【2017年整理】光电检测 知识点总结.doc

辐射学和光度量学基本概念 辐射度学单位是纯粹物理量的单位，例如，熟悉的物理学单位焦耳和瓦特就是辐射能和辐射功率的单位，光度学所讨论的内容仅是可见光波的传播和量度，因此光度学的单位必须考虑人眼的响应，包含了生理因素。例如，光度学中光功率的单位不用瓦特而用流明。其它基本概念 点源：照度与距离之间的平方反比定律 扩展源：朗伯源的辐出度与辐亮度间的关系 漫反射面：漫反射体的视亮度与照度间的关系 定向辐射体 例题，已知太阳辐亮度为2x107W/(m2.sr)，太阳半径6,957x108m，地球半径6.374x106m，太阳地球平均距离为1.496x1011m，求太阳辐出度、辐强度、辐通量及地球接收的辐通量，大气边沿的辐照度。黑体辐射定律绝对黑体：任何温度、任何波长的入射辐射的吸收比都等于1。任何物体的单色辐出度和单色吸收比之比，等于同一温度下绝对黑体的单色辐出度。 （强吸收体也必是强发射体。）光谱辐出度随波长连续变化，每条曲线只有一个极大值；不同温度的曲线彼此不相交；某一波长上，温度越高，光谱辐出度越大；随温度升高，曲线峰值对应的波长向短波方向移动；波长小于λm的部分能量约占25%，波长大于λm的能量约占75%； 维恩位移定律 (Wien‘s Displacement Law )将普朗克公式对波长λ求微分后令其等于0，则可以得到峰值光谱辐出度所对应的波长λm与绝对温度T的关系。维恩位移定律 (Wiens Displacement Law )当黑体温度升高时，辐射曲线的峰值波长向短波长方向移动。 黑体，灰体和选择性发射体，发射率与材料的性质及表面状态有关，随物体本身的温度和辐射波长而改变，并随观测方向而有不同。（光谱发射率、半球发射率、方向发射率…）发射率不随波长变化且小于1的物体称灰体；发射率随波长变化的物体称为选择性辐射体；例题，已知太阳的峰值辐射波长为0.48um，太阳地球平均距离1.495x108km，太阳半径6.955x105km，如果将太阳与地球均近似看出黑体，求太阳的地球的表面温度。 半导体基础知识 半导体的能带1、能级理论：晶体中的电子只能处于能带的能级上，且每一个能带中都有与原子总数相适应的能级数。2、泡利原理：在每一个能级上最多只能填充一个电子。即N为能级数。 跟据能量最小原理，电子填充能带时，总是从最低的能带、最小能量的能级开始填充。 满带：任何时间都填满电子数。 价带：绝对零度时，价带为价电子占满。而导带中没有电子。 导带：价带中电子获得足够的热能或辐射能后，就会越过禁带进入导带。 费米分布函数半导体中的电子数：4*5*1022/cm3从整体看，热平衡下，电子按能量大小具有一定统计分布规律性，即此时电子在不同能量的量子态上统计分布几率是一定的。Ef，费米能级，与温度、半导体材料的导电类型、杂质含量等有关系。 玻耳兹曼分布函数 表明，在一定温度下，电子占据能量为E的量子态的几率由指数因子所决定à玻耳兹曼统计分布；原因：Fermi 和 Boltzmann统计的主要差别，前者受到Pauli exclusion principle限制，但在E-EfkT条件下，泡利原理失去作用，两者同一； 半导体中的电子与空穴分布半导体中，最常遇到的情况是Ef位于禁带内，且其与导带底或价带顶的距离远大于kT，故导带中的电子分布可以用电子的Boltzmann分布函数描写；即导带中大多数电子分布在导带底附近； f(E)表示电子分布，则1- f(E)表示空穴分布；价带中大多数空穴分布在价带顶附近； 半导体的类型 I;P;杂质1、I型半导体（本征半导体）： 1、I型半导体是完全纯净或结构完整的半导体，是完全由基质原子组成的晶体。在绝对零度时，不受外界影响的情况下，导带没有电子，价带也没有空穴，因此不能导电。在热运动或外界的影响下，价电子跃迁到导带，产生自由电子和空穴，构成导电载流子。2、杂质半导体对N型半导体，施主杂质中的电子只要获得很小的能量，就能脱离原子而参加导电，由于导带中的电子在导电中起主要作用，因此也称为“电子型半导体”。由能级图可见，施主能级处于禁带内导带底的下面。电子从施主能级跃迁到导带所需的能量。 在常温下，电子所具有的平均热能就足以使施主原子电离。因此，对N型半导体具有较高的电导率。3、P型半导体 P型半导体是以空穴为主导电的半导体，这样的半导体也称为“空穴型半导体”。由能级图可见，受主能级处于禁带内价带顶的上方，价带电子跃迁到受主能级所需的电离能 。这时由于电子填充了共价键中的空位而出现空穴。在常温下，电子所具有的平均热能就足以使受主原子电离。因此，对P型半导体具有较高的电导率。 从半导体载流子的浓度考虑，若在无辐射时电子和空穴的