光电检测技术知识点总结

光电检测知识点总结辐射度学单位是纯粹物理量的单位，例如，熟悉的物理学单位焦⽿和⽡特就是辐射能和辐射功率的单位，光度学所讨论的内容仅是可见光波的传播和量度，因此光度学的单位必须考虑⼈眼的响应，包含了⽣理因素。

例如，光度学中光点源：照度与距离之间的平⽅反⽐定律扩展源：朗伯源的辐出度与辐亮度间的关系漫反射⾯：漫反射体的视亮度与照度间的关系定向辐射体的曲线彼此不相交；某⼀波长上，温度越⾼，光谱辐出度越⼤；随温度升⾼，曲线峰值对应的波长向短波⽅向移动；波长⼩于λm的部分能量约占25%，波长⼤于λm的能量约占75%；(Wien…s Displacement Law )将普朗克公式对波长λ求微分后令其等于0，则可以得到峰值光谱辐出度所对应的波长λm与绝对温度T的关系。

维恩位移定律(Wien's Displacement Law )当⿊体温度升⾼时，辐射曲线的峰值波长向短波长⽅向移动。

⽅向⽽有不同。

（光谱发射率、半球发射率、⽅向发射率…）发射率不随波长变化且⼩于1的物体称灰体；发射率随波0.48um，太阳地球平均距离1.495x108km，太阳，如果将太阳与地球均近似看出⿊体，求太阳的地球的表⾯温度。

晶体中的电⼦只能处于能带的能级上，且每⼀个能带中都有与原⼦总数相适应的能级数。

价带：绝对零度时，价带为价电⼦占满。

⽽导带中没有电⼦。

4*5*1022/cm3从整体看，热平衡下，电⼦按能量⼤⼩具有⼀定统计分布规Ef，费⽶能级，与温度、半导体材料的导电类型、杂质含量等有关系。

E 的量⼦态的⼏率由指数因⼦所决定?玻⽿兹曼统计和 Boltzmann 统计的主要差别，前者受到Pauli exclusion principle 限制，但在E -Ef >>kT 条件下，泡利原理失去作⽤，两者同⼀；Ef 位于禁带内，且其与导带底或价带顶的距离远⼤于kT ，故导带中的电⼦分布可以⽤电⼦的Boltzmann 分布函数描写；即导带中⼤多数电⼦分布在导带底附近；情况下，导带没有电⼦，价带也没有空⽳，因此不能导电。

第一章名称解释1.光通量2坎德拉3.照度4半导体中的非平衡载流子5绝对黑体6基尔霍夫定律7热噪声8产生-复合噪声91／f噪声知识要点半导体材料的光吸收效应(1)本征吸收(2)杂质吸收2.非平衡载流子浓度载流子复合过程一般有直接复合和间接复合两种。

物体的光谱发射率总等于其光谱吸收比。

也就是强吸收体必然是强发射体。

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。

光电子发射过程可以归纳为以下三个步骤：(1)物体吸收光子后体内的电子被激发到高能态；(2)被激发电子向表面运动，在运动过程中因碰撞而损失部分能量；(3)克服表面势垒逸出金属表面。

一般光电检测系统的噪声包括三种：(1) 光子噪声包括：信号辐射产生的噪声和背景辐射产生的噪声。

(2)探测器噪声包括：热噪声、散粒噪声、产生-复合噪声、1／f噪声和温度噪声。

(3)信号放大及处理电路噪声在半导体器件中1／f噪声与器件表面状态有关。

多数器件的1/f 噪声在300Hz 以上时已衰减到很低水平，所以频率再高时可忽略不计。

在频率很低时；l／f 噪声起主导作用；当频率达到中间频率范围时，产生-复合噪声比较显著；当频率较高时，只有白噪声占主导地位，其它噪声影响很小了光电探测器的合理选择(1)根据待测光信号的大小，确定探测器能输出多大的电信号，即探测器的动态范围。

(2)探测器的光谱响应范围是否同待测光信号的相对光谱功率分布一致。

即探测器和光源的光谱匹配。

(3)对某种探测器，它能探测的极限功率或最小分辨率是多少—需要知道探测器的等效噪声功率；需要知道所产生电信号的信噪比。

(4)当测量调制或脉冲光信号时，要考虑探测器的响应时间或频率响应范围。

(5)当测量的光信号幅值变化时，探测器输出的信号的线性程度。

第二章名称解释光源的发光效率色温色表显色性相关色温分布温度知识要点选择光源时，应综合考虑光源的强度、稳定性、光谱特性等性能根据斯奇芬-玻尔兹曼定律知，物体只要其温度大于绝对零度，都会向外界辐射能量，其辐射特性与温度的四次方有关气体放电光源具有下述特点；1.发光效率高。

●辐射度量与光度量的区别：辐射度量与光度量。

辐射度量是物理（或客观）的计量方法，它适用于整个电磁辐射谱区，对辐射量进行物理的计量；光度量是生理（或主观）的计量方法以人眼所能见到的光对大脑的刺激程度来对光进行计量的方法，只适用于可见光谱区域，是对光强度的主观评价。

●凡高于绝对零度的物体都要进行热辐射。

●半导体特性：⑴半导体的电阻温度系数一般是负的，它对温度的变化非常敏感。

⑵半导体的导电性能可能受极微量杂质的影响而发生十分显著的变化。

⑶半导体的导电能力及性质会受热、光、电、磁等外界作用的影响而发生非常重要的变化。

●P、N型半导体特点：在N型半导体中，电子为多数载流子；在P型半导体中，空穴为多数载流子●扩散：载流子因浓度不均匀，无规则热运动而发生的从浓度高的点向浓度低的点运动。

漂移：载流子在外电场的作用下，电子向正电极方向运动，空穴向负电极方向运动称为漂移。

●当光照射到物体上使物体发射电子、或导电率发生变化、或产生光电动势等，这种因光照而引起物体电学特性的改变统称为光电效应。

可归纳为两大类⑴物体受光照后向外发射电子的现象称为外光电效应⑵物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部运动，而不会逸出物体外部的现象称为内光电效应●光电导效应是指半导体受光照射后，其内部产生光生载流子，使半导体中载流子数显著增加而电阻减小的现象●光生伏特效应是光照使不均匀半导体或均匀半导体中光生电子和空穴在空间分开而产生电位差的现象●光电发射效应：光敏物质吸收光子后，被激发的电子能逸出光敏物质的表面而在外电场的作用下形成光子流●响应度是光电检测器件输出信号与输入辐射功率之间关系的度量。

描述的是光电探测器件的光—电转换效能●信噪比（S/N）判断噪声大小常用的参数。

它是在负载电阻上产生的信号功率与噪声功率之比●噪声等效功率（NEP）定义为信噪比为1时，入射到探测器上的辐射通量●探测率D与归一化探测率D *探测率D 定义为噪声等效功率的倒数；归一化探测率D*●光电发射材料应具备的条件⑴光吸收系数大；⑵光电子在体内传输过程中受到的能量损失小，使其逸出深度大；⑶表面势垒低，使表面逸出几率大●光电倍增管的基本结构与原理：光电倍增管主要由光入射窗、光电阴极、电子光学系统、二次发射倍增系统及阳极等部分组成；工作原理1、光子透过入射窗入射到光电阴极K上。

考试高分笔记基本常识：AEΦPIS =⨯===光照度受光面积光通量输入光功率输出信号光电流电流灵敏度光通量-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 hvP eI //==的光子数每秒入射波长为每秒产生的光电子数λη2、P52(5)，由禁带宽度E g 计算长波限λgg E hc λλc ，νE h ν=⇒==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EGS g =d p G G G += (亮电导 = 光电导+暗电导)4、 P75，光电二极管，10’Lb e )G -U (U ΦS GU U G 0max 000=+=)(产生的总电流 = 暗电流 + 光电流)5、P89，放大倍数，10~12’K PI I A ==阴极电流阳极电流n)(εεA σ0=hv e /ηα=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P －N 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。

一、光学的基本参数：1、发光强度Iv （发出波长为555nm 的单色辐射，在给定方向上的辐射强度为1/683（Wsr-1）时，在该方向上的发光强度规定为1cd 。

）、光通量Φv （光强度为1cd 的均匀点光源在1sr 内发出的光通量。

）、光照度Ev （单位面积所接受入射光的量 ，lx ，相当于 1平方米面积上接受到1个流明的光通量。

）2、黑体辐射》普朗克辐射定律式中，λ— 波长，m ；T —黑体温度，K ；c1—第一辐射常数，3.742×10-16 W* m2；c2 —第二辐射常数，1.4388×10-2 W*K ；》斯忒藩—玻尔兹曼定律 式中 σ= 5.67×10-12 w/(cm2*K4)，是Stefan-Boltzmann 常数。

》维恩位移定律-峰值光谱辐射出度Mes λm 所对应的波长λm 与绝对温度T 的关系。

例：太阳可以看成黑体，地球上测出其峰值波长为λm=5100Å，则其表面温度和辐出度为多少？二、【1】、平面反射镜：结构简单、使用普遍，故很难精确地用于准直；（对于反射率的不同要求,目前采用镀膜的技术来解决。

薄膜光学）镀膜技术，利用化学方法或真空溅射方法在光学元件上涂敷透明电介质膜或金属膜的技术。

从物理上看，这种结构之所以使R 大增，是由于在各界面上的反射波相位交替变化180°，使得入射面上的各个反射波总是相干加强的。

反射棱镜：调整容易，失调角很小，等腰直角棱镜在准直中使用较多。

雷达反射器：又名角反射器，它是通过金属板材根椐不同用途做成的不同规格的雷达波反射器。

由于角反射器有极强的反射回波特性,所以被广泛应用于军事、船舶遇险救生等领域（1、隐真示假、欺骗迷惑敌人；2、海上遇险救生；3、航道船舶航行安全；）。

龙伯透镜反射器（一种能将入射电磁波聚焦并沿射线原轨迹反射回去的电介质球形装置，属无源干扰伪装器材。

）【2】、 F-P 标准具（干涉装置，分光的工具）为了获得尖锐的干涉条纹,两表面要严格平行,平面度达到(1/20—1/100)波长.F-P 标准具的光强透过率为: T=1/(1+Fsin2(υ/2))等倾干涉、激光器谐振腔。

光电检测与技术知识点总结
光电检测是通过光电传感器将光信号转化为电信号进行检测和测量的技术。

1. 光电传感器的分类：
- 光电开关：通过光电传感器的发射器和接收器之间的光束被遮挡或被恢复来触发开关动作。

- 光电传感器：通过光电传感器接收到的光信号的变化来检测目标物体的位置、颜色、形状等信息。

- 光电编码器：通过光电传感器接收到的光信号的脉冲数来测量目标物体的位置、速度等。

2. 光电传感器的原理：
- 光电开关：通过发射器发出的光束被目标物体遮挡或恢复，经过接收器接收后产生电信号，通过比较电信号的强弱来触发开关动作。

- 光电传感器：通过接收器接收到的光信号的强度、频率、相位等来检测目标物体的位置、颜色、形状等信息。

- 光电编码器：通过接收器接收到的光信号的脉冲数来测量目标物体的位置、速度等。

3. 光电传感器的应用领域：
- 工业自动化：用于物体检测、测量、计数等。

- 机器人技术：用于机器人的位置感知、障碍物检测等。

- 电子设备：用于手机、相机等设备的亮度感应、手势识别等。

- 安防监控：用于人体检测、入侵报警等。

4. 光电传感器的特点：
- 非接触式检测：光电传感器不需要与目标物体直接接触，可以在一定距离上进行检测。

- 高精度：光电传感器可以实现微小物体的检测和测量。

- 快速响应：光电传感器的响应时间通常在毫秒级别，适用于高速检测。

- 高稳定性：光电传感器的输出信号稳定，不受环境干扰影响。

以上是光电检测与技术的一些基础知识点总结，希望对您有帮助。

光电检测与技术知识点总结一、光电检测基础知识1. 光电效应：光子射入物质时，将能量传递给物质，或者将物质中的粒子激发出来。

前者称为光吸收，后者称为光发射。

2. 光电效应分类：外光电效应、内光电效应和光热效应。

3. 光电效应的应用：光电管、光电倍增管、光电摄像管等。

二、光电检测技术基础1. 光电检测器的分类：根据工作原理，可分为外光电效应检测器、内光电效应检测器和光热效应检测器。

2. 光电检测器的工作特性：光谱响应、频率响应、线性范围、探测率和噪声等。

3. 常用光电检测器：光电二极管、光电晶体管、光电池、光电倍增管等。

三、光电检测系统1. 光电检测系统的基本组成：光源、被测物、光电检测器、信号处理电路和显示设备。

2. 光电检测系统的应用：测量长度、测量角度、测量速度、测量温度等。

3. 光电检测系统的误差来源：光源的不稳定性、光学系统的误差、探测器噪声和信号处理电路的误差等。

四、常用光电检测技术1. 红外线检测技术：利用红外线的热效应，可以测量物体的温度和辐射功率。

红外线传感器有热敏电阻、热电偶等。

2. 激光雷达技术：利用激光的反射和散射，可以测量物体的距离和形状。

常用的激光雷达有脉冲式和连续波式两种。

3. 光纤传感器技术：利用光纤的传光特性，可以测量物体的位移、压力和温度等物理量。

光纤传感器有折射率型、光强调制型和光相位调制型等。

4. 图像传感器技术：利用图像传感器将光学图像转换为电信号，可以测量物体的尺寸和形状。

常用的图像传感器有CCD和CMOS两种。

5. 色彩传感器技术：利用色彩传感器测量物体的颜色和色差，可以应用于颜色识别和颜色检测等方面。

常用的色彩传感器有RGB和CMYK两种。

2.3.:激光测距是光波测距中的一种测距方式，如果光以速度c在空气中传播在A、B两点间往返一次所需时间为t，则A、B两点间距离D可用下列表示。

D=ct/2 式中：D——测站点A、B两点间距离；c——光在大气中传播的速度；t——光往返A、B一次所需的时间。

由上式可知，要测量A、B距离实际上是要测量光传播的时间t，根据测量时间方法的不同，激光测距仪通常可分为脉冲式和相位式两种测量形式。

相位式激光测距仪相位式激光测距仪是用无线电波段的频率，对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算此相位延迟所代表的距离。

即用间接方法测定出光经往返测线所需的时间，如下图所示。

图为相位式激光测距仪测距原理图相位式激光测距仪一般应用在精密测距中。

由于其精度高，一般为毫米级，为了有效的反射信号，并使测定的目标限制在与仪器精度相称的某一特定点上，对这种测距仪都配置了被称为合作目标的反射镜。

若调制光角频率为ω，在待测量距离D上往返一次产生的相位延迟为φ，则对应时间t 可表示为：t=φ/ω将此关系代入上式距离D可表示为：D=1/2 ct=1/2 c·φ/ω=c/(4πf) (Nπ+Δφ)=c/4f (N+ΔN)=U(N+) 式中：φ——信号往返测线一次产生的总的相位延迟。

ω——调制信号的角频率，ω=2πf。

U——单位长度，数值等于1/4调制波长N——测线所包含调制半波长个数。

Δφ——信号往返测线一次产生相位延迟不足π部分。

ΔN——测线所包含调制波不足半波长的小数部分。

ΔN=φ/ω在给定调制和标准大气条件下，频率c/(4πf)是一个常数，此时距离的测量变成了测线所包含半波长个数的测量和不足半波长的小数部分的测量即测N或φ，由于近代精密机械加工技术和无线电测相技术的发展，已使φ的测量达到很高的精度。

为了测得不足π的相角φ，可以通过不同的方法来进行测量，通常应用最多的是延迟测相和数字测相，目前短程激光测距仪均采用数字测相原理来求得φ。

1、光电效应应按部位不同分为内光电效应和外光电效应，内光电效应包括（光电导）和（光生伏特效应）。

2、真空光电器件是一种基于（外光电）效应的器件，它包括（光电管）和（光电倍增管）。

结构特点是有一个真空管，其他元件都放在真空管中3、光电导器件是基于半导体材料的（光电导）效应制成的，最典型的光电导器件是（光敏电阻）。

4、硅光电二极管在反偏置条件下的工作模式为（光电导），在零偏置条件下的工作模式为（光生伏特模式）。

5、变象管是一种能把各种（不可见）辐射图像转换成为可见光图像的真空光电成像器件。

6、固体成像器件（CCD）主要有两大类，一类是电荷耦合器件（CCD），另一类是（SSPD）。

CCD电荷转移通道主要有：一是SCCD（表面沟道电荷耦合器件）是电荷包存储在半导体与绝缘体之间的界面，并沿界面传输；二是BCCD称为体内沟道或埋沟道电荷耦合器件，电荷包存储在离半导体表面一定深度的体内，并沿着半导体内一定方向传输7、光电技术室（光子技术）和（电子技术）相结合而形成的一门技术。

8、场致发光有（粉末、薄膜和结型三种形态。

9、常用的光电阴极有正电子亲合势光电阴极（PEA）和负电子亲合势光电阴极（NEA），正电子亲和势材料光电阴极有哪些（Ag-O-Cs,单碱锑化物，多碱锑化物）。

10、根据衬底材料的不同，硅光电二极管可分为（2DU）型和（2CU）型两种。

11、像增强器是一种能把微弱图像增强到可以使人眼直接观察的真空光电成像器件，因此也称为（微光管）。

12、光导纤维简称光纤，光纤有（纤芯）、（包层）及（外套）组成。

13、光源按光波在时间，空间上的相位特征可分为（相干）和（非相干）光源。

14、光纤的色散有材料色散、（波导色散）和（多模色散）。

15、光纤面板按传像性能分为（普通OFP）、（变放大率的锥形OFP）和（传递倒像的扭像器）。

16、光纤的数值孔径表达式为，它是光纤的一个基本参数、它反映了光纤的（集光）能力，决定了能被传播的光束的半孔径角17、真空光电器件是基于（外光电）效应的光电探测器，他的结构特点是有一个（真空管），其他元件都置于（真空管）。

光电检测技术是以激光、红外、光纤等现代光电子器件作为基础，通过对被检测物体的光辐射，经光电检测器接收光辐射并转换为电信号，由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用信息，或进入计算机处理，最终显示输出所需要的检测物理参数检测：通过一定的物理方式，分辨出被测参量并归属到某一范围带，以此来判别被测参数是否合格或是否存在。

测量：将被测的未知量与同性质的标准量比较，确定被测量对标准量的倍数，并通过数字表示出这个倍数的过程。

光电检测系统组成：光发射机，光学通道，光接收机。

光发射机：分为主动式和被动式。

主动式：光源（或加调制器）被动式：无自身光源，来自被测物体的光热辐射发射。

光学通道：大气、空间、水下和光纤等。

光接收机：收集入射的光信号并加以处理，恢复光载波信息光电检测技术的特点：高精度。

各种检测技术中最高。

如激光干涉仪法检测长度的精度达0.05um/m；光栅莫尔条纹法测角可达0.04秒；用激光测距法测量地球到月球之间距离分辨率可达1m。

高速度。

光电检测以光为介质，用光学方法获取和传递信息是最快的。

远距离，大量程。

光便于远距离传播的介质，适于遥控和遥测，如武器制导，光电跟踪，电视遥测等。

非接触检测。

光照可认为是没有测量力的，也无磨擦，可实现动态测量，效率最高。

寿命长。

光波可永久使用。

具有很强的信息处理和运算能力。

可将复杂信息并行处理。

同时光电方法还便于信息控制和存储，易于实现自动化和智能化。

光电检测基本方法：直接作用法（受被测物理量控制的光通量，经光电接收器转换后由检测机构可直接得到所求被测物理量）、差动测量法（利用被测量与某一标准量相比较，所得差或数值比可反应被测量的大小）、补偿测量法（是用光或电的方法补偿由被测量变化而引起的光通量变化，补偿器的可动元件连接读数装置指示出补偿量值，其大小反应被测量变化大小）和脉冲测量法（测量中将被测量的光通量转换成电脉冲，其参数（脉宽，相位，频率，脉冲数量等）反映被测量的大小）脉冲测量法特点：抗干扰性能好，精度高，直接与计算机相连，易于实现在线测量和自动化控制。