傳感器技術及其應用(3)(已修改)
2025-10-26 10:44 本頁面
【正文】 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 1 Anhui Science and Technology University 理學院 單擊此處編輯母版標題樣式 第 11章 光電式傳感器 ? 光電效應 ? ? ? ? CCD圖像傳感器 ? ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 2 Anhui Science and Technology University 理學院 單擊此處編輯母版標題樣式 光電效應 ? 外光電效應 ? 在光照射下 ,電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應 ,亦稱光電發(fā)射效應 。 它是在 1887年由德國科學家赫茲發(fā)現(xiàn)的 。 基于這種效應的光電器件有光電管 、 光電倍培管等 。 ? 眾所周知 ,每個光子具有的能量為 Qh ??? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 3 Anhui Science and Technology University 理學院 單擊此處編輯母版標題樣式 ? 逸出功 A也稱功函數 ,是一個電子從金屬或半導體表面逸出時克服表面勢壘所需作的功 ,其值與材料有關 ,還和材料的表面狀態(tài)有關。若逸出電子的動能為 ,則由能量守恒定律有 2021 mv2012h v m v A?? 式中 ,m為電子的靜止質量 ,m= 1031 kg。v0 為電子逸出物體時的初速 。 上式即為愛因斯坦光電效 應方程式 。 由該式可知 : ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 4 Anhui Science and Technology University 理學院 單擊此處編輯母版標題樣式 ? (1)光電效應能否產生 ,取決于光子的能量是否大于該物質表面的電子逸出功 。 這意味著每一種物質都有一個對應的光頻閥值 ,稱為紅限頻率 （ 對應的光波長稱為臨界波長 ） 。 光的頻率小于紅限頻率 ,光子的能量不足以使物體的電子逸出 ,因而小于紅限頻率的光 ,光強再大也不會產生光電發(fā)射 。 反之 ,入射光頻率高于紅限頻率 ,即使光強微弱也會有電子發(fā)射出來 。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 5 Anhui Science and Technology University 理學院 單擊此處編輯母版標題樣式 ? (2)若入射光的光頻為 v,光功率為 P,則每秒鐘到達的光子數為 p/hν。 假設這些光子中只有一部分 (η)能激發(fā)電子 ,則入射光在光電面激發(fā)的光電流密度為 pePihv?? () 式中 ,η是量子效率 ,定義為光強生成的載流子數與入射光子數之比 ,它是波長的函數 ,并與光電面的反射率 、 吸收系數 、發(fā)射電子的深度 、 表面的親和力等因素有關 。e為電子電荷量 。 (3)光電子逸出物體表面具有初始動能 。 因此光電管即使未加陽極電壓 ,也會有光電流產生 。 為使光電流為零 ,必須加負的截止電壓 ,而截止電壓與入射光的頻率成正比 。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 6 Anhui Science and Technology University 理學院 單擊此處編輯母版標題樣式 ? h——普朗克常數 ,其值為 1034Js； ? ν——光的頻率 （ s1） 。 λ—— 光的波長 。 ? 這樣 ,單色光的輻射功率就可寫為 ? P（ ν） =A ip hν ? 式中： ip——光子流密度 （ 單位時間通過單位面積的光子數 ） ； A——光子流通過的面積 . ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 7 Anhui Science and Technology University 理學院 單擊此處編輯母版標題樣式 量子力學指出 ,光的發(fā)射和吸收是與量子態(tài)間的躍遷過程相聯(lián)系的 ,在此過程中 ,光表現(xiàn)出其粒子性。在發(fā)射時 ,光源系統(tǒng)由高能態(tài) E2向低能態(tài) E1躍遷 ,同時按能量守恒定律發(fā)射光子： hν=E2E1 在吸收時 ,介質吸收光子 hν后就從低能態(tài) E1躍遷到高能態(tài) E2 。按能量守恒定律 ,介質系統(tǒng)躍遷前后的能量差應為 E2 E1 =hν ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 8 Anhui Science and Technology University 理學院 單擊此處編輯母版標題樣式 ? 即根據能量守恒定律 ,光源只能發(fā)出描述滿足上式的光子 , 只有符合式的光子才能被介質吸收 。 吸收和發(fā)射只有在計及光子動量并服從準動量守恒定則 （ 選擇定則 ）時才能發(fā)生 。 ? 光在半導體中傳播時的衰減 ,是半導體內電子吸收光子后從低能態(tài)向高能態(tài)躍遷的結果。在其諸多吸收過程中 ,本征吸收是光敏器件的工作基礎。 ? 單擊此處編輯母版文本樣式 ? 第二級 ? 第三級 ? 第四級 ? 第五級 9 Anhui Science and Technology University 理學院
教學課件相關推薦
鄂ICP備17016276號-1