【正文】 T T??29 5. 維恩 (Wien )位移定律 式中 B= 103m 維恩位移定律：當(dāng)絕對(duì)黑體的溫度增高時(shí)，單色輻出度的最大值向短波方向移動(dòng) 。相應(yīng)于這最大值的波長(zhǎng)用 λm表示，絕對(duì)溫度 T愈高，λm值愈小，兩者的關(guān)系經(jīng)確定為 : 快速思考 2:在每一曲線上有一 最大值 ,最大值的溫度和波長(zhǎng)之間有什么關(guān)系 ? mTB? ?30 光電效應(yīng) 光電導(dǎo)效應(yīng)是光電導(dǎo)探測(cè)器光電轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ) 。 光電效應(yīng) 內(nèi)光電效應(yīng) 外光電效應(yīng) 光電導(dǎo)效應(yīng) 光生伏特效應(yīng) 右圖為光電導(dǎo)效應(yīng)原理圖 什么是光電效應(yīng) ? 光電效應(yīng)分類 : 入射光的光子與物質(zhì)中的電子相 互作用并產(chǎn)生載流子的效應(yīng) 31 1） 結(jié)電場(chǎng)的形成 N型半導(dǎo)體和 P型半導(dǎo)體接觸時(shí) ，在這兩種材料的交界處就形成了 PN結(jié)。 電子擴(kuò)散后 ，在 N區(qū)留下了不可移動(dòng)的帶正電的 離子 。在內(nèi)建電場(chǎng)作用下載流子出現(xiàn)漂移運(yùn)動(dòng)，與擴(kuò)散相反。 當(dāng)光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬組合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象 。因此 ,僅少數(shù)載流子可引起光伏效應(yīng) . 什么是光伏效應(yīng) ? 32 在 N型基片的表面形成一層薄薄的 P型層， P型層上做一小的電極， N型底面為另一電極。 2）光生伏特效應(yīng) PN結(jié)光伏器件的結(jié)構(gòu)圖 為了使 P型層內(nèi)產(chǎn)生的電子能全部被拉到 N區(qū)， P層的厚度應(yīng)小于電子的擴(kuò)散長(zhǎng)度 。這些光生載流子被結(jié)電場(chǎng)分離后，空穴流入 P區(qū)，電子流入 N區(qū)，在結(jié)區(qū)兩邊產(chǎn)生勢(shì)壘。 注 :并非所產(chǎn)生的所有光生載流子都可以產(chǎn)生光伏效應(yīng) 。它表明：電子的動(dòng)能隨入射光子頻率的增加而增加 ,而與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。向外發(fā)射的電子叫 光電子 。光子能量超過(guò) 逸出功 A0的部分表現(xiàn)為逸出電子的動(dòng)能。 020mv21 ?從愛因斯坦光電方程知 :當(dāng)光電子的速度等于零時(shí) 由此可見 :能否產(chǎn)生 光電子，取決于光子的能量是否大于電子逸出功 A0 。 光電發(fā)射過(guò)程的 3個(gè)步驟 ? 金屬中的自由電子，在常溫下雖然有部分克服了原子核的庫(kù)侖引力而能逸出表面，但是由于逸出表面的電子 對(duì)金屬的感應(yīng)作用 ，使金屬中的電荷重新分布，在表面下出現(xiàn)與電子等量的正電荷。注意什么是 偶電層 ? 吸收光后體內(nèi)電子被激發(fā) 。 電子克服表面勢(shì)壘逃出金屬表面 . 快速思考 :畫出偶電層示意圖 ? 35 Ec Ev 真空能級(jí) ? 3）半導(dǎo)體材料的閾值波長(zhǎng) Ag EA ?E0＝ 對(duì)于半導(dǎo)體，能夠有效吸收光子的電子大多是處在 價(jià)帶頂附近 ，所以光電子發(fā)射的逸出功為 式中 ， Eg 是半導(dǎo)體禁帶寬度 , EA 稱為電子親和勢(shì) ? 因此，半導(dǎo)體材料光電發(fā)射的能量閾值為 :Eth=Eg+EA 0m a xm a x AhcEhcth?? ?? 或)(/??? ?? 或所以長(zhǎng)波限為 : 可見 ,對(duì)于可見光區(qū) (~ μm)的光子其能量為 ~,波長(zhǎng)大于 μm的紅外光的光子能量更小 .因此用于紅外光電子發(fā)射的半導(dǎo)體材料其能量閾值一定小于 . 36 167。 圖中的直流信號(hào)值 dtitiTtii Tn 2022 ])([1)( ? ???? 平均這種隨機(jī)的、瞬間幅度不能預(yù)知的起伏，稱為噪聲。 S(f)數(shù)值定義為頻率 f的噪聲在 1 電阻上所產(chǎn)生的功率，即 S(f)= 。 (2)探測(cè)器噪聲 包括：熱噪聲、散粒噪聲、產(chǎn)生 復(fù)合噪聲、 1／ f噪聲和溫度噪聲。 fRkTvRfkTinn????4422在常溫下適合于 頻 率 小 于1012Hz的系統(tǒng) 因載流子熱運(yùn)動(dòng)引起的電流起伏或電壓起伏稱為熱噪聲。 41 散粒噪聲也是與頻率無(wú)關(guān)、與帶寬有關(guān)的白噪聲。 式中， q為電子電荷； I為器件輸出平均電流； ?f為所取的帶寬 。 入射到光輻射探測(cè)器表面的光子，從光電陰極表面 逸出的光電子，通過(guò) PN結(jié)的載流子等。 ? 復(fù)合噪聲 載流子濃度的起伏引起半導(dǎo)體電導(dǎo)率的起伏。多數(shù)器件的 1/f 噪聲在 300Hz以上時(shí)已衰減到很低水平 ， 所以頻率再高時(shí)可忽略不計(jì) 。 其噪聲電流的均方值近似為 式中 , α接近于 2； β在 ～ ； c是比例常數(shù)。 44 ])2(1[4222ttn fGfkTt?????式中 , Gt為器件的熱導(dǎo)； ＝ Ct／ Gt是器件的熱時(shí)間常數(shù)， Ct是器件的熱容； T是溫度 (K)。 溫度噪聲電流的均方值為 低頻時(shí)溫度噪聲具有白噪聲的性質(zhì) 。若光電系統(tǒng)中的放大器或網(wǎng)絡(luò)的功率增益為 A( f )，功率增益的最大值為 Am，則噪聲帶寬為 46 )()()()()()(??????eSIeSvISVS???? 或Sv( )或 SI( )隨波長(zhǎng)的變化關(guān)系稱為探測(cè)器的 光譜響應(yīng)曲線 。 探測(cè)器在波長(zhǎng)為 的單色光照射下，輸出的電壓 Vs( ) 或電流 Is( )與入射的單色輻射通量 ( )之比稱為光譜響應(yīng) 率。 )(/ 2WiIN E PnSe??2/ nS iI式中 稱為 信噪比 。所以， 通常用 NEP的倒數(shù)，即探測(cè)率 D作為探測(cè)器探測(cè)最小光信 號(hào)能力的指標(biāo)。其值愈小，探測(cè)器所能探測(cè)到的輻射功率愈小，探測(cè)器愈靈敏。 比探測(cè)率又稱 歸一化探測(cè)率 ，也叫探測(cè)靈敏度。 一般 當(dāng)探測(cè)器的輸出上升達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的 63%所需要的 時(shí)間或下降到穩(wěn)態(tài)值的 37%所需要的時(shí)間稱為探測(cè)器的時(shí) 間常數(shù) 。 通常用 時(shí)間常數(shù) （響應(yīng)時(shí)間）來(lái)衡量探測(cè)器的惰性。 探測(cè)器線性的 下限 往往由暗電流和噪聲等因素決定，上限 通常由飽和效應(yīng)或過(guò)載決定。 . 光電探測(cè)器的合理選擇 (1)根據(jù)待測(cè)光信號(hào)的大小，確定探測(cè)器能輸出多的電信號(hào)，即探測(cè)器的動(dòng)態(tài)范圍 。即探測(cè)器和光源的光譜匹配。 51 (4)當(dāng)測(cè)量調(diào)制或脈沖光信號(hào)時(shí)，要考慮探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間或頻率響應(yīng)范圍。 除了上述幾個(gè)問(wèn)題外，還要考慮探測(cè)器的 穩(wěn)定性， 測(cè)量精度，測(cè)量方式 等因素。 人眼對(duì)接收到的光的亮度感覺是和光的波長(zhǎng)有關(guān)， 也和所處的環(huán)境亮度有關(guān)。 返回 5 例如在明視條件下我們測(cè)到鈉燈的發(fā)光效率是 108lm/w， 但折算到暗視覺條件就只有 75lm/w， LED 的光色可以在制作中控制，我們將制作能量分布集中 在滿足暗視覺要求的波段，測(cè)試的值可能不高，但實(shí) 際感覺為亮。單靠實(shí)驗(yàn)逐一找 對(duì)應(yīng)點(diǎn)的方法，猶如鈍刀子割肉。 ρ是輻射能密度， ν是頻率， T是溫度。 54 金斯定律 238( , )T k Tc???? ? 在長(zhǎng)波區(qū)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合，而在短波區(qū)不符。 紫外災(zāi)難也就是經(jīng)典物理的災(zāi)難。 2381( , )1h k ThTce ????? ?? 將維恩公式和瑞利公式綜合在一起，理論值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合得較好。 當(dāng) ν→∞ ，即在短波范圍，又與維恩定律一致?！逼绽士瞬⒉粷M足于自己的一得之功。 二 .普朗克的能量子假設(shè) 只要自然科學(xué)在思維著，它的發(fā)展形式就是假說(shuō)。 1900年 12月 14日，普朗克提出了一個(gè)假設(shè)，即能量 可以劃分成 n個(gè)相等的小份，每個(gè)小份叫能量子，每個(gè)能 量子又與頻率成正比，比例系數(shù)為 h。