。P156, PSD 应用，6'用PSD测量两平面的相对平行度:r Ay o图6两平面相对平行度测罩示竞利用6所示装置可对的平面的相对平行度进行测量，其中激光器发出的激光束经过半反射镜M】 后分成两部分.其中一个光束依次经过半反射镜 Ml .全反射镜M3和平面、14之后,再按原路返回到 半反射镜.尾后经过凸透镜L聚焦到PSD的中间 点K、即图中坐标的O点；另一个光束经过半反射镜 Ml反射到平面M2 ,由于平面M2与'14（图中的水平 虚线1成倾角”.所以.从M2再次返回的光束将在偏 离入射光束¥之后穿过半反射篌ML最后经过凸 透镇L聚焦到离PSD的中间K距离为Z的位置 上二这样.通过测品Z的大小即可通过简单的运符 测得M2和Ml之间的倾斜程度b