【正文】 用，以此為支撐的光電子產(chǎn)業(yè)是當(dāng)今世界爭(zhēng)相發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，是競(jìng)爭(zhēng)激烈、發(fā)展最快的信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的主力軍。光電技術(shù)迅速發(fā)展，半導(dǎo)體激光器、上千萬像素的 CCD 與 CMOS 固體圖像傳感器、 PIN 與 APD 光電二級(jí)管及液晶顯示等在工業(yè) 與民用領(lǐng)域隨處可見，熱成像技術(shù)也已廣泛應(yīng)用于軍事和工業(yè)領(lǐng)域。光電技術(shù)不斷滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)方面，成為信息社會(huì)的支撐技術(shù)之一。 光電計(jì)數(shù)器主要分為光電檢測(cè)轉(zhuǎn)換部分和電子顯示部分。光電傳感器是一種將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的裝置，它實(shí)現(xiàn)工作的理論基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。光電效應(yīng)大致可以分成三個(gè)類型：第一類就是外光電效應(yīng)，在光的照射下使電子從物質(zhì)的表面逸出；第二類是內(nèi)光電效應(yīng)，在光的照射下，物質(zhì)的電阻率改變；第三類是光生伏特效應(yīng)，在光的照射下，物質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換的器件主要有光電二極管、光電三極管、光電倍增管、光電雪崩 管等等。光電計(jì)數(shù)器的工作原理是，從光源發(fā)出一束集中的平行有效光，在流水線上，每出現(xiàn)一個(gè)物體，就會(huì)對(duì)光進(jìn)行一次遮擋，光接收器無法接受到光源信息，電路的光電流就會(huì)產(chǎn)生改變，經(jīng)過信號(hào)處理后計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)一次，即通過了一個(gè)器件。光電計(jì)數(shù)器常用來統(tǒng)計(jì)成品數(shù)量和參加展會(huì)人數(shù)。 計(jì)數(shù)技術(shù)在不斷發(fā)展和完善，出現(xiàn)了多種輔助計(jì)數(shù)功能。多功能計(jì)數(shù)器的響應(yīng)度較高，功耗低，在交流和直流電源下都可以工作，無機(jī)械碰撞，無磨損，造價(jià)低等等。還有很多依據(jù)實(shí)際的工作環(huán)境添加了個(gè)性化功能，如毛線生產(chǎn)線上的斷線報(bào)警功能。通用計(jì)數(shù)器不僅可測(cè)頻率、周期還 可以測(cè)多周期平均、時(shí)間間隔、頻率比和累計(jì)等。由于光電計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)理念的不斷創(chuàng)新，光電計(jì)數(shù)器的功能也在不斷發(fā)展。在電子計(jì)數(shù)器行業(yè)的需求增長(zhǎng)有所減緩的市場(chǎng)環(huán)境下，光電計(jì)數(shù)器需要大力進(jìn)行新產(chǎn)品的開發(fā)，以滿足客戶的不同需求，提高產(chǎn)品的性價(jià)比，以期獲得更好的市場(chǎng)效益。 第一章 光電轉(zhuǎn)換部分 167。 光源的基本特性和選擇 光源在科學(xué)研究和工程技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用。在成份分析、結(jié)構(gòu)研究、光電檢測(cè)、照明設(shè)計(jì)等方面，都離不開一定型式的光源。因此，為適應(yīng)各種高科技工作的實(shí)際需要人們生產(chǎn)了各種不同光學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的光源。在光電技術(shù)系統(tǒng) 中，光源往往起著關(guān)鍵的作用。因此，了解光源的基本特性參數(shù)，然后按照實(shí)際的工作需要選取合適光源，是我們?cè)O(shè)計(jì)光電系統(tǒng)和解決光電檢測(cè)問題時(shí)成功的關(guān)鍵之一。 光源的基本特性參數(shù)主要包括輻射效率和發(fā)光效率、光譜功率分布、空間光強(qiáng)分布、光源的色溫、光源的顏色。在進(jìn)行光源選擇的時(shí)候，主要會(huì)考慮一下幾點(diǎn)基本要求： 對(duì)光源發(fā)光光譜特性的要求 對(duì)光源發(fā)光強(qiáng)度的要求 對(duì)光源穩(wěn)定性的要求 對(duì)光源其它方面的要求 。本次設(shè)計(jì)不需要使用特殊光源，因此參考幾種常用光源的基本特性進(jìn)行選擇： 熱輻射光源 熱輻射 光源是基于物體的熱輻射現(xiàn)象制造的。熱輻射光源有三個(gè)特點(diǎn)： 它們的發(fā)光特性都可以用普朗克公式進(jìn)行精確的估算，即可以精確掌握和控制它們發(fā)光或輻射性質(zhì)； 它們發(fā)出的光通量構(gòu)成連續(xù)的光譜，且光譜范圍很寬，因此使用的適應(yīng)性強(qiáng)。但在通常溫度下，紫外輻射和可見輻射含量很少，這又限制了這類光源的使用范圍； 采用適當(dāng)?shù)姆€(wěn)壓或穩(wěn)流供電，可使者類光源的光輸出獲得很高的穩(wěn)定度。 氣體放電光源 利用該氣體放電原理制成的光源成為氣體放電光源，蜜蜂在泡殼內(nèi)的氣體或金屬氣體在電場(chǎng)的作用下激勵(lì)出電子和離子，電子和離子從電場(chǎng)中 獲得能量分別向陰極和陽極運(yùn)動(dòng)，它們與氣體原子或分子碰撞時(shí)會(huì)激勵(lì)出新的電子和離子，這一過程中會(huì)引起原子的激發(fā)，受激原子回到低能級(jí)時(shí)就會(huì)發(fā)射出輻射，這既是氣體放電原理。與白熾燈相比，具有發(fā)光效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、壽命長(zhǎng)以及光色適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，因而具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，在光電技術(shù)和照明工程中得到廣泛的應(yīng)用。 固體發(fā)光光源 固體在電場(chǎng)的作用下將電能直接轉(zhuǎn)換為光能的發(fā)光現(xiàn)象叫場(chǎng)致發(fā)光，也稱為電致發(fā)光。電子儀器的固體化和小型化、新的顯像技術(shù)和照明技術(shù)的需求以及半導(dǎo)體材料、集成化技術(shù)和光電子技術(shù)的發(fā)展，大大加速了場(chǎng)致發(fā) 光光源的研究和應(yīng)用，不但能使人們得到全固化的光源，而且為全固化顯示開辟了途徑。 目前常見的場(chǎng)致發(fā)光有三種形態(tài)，即粉末、薄膜和結(jié)型。有場(chǎng)致發(fā)光本領(lǐng)的固體材料很多，但達(dá)到實(shí)際應(yīng)用水平的主要是Ⅱ — Ⅵ族和Ⅲ — Ⅴ族化合物半導(dǎo)體。 Ⅱ — Ⅵ族化合物既是發(fā)光效率很高的光致發(fā)光和陰極射線發(fā)光材料，亦是目前用于實(shí)際的唯一的粉末和薄膜場(chǎng)致發(fā)光材料。Ⅲ — Ⅴ族發(fā)光材料在發(fā)光二極管方面得到廣泛應(yīng)用。 激光器 激光器一般是由工作物質(zhì)、諧振腔和泵浦源組成。當(dāng)高能態(tài)離子從高能態(tài)躍遷到低能態(tài)，產(chǎn)生輻射后，它通過受激原子時(shí) 會(huì)感應(yīng)出同相位同頻率的輻射。這些輻射波沿由兩平面構(gòu)成的諧振腔來回傳播時(shí)，沿軸線的來回反射次數(shù)最多，它會(huì)激發(fā)出更多的輻射，從而使輻射能量放大。這樣，受激和經(jīng)過放大的輻射就可以通過部分投射的平面鏡輸出到腔外，產(chǎn)生激光。 [1] 圖 1 為激光器的工作原理。 圖 目前已研制成功的激光器達(dá)數(shù)百種，輸出波長(zhǎng)范圍從近紫外直到遠(yuǎn)紅外，輻射功率從幾毫瓦至上萬瓦，一般按工作物質(zhì)分類，激光器可分為氣體激光器、固體激光器、染料激光器和半導(dǎo)體激光器等 。 氣體激光器的激勵(lì)方式多樣，發(fā)射波長(zhǎng)也最廣。固體激光器所使用的工作物質(zhì)是具有特殊能力的高質(zhì)量的光學(xué)玻璃或光學(xué)晶體，里面摻入具有發(fā)射激光能力的金屬離子。染料 激光器以燃料為工作物質(zhì)。半導(dǎo)體激光器的工作物質(zhì)是半導(dǎo)體材料。 本次實(shí)驗(yàn)需要光源可以發(fā)出一束集中的且強(qiáng)度足夠的可見光，因此采用 半導(dǎo)體 激光器作為光源。 半 導(dǎo)體激光器是用半導(dǎo)體材料作為工作物質(zhì)的一類激光器，由于物質(zhì)結(jié)構(gòu)上的差異，產(chǎn)生激光的具體 過程比較特殊。常用材料有砷化鎵（ GaAs）、硫化鎘（ CdS）、磷化銦 (InP)、硫化鋅 (ZnS)等。激勵(lì)方式有電注入、電子束激勵(lì)和光泵浦三種形式。 半導(dǎo)體激光器件，可分為同質(zhì)結(jié)、單異質(zhì)結(jié)、雙異質(zhì)結(jié)等幾種。同質(zhì)結(jié)激光器和單異質(zhì)結(jié)激光器室溫時(shí)多為脈沖器件，而雙異質(zhì)結(jié)激光器室溫時(shí)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作。 半導(dǎo)體激光器工作原理是激勵(lì)方式，利用半導(dǎo)體物質(zhì)（即利用電子）在能帶間躍遷發(fā)光，用半導(dǎo)體晶體的解理面形成兩個(gè)平行反射鏡面作為反射鏡，組成諧振腔，使光振蕩、反饋、產(chǎn)生光的輻射放大，輸出激光。半導(dǎo)體激光器優(yōu)點(diǎn)是體積小，重量輕， 運(yùn)轉(zhuǎn) 泵浦源 全反射鏡 部分反射鏡 激光 可靠，耗電少，效率高等。 圖 激光器與普通光源相比，具有光束集中，亮度高等優(yōu)點(diǎn)，所以本次設(shè)計(jì)采用激光器而不選擇普通光源。 167。 光電探測(cè)器 光電探測(cè)器是一種將輻射能轉(zhuǎn)換成電訊號(hào)的器件，是光電系統(tǒng)的核心組成部分，在光電系統(tǒng)中個(gè)的作用是發(fā)現(xiàn)信號(hào)、測(cè)量信號(hào)，并為隨后的應(yīng)用提取某些必要的信息。 光電探測(cè)器按照探測(cè)機(jī)理的物理效應(yīng)可以分為兩大類：一類是利用各種光子效應(yīng)的光子探測(cè)器，另一類是利用溫度變化效應(yīng)的熱探 測(cè)器。由于光源采用的是 半導(dǎo)體 激光器，是可見光，因此探測(cè)器選用光子探測(cè)器。光子探測(cè)器可以分為四種： 光電子發(fā)射效應(yīng)也稱為光電效應(yīng)。入射輻射的作用是使電子從光電陰極表面發(fā)射到周圍的空間中，即產(chǎn)生光電子發(fā)射。利用光電子發(fā)射效應(yīng)的探測(cè)器稱為光電子發(fā)射探測(cè)器，其中有真空光電管、充氣光電管和光電倍增管。 光電導(dǎo)是應(yīng)用最廣泛的光電子效應(yīng)。光子所激發(fā)的載流子仍保留在材料內(nèi)部，所以光電導(dǎo)是一種內(nèi)光電效應(yīng)。利用光電導(dǎo)效應(yīng)的探測(cè)器是光電導(dǎo)探測(cè)器。 光伏探測(cè)器 的原理 光伏效應(yīng)是另一種應(yīng)用廣泛的 內(nèi)光電效應(yīng)，是半導(dǎo)體受光照射產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。雖然非本征光伏效應(yīng)也是可能的，但幾乎所有實(shí)用的光伏探測(cè)器都使用本征的光伏效應(yīng)。同時(shí)用 pn 結(jié)來實(shí)現(xiàn)這種效應(yīng)的。 當(dāng)入射光子在 pn 結(jié)產(chǎn)生電子 空穴對(duì)時(shí)，光生載流子受勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)作用， 電子漂移到 n 區(qū)，空穴漂移到 p 區(qū)。如果在外電路中把 p 區(qū)和 n 區(qū)短接，就產(chǎn)生反向的短路信號(hào)電流。假若外電路開路，則光生的電子和空穴分別在 n 區(qū)和 p 區(qū)積累，兩端便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)， 如圖 3 所示 ，這稱為光生伏特效應(yīng)。