光電檢測技術(shù)與光纖基礎課件：光度學基本物理量

1、1.1.2 光度學基本物理量（一）光度學量和輻射度學量的關(guān)系1. 人眼光譜靈敏度K 及 視見函數(shù)V相同波長（）不同產(chǎn)生對人眼不同程度的刺激人眼對光的感受是光波長的函數(shù)K 光譜靈敏度(lm/W)(1)光譜靈敏度（響應）明視暗視0.55m0.52 m Km= 683（lm/W）0.380.7不同波長的光譜靈敏度，如圖所示：單位時間內(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)大量人的實驗結(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） 人眼的響應視見函數(shù)值見P3小于1，近似對稱1、光通量

2、 (lm流明)（二）光度學量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）輻射通量光通量比例系數(shù)C（二）光度學量A1A2A1A2輻射通量單位時間內(nèi)發(fā)射、傳播或接收的輻射能量。復色輻射時-單位時間內(nèi)發(fā)射、傳播或接收的光量。復色光時1、光通量A lm(流明）W（瓦特）- 點源在某一方向上，單位立體角 內(nèi)發(fā)出的輻射通量。- 點光源在某一方向上，單位立體角內(nèi)的光通量。2、發(fā)光強度單位：輻射強度單位：（cd 坎德拉） d七個基本物理量之一-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 和此面元在觀測方向上的表觀面積cos(dS)。N4、光出射度- 光源單位時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-平方反比定律同時也與面元的方向有關(guān)適用于點源或近似點源Ir對于沿各方向勻均輻射的點源點源對面的照度-光源 S總輻射通量為：2. 擴展源-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方向的輻射亮度相同，理想化的擴展源發(fā)光強度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方位的總輻射通量的計算-dSdA3. 漫反射面-把入射光向各個方向均勻的散射的各

5、種表面設某一漫反射面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 半導體的基礎知識1.電子的共有化運動2.能帶的形成能級3s2p1.2.1 固體的能帶結(jié)構(gòu)允帶禁帶允帶允帶禁帶半導體的定義、結(jié)構(gòu)特點173.能帶的結(jié)構(gòu)價帶導帶禁帶半導體的導電性：價帶導帶禁帶價帶中的空穴導帶中的電子價帶導帶內(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型半導體和P型半導體價帶導帶禁帶

6、低溫下低溫下硅晶體中的價帶中所有的能級都被電子占據(jù)，即被填滿，價帶以下的能帶被內(nèi)層電子填滿，而導帶的能級是空的，所以不導電。價帶導帶禁帶本征激發(fā)常溫下被激發(fā)到共價鍵之外不導電弱導電性1）本征半導體192）摻5族元素時（As或P） -N型半導體的能級處于共價鍵之外低溫下價帶導帶禁帶雜質(zhì)能級20價帶導帶禁帶施主能級本征激發(fā)+雜質(zhì)激發(fā)價帶導帶禁帶雜質(zhì)能級低溫下常溫下被激發(fā)至導帶213）摻3族元素時（B)-P型半導體低溫下B價帶導帶雜質(zhì)能級22價帶導帶雜質(zhì)能級常溫下B低溫下受主能級價帶導帶雜質(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體中的載流子價帶導帶禁帶本征激發(fā)開始時：激發(fā)復合復合

7、一段時間后：激發(fā)=復合（載流子濃度增大）（載流子濃度穩(wěn)定）熱平衡狀態(tài)設由低溫到高溫的過程241.2.3 半導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.半導體材料的光吸收效應1）本征吸收價帶導帶常溫光照時價帶導帶常溫無光照時Eg要發(fā)生本征吸收，必須滿足：單位:波長m，能級eV 252）雜質(zhì)吸收N型半導體：價帶導帶低溫無光照時Ed價帶導帶低溫有光照時價帶導帶低溫無光照時Ea工作時溫度要低-防止熱激發(fā)價帶導帶低溫有光照時P型半導體：要發(fā)生本征吸收，必須滿足：單位:波長m，能級eV 262. 非平衡載流子濃度光照射半導體時：載流子的濃度增加停止光照射后：由于復合，載流子的濃度不斷的減少，直到熱平衡復合方式有直接復合-導帶中的電子直接回到價帶填充空位間接復合-通過“缺陷、錯位、雜質(zhì)”等形成的復合中心復合價帶導帶價帶導帶271.2.4 載流子的擴散和漂移1.擴散-在某種作用下