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光电探测器简介、现状及分析

光电探测器简介、现状及分析
光电探测器简介、现状及分析

光电探测器的发展现状及分析

摘要

概述了光电探测器的分类和基本原理,并从材料体系的选择和器件的主要应用等方面阐述了光电探测器国内外研究现状,预测了硅基雪崩光电探测器在军事和激光雷达等方向的应用前景

关键词光电探测器分类原理发展现状

一光电探测器原理

光子型探测器( photondetector) 利用外光电效应或内光电效应制成的辐射探测器,也称光电型探测器。探测器中的电子直接吸收光子的能量,使运动状态发生变化而产生电信号,常用于探测红外辐射和可见光。

用外光电效应制成的光子型探测器是真空电子器件,如光电管、光电倍增管和红外变像管等。这些器件都包含一个对光子敏感的光电阴极,当光子投射到光电阴极上时,光子可能被光电阴极中的电子吸收,获得足够大能量的电子能逸出光电阴极而成为自由的光电子。在光电管中,光电子在带正电的阳极的作用下运动,构成光电流。光电倍增管与光电管的差别在于,在光电倍增管的光电阴极与阳极之间设置了多个电位逐级上升并能产生二次电子的电极(称为打拿极)。从光电阴极逸出的光电子在打拿极电压的加速下与打拿极碰撞,发生倍增效应,最后形成较大的光电流信号。因此,光电倍增管具有比光电管高得多的灵敏度。红外变像管是一种红外-可见图像转换器,它由光电阴极、阳极和一个简单的电子光学系统组成。光电子在受到阳极加速的同时又受到电子光学系统的聚焦,当它们撞击在与阳极相连的磷光屏上时,便发出绿色的光像信号

特点:入射光子和材料中的电子发生各种直接相互作用即光电子效应

所用的材料:大多数为半导体。

根据效应发生的部位和性质分为

1. 外光电效应:发生在物质表面上的光电转化现象,主要包括光阴极直接向外部发射电子的现象。典型的例子是物质表面的光电发射。这种效应多发生于金属和金属物。

2. 内光电效应:指发生在物质内部的光电转化现象,特别是半导体内部载流子发生效应,这种效应多发生于半导体内。

二光电探测器分类

2.1 外光电效应探测器

外光电效应:当光照射某种物质时,若入射的光子能量足够大,它和物质中的电子相互作用,致使电子逸出物质表面,这就是外光电效应,逸出物质表面的电子叫做光电子

2.11光电管

光电管(phototube)基于外光电效应的基本光电转换器件。光电管可使光信号转换成电信号。光电管分为真空光电管和充气光电管两种。光电管的典型结构是将球形玻璃壳抽成真空,在内半球面上涂一层光电材料作为阴极,球心放置小球形或小环形金属作为阳极。若球内充低压惰性气体就成为充气光电管。光电子在飞向阳极的过程中与气体分子碰撞而使气体电离,可增加光电管的灵敏度。用作光电阴极的金属有碱金属、汞、金、银等,可适合不同波段的需要。光电管灵敏度低、体积大、易破损,已被固体光电器件所代替。

光电管原理是光电效应。一种是半导体材料类型的光电管,它的工作原理光电二极管又叫光敏二极管,是利用半导体的光敏特性制造的光接受器件。当光照强度增加时,PN结两侧的P 区和N区因本征激发产生的少数载流子浓度增多,如果二极管反偏,则反向电流增大,因此,光电二极管的反向电流随光照的增加而上升。光电二极管是一种特殊的二极管,它工作在反向偏置状态下。常见的半导体材料有硅、锗等。如我们楼道用的光控开关。还有一种是电子管类型的光电管,它的工作原理用碱金属(如钾、钠、铯等)做成一个曲面作为阴极,另一个极为阳极,两极间加上正向电压,这样当有光照射时,碱金属产生电子,就会形成一束光电子电流,从而使两极间导通,光照消失,光电子流也消失,使两极间断开光照射到某些物质上,引起物质的电性质发生变化。这类光致电变的现象被人们统称为光电效应。金属表面在光辐照作用下发射电子的效应,发射出来的电子叫做光电子。光波长小于某一临界值时方能发射电子,即极限波长,对应的光的频率叫做极限频率。临界值取决于金属材料,而发射电子的能量取决于光的波长而与光强度无关,这一点无法用光的波动性解释。还有一点与光的波动性相矛盾,即光电效应的瞬时性,按波动性理论,如果入射光较弱,照射的时间要长一些,金属中的电子才能积累住足够的能量,飞出金属表面。可事实是,只要光的频率高于金属的极限频率,光的亮度无论强弱,光子的产生都几乎是瞬时的,不超过十的负九次方秒。正确的解释是光必定是由与波长有关的严格规定的能量单位(即光子或光量子)所组成。这种解释为爱因斯坦所提出。光电效应由德国物理学家赫兹于1887年发现,对发展量子理论起了根本性作用,在光的照射下,使物体中的电子脱出的现象叫做光电效应(Photoelectric effect)。光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏打效应。前一种现象发生在物体表面,又称外光电效应。后两种现象发生在物体内部,称为内光电效应。光电效应里,电子的射出方向不是完全定向的,只是大部分都垂直于金属表面射出,与光照方向无关,光是电磁波,但是光是高频震荡的正交电磁场,振幅很小,不会对电子射出方向产生影响

2.12光电倍增管

将微弱光信号转换成电信号的真空电子器件。光电倍增管用在光学测量仪器和光谱分析仪器中。它能在低能级光度学和光谱学方面测量波长200~1200纳米的极微弱辐射功率。闪烁计数器的出现,扩大了光电倍增管的应用范围。激光检测仪器的发展与采用光电倍增管作为有效接收器密切有关。电视电影的发射和图象传送也离不开光电倍增管。光电倍增管广泛地应用在冶金、电子、机械、化工、地质、医疗、核工业、天文和宇宙空间研究等领域。(《中国大百科全书·电子学与计算机》)

电倍增管是进一步提高光电管灵敏度的光电转换器件。管内除光电阴极和阳极外,两极间还放置多个瓦形倍增电极。使用时相邻两倍增电极间均加有电压用来加速电子。光电阴极受光照后释放出光电子,在电场作用下射向第一倍增电极,引起电子的二次发射,激发出更多的电子,然后在电场作用下飞向下一个倍增电极,又激发出更多的电子。如此电子数不断倍增,阳极最后收集到的电子可增加104~108倍,这使光电倍增管的灵敏度比普通光电管要高得多,可用来检测微弱光信号。光电倍增管高灵敏度和低噪声的特点使它在光测量方面获得广泛应用由于光电倍增管增益高和响应时间短,又由于它的输出电流和入射光子数成正比,所以它被广泛使用在天体光度测量和天体分光光度测量中。其优点是:测量精度高,可以量比较暗弱的天体,还可以测量天体光度的快速变化。天文测光中,应用较多的是锑铯光阴极的倍增管,如RCA1P21。这种光电倍增管的极大量子效率在4200埃附近,为20%左右。还有一种双硷光阴极的光电倍增管,如GDB-53。它的信噪比的数值较RCA1P21大一个数量级,暗流很低。为了观测近红外区,常用多硷光阴极和砷化镓阴极的光电倍增管,后者量子效率最大可达50%。普通光电倍增管一次只能测量一个信息,即通道数为1。近来研制成多阳极光电倍增管,它相当于许多很细的倍增管组成的矩阵。由于通道数受阳极末端细金属丝的限制,目前只做到上百个通道。

光电倍增管可分成4个主要部分,分别是:光电阴极、电子光学输入系统、电子倍增系统、阳极。

2.2内光电效应探测器

是光电效应的一种,主要由于光量子作用,引发物质电化学性质变化。内光电效应又可分为光电导效应和光生伏特效应。

光电导效应:当入射光子射入到半导体表面时,半导体吸收入射光子产生电子空穴对,使其自生电导增大。光生伏特效应:当一定波长的光照射非均匀半导体(如PN结),在自建场的作用下,半导体内部产生光电压

光生伏特效应:基于半导体PN结基础上的一种将光能转化成电能的效应。当入射辐射作用在半导体PN结上产生本征吸收时,价带中的光生空穴与导带中的光生电子在PN结内建电场的作用下分开,形成光生伏特电压或光生电流的现象。

现代很多光电探测器都是基于内光电效应,其中光激载流子保留在材料内部,最重要的内光

电效应时光电导,本征光电导吸收一个光子,就会从价带激发到导带,产生一个自由电子,同时在价带产生一个空穴。对材料施加的电场导致了电子和空穴都通过材料传输,并随之在探测器电路中产生电流。基于内光电效应的探测器有光电导探测器,光伏探测器等等。

2.21光电导探测器

利用半导体材料的光电导效应制成的一种光探测器件。所谓光电导效应,是指由辐射引起被照射材料电导率改变的一种物理现象。光电导探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等;在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。光电导体的另一应用是用它做摄像管靶面。为了避免光生载流子扩散引起图像模糊,连续薄膜靶面都用高阻多晶材料,如PbS-PRO、Sb2S3等。其他材料可采取镶嵌靶面的方法,整个靶面由约10万个单独探测器组成

工作原理和特性:光电导效应是内光电效应的一种。当照射的光子能量hv等于或大于半导体的禁带宽度Eg时,光子能够将价带中的电子激发到导带,从而产生导电的电子、空穴对,这就是本征光电导效应。这里h是普朗克常数,v是光子频率,Eg是材料的禁带宽度(单位为电子伏)。因此,本征光电导体的响应长波限λc为λc=hoc/Eg=1.24/Eg(μm) 式中c为光速。本征光电导材料的长波限受禁带宽度的限制.

凡禁带宽度或杂质离化能合适的半导体材料都具有光电效应。但是制造实用性器件还要考虑性能、工艺、价格等因素。常用的光电导探测器材料在射线和可见光波段有:CBS、Cd Se、Cd Te、Si、Ge等;在近红外波段有:PbS、Pb Se、In-Sb、Hg0.75Cd0.25Te等;在长于8微米波段有:Hg1-excited、PbxSn1-x、Te、Si掺杂、Ge掺杂等;Cdr、Cd Se、Pb S等材料可以由多晶薄膜形式制成光电导探测器。

2.22 光伏探测器

用半导体PN结光伏效应制成的器件称为光伏器件,也称结型光电器件。这类器件品种很多,其中包括:光电池、光电二极管、光电晶体管、光电场效应管、PIN管、雪崩光电二极管、光可控硅、阵列式光电器件、象限式光电器件、位置敏感探测器(PSD)、光电耦合器件等

光伏探测器是在紫外、可见光、近红外、中波红和远红外这些光学波段上展开的。首先把被测量的变化转换成光信号的变化,然后通过光电探测器变成电信号输出,虽然点测量方法灵活多样,看测参数众多,但广电探测器的工作原理均是其余物质的光电效应。

三国内外发展现状

3.1英特尔高性能硅基雪崩光电探测器

2008年12月7日,英特尔公司宣布其研究团队在硅光电子学领域取得了又一项重大的技术突破,成功使用基于硅的雪崩光电探测器(Silicon-based Avalan che Photodector)实现了创世界纪录的高性能,这款雪崩光电探测器使用硅和CMOS工艺实现了有史以来最高的340GHz“增益-带宽积”,这为降低40Gbps或更高数据传输速度的光学链路的成本开启了大门,同时也第一次证明了硅光电子元器件的性能可以超过现有的使用磷化铟(lnP)等更昂贵传统材料制造的光电子元器件的性能。作为一项新兴技术,硅光电子学(Silicon Phot onics)利用标准硅实现计算机和其它电子设备之间的光信息发送和接收。此项技术也可以应用于对带宽需求高度远程医疗和3D虚拟世界等未来数据密集型计算领域。

3.2日本研制成高性能256×256长波量子点红外光电探测器

量子点红外光电探测器(QDIP)由于可以用成熟的常规GaAs工艺制备,近年来

已受到人们的广泛关注。它不仅能够探测正入射光,而且还能在较高的温度下工

作。这些都是量子阱红外光电探测器(QWIP)所难以比拟的。

日本国防部技术研究与发展研究所电子系统研究中心通过与富氏实验室有

限公司等单位合作,用以分子束外延方法生长的自组装量子点多层膜研制出了一

种256×256像素长波红外QDIP焦平面阵列该红外焦平面阵列的像元间隔为4

0μm,读出电路采用直接注入式输入结构,积分时间为8ms,帧速为120Hz,F数为2.5,工作温度为80K,为了评价该红外焦平面阵列的性能,研究人员将其装在一个集成探测器制冷机组件内,在80K温度下对其输出进行了测量。结果显示,该阵列的峰值响应波长为10.3μm,噪声等效温差为87mK。

3.3一种新型谐振腔增强型光电探测器的性能分析

随着光波分复用通信技术的发展,具有波长选择特性和高响应速度的光探测器已经在光通信中显示出了它的巨大优势。一种新型的光电探测器——谐振腔增强型光电探测器(Resonant Cavity Enhanced Photodetector,RCEP)【4】,该RCEP的基本结构是将吸收层插入到谐振腔当中。由于谐振腔的增强效应使其在较薄的吸收层情况下即可获得较高的量子效率,同时减少了光生载流子在吸收层的渡越时间,提高了器件的响应速度,因而能够解决传统探测器

量子效率和响应速度之间的相互制约矛盾。此外,由于谐振腔的作用使该器件本身具有波长选择特性,无需外加滤波器,因而有可能成为波分复用光钎通信系统中的新一代光探测器。

这种谐振腔增强型光探测器将光学滤波器和光电探测器通过F-P微腔巧妙地集成在一起,其独特结构解决了普通光探测器量子效率与载流子渡越时间相互制约的问题,使其在量子效率和响应速度方面获得很大改进。其具有的波长选择特性,使这种新型器件可广泛应用于光探测器、光调制器、发光二极管等多种光电器件。

四总结

在节能环保被日益关注的今天,如果有更为灵敏光电探测器件,就可以显著降低激光的功率,从而达到大幅降低能耗的目的。

除此之外,我们还可以将这种器件与一些高精尖的前沿领域联系在一起:例如量子密码领域,需要探测单个光子的存在,这种硅基雪崩光电探测器的性能如果进一步提高,检测到单个光子的可能性是存在的。

我们还会联想到CCD——一种用于相机等成像设备的核心部件。凭借硅基雪崩光电探测器超高的灵敏度,我们可以造出高性能的二维光探测矩阵,可以在红外成像、遥感等领域发挥很大的作用,在卫星、军事和激光雷达等领域都将会有广阔的应用空间

主要参考文献

【1】赵维. 一种新型谐振腔增强型光电探测器的性能分析.电子设计工程.2010.5

【2】易可佳等.一种下一代激光雷达的设计与实现.2011.10

及百度百科百度文库

光电探测器原理

光电探测器原理

光电探测器原理及应用 光电探测器种类繁多,原则上讲,只要受到光照后其物理性质发生变化的任何材料都可以用来制作光电探测器。现在广泛使用的光电探测器是利用光电效应工作的,是变光信号为电信号的元件。 光电效应分两类,内光电效应和外光电效应。他们的区别在于,内光电效应的入射光子并不直接将光电子从光电材料 内部轰击出来,而只是将光电材料内部的光 电子从低能态激发到高能态。于是在低能态 留下一个空位——空穴,而高能态产生一个 自由移动的电子,如图二所示。 硅光电探测器是利用内光电效应的。 由入射光子所激发产生的电子空穴对,称为光生电子空穴对,光生电子空穴对虽然仍在材料内部,但它改变了半导体光电材料的导电性能,如果设法检测出这种性能的改变,就可以探测出光信号的变化。 无论外光电效应或是内光电效应,它们的产生并不取决于入射光强,而取决于入射光波的波长λ或频率ν,这是因为光子能量E只和ν有关: E=hν(1) 式中h为普朗克常数,要产生光电效应,每个光子的能量必须足够大,光波波长越短,频率越高,每个光子所具有的能量hν也就越大。光强只反映了光子数量的多少,并不反映每个光子的能量大小。 目前普遍使用的光电探测器有耗尽层光电二极管和雪崩光电二极管,是由半导体材料制作的。 半导体光电探测器是很好的固体元件,主要有光导型,热电型和P—N结型。但在许多应用中,特别是在近几年发展的光纤系统中,光导型探测器处理弱信号时噪声性能很差;热电型探测器不能获得很高的灵敏度。而硅光电探测器在从可见光到近红外光区能有效地满足上述条件,是该波长区理想的光接收器件。 一、耗尽层光电二极管 在半导体中,电子并不处于单个的分裂 能级中,而是处于能带中,一个能带有许多

-光电探测器原理

上海大学2014 ~2015学年春季学期本科生课程考试 小论文 课程名称:电子科学与技术新探索(专题研讨课) 课程编号: 10426056 论文题目: 光电探测器原理 本科生生姓名: 陆申阳学号: 12121765 论文评语: 成绩: 任课教师: 徐闰 评阅日期:

光电探测器原理原理 姓名:陆申阳 学号:12121765 摘要:光电探测器的原理主要是利用光电效应和光热效应。对于不同类型的光电探测器,他们的工作原理也不尽相同。本文以雪崩光电二极管、光电二极管、光热探测器为例具体介绍了它们们的工作原理。 Abstract:The primary principle of photodetector are photoelectric effect and photothermal effect.But,there are some distinctions of different photodetectors.The principles of photodiode,avalanche photodiode and optothermal detector are as follows. 关键词:雪崩光电二极管,光电二极管,热敏电阻,光电效应 Key words:avalanche photodiode,photodiode,photoelectric effect 简介:近年来,光电子系统已经运用到各个行业、各个领域。对于光电子系统,其最最重要的一部分光电探测器一直作为光电子系统的眼睛而存在。对于光电探测器,按照其辐射作用方式的不同,整体上可以分为光子探测器和光热探测器。按照具体的工作机理,光子探测器又可以分为光电导探测器、光敏电阻、雪崩光电二极管、光电二极管、光电发射探测器、光电管等;光热探测器可以分为热敏电阻、热电偶等。以下分别以光电二极管、雪崩光电二极管、热敏电阻为例具体介绍其工作原理。 一、光电二极管(PD) (一)、原理 光电效应可以分为内光电效应和外光电效应,内光电效应又可以分为光电导效应和光生伏特效应。 光电二极管的基本原理就是利用了光生伏特效应。光辐射照射半导体结上时,光子降价电子激发到导带,形成光生电子——空穴对,光生电子——空穴对在自建电场的作用下被分别扫向两端,形成光生电动势。即光生伏特效应。

光电探测器

光电子技术论文报告 题 光电探测器 目 班级: 姓名: 学号: 成绩: 指导教师: 完成日期:

本文主要对光电探测器进行探究,重点介绍光电二极管和光电倍增管,光电二极管中主要介绍PIN光电二极管和雪崩光电二极管。对相应的光电探测器的结构、原理、特性参数及应用范围等展开探讨,以进一步了解光电探测器。 关键词:PIN光电二极管雪崩光电二极管光电倍增管

第一章引言 (1) 第二章光电二极管 (2) 2.1 PIN光电二极管 (2) 2.1.1工作原理 (2) 2.1.2结构 (2) 2.1.3影响因素 (3) 2.2 雪崩光电二极管 (3) 2.2.1工作原理 (3) 2.2.2 影响响应速度的因素 (4) 2.2.3 优点 (4) 第三章光电倍增管 (5) 3.1结构 (5) 3.2使用特性 (5) 第四章结论与讨论 (9) 第五章参考文献 (10)

第一章引言 光电探测器是指在光辐射作用下将其非传导电荷变为传导电荷的一类器件。广义的光电探测器包括所有将光辐射能转变为电信号的一类器件。光电探测器能把光信号转换为电信号。根据器件对辐射响应的方式不同或者说器件工作的机理不同,光电探测器可分为两大类:一类是光子探测器;另一类是热探测器。本文着重介绍光子探测器中的光电二极管和光电倍增管。

第二章光电二极管 光电二极管和普通二极管一样,也是由一个PN结组成的半导体器件,也具有单方向导电特性。但在电路中它不是作整流元件,而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。光电二极管是在反向电压作用之下工作的,在一般照度的光线照射下,所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载,负载上就获得了电信号,而且这个电信号随着光的变化而相应变化。 2.1 PIN光电二极管 PIN型光电二极管也称PIN结二极管、PIN二极管,在两种半导体之间的 PN 结,或者半导体与金属之间的结的邻近区域,在P区与N区之间生成I型层,吸收光辐射而产生光电流的一种光检测器。具有结电容小、渡越时间短、灵敏度高等优点。 2.1.1工作原理 在上述的光电二极管的PN结中间掺入一层浓度很低的N型半导体,就可以增大耗尽区的宽度,达到减小扩散运动的影响,提高响应速度的目的。由于这一掺入层的掺杂浓度低,近乎本征(Intrinsic)半导体,故称I层,因此这种结构成为PIN光电二极管。I层较厚,几乎占据了整个耗尽区。绝大部分的入射光在I层内被吸收并产生大量的电子-空穴对。在I层两侧是掺杂浓度很高的P型和N 型半导体,P层和N层很薄,吸收入射光的比例很小。因而光产生电流中漂移分量占了主导地位,这就大大加快了响应速度。 2.1.2结构 在P型半导体和N型半导体之间夹着一层本征半导体。因为本征层相对于P 区和N区是高阻区这样,PN结的内电场就基本上全集中于I 层中。如图所示:

光电传感器论文86094

光电传感器 关键字:光电效应光电元件光电特性传感器分类传感器应用摘要:在科学技术高速发展的现代社会中,人类已经入瞬息万变的信息时代,人们在日常生活,生产过程中,主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输,来实现制动控制,自动调节,目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。由于微电子技术,光电半导体技术,光导纤维技术以及光栅技术的发展,使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单, 形式灵活多样等优点,在自动检测技术中得到了广泛应用,它一种是以光电效应为理论基础,由光电材料构成的器件。 正文: 一、理论基础——光电效应 光电效应一般有外光电效应、光导效应、光生伏特效应。光照在照在光电材料上,材料表面的电子吸收的能量,若电子吸收的能量足够大是,电子会克服束缚脱离材料表面而进入外界空间,从而改变光电子材料的导电性,这种现象成为外光电效应 根据爱因斯坦的光电子效应,光子是运动着的粒子流,每种光子的能量为hv(v 为光波频率,h 为普朗克常数,h=6.63*10-34 J/HZ),由此可见不同频率的光子具有不同的能量,光波频率越高,光子能量越大。 假设光子的全部能量交给光子,电子能量将会增加,增加的能量一部分用于克服正离子的束缚,另一部分转换成电子能量。根据能量守恒定律: 12 m h - A 2 式中,m为电子质量,v 为电子逸出的初速度,A 微电子所做的功。由上式可知,要使光电子逸出阴极表面的必要条件是h>A。由于不同材料具有不同的逸出功,因此对每一种阴极材料,入射光都有一个确定的频率限,当入射光的频率低于此频率限时,不论光强hc多大,都不会产生光电子发射, 此频率限称为“红限”。相应的波长为K A式中,c为光速,A为逸出功。 当受到光照射时,吸收电子能量,其电阻率降低的导电现象称为光导效应。它属于内光电效应。当光照在半导体上是,若电子的能量大与半导体禁带的能级宽度,则电子从价带跃迁到导带,形成电子,同时,价带留下相应的空穴。电子、空穴仍留在半导体内,并参与导电在外电场作用下形成的电流。 除金属外,多数绝缘体和半导体都有光电效应,半导体尤为显著,根据光导效应制造的光电元件有固有入射光频率,当光照在光电阻上,其导电性增强,电阻值下降。光强度愈强,其阻值愈小,若停止光照,其阻值

光电传感器在生活中的应用-

光电传感器在生活中的应用 ——CCD图像传感器 摘要: 在科学技术高速发展的现代社会中,人类已经入瞬息万变的信息时代,人们在日常生活,生产过程中,主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输,来实现制动控制,自动调节,目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。由于微电子技术,光电半导体技术,光导纤维技术以及光栅技术的发展,使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单,形式灵活多样等优点,在自动检测技术中得到了广泛应用,它一种是以光电效应为理论基础,由光电材料构成的器件。 光电传感器由于反应速度快,能实现非接触测量,而且精度高、分辨力高、可靠性好,加之半导体光敏器件具有体积小、重量轻、功耗低、便于集成等优点,因而广泛应用于军事、宇航、通信、检测与工业自动化控制等多种领域中。当前,世界上光电传感领域的发展可分为两大方向:原理性研究与应用开发。随着光电技术的日趋成熟,对光电传感器实用化的开发成为整个领域发展的热点和关键。 关键字:光电传感器;CCD图像传感器 正文 一、CCD的工作方式 ?CCD和传统底片相比,CCD 更接近于人眼对视觉的工作方式。只不过,人眼 的视网膜是由负责光强度感应的杆细胞和色彩感应的锥细胞,分工合作组成视觉感应。 CCD经过长达35年的发展,大致的形状和运作方式都已经定型。 CCD 的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚光镜片以及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。 ?CCD(Charge Coupled Devices,CCD)由大量独立光敏元件组成,每个光敏元 件也叫—个像素。这些光敏元件通常是按矩阵排列的,光线透过镜头照射到光电二极管上,并被转换成电荷。每个元件上的电荷量取决于它所受到的光照强度,图像光信号转换为电信号。当CCD工作时,CCD将各个像素的信息经过模傲转换器处理后变成数字信号,数字信号以一一定格式压缩后存入缓存内,然后图像数据根据不间的需要以数字信号和视频信号的方式输出。

光电传感器规格-瑞工科技

微型热敏打印机芯 PT487F系列 由于技术改进所进行的参数及材料更改恕不另行通知,公司不承担因此而造成的任何损坏,包括但不仅限于图形,参数或列表中的错误。 本规格书若有变动不将另行通知, 最新版本可直接与北京瑞工科技发展有限公司联系或上公司网站进行下载 公司不断会推出新的机芯产品,如有其它需要,可上公司网站进行查询. 公司网址:https://www.docsj.com/doc/926746394.html,

目录 第一章产品特点及使用注意事项 (3) 1. 特点 (3) 2. 机芯使用注意事项 (4) 第二章规格说明 (5) 2.1总体规格说明 (5) 2.2加热单元尺寸 (6) 2.3走纸特性 (6) 2.4步进马达的特性 (7) 2.4.1步进马达的规格 (7) 2.4.2激励顺序 (7) 2.4.3步进马达驱动 (7) 2.5 热敏头参数 (8) 2.5 1额定参数 (8) 2.5 2最大值 (8) 2.5 3推荐参数 (8) 2.5 4电气参数 (9) 2.5 5时序特牲 (10) 2.5 6时序图 (10) 2.5 7计算公式: (11) 2.5.8推荐电路: (11) 2.5.9热敏电阻: (12) 2.5.10 结构示意: (13) 2.5.11 控制注意事项: (13) 2.6 引脚定义 (14) 2.7 光电传感器规格 (15) 第三章机身设计指导 (16) 3.1机芯的结构尺寸 (16) 3.1.1纸卷安装位置 (16) 3.1.2安装尺寸: (17) 3.2 DEMO电路原理图 (18)

第一章产品特点及使用注意事项 1. 特点 型号说明: 1. 低电压供电 驱动热敏头的电压为5V的逻辑电压,加热操作电压为4.2 ~ 8.5,可以使用4到6节镍镉或NI-MH电池或者是两节锂电池 2.体积小 外观尺寸小巧,便于便携式的应用,尺寸为:宽67.5mmX深31.5mmX高18.8mm 3.高清晰度打印 高密度的打印头,8点/毫米,相比针要能打印出更精确清晰的效果 4.打印速度快 根据不同的驱动能量与使用的热敏纸张的热感应度不同可按用户要求设置不同的打印速度,最高可达70mm/秒的打印速度 5.易装纸结构 可分离的胶棍结构设计使简易装纸成为可能 6.噪声低 相对针式打印,热敏打印更适合于对噪声有要求的环境

光电传感器的原理及应用

光电传感器的原理及应用 作者:2011级 应用物理 向舟望 摘要:光电传感器,基于光电效应的传感器,在受到可见光照射后即产生光电效应,将光信号转换成电信号输出。它除能测量光强之外,还能利用光线的透射、遮挡、反射、干涉等测量多种物理量,如尺寸、位移、速度、温度等,因而是一种应用极广泛的重要敏感器件。 关键词:光电传感器、光电效应、敏感器件。 正文 引言:在科学技术高速发展的现代社会中,人类已经入瞬息万变的信息时代,人们在日常生活,生产过程中,主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输,来实现制动控制,自动调节,目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。由于微电子技术,光电半导体技术,光导纤维技术以及光栅技术的发展,使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单,形式灵活多样等优点,在自动检测技术中得到了广泛应用。 原理: 1、光电效应 光电效应一般有外光电效应、光导效应、光生伏特效应。 光照在照在光电材料上,材料表面的电子吸收的能量,若电子吸收的能量足够大是,电子会克服束缚脱离材料表面而进入外界空间,从而改变光电子材料的导电性,这种现象成为外光电效应 根据爱因斯坦的光电子效应,光子是运动着的粒子流,每种光子的能量为hv(v 为光波频率,h 为普朗克常数,h =6.63*10-34 J/HZ),由此可见不同频率的光子具有不同的能量,光波频率越高,光子能量越大。假设光子的全部能量交给光子,电子能量将会增加,增加的能量一部分用于克服正离子的束缚,另一部分转换成电子能量。根据能量守恒定律: 式中,m 为电子质量,v 为电子逸出的初速度,A 微电子所做的功。 A -h m 2 12νν=

各种探测器介绍说明

报警系统由哪几部分组成? 简单的报警系统由前端探测器、中间传输部分和报警主机组成。大一些的系统也可将探测器和报警主机看做是前端部分,从报警主机到接警机之间是传输部分,中心接警部分看做是后端部分。 报警系统按信息传输方式不同,可分哪几种? 按信息传输方式不同,从探测器到主机之间可分为有线和无线2种。从主机到中心接警机之间也可分为有线和无线2种,其中有线系统还可分为基于电话线传输和基于总线传输2种类型。 探测器分为哪几种类型?市面上常见的有哪些类型? 红外、微波、震动、烟感、气感、玻璃破碎、压力、超声波等等。其中红外探测器还可分为主动红外和被动红外,烟感还可分为离子式和光电式。市面上常见的有红外探测器(被动红外)、对射、栅栏(主动红外)、双鉴探测器、震动探测器、玻璃破碎探测器。 主动红外探测器的工作原理? 主动红外探测器由红外发射器和红外接收器组成。红外发射器发射一束或多数经过调制过的红外光线投向红外接收器。发射器与接收器之间没有遮挡物时,探测器不会报警。有物体遮挡时,接收器输出信号发生变化,探测器报警。 被动红外探测器工作原理? 被动红外探测器中有2个关键性元件,一个是菲涅尔透镜,另一个是热释电传感器。自然界中任何高于绝对温度(-273o)的物体都会产生红外辐射,不同温度的物体释放的红外能量波长也不同。人体有恒定的体温,与周围环境温度存在差别。当人体移动时,这种差别的变化通过菲涅尔透镜被热释电传感器检测到,从而输出报警信号。 微波探测器工作原理? 微波探测器应用的是多普勒效应原理。在微波段,当以一种频率发送时,发射出去的微波遇到固定物体时,反射回来的微波频率不变,即f发=f收,探测器不会发出报警信号。当发射出去的微波遇到移动物体时,反射回来的微波频率就会发生变化,即f发≠f收,此时微波探测器将发出报警信号。 什么是双元红外探测器?什么是四元红外探测器?

光电传感器工作原理

光电传感器工作原理-标准化文件发布号:(9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

工作原理 摘要: 光电传感器是利用光电子应用技术,将光信号转换成电信号从而检测被测目标的一种装置。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高,反应快,非接触等优点,而且可测参数多,传感器的结构简单,形式灵活多样,体积小。它可用于检测直接引起光量变化的非电量,如光强、光照度、辐射测温和气体成分等;也可用来检测能转换成光量的其他非电量,如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度和加速度,以及物体形状、工作状态等。光电式传感器具有非接触,响应快,性能可靠等特点,因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。近年来,新的光电器件不断涌现,特别是CCD图像传感器的诞生,为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。 关键字:光电元件、检测技术、传感器、应用 一、光电传感器工作原理 光电式传感器的物理基础是光电效应,即半导体材料的许多电学特性都因受到光的照射而发生变化。光电效应通常分为两大类,即外光电效应和内光电效应。外光电效应是指物质吸收光子并激发出自由电子的行为。当金属表面在特定的光辐照作用下,金属会吸收光子并发射电子,发射出来的电子叫做光电子。光的波长需小于某一临界值 (相等于光的频率高于某一临界值)时方能发射电子,其临界值即极限频率和极限波长。由E =hn-W如果入射光子的能量hn大于逸出功W,那么有些光电子在脱离金属表面后还有剩余的能量,也就是说有些光电子具有一定的动能。因为不同的电子脱离某种金属所需的功不一样, 所以它们就吸收了光子的能量并从这种金属逸出之后剩余的动能也不一样。由于逸出功W是使电子脱离金属所要做功的最小值,所以如果用E 表示动能最大的光电子所具有的动能,那么就有下面的关系式E =hn-W (其中,h表示普兰克常量,n表示入射光的频率),这个关系式通常叫做爱因斯坦光电效应方程。

光电探测器 入门详细解析

光电探测器 摘要 本文研究了近期崛起的高科技新秀:光电探测器。本文从光电探测器的分类、原理、主要参数、典型产品与应用、前景市场等方面简单介绍了光电探测器,使大家对光电探测器有一个初步的理解。了解光电探测材料的原理不仅有利于选择正确适宜的光电探测材料,而且对研发新的光电探测器有所帮助 一、简单介绍引入 光电探测器是指一类当有辐射照射在表面时,性质会发生各种变化的材料。光电探测器能把辐射信号转换为电信号。辐射信号所携带的信息有:光强分布、温度分布、光谱能量分布、辐射通量等,其进过电子线路处理后可供分析、记录、储存和显示,从而进行探测。 光电探测器的发展历史: 1826年,热电偶探测器→1880,金属薄膜测辐射计→1946,热敏电阻→20世纪50年代,热释电探测器→20世纪60年代,三元合金光探测器→20世纪70年代,光子牵引探测器→20世纪80年代,量子阱探测器→近年来,阵列光电探测器、电荷耦合器件(CCD) 这个被誉为“现代火眼金睛”的光电探测材料无论在经济、生活还是军事方面,都有着不可或缺的作用。 二、光电探测材料的分类。 由于器件对辐射响应的方式不一样,以此可将光电探测器分为两大类,分别是光 1

子探测器和热探测器。 ○1光子探测器:光子,是光的最小能量量子。单光子探测技术,是近些年刚刚起步的一种新式光电探测技术,其原理是利用新式光电效应,可对入射的单个光子进行计数,以实现对极微弱目标信号的探测。光子计数也就是光电子计数,是微弱光(低于10-14W)信号探测中的一种新技术。 ○2利用光热效应制作的元件叫做热探测器,同时也叫热电探测器。(光热效应指的是当材料受光照射后,光子能量会同晶格相互作用,振动变得剧烈,温度逐渐升高,由于温度的变化,而逐渐造成物质的电学特性变化)。 若将光电探测器按其他种类分类,则 按应用分类:金属探测器,非成像探测器(多为四成像探测器),成像探测器(摄像管等)。 按波段分类:红外光探测器(硫化铅光电探测器),可见光探测器(硫化镉、硒化镉光敏电阻),紫外光探测器。 2

光电探测器原理

光电探测器原理及应用 光电探测器种类繁多,原则上讲,只要受到光照后其物理性质发生变化的任何材料都可以用来制作光电探测器。现在广泛使用的光电探测器是利用光电效应工作的,是变光信号为电信号的元件。 光电效应分两类,内光电效应和外光电效应。他们的区别在于,内光电效应 的入射光子并不直接将光电子从光电材料内 部轰击出来,而只是将光电材料内部的光电 子从低能态激发到高能态。于是在低能态留 下一个空位——空穴,而高能态产生一个自 由移动的电子,如图二所示。 硅光电探测器是利用内光电效应的。 由入射光子所激发产生的电子空穴对,称为光生电子空穴对,光生电子空穴对虽然仍在材料内部,但它改变了半导体光电材料的导电性能,如果设法检测出这种性能的改变,就可以探测出光信号的变化。 无论外光电效应或是内光电效应,它们的产生并不取决于入射光强,而取决于入射光波的波长λ或频率ν,这是因为光子能量E只和ν有关: E=hν(1) 式中h为普朗克常数,要产生光电效应,每个光子的能量必须足够大,光波波长越短,频率越高,每个光子所具有的能量hν也就越大。光强只反映了光子数量的多少,并不反映每个光子的能量大小。 目前普遍使用的光电探测器有耗尽层光电二极管和雪崩光电二极管,是由半导体材料制作的。 半导体光电探测器是很好的固体元件,主要有光导型,热电型和P—N结型。但在许多应用中,特别是在近几年发展的光纤系统中,光导型探测器处理弱信号时噪声性能很差;热电型探测器不能获得很高的灵敏度。而硅光电探测器在从可见光到近红外光区能有效地满足上述条件,是该波长区理想的光接收器件。一、耗尽层光电二极管 在半导体中,电子并不处于单个的分裂 能级中,而是处于能带中,一个能带有许多

光电探测器

一`光电探测器 第一节 光辐射探测器的主要指标 光信号的探测是光谱测量中的重要一环,在不同的场合和针对不同的目的所采用的探测器也不同,最重要的考虑是探测器的应用波长范围、探测灵敏度以及响应时间。光探测器是将光辐射能转变为另一种便于测量的物理量的器件,它的门类繁多,一般来说可以按照在探测器上所产生的物理效应,分成光热探测器、光电探测器和光压探测器,光压探测器使用得很少。本章将着重介绍光谱学测量中常用的探测器。 光热探测器是探测元件吸收光辐射后引起温度的变化,例如光能被固体晶格振动吸收引起固体的温度升高,因此对光能的测量可以转变为对温度变化的测量。这种探测器的主要特点是:具有较宽的光波长响应范围,但时间响应较慢,测量灵敏度相对也低一些,经常用于光功率或光能量的测量。 光电探测器是将光辐射能转变为电流或电压信号进行测量,是最常使用的光信号探测器。它的主要特点是:探测灵敏度高,时间响应快,可以对光辐射功率的瞬时变化进行测量,但它具有明显的光波长选择特性。光电探测器又分内光电效应器件和外光电效应器件,内光电效应是通过光与探测器靶面固体材料的相互作用,引起材料内电子运动状态的变化,进而引起材料电学性质的变化。例如半导体材料吸收光辐射产生光生载流子,引起半导体的电导率发生变化,这种现象称为光电导效应,所对应的器件称为光导器件;又如半导体PN 结在光辐照下,产生光生电动势,称为光生伏特效应,利用这种效应制成的器件称为光伏效应器件。 外光电效应器件是依据爱因斯坦的光电效应定律,探测器材料吸收辐射光能使材料内的束縛电子克服逸出功成为自由电子发射出来。 P k E h E -=ν ---------------------------------- (2.1-1) 上式中 νh 是入射光子的能量,E p 是探测器材料的功函数,即光电子的逸出功,E k 是光电子离开探测器表面的动能。这种探测器有一个截止频率和截止波长C ν和C λ: h p E c = ν , () ()nm eV E E hC p p C 1240= = λ --------(2.1-2)

光电传感器性能参数分析

课程小论文 题目:光电传感器性能参数分析 院 (部) 专业 学生姓名 学生学号 指导教师 课程名称 课程代码 课程学分 起始日期

光电传感器性能参数分析 摘要:在科学技术高速发展的现代社会中,人类已经入瞬息万变的信息时代,人们在日常生活,生产过程中,主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输,来实现制动控制,自动调节,目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。由于微电子技术,光电半导体技术,光导纤维技术以及光栅技术的发展,使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单,形式灵活多样等优点,在自动检测技术中得到了广泛应用,它一种是以光电效应为理论基础,由光电材料构成的器件。 关键字:光电效应、光电元件、光电特性、传感器分类、传感器应用

目录 目录 (3) 1、引言 (4) 2、光电传感器 (4) 3、光电效应 (6) 4、光电传感器的前景 (6) 5、总结 (7) 参考文献 (8)

一、引言 随着工业生产技术的发展,对生产过程中的过程控制要求越来越高,而作为控制系统的核心之一,传感器越来越受工业技术人员的重视。人们对高性能检测技术的发展需求与日俱增。其中非电量测量的受欢迎程度最为广泛,可将距离、位移、振动等信号转换为电信号,并通过这些方法获得被测物体的状态。非电量检测技术分为接触式与非接触式检测。在工业生产环境中,有些场合不适用接触式检测,因为传感器与被测物体的接触,在工业现场环境中会造成被测体损伤、传感器磨损等问题。因此,需要性能良好的非接触式传感器以满足工业需求,相关技术的研究也成为传感器检测技术的发展方向。 光电检测技术作为目前检测技术之一,目前国内对于光电检测的研究已有一些成果,但目前产品还存在着一些问题,例如线性测量范围过短、对现场装配条件要求较高等,距离满足工业现场的要求还存在一定距离。所以,为了解决这些问题,光电效应对传感器性能的影响是很重要的研究方向之一,可以使光电传感器应用在更多的领域,推动光电检测技术的发展。 二、光电传感器 光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的,它的基本结构如下图,它首先把被测量的变化转换成光信号的变化,然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源,光学通路和光电元件三部分组成.光电检测方法具有精度高,反应快,非接触等优点,而且可测参数多,传感器的结构简单,形式灵活多样,因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。 图1光电传感器原理图 光电传感器一般由三部分构成,它们分为:发送器、接收器和检测电路,发送器对准目标发射光束,发射的光束一般来源于半导体光源,发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射,或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面,装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路,它能滤出有效信号和应用该信号。 光电传感器是一种依靠被测物与光电元件和光源之间的关系,来达到测量目的

光电传感器的原理及应用

光电传感器的原理及应用

光电传感器的原理与应用 学院: 班级: 学号: 姓名: 指导老师:

电感式传感器的原理及应用 摘要:将被测量变化转换成电感量变化的传感器,称为电感式传感器。电感它利用电磁感应原理将被测非电量(位移、压力、流量、振动等)转换为线圈自感系数L 或互感系数M 的变化,再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出。其工作流程图如下所示: 关键字:电感测微仪、原理、应用,发展 正文: 1.电感式传感器的原理、组成及特点 电感式传感器由三大部分组成:振荡器、开关电路及放大输出电路。振荡器产生一个交变磁场。当金属目标接近这一磁场,并达到感应距离时,在金属目标内产生涡流,从而导致振荡衰减,以至停振。振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号,触发驱动控制器件,从而达到非接触式之检测目的。 电感式传感器具有以下特点:(1)结构简单,传感器无活动电触点,因此工作可靠寿命长。(2)灵敏度和分辨力高,能测出0.01微米的位移变化。传感器的输出信号强,电压灵敏度一般每毫米的位移可达数百毫伏的输出。 (3)线性度和重复性都比较好,在一定位移范围(几十微米至数毫米)内,传感器非线性误差可达0.05%-0.1%。同时,这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制,它在工业自动控制系统中广泛被采用。但不足的是,它有频率响应较低,不宜快速动态测控等缺点。 2.电感式传感器的类别及其在实际生活中的应用 常用电感式传感器有变间隙型、变面积型和螺管插铁型。在实际应用中,这三种传感器多制成差动式,以便提高线性度和减小电磁吸力所造成的附加误差。 1、变间隙型电感传感器 这种传感器的气隙δ随被测量的变化而改变,从而改变磁阻。原理图如下所示: 输入量(温度、 压力等) LC 振荡 电路 测量电路 输出(电压、电 流的变化量)

光电传感器的原理、功能特点等应用

光电传感器的原理、功能特点等应用 光电传感器是将光信号转换为电信号的一种器件。光电传感器一般由处理通路和处理元件两部分组成。其基本原理是以光电效应为基础,把被测量的变化转换成光信号的变化,然后借助光电元件进一步将非电信号转换成电信号。 其工作原理基于光电效应。光电效应是指光照射在某些物质上时,物质的电子吸收光子的能量而发生了相应的电效应现象。光电效应是指用光照射某一物体,可以看作是一连串带有一定能量为的光子轰击在这个物体上,此时光子能量就传递给电子,并且是一个光子的全部能量一次性地被一个电子所吸收,电子得到光子传递的能量后其状态就会发生变化,从而使受光照射的物体产生相应的电效应。光电传感器因为采用光学原理,因此其采集结果更精准、快速。 特点: 光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点,而且可测参数多,传感器的结构简单,形式灵活多样,因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件,它是把光信号(可见及紫外镭射光)转变成为电信号的器件。光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的非电物理量,如光强、光照度、辐射测温、

气体成分分析等;也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量,如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度,以及物体的形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点,因此应用广泛。 工作原理: 由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的,按光电元件(光学测控系统)输出量性质可分二类,即模拟式光电传感器和脉冲(开关)式光电传感器。模拟式光电传感器是将被测量转换 光电式传感器分类: ⑴反光板型光电开关 把发光器和收光器装入同一个装置内,在前方装一块反光板,利用反射原理完成光电控制作用,称为反光板反射式(或反射镜反射式)光电开关。正常情况下,发光器发出的光源被反光板反射回来再被收光器收到;一旦被检测物挡住光路,收光器收不到光时,光电开关就动作,输出一个开关控制信号。 ⑵对射型光电传感器,若把发光器和收光器分离开,就可使检测距离加大,一个发光器和一个收光器组成对射分离式光电开关,简称对射

光电探测技术

第一章: 1,光电检测系统的基本组成及各部分的主要作用? 光源——光学系统——被测对象——光学变换——光电转换——电信号放大与处理[存储,显示,控制] 作用:光学变换:将被测量转换为光参量,有时需要光信号的匹配处理,目的是更好的获得待测量的信息。 电信号放大与处理的作用:存储,显示,控制。 第二章: 1、精密度、准确度、精确度、误差、不确定度的意义、区别。 答:精密度高指偶然误差较小,测量数据比较集中,但系统误差大小不明确; 准确度高指系统误差较小,测量数据的平均值偏离真值较少; 精确度高指偶然误差和系统误差都比较小,测量数值集中在真值附近; 误差=测量结果-真值;不确定度用标准偏差表示。 2、朗伯辐射体的定义?有哪些主要特性? 答:定义:辐射源各方向的辐亮度不变的辐射源。特性:自然界大多数物体的辐射特性,辐亮度与观察角度无关。 3、光谱响应度、积分响应度、量子效率、NEP、比探测率的定义、单位及物理意义。 答:灵敏度又叫响应度,定义为单位辐射度量产生的电信号量,记作R,电信号可以是电流,称为电流响应度;也可以是电压,称为电压响应度。对应不同辐射度量的响应度用下标来表示。辐射度量测量中,测不同的辐射度量,应当用不同的响应度。 对辐射通量的电流响应度(AW-1 ) 对辐照度的电流响应度(AW-1 m 2 ) E 对辐亮度的电流响应度(AW-1 m 2 Sr)L 量子效率:在单色辐射作用于光电器件时,单位时间产生的的光电子数与入射的光子数之比,为光电器件的量子效率。 NEP:信噪比等于1时所需要的最小输入光信号的功率。单位:W。物理意义:反映探测器理论探测能力的重要指标。 比探测率:定义;物理意义:用单位探测系统带宽和单位探测器面积的噪声电流来衡量探测器的探测能力。 第三章: 1、光源的分类及各种光源的典型例子;相干光源和非相关光源包括哪些? 答:按照光波在时间、空间上的相位特征,一般将光源分成相干光源和非相干光源;按发光机理可分为:热辐射光源,常用的有:太阳、黑体源、白炽灯,典型军事目标辐射;气体辐射光源,广泛用作摄影光源;固体辐射光源,用于数码、字符和矩阵的显示;激光光源,应用:激光器。相干光源:激光;非相关光源:普通光源。 2、对一个光电检测系统的光源通常都有哪方面要求? 答:1.波长(光谱)特性2.发光强度(光功率)3.光源稳定性(强度、波长) 3、辐射效率和发光效率的概念及意义 答:在给定λ1~λ2波长范围内,某一辐射源发出的辐射通量与产生这些辐射通量所需比,称为该辐射源在规定光谱范围内的辐射效率;某一光源所发射的光通量与产生这些光通量所需的电功/率之比,就是该光源的发光效率。 4、色温,配光曲线的概念及意义 答:色温:如果辐射源发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射出的光的颜色相同,则黑体的

光谱用光电探测器介绍

光谱用光电探测器介绍 -卓立汉光公司----(转载请注明出处) 光探测器按照工作原理和结构,通常分为光电探测器和热电探测器,其中光电探测器包括真空光电器件(光电倍增管等)和固体光电探测器(光电二极管、光导探测器、CCD等)。 ● 光电倍增管(PHOTOMULTIPLIER TUBES,PMT) 光电倍增管(PMT)是一种具有极高灵敏度的光探测器件,同时还有快速响应、低噪声、大面积阴极(光敏面)等特点。 典型的光电倍增管,在其真空管中,包括光电发射阴极(光阴极)和聚焦电极、电子倍增极和电子收集极(阳极)的器件。当光照射光阴极,光阴极向真空中激发出光电子。这些光电子按聚焦极电场进入倍增系统,通过进一步的二次发射得到倍增放大;放大后的电子被阳极收集作为信号输出(模拟信号输出)。因为采用了二次发射倍增系统,光电倍增管在可以探测到紫外、可见和近红外区的辐射能量的光电探测器件中具有极高的灵敏度和极低的噪声。 从接受入射光方式上来分,光电倍增管有侧窗型(Side-on)和端窗型(Head-on)两种结构。 侧窗型的光电倍增管,从玻璃壳的侧面接收入射光,而端窗型光电倍增管是从玻璃壳的顶部接收入射光。通常情况下,侧窗型光电倍增管价格较便宜,并在分光光度计和通常的光度测定方面有广泛的使用。大部分的侧窗型光电倍增管使用了不透明光阴极(反射式光阴极)和环形聚焦型电子倍增极结构,这使其在较低的工作电压下具有较高的灵敏度。 端窗型(也称作顶窗型)光电倍增管在其入射窗的内表面上沉积了半透明光阴极(透过式光阴极),使其具有优于侧窗型的均匀性。端窗型光电倍增管的特点还包括它拥有从更大面积的光敏面(几十平方毫米到几百平方厘米的光阴极)。端窗型光电倍增管中还有针对高能物理实验用的,可以广角度捕集入射光的大尺寸半球形光窗的光电倍增管。 由于外加电压的变化会引起光电倍增管增益的变化,对输出的影响很大,因此对供给光电倍增管的工作电源电压要求较高,必须有极好的稳定性。卓立汉光的HVC系列高压稳压电源,其稳定性能达到±0.03%/h,非常适合作为光电倍增管高压电源。 同时需要注意的是,由于光电倍增管增益很大,一般情况不允许加高压时暴露在日光下测量可见光,以免造成损坏,作为光探测器使用时,需要将光电倍增管进行密封。卓立汉光所提供的光电倍增管封装严格按照要求进行封装,保证客户的正常安全使用。 另外,光电倍增管受温度影响很大,降低光电倍增管的使用环境温度可以减少热电子发射,从而降低暗电流。特别是在使用长波(近红外波段,俗称红敏)光电倍增管时,应当严格控制光电倍增管的环境温度。此外,大多数的光电倍增管会受到磁场的影响。磁场会使电子脱离预定轨道而造成增益的减少。因而影响到光电倍增管的工作效率。因此,光电倍增管的封装要特别注意进行电磁屏蔽;卓立汉光提供的光电倍增管均进行了有效地电磁屏蔽。 ● 光电二极管(Photodiode) 光电二极管的工作原理主要基于光生伏特效应。 光生伏特效应是半导体材料吸收光能后,在PN结上产生电动势的效应。 ● 光电导探测器(Photoconductive Detector) 光电导探测器是利用半导体材料的光电导效应制成的一种光探测器件。 所谓光电导效应,是指由辐射引起被照射材料电导率改变的一种物理现象。 通常,凡禁带宽度合适的半导体材料都具有光电效应。但是制造实用性器件还要考虑性能、工艺、价格等因素。常用的光电导探测器材料在射线和可见光波段有:CdS、CdSe、CdTe、Si、Ge等;在近红外波段有:PbS、PbSe、InSb、Hg0.75Cd0.25Te等;在长于8μm 波段有:Hg1-xCdxTe、PbxSn1-x、Te、Si掺杂、Ge掺杂等;CdS、CdSe、PbS等材料可以由多晶薄膜形式制成光电导探测器。 可见光波段的光电导探测器极少用于光谱探测,通常称为光敏电阻。故卓立汉光采用的可见光波段的光探测器通常为PMT和光电二极管。 红外波段的光电导探测器PbS、Hg1-xCdxTe 的常用响应波段在1~3μm、3~5μm、8~14μm三个大气透过窗口。由于它们的禁带宽度很窄,因此在室温下,热激发足以使导带中有大量的自由载流子,这就大大降低了对辐射的灵敏度。响应波长越长的光,电导体这种情况越显著,其中1~3μm波段的探测器可以在室温工作(灵敏度略有下降)。3~5μm波段的探测器分三种情况:1、‘在室温下工作,但灵敏度大大下降,探测度一般只有1~7×108cm·Hz/W;2、热电致冷温度下工作(约-60℃),探测度约为109 cm·Hz/W;3、77K或更

光电传感器原理及应用

光电传感器原理及应用 院系:电气与机械工程学院 班 级: 13级电气2班 姓 名: 李 刚 学号: 131050147 PINGDINGSHANUNIVERSITY

前言 随着科技的发展,人类越来越注重信息和自动化,在日常的生产学习过程中,人们常常要进行自动筛选、自动传送,安全防护,而为了实现这些,光电传感发挥了不可磨灭的作用。光敏传感器的物理基础是光电效应,即光敏材料的电学特性因受到光的照射而发生变化。 光电传感器的原理 理论基础——光电效应 光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。外光电效应是指在光照射下,电子逸出物体表面的外发射的现象,也称光电发射效应,基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。内光电效应是指入射的光强改变物质导电率的物理现象,称为光电导效应,大多数光电控制应用的传感器,如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池、光电耦合器件等都属于内光电效应类传感器。 1.外光电效应 光照在照在光电材料上,材料表面的电子吸收的能量,若电子吸收的能量足够大,电子会克服束缚逸出表面,从而改变光电子材料的导电性,这种现象成为外光电效应。 根据爱因斯坦的光电子效应,光子是运动着的粒子流,每种光子的能量为hv(v 为光波频率,h 为普朗克常数),由此可见不同频率的光子具有不同的能量,光波频率越高,光子能量越大。假设光子的全部能量交给光子,电子能量将会增加,增加的能量一部分用于克服正离子的束缚,另一部分转换成电子能量。根据能量守恒定律: 式中,m 为电子质量,v 为电子逸出的初速度,w 为逸出功。 由上式可知,要使光电子逸出阴极表面的必要条件是hv>w 。由于不同材料具有不同的逸出功,因此对每一种阴极材料,入射光都有一个确定的频率限,当入射光的频率低于此频率限时,不论光强多大,都不会产生光电子发射,此频率限称 为“红限”。相应的波长为 式中,c 为光速,w 为逸出功。 2.内光电效应 在光线作用下,物体的导电性能发生变化或产生光电电动势的效应称为内光电效应。内光电效应可分为以下两类: (1)光电导效应 在光线作用下,对于半导体材料吸收了入射光子能量,若光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度,就激发出电子—空穴对,使载流子浓度增加,半导体的导电性增加,阻值减低,这种现象称为光电导效应。光敏电阻就是基于这种效应的光电器件。 (2)光生伏特效应 在光线的作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象称为光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池。 w hv -=2mv 21w hc K =λ

光感式传感器原理及其应用

机电工程系 传感器与检测技术学习报告 专业班级:生产过程自动化14-2 姓名:张鹏宇 学号:2014060319 项目名称:光感式传感器的应用与发展指导教师:刘辉 评定成绩:

2015年12月15日 摘要:光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测光量变化或直接引起光量变化的非电量,也可用于检测能转换成光量变化的其他非电量。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化,然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电式传感器具有响应快、精度高、能实现非接触测量等优点,而且可测参数多,传感器的结构简单,形式灵活多样,因此,光电式传感器在检测和控制领域应用非常广泛。 关键词:光电式传感器;检测光量变化;电信号;检测与控制。 1 前言 传感器是将感受的物理量、化学量等信息,按一定规律转换成便于测量和传输的信号的装置。电信号易于传输和处理,所以大多数的传感器是将物理量等信息转换成电信号输出的。例如传声器就是一种传感器,它感受声音的强弱,并转换成相应的电信号。又如电感式位移传感器能感受位移量的变化,并把它转换成相应的电信号。 光电测量时不与被测对象直接接触,光束的质量又近似为零,在测量中不存在摩擦和对被测对象几乎不施加压力。因此在许多应用场合,光电式传感器比其他传感器有明显的优越性。 2 光电式传感器工作原理 2.1 光电效应 光电效应是光照射到某些物质上,使该物质的导电特性发生变化的一种物理

现象,可分为外光电效应、内光电效应和光生伏特效应(光生伏特效应包含于内光电效应,在此为特意列出)三类。 外光电效应是指在光线作用下,物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。光子是以量子化“粒子”的形式对可见光波段内电磁波的描述。光子具有能量hν,h为普朗克常数,ν为光频。光子通量则相应于光强。外光电效应由爱因斯坦光电效应方程描述: EK=hν-W 当光子能量等于或大于逸出功时才能产生外光电效应。因此每一种物体都有一个对应于光电效应的光频阈值,称为红限频率。对于红限频率以上的入射光,外生光电流与光强成正比。 内光电效应是指在光线作用下,物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应,分为光电导效应和光生伏特效应两类。光电导效应是指,半导体材料在光照下禁带中的电子受到能量不低于禁带宽度的光子的激发而跃迁到导带,从而增加电导率的现象。能量对应于禁带宽度的光子的波长称光电导效应的临界波长。光生伏特效应指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。 光生伏特效应首先是由光子转化为电子、光能量转化为电能量的过程;其次,是形成电压过程。可分为势垒效应(结光电效应)和侧向光电效应。势垒效应的机理是在金属和半导体的接触区(或在PN结)中,电子受光子的激发脱离势垒(或禁带)的束缚而产生电子空穴对,在阻挡层内电场的作用下电子移向N区外侧,空穴移向P区外侧,形成光生电动势。侧向光电效应是当光电器件敏感面受光照不均匀时,受光激发而产生的电子空穴对的浓度也不均匀,电子向未被照射部

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