数 =1/2f0
线性度
线性度是指光电器件的输出光电流（或电压）与 输入光功率成比例的程度和范围。
一般来说，在弱光照射时光电器件输出光电流都 能在较大范围内与输入光功率（光辐射强度）成 线性关系。强光时就趋于平方根关系
三、光电管和光电倍增管及其应用 （一）光电管 1. 结构和原理
２．主要性能
相邻两个倍增电极之间有电位差，因此存
在加速电场。
光电式的传感器
UOUT
K
A
RL
D1 D2 D3 D4
IA R1 R2 R3 R4 R5
光电式的传感器
18
第
第
一
三
入
倍
倍
射
增
增
光
极
极
阳极A
阴极K
第
第
二
四
倍
倍
增
增
极
极
光电式的传感器
19
2. 光电倍增管的特性参数：
45
100 8×10-11 <40
光电式的传感器
16
（二） 光电倍增管 1. 光电倍增管的结构与原理
由阴极、次阴极（倍增电极）、阳极组成 阴极由半导体光电材料锑铯做成，次阴极 是在镍或铜-铍的衬底上涂上锑铯材料形成。 次阴极可达30级。通常为12~14级。
使用时在各个倍增电极上均加上电压，阴
极电位最低，以后依次升高，阳极最高。
光照射到物体上时，可以看成是具有一连 串能量为E的粒子轰击在物体上
光电效应可以看成是由于物体吸收了能量 为E的光子的能量后而产生的电效应
一、光电效应
外光电效应
金属表面受光照射后，金属内或表面的电子逸出金
属表面向外发射的现象 电子能量转换公式 光电管、光电倍增管
hv
1 2
mv02
内光电效应
光电式的传感器
7
二、光电器件的特性参数 灵敏度K：表征光电器件输出信号能力的特征量
光电器件的输出信号电压VS与入射光功率PS之比， 即单位入射光功率作用下器件的输出信号电压：
K = V S / P S = V S / ( H A d )
光谱特性：描述光电器件的工作范围 某一种光电器件的灵敏度与入射波长的关系，称为 该光电器件的光谱特性 用不同辐射波长对某一器件的灵敏度描绘的曲线， 就是该器件的光谱特性曲线
以GD-4型光电管为例，阴极是用锑铯材料
制成，对可见光范围的入射光灵敏度比较高。
适用于白光光源，被应用于各种光电式自动
检测仪表中。
光电式的传感器
15
对红外光源，常用银氧铯阴极，构成红外探测器。 对紫外光源，常用锑铯阴极和镁镉阴极。 还有些光电管的光谱特性与人的视觉光谱特性有很 大差异，可以担负人眼不能胜任的工作，如夜视镜 等。
光电式的传感器
6
２．光生伏特效应：在光作用下能使物体 产生一定方向电动势的现象。基于该效应 的器件有光电池和光敏二极管、三极管。
光照射PN结时，若hυ≧Eg，使价带中的 电子跃迁到导带，而产生电子空穴对，在 空间电荷区内电场的作用下，电子向N区 漂移，空穴向P区漂移，使P区带正电，N 区带负电，形成光生电动势。
型号
光谱响应 范围(A。)
最佳灵敏 度波长(A。 )
最小阴极 灵敏度 (uA/lm)
阳极工 作电压
(V)
暗电流 (A)
环境 温度 (℃)
GD-5 2000–6000 3800–4200
30
30
3×10-11 5-35
GD-6 6000–11000 7000–9000
10
30
8×10-11 5-35
GD-7 3000–8500 4500
第九章 光学传感器
第一节 光电传感器的基本理论 第二节 光电器件的基本特性 第三节 光电管、光电倍增管及其应用
光学传感器
光电传感器是将光信号转化为电信号的器件， 它具有反应速度快、检测灵敏度高、可靠性 好、抗干扰能力强、结构简单等特点
光电传感器 辐射热探测器 光纤传感器
第一节 光电传感器
时间常数：描述光电器件对入射光响应快慢性能 在阶跃输入光功率的条件下，光电器件输出电流 is(t)上升到稳态值(i∞)的0.63倍的时间
is(t)i (1e t)
当辐射的交变信号频率f上升时，光敏器件的灵敏 度k下降，从峰值处下降到3dB时所对应的频率称 为截止频率f0，截止频率f0对应的时间即为时间常
光波是波长为10～106nm的电磁波。
可见光：380～780nm 紫外线：10～380nm 红外线：780～106nm
光都具有反射、折射、散射、衍射、干涉 和吸收等性质
光的量子说可知，光可以看成是以光速C运 动着的、具有一定能量粒子流 每个光子的能量为 E = hv 每个光子的质量为 m = hv/C2
真空光电管
充气光电管
光电式的传感器
13
（2）光电管的光照特性 当光电管的阴极和阳极之间所加的电压一 定时，光通量与光电流之间的关系。
IA/ μA
光照特性曲线的
斜率称为光电管
100 75
的灵敏度。
50
25
1
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2. 5
光电式的传感器
Φ/1m
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(3) 光电管的光谱特性 单位辐射通量，不同波长的光照射光电管 时，产生的饱和光电流与光波波长的关系 曲线。同一光电管对于不同频率的光的灵 敏度不同。
（1）光电管的伏安特性
在一定的光照射下，对光电器件的阴极所
加电压与阳极所产生的电流之间的关系称
为光电管的伏安特性。
12 IA/μA
10 8 6 4 2
120μlm 100μlm 80μlm 60μlm 40μlm
20μlm
12 IA/μA
10 8 6 4 2
强光
弱光 阴极电压/V
0 50 100 150 阴极电压/V 0 50 100 150
等效噪声功率：描述光电器件品质 若辐射到光电器件光敏感面上的辐射功率所产生的 响应电压，恰好等于该器件的噪声电压值，那么这 个辐射功率称为噪声等效功率（NEP）（单位W）
N E P = P S / V S / V n
探测度D：衡量光电器件的探测能力 将NEP的倒数称为光电器件的探测度D
D=1/NEP
当光照在半导体材料上，使半导体材料的电导率发 生变化或产生光生电动势的现象
光敏电阻、光电池、光敏二极管、光敏三极管
1．光电导效应 在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状 态过度到自由状态，而引起材料电导率的变 化。 基于这种效应的光电器件有光敏电阻。
当光照射到光电导体上时，若这个光电导 体为本征半导体材料，且光辐射能量又足 够强,光电材料价带上的电子将被激发到导 带上去，使光导体的电导率变大。