【正文】 但其靈敏度隨電壓顯著變化的穩(wěn)定性 、 頻率特性等都比真空光電管差 。 40 80 1 2 00 . 0 2 l m0 . 0 5 l m0 . 1 l m4321010 M?5 M?1 M?負 載 線陽極電 壓 /V陽極電流 /??A真空光電管 第 7章 光電式與光導(dǎo)式傳感器 40陽極電流 /??A30201020 40 60 80 1 0 00 . 0 5 l m0 . 0 1 l m0 . 0 2 l m4 M?負 載 線陽極電 壓 /V0 . 0 1 5 l m0 . 0 2 5 l m10 M?0 充氣光電管的電壓 電流特性不具有真空光電管的那種飽和特性 ,而是達到充氣離子化電壓附近時 ,陽極電流急速上升 ,如圖所示 。 因此增大了光電流 ， 從而使靈敏度增加 ，但導(dǎo)致充氣光電管的光電流與入射光強度不成比例 ， 因而穩(wěn)定性較差 。 第 7章 光電式與光導(dǎo)式傳感器 四、外光電效應(yīng)器件 （一）、光電管及其基本特性 光 1. 結(jié)構(gòu)與工作原理 陽極 光窗 光電陰極 當(dāng)光照射在陰極上時，中央陽極可以收集從陰極上溢出的電子，在外電場作用下形成電流 I。 等效噪聲功率 NEP 即能夠產(chǎn)生于傳感器輸出噪聲電壓或電流相等的入射光的功率大小。 fI ?? dN 2 e I 頻帶寬度，暗電流平均值 f?dI響應(yīng)度 光傳感器輸出的電壓或電流與光通量之比。 基于該效應(yīng)的光電器件如半導(dǎo)體光電位置敏感器件 （ PSD） 。 當(dāng)光照部分吸收入射光子的能量產(chǎn)生電子空穴對時 ，光照部分載流子濃度比未受光照部分的載流子濃度大 ，就出現(xiàn)了載流子濃度梯度 ， 因而載流子就要擴散 。 以 PN結(jié)為例，光線照射 PN結(jié)時，設(shè)光子能量大于禁帶寬度 Eg，使價帶中的電子躍遷到導(dǎo)帶，而產(chǎn)生電子空穴對，在阻擋層內(nèi)電場的作用下，被光激發(fā)的電子移向 N區(qū)外側(cè)，被光激發(fā)的空穴移向 P區(qū)外側(cè)，從而使 P區(qū)帶正電， N區(qū)帶負電，形成光電動勢。 第 7章 光電式與光導(dǎo)式傳感器 過程： 自由電子所占能帶 不存在電子所占能帶 價電子所占能帶 導(dǎo)帶 價帶 禁帶 Eg ??? ??? hch為了實現(xiàn)能級的躍遷，入射光的能量必須大于光電導(dǎo)材料的禁帶寬度 Eg，即 第 7章 光電式與光導(dǎo)式傳感器 光生伏特效應(yīng) 在光線作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象叫做光生伏特效應(yīng) （ 光電池 和 光敏二極管 、 光敏三極管 ） 。 第 7章 光電式與光導(dǎo)式傳感器 二 、 內(nèi)光電效應(yīng) 當(dāng)光照射在物體上 ， 使物體的電阻率 ρ發(fā)生變化 ， 或產(chǎn)生光生電動勢的現(xiàn)象 叫做內(nèi)光電效應(yīng) 。 ?光電子逸出物體表面具有初始動能 mv02 /2 ，因此外光電效應(yīng)器件（如光電管）即使沒有加陽極電壓，也會有光電子產(chǎn)生。 不同的物質(zhì)具有不同的逸出功 ，即每一個物體都有一個對應(yīng)的光頻閾值 ， 稱為紅限頻率或波長限 。即光強愈大，意味著入射光子數(shù)目越多，逸出的電子數(shù)也就越多。 該方程稱為愛因斯坦光電效應(yīng)方程。 第 7章 光電式與光導(dǎo)式傳感器 光照射物體 ， 可以看成一連串具有一定能量的光子轟擊物體 ， 物體中電子吸收的入射光子能量超過逸出功 A0時 ， 電子就會逸出物體表面 ， 產(chǎn)生光電子發(fā)射 ， 超過部分的能量表現(xiàn)為逸出電子的動能 。第 7章 光電式與光導(dǎo)式傳感器 第七章 光電式與光導(dǎo)式傳感器 第一節(jié) 光電效應(yīng)與光電器件 第二節(jié) 光纖傳感器 第 7章 光電式與光導(dǎo)式傳感器 可見光 極遠紫外 近紅外 遠紅外 1 5 10 波長 /μ m 光波 ： 波長為 10—106nm的電磁波 可見光： 波長 380—780nm 紫外線： 波長 10—380nm 波長 300—380nm稱為 近紫外線 波長 200—300nm稱為 遠紫外線 波長 10—200nm稱為 極遠紫外線 紅外線： 波長 780—106nm 波長 3μm（即 3000nm）以下的稱 近紅外線 波長超過 3μm 的紅外線稱為 遠紅外線 第 7章 光電式與光導(dǎo)式傳感器 第一節(jié) 光電效應(yīng)與光電器件 一 、 外光電效應(yīng) 定義： 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(yīng) ,亦稱 光電發(fā)射效應(yīng) (光電管 、 光電倍培管 ). 每個光子的能量： E=hν h— 普朗克常數(shù)， 1034Js； ν— 光的頻率（ s1） νλ=3 1010cm / s 可以看出光的波長越短，頻率越高，光子能量也越大。 根據(jù)能量守 02021 Amvhv ??式中 m— 電子質(zhì)量； v0— 電子逸出速度。由上式可知： ?當(dāng)入射光的頻譜成分不變時，產(chǎn)生的光電流與光強成正比。 第 7章 光電式與光導(dǎo)式傳感器 ?光電子能否產(chǎn)生 ， 取決于光電子的能量是否大于該物體的表面電子逸出功 A0。 光線頻率低于紅限頻率 ， 光子能量不足以使物體內(nèi)的電子逸出 ， 因而小于紅限頻率的入射光 ， 光強再大也不會產(chǎn)生光電子發(fā)射 ； 反之 ， 入射光頻率高于紅限頻率 ， 即使光線微弱 ， 也會有光電子射出 。為了使光電流為零，必須加負的截止電壓，而且截止電壓與入射光的頻率成正比。 光電導(dǎo)效應(yīng) 在光線作用 ， 電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài) ， 而引起材料電導(dǎo)率的變化 ， 這種現(xiàn)象被稱為光電導(dǎo)效應(yīng) （ 光敏電阻 ） 。 ① 勢壘效應(yīng) （ 結(jié)光電效應(yīng) ） 接觸的半導(dǎo)體和 PN結(jié)中，當(dāng)光線照射其接觸區(qū)域時，便引起光電動勢， 這就是結(jié)光電效應(yīng)。 第 7章 光電式與光導(dǎo)式傳感器 ② 側(cè)向光電效應(yīng) 當(dāng)半導(dǎo)體光電器件受光照不均勻時 ， 則將產(chǎn)生載流子濃度梯度而產(chǎn)生側(cè)向光電效應(yīng) 。 如果電子遷移率比空穴大 ， 那么空穴的擴散不明顯 ， 則電子向未被光照部分?jǐn)U散 ， 就造成光照射的部分帶正電 ， 未被光照射部分帶負電 ， 光照部分與未被光照部分產(chǎn)生光電動勢 。 第 7章 光電式與光導(dǎo)式傳感器 三、基本概念 暗電流 光傳感器接入電路后即使沒有光照射，由于熱電子發(fā)射、場致發(fā)射和晶格振蕩激發(fā)載流子，使電路有電流輸出，此電流稱為暗電流，也稱隨機電流。 ?SIIR ??SVVR ?第 7章 光電式與光導(dǎo)式傳感器 光譜 光傳感器輸出與輸入光波長的關(guān)系曲線。反映最小可探測的光的功率。 第 7章 光電式與光導(dǎo)式傳感器 充氣光電管內(nèi)充有少量的惰性氣體 ， 如氬 、 氖 ， 當(dāng)充氣光電管的陰極被光照射后 ， 光電子在飛向陽極的過程中 ， 和氣體的原子發(fā)生碰撞使氣體電離 。 陽極陰極陽極陰極第 7章 光電式與光導(dǎo)式傳感器 （ 1） 光電管的伏安特性 2. 主要性能： 伏安特性、光照特性、光譜特性 在一定的光照射下 ， 對光電器件的陽極所加電壓與陽極所產(chǎn)生的電流之間的關(guān)系稱為光電管的伏安特性 。 急速上升部分的特性就是氣體放大特性 ,放大系數(shù)為 5~10。 所以在測試中一般選用真空光電管 。 2 25 50 75 100 0 Φ/1m IA/ μA 1 第 7章 光電式與光導(dǎo)式傳感器 （ 3） 光電管光譜特性 保持光通量和陰極電壓不變 ， 陽極電流與光波長之間的關(guān)系叫光電管的光譜特性 。 除此之外 ， 即使照射在陰極上的入射光的頻率高于紅限頻率υ0， 并且強度相同 ， 隨著入射光頻率的不同 ， 陰極發(fā)射的光電子的數(shù)量還會不同 ， 即 同一光電管對于不同頻率的光的靈敏度不同 ， 這就是光電管的光譜特性 。 第 7章 光電式與光導(dǎo)式傳感器 國產(chǎn) G