【正文】 量，此時，其他參數(shù)，如頻率、溫度等應(yīng)加以規(guī)定。 光電探測器的性能參數(shù) 信噪比是判定噪聲大小通常使用的參數(shù)。光電探測器的響應(yīng)隨入射輻射的調(diào)制頻率而變化的特性稱為頻率響應(yīng)。 上升時間和下降時間 167。 光電探測器的性能參數(shù) 4. 響應(yīng)時間 響應(yīng)時間是描述光電探測器對入射輻射響應(yīng)快慢的一個參數(shù)。對包含有各種波長的輻射光源，總光通量為 0 () d???? ? ??光電探測器輸出的電流或電壓與入射總光通量之比稱為積分響應(yīng)度。 167。 光電探測器的性能參數(shù) 2. 光譜響應(yīng)度 光譜響應(yīng)度又叫單色響應(yīng)度，它表示不同波長的單位輻射功率，輻射入射到一個探測器的敏感元上，探測器輸出強(qiáng)弱的不同。定義為光電探測器的輸出均方根電壓或電流與入射到光電探測器上的平均光功率之比 1. 響應(yīng)度 靈敏度 , ( / )SV VWPVR ?, ( / )SI AWPIR ? R V和 R I分別稱為光電探測器的電壓響應(yīng)度和電流響應(yīng)度，由于光電探測器的響應(yīng)度隨入射輻射的波長變化而變化，因此又有光譜響應(yīng)度和積分響應(yīng)度 光電探測器本質(zhì)是一個外電壓偏置的電流輸出器件，通過負(fù)載電阻可改變?yōu)殡妷狠敵銎骷? 光電探測器的性能參數(shù) 響應(yīng)度是光電探測器輸出信號與輸入輻射功率之間關(guān)系的度量。 氣體放電光源 167。主要工作在 800～ 25000C 范圍內(nèi)，復(fù)現(xiàn)和驗(yàn)定光學(xué)高溫計(jì)及某些以光學(xué)高溫計(jì)作標(biāo)準(zhǔn)的溫度源，也可以代替能量標(biāo)準(zhǔn)燈使用。 圖 (b)是 BDT型光通量標(biāo)準(zhǔn)燈，用來傳遞和復(fù)現(xiàn)光通量值．光通量標(biāo)準(zhǔn)燈的燈絲是旋轉(zhuǎn)對稱的，這樣使電壓與燈參數(shù)的變化曲線其光分布在各旋轉(zhuǎn)方向盡可能一致。 熱輻射源 圖 (a)所示為 BDQ型發(fā)光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)燈，用來傳遞和復(fù)現(xiàn)發(fā)光強(qiáng)度單位 (cd)的量值。此外，白熾燈使用和量值復(fù)現(xiàn)方便，它的發(fā)光特性穩(wěn)定，壽命長，因而也廣泛用作各種輻射度量和光度量的標(biāo)準(zhǔn)光源。 熱輻射源 3. 白熾燈 白熾燈是照明工程和光電測量中最常用的光源之一。這種輻射源常稱為黑體模擬器。大氣的吸收光譜比較復(fù)雜，其中氧(O2)、水汽 (H2O)、臭氧 (O3)，二氧化碳 (CO2)、一氧化碳 (CO)和其它碳?xì)浠衔?(如 CH4)等，都在不同程度上吸收了大陽輻射，而且它們都是光譜選擇性的吸收介質(zhì)，在標(biāo)準(zhǔn)海平面上太陽的光譜輻射照度曲線，其中的陰影部分表示大氣的光譜吸收帶． 167。 太陽的光譜能量分布曲線 167。 大氣層外的太陽光譜能量分布相當(dāng)于5900K左右的黑體輻射。 熱輻射源 1. 太陽 太陽可看成是一個直徑為 109 m的光球。167。物體靠加熱保持一定溫度，使其內(nèi)能不變而持續(xù)輻射的形式稱為熱輻射。但在通常情況下，紫外輻射含量很少，這又限制了這類光源的使用范圍； （ 3）采用適當(dāng)?shù)姆€(wěn)壓或穩(wěn)流供電，可使這類光源的光獲得很高的穩(wěn)定度。 167。 比如高壓鈉燈的色表呈黃色，熒光燈的色表呈白色。 光源的基本特性參數(shù) 5. 光源的顏色 光源的顏色包含了兩方面的含義，即 色表 和 顯色性 。 對于一般光源，它的顏色與任何溫度下的黑體輻射的顏色都不相同，這時的光源用相關(guān)色溫表示，在均勻色度圖中，如果光源的色坐標(biāo)點(diǎn)與某一溫度下黑體輻射的色坐標(biāo)點(diǎn)最接近，則該黑體的溫度稱為該光源的相關(guān)色溫。 光源的基本特性參數(shù) 若輻射源發(fā)射光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光的顏色相同，則黑體的這一溫度稱為該輻射源的色溫。 （ 1）分布溫度 輻射源在某一波長范圍內(nèi)輻射的相對光譜分布，與黑體在某一溫度下輻射的相對光譜功率分布一致，那么該黑體的溫度就稱為該輻射源的分布溫度。對非黑體輻射，它的某些特性常可用黑體輻射的特性來近似地表示。 167。 超高壓球形氙燈的光強(qiáng)分布 在有的情況下，為了提高光的利用率，一般選擇 發(fā)光強(qiáng)度高 的方向作為 照明方向 。 光源的基本特性參數(shù) 3. 空間光強(qiáng)分布 對于各向異性光源，其發(fā)光強(qiáng)度在空間各方向上是不相同的，若在空間某一截面上，自原點(diǎn)向各徑向取矢量， 矢量的長度與該方向的發(fā)光強(qiáng)度成正比 。對于 彩色攝影用光源 ，為了獲得較好的色彩還原，應(yīng)采用類似于 日光色的光源 ， 如鹵鎢燈、氙燈 等。 光源的基本特性參數(shù) 在選擇光源時，它的光譜功率分布應(yīng)由測量對象的要求來決定。圖（ c）為 連續(xù)光譜 ，所有 熱輻射光源 的光譜都是連續(xù)光譜，圖（ d）是 混合光譜 ，它由連續(xù)光譜與線、帶譜混合而成，一般熒光燈 的光譜就屬于這種分布。圖（ b）稱為 帶狀光譜 ，它由一些分開的譜帶組成，每一譜帶中又包含許多細(xì)譜線。 光源種類 發(fā)光效率 () 光源種類 發(fā)光效率 () 普通鎢絲燈 818 高壓汞燈 3040 鹵鎢燈 1430 高壓鈉燈 90100 普通熒光燈 3560 球形氙燈 3040 三基色熒光燈 5590 金屬鹵化物燈 6080 表 1 常用光源的發(fā)光效率 167。不同光源在不同光譜上輻射出不同的光譜功率，常用光譜功率分布來描述。 光源的基本特性參數(shù) 1. 輻射效率和發(fā)光效率 在給定波長范圍內(nèi)，某一光源發(fā)出的輻射通量與產(chǎn)生這些輻射通量所需的電功率之比，稱為該光源在規(guī)定光譜范圍內(nèi)的輻射效率 21()eeedPP????????? ?相應(yīng)地，對于可見光范圍，某一光源的發(fā)光效率 ηv為所發(fā)射的光通量與產(chǎn)生這些光通量所需的電功率之比，就是該光源的光效率，即 780380 ( ) ( )v m evK V dpP? ? ?? ? ? ???2. 光譜功率分布 167。在一般光電測量系統(tǒng)中， 電光源是最常見的光源 。 天然光源 是自然界中存在的，如太陽、恒星等，在天文學(xué)電探測中，常常會遇到這些光輻射的測量。光電信息技術(shù) 張永愛 物理與信息工程學(xué)院 第 1章 光源與光電探測器 光源應(yīng)用 科學(xué)研究 共用應(yīng)用 物質(zhì) 成分分析 材料 結(jié)構(gòu)研究 光電檢測 照明工程 能把光輻射量轉(zhuǎn)換為另一種便于測量的物理量的器件 光輻射量 光電探測器 電信號 光探測器 光子探測器 光電探測器的物理效應(yīng) 光子效應(yīng) 光熱效應(yīng) 熱探測器 167。 光電信息技術(shù)中常用的光源 一切能產(chǎn)生光輻射的輻射源，無論是天然的，還是人造的，都稱為光源。 人造光源 是人為將各種形式能量（熱能、電能、化學(xué)能）轉(zhuǎn)化成光輻射能的器件，其中利用電能產(chǎn)生光輻射的器件稱為電光源。 167。 光源的基本特性參數(shù) 自然光源和人造光源大都是由單色光組成的復(fù)色光。若令其最大值為 1，將光譜功率分布進(jìn)行歸一化，那么經(jīng)過歸一化后的光譜功率分布稱為相對光譜功率分析。 光源的基本特性參數(shù) 圖中（ a）稱為 線狀光譜 ，由若干條明顯分隔的細(xì)線組成，如 低壓汞燈 。如 高壓汞燈 、 高壓鈉燈 就屬于這種分布。 典型的光譜功率分布 167。在 目視光學(xué)系統(tǒng) 中，一般采用 可見光譜輻射 比較豐富的光源。在 紫外分光光度計(jì) 中，通常使用氚燈、紫外汞氙燈等 紫外輻射較強(qiáng)的光源 ，在 光纖技術(shù) 中，通常使用 發(fā)光二極管和半導(dǎo)體激光器 等光源 167。將各矢量的端點(diǎn)連起來，就得到光源在該截面上的發(fā)光強(qiáng)度曲線，即 配光曲線 。為了進(jìn)一步利用背面方向的光輻射，還可以在光源的背面安裝反光罩，反光罩的焦點(diǎn)位于光源的發(fā)光中心上。 光源的基本特性參數(shù) 4. 光源的色溫 黑體的溫度決定了它的光輻射特性。對于一般光源，經(jīng)常用 分布溫度 、 色溫 或 相關(guān)色溫 表示。這種輻射體的光譜輻亮度可表示為 11),(/512 ??vTcve ecTL?????（ 2）色溫 167。輻射源發(fā)射光的顏色可以由多種光譜分布產(chǎn)生，所以色溫相同的光源，它們的相對光譜功率分布不一定相同 （ 3）相關(guān)色溫。 167。 用眼睛直接觀察光源時所看到的顏色稱為光源的色表。 當(dāng)用這種光源照射物體時，物體呈現(xiàn)的顏色（也就是物體反射光在人眼內(nèi)產(chǎn)生的顏色感覺）與該物體在完全輻射體照射下所呈現(xiàn)顏色的 一致性，稱為該光源的 顯色性 。 熱輻射源 （ 1）它們的發(fā)光特性都可以利用普朗克公式進(jìn)行精確的估算，即可以精確掌握和控制它們的發(fā)光或輻射性質(zhì)； （ 2）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)。 任何物體只要其溫度大于絕對零度，就會向外界輻射能量，其輻射特性與溫度有關(guān)。 （ ）采用適當(dāng)?shù)姆€(wěn)壓或穩(wěn)流供電，可使這類光源的光獲得很高的穩(wěn)定度。 熱輻射源 熱輻射源應(yīng)用 科學(xué)研究 共用應(yīng)用 照明 光學(xué)系統(tǒng) 光源 光電探測 光源 光度或輻射度 標(biāo)準(zhǔn)光源 167。它到地球的年平均距離是 1011m．因此從地球上觀看太陽時，太陽的張角只有 。其平均輻亮度為 l07Wm2sr1平均亮度為 109cdm2。 熱輻射源 射到地球上的太陽輻射，要斜穿過一層厚厚的大氣層，使太陽輻射在光譜和空間分布、能量大小、偏振狀態(tài)等都發(fā)生了變化。 熱輻射源 2. 黑體模擬器 在許多軍用紅外光電信息技術(shù)和光電系統(tǒng)中，往往需要這樣一種輻射源，它的角度特性和光譜特性酷似理想黑體的特性。 黑體模擬器的結(jié)構(gòu) 167。白熾燈發(fā)射的是連續(xù)光譜，在可見光譜段中部和黑體射曲線相差約 %，而在整個光譜段內(nèi)和黑體輻射曲線平均相差 2%。 167。發(fā)光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)燈是通過精確控制流過燈絲的直流電流，復(fù)現(xiàn)在規(guī)定的色溫下和在燈絲平面中心的法線方向上的光強(qiáng)度。 圖 (c)為 BW型溫度標(biāo)準(zhǔn)燈，它的發(fā)光體是一條狹長的鎢帶，當(dāng)通以電流時，鎢帶熾熱發(fā)光。 167。 光電探測器的性能參數(shù)與噪聲 167。描述的是光電探測器的光－電轉(zhuǎn)換效能。 167。光譜響應(yīng)度用 Rλ表示，是光電探測器的輸出電壓或者輸出電流與入射到探測器上單色輻射通量（光通量）之比 ? ? , ( / )SI AWIR ? ?? ?? ? , ( / )SVR V WV? ?? ?Rλ是常數(shù)時，相應(yīng)探測器稱為 無選擇性探測器(如光熱探測器 )，光子探測器則是選擇性探測器。 光電探測器的性能參數(shù) 積分響應(yīng)度表示探測器對連續(xù)輻射通量的反應(yīng)程度。由于光電探測器輸出的光電流是由不同波長的光輻射引起的，所以輸出光電流為 0011( ) ( )ssI I d R d?? ?? ? ? ?? ? ???可得積分響應(yīng)度為 010()()RdRd??? ??????????167。即當(dāng)