第二章光电检测技术基础
光辐射度量
辐射照度Ee：投射在单位面积上的辐射通量。 单位：［W/m2］ 辐射出射度Ｍe ：扩展辐射源单位面积所辐射 的通量（也称辐射本领）。单位：［W/m2］ 辐射亮度Ｌe ：辐射表面定向发射的辐射强度。 单位：［W/m2．Sr］ 光谱辐射通量Φe（λ）：辐射通量的光谱密度， 即单位波长间隔内的辐射通量。
S
ds
定义：单位时间、单位面积元在某波长附近单位波长间
隔内辐射的能量。
意义：描述不同波长的光波在辐射通量中所占的比例。
单位：W nm1
d ,d e d
与 e
e 的关系：
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d
0
3、视见函数
人眼对不同波长（或光颜的色辐）射的通光量波具有不同 的人敏眼感对光程的度亮，暗即感使觉接收到相同的辐射都通有量关，不 同波长的光给人眼的感光觉的也波不长一样。
第二章 光电检测技术基础
第二章光电检测技术基础
光的基本性质 辐射与光度学量 半导体基础知识 光电效应
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第一节 辐射度量与光度量
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光学发展的概况
人类感官接收到外部世界的总信息 量中至少有90％以上通过眼睛
光学是一门古老的学科，又是一门 新兴的年轻学科
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（五）、现代光学时期
从1950年至今
1、全息术、光学传递函数和激光的问世是经 典光学向现代光学过渡的标志 2、光学焕发了青春，以空前的规模和速度飞 速发展
1）智能光学仪器 2）全息术 3）光纤通信 4）光计算机 5）激光光谱学的实验方法
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一、光的基本性质
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（四）、量子光学时期
1900~1950，近50年 1、1900年普朗克提出了量子假说，成功地解 释了黑体辐射问题 2、爱因斯坦提出了光子假说，成功地解释了 光电效应问题 3、光的某些行为象经典的“波动” 4、另一些行为却象经典的“粒子” 5、光是一种几率波，又具有可分割性，光具 有“波粒二象性”
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光谱
光波：波长为10—106nm的电磁波 可见光：波长380—780nm 紫外线：波长10—380nm，
波长300—380nm称为近紫外线 波长200—300nm称为远紫外线 波长10—200nm称为极远紫外线， 红外线：波长780—106nm 波长3μm（即3000nm）以下的称近红 外线 波长超过3μm 的红外线称为远红外线。 光谱分布如图所示。
光谱学
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光在电磁波谱中的位置
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二 光辐射度量
辐射能Qe ：一种以电磁波的形式发射、 传播或接受的能量。单位：焦耳[J]
辐射通量Φe：单位时间内通过一定面积 发射、传播或接受的能量，又称辐射功率 Pe，是辐射能的时间变化率。单位：瓦 ［Ｗ］
辐射强度Ｉe：点辐射源在给定方向上通 过单位立体角内的辐射通量。单位： ［W/Sr］
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光辐射度量的名称、符号和定义方程
名称 辐射能 辐射能密度
辐射通量， 辐射功率 辐射强度
辐射亮度
辐射出射度
辐射照度
符号 Q,
定义方程
单位 焦耳
符号 J
w
wdQ/dv 焦耳／立方米 Jm-3
dQ/dt
瓦特
W
P
Ｉ
Id/d 瓦特／球面度 Wsr-1
Ｌ Ld2 /d dc Ao s瓦特／球面度 Wm-2
牛顿——微粒说
–根据光直线传播现象，对反射和折射做了解释 –不能解释较为复杂的光现象：干涉、衍射和偏 振
波动理论
–惠更斯、杨氏和费涅耳等 –解释光的干涉和衍射现象 –麦克斯韦电磁理论：光是一种电磁波
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光的基本性质
光量子说 –1900年普朗克在研究黑体辐射时，提 出辐射的量子论 –1905年，爱因斯坦在解释光电发射现 象时提出光量子的概念 –光子的能量与光的频率成正比 –光具有波粒二象性
50
10 5
1 0.5
光的波长与频率的关系由光速确定，真空中的光速
c=2.99793×1010cm/s，通常c≈3×1010cm/s。光的波长
λ和频率ν的关系为
νλ=3×1010cm / s
ν的单位为Hz，λ的单第二位章光为电检cm测技。术基础
光的波动性
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光的粒子性
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如正常人眼对黄绿光最敏感，红光和紫光较 差，而对红外和紫外则无反应。
在引起相同视觉的情况下，若所需某单色的 辐射通量越小，则说明人眼对该光敏感度越高 ；反之，越低。
激光器诞生后，光学开始了迅猛发 展，成为科研前沿极为活跃的学科
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五个时期
（一）、萌芽时期
公元前500年-公元1500年经历大约2000年 面镜、眼镜和幻灯等光学元件已相继出现
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（二）、几何光学时期
1500-1800，大约300年
1、建立了光的反射定律和折射定律， 奠定了几何光学的基础
＝ d/Idc Aos
平方米
sr-1
Ｍ
瓦特／平方米 Wm-2
Md/dA
Ｅ
Ed/dA 瓦特／平方米 Wm-2
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三 光度量
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1、辐射通量
定义：单位时间、单位面积元上辐射的所有波长的能量
即：光源表面上单位面积的辐射功率。
意义：描述光源发射辐射的能力。单位：W
2、分布函数 e
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0.01
波长/μm
0.05 0.1
1 0.5
极远紫外 外 远外 近 可见光 近红外
10 5 远红外
紫紫
106 5×105
105 5×104
104 5×103
103
波数/cm-1
3×1018
频率/Hz
1016 5×1015
1015 5×1014
1014 5×1013
100
光子能量/eV
2、研制出了望远镜和显微镜等光学仪 器
3、牛顿为代表的微粒说占据了统治地 位
4、对折射定律的解释是错误的
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（三）、波动光学时期
1800~1900，近100年
1、杨氏利用实验成功ຫໍສະໝຸດ 解释了光的干涉象 2、惠更斯－菲涅耳原理成功地解释了光的 衍射现象 3、菲涅耳公式成功地解释了光的偏振现象 4、麦克斯韦的电磁理论证明光是电磁波 5、傅科的实验证实光在水中传播的速度小 于在空气中的传播速度 6、波动光学的理论体系已经形成，光的波 动说战胜了光的微粒说