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光电复习

一.基础知识

（1.）光电检测系统组成：光源，信息载体，光学系统，光电探测器，信息处理装置

（2）.幅射度学（下标e):

 

 

（3.）光度学（下标v）

1.视见函数V(波长r）在波长为555nm的绿色光最大，为1，其他波长视见函数小于1

2.光通量（光通量与辐射通量的关系）

 

3.照度

 

4.点源

 

（4）能带结构

1.满带：被电子填满的能带（不导电）

2.空带：没有电子占据的能带

3.价带：原子最外层电子分裂成的能带

4.导带：比价带能量更高的允许带

5.固体的能带结构形成原因：电子共有化

6.与半导体导电性能有关的能带：导带和价带

7.载流子：导电的自由电子和自由空穴统称为载流子

8.本征半导体：没有杂质和缺陷的半导体（禁带越小，导电性越好）

9.施主：易 释放电子的原子

10.施主电离能：施主能级Ed和导带底Ec间的能量差￥Ed

11.N型半导体：由施主能级激发到导带中去的电子来导电，自由电子浓度高于自由空穴浓度

12.受主：容易获得电子的原子

13.受主电离能：受主能级Ea与价带顶Ev的能量差￥Ea

14.P型半导体：由受主控制材料导电性的半导体，自由空穴浓度高于自由电子浓度

（5）非平衡载流子

1.概念：通过外部注入载流子或用光激光方式使载流子浓度超过热平衡时的浓度，这些超出部分的载流子称为非平衡载流子

2.本征吸收长波限：Eg为半导体的禁带宽度越窄，长波限越长（本征半导体低温不导电，常温弱导电）

 

3.杂质吸收长波限：

 

4.直接复合：自由电子直接由导带回到价带与自由空穴复合

间接复合：自由电子和自由空穴在禁带中复合

（6）载流子的扩散和漂移

漂移（漂移电流）电场导致（空穴向负电极移动，电子向正电极移动）

扩散（扩散电流）载流子浓度差导致（空穴电流是负的，电子电流是正的）

（7）黑体辐射定律

1.绝对黑体：在任何温度下对任何波长的入射辐射能的吸收比都等于1

2.基尔霍夫定律：任何物体的单色辐出度和单色吸收比之比等于同一温度时绝对黑体的单色辐出度

3.普朗克辐射公式：是两物体间热力传导的基本法则

4.斯忒藩－玻耳兹曼定律：

 

5.维恩位移定律：（指出当绝对黑体的温度增高时，单色辐出度的最大值向短波方向移动）

 

（8）光电效应

光电效应包括内光电效应（光电导效应，光伏特效应）和外光电效应

1.光电导效应：当半导体材料受光照时，由于吸收光子使其中的载流子浓度增大，因而导致材料电导率增大

2.光生伏特效应：光生载流子被结电场分离后，空穴流入P区，电子流入N区，在结区两边产生势垒，产生光电流

(PN结受光照射时，就会在结区产生电子一空穴对。受内建电场的作用，空穴顺着电场运动，电子逆电场运动，最后在结区两边产生一个与内建电场方向相反的光生电动势，这就是光生伏特效应。)

3.外光电效应：在光的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象

光子的能量E=hv,v为光的频率，光的频率等于光速除以波长，光速等于300000km/s

光电子发射的逸出功（能量阈值）：A0=Eg+EA(Eg为禁带宽度，EA为电子亲和力）

半导体的阈值波长等于

 

（9）光电探测器的噪声和特性参数

1.响应率

 

2.等效噪声效应：探测器所接收到的幅度功率所引起的信号输出=探测器本身产生的噪声

是信噪比为1时的探测器所能探测到最小辐射功率，其值越小，探测器所能探测到的辐射功率越小，越灵敏。

3.量子效率：（每入射一个光子所释放的平均电子数）

 

（10）作业

1.光电发射的基本定律：

.光电发射第一定律：当电子从光子吸收的能量大于逸出功A0时，电子就能逸出表面，产生光电子发射

光电发射第二定律：当辐射的光谱分布不变时，饱和光电流与入射的通量成正比

2.光电发射与光电导和光生伏特效应相比，本质的区别：

光电导和光伏特效应属于内光电效应，是光照到半导体材料时，材料由于光子的加入引起载流子的浓度变化，导致材料电导率增大或是产生内建电场

光电发射属于外光电效应，它是光子和物质材料中的电子相互作用，光子能量足够大以使电子获得能量而逸出物质表面

二.常见光源

（1）光源的特性参数

1.辐射效率：（P是功率）

 

2.发光效率：

 

3.光谱功率分布：线状光谱，带状光谱，连续光谱，复合光谱

4.色温：当某一辐射体辐射光的颜色与某一温度下的黑体所辐射光的颜色相同时，则将黑体的温度称为光源的色温。衡量光鲜色彩的定值，表示光源光谱质量最通用的指标。

（2）热辐射源：太阳，黑体模拟器，白炽灯

（3）气体放电光源：脉冲灯，原子光谱灯，汞灯，氙灯

（5）固体发光光源：结型发光光源

（6）激光器

1激光原理：光与原子二能级系统相互作用，有3种跳跃过程：自发辐射，受激吸收，受激辐射

2.自发辐射：没有干预，电子由处于激发态的高能级自动跳跃到低能级，频率，振动方向和相位都不相同，不是相干光（白炽灯，日光灯）

3.受激吸收：吸收光子，从低能级跳跃到高能级

4.受激辐射：电子处于高能级时，外来的光子的频率恰好匹配时，电子向低能级跳跃，并发出与外来电子一样特征的光

本文标签： 光纤期末光电基础笔记

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