导图社区 光电器件与技术
这是一篇关于光电器件与技术的思维导图,包含了光电检测应用中的基础知识、光电检测中的常用光源、结型光电器件等。
编辑于2023-12-06 23:29:38这是一篇关于哲学十五讲的思维导图,主要内容包括:第五讲、主体与客体,第一讲、哲学与爱智,第四讲、生存与生活,第十一讲、思维与存在,第十五讲、理念与境界,第十四讲、存在与表征,第十三讲、存在与本体,第十讲、历史与文化,第十二讲、思想与反思,第三讲、人与世界,第七讲、小我与大我,第六讲、感性与理性,第九讲、标准与选择,第二讲、熟知与真知,第八讲、理性。
这是一篇关于Objective的思维导图,主要内容包括:Integrity,Development,Participation,Performance。
这是一篇关于遥感数字图像处理的思维导图,主要内容包括:第十一章:遥感数字图像分类,第八章:图像增强,第十二章:遥感制图表达,第十章:特征提取与选择,第九章:感兴趣目标及对象提取,第七章:图像去噪声,第六章:几何校正,第五章:辐射校正,第四章:变换域处理方法,第三章:空间域的处理方法,第二章:数字图像存储与处理,第一章:数字图像基础。
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这是一篇关于遥感数字图像处理的思维导图,主要内容包括:第十一章:遥感数字图像分类,第八章:图像增强,第十二章:遥感制图表达,第十章:特征提取与选择,第九章:感兴趣目标及对象提取,第七章:图像去噪声,第六章:几何校正,第五章:辐射校正,第四章:变换域处理方法,第三章:空间域的处理方法,第二章:数字图像存储与处理,第一章:数字图像基础。
光电器件与技术
第1章光电检测应用中的基础知识
辐射度学和光度学基本概念
辐(射能)通量定义:
对于电磁波的传播来说,辐功率的定义是单位时间通过某一截面的辐射能
辐[射]强度定义:
点状辐射体在不同方向上的辐射特性
辐[射]亮度(或称辐射度)定义:
对于小面积的面辐射源,以辐亮度Le来表示其表面不同位置在不同方向上的辐射特性
辐[射]出[射]度的定义:
面辐射源的单位面积上辐射的辐通量
辐照度定义:
表示每单位受照面接受的辐通量
光通量:
为了从数量上描述电磁辐射对视觉的刺激强度,引入一个新的物理量,称为光通量,也称为光功率
点光源的发光强度定义:
点光源在给定方向上,单位立体角内发出的光通量
亮度定义
对于小面积的面光源,以亮度来表示其表面不同位置在不同方向上的辐射特性
光出射度:
面光源从单位面积上辐射的光通量
照度:
入射到单位面积上的光通量称为照度
能带的形成
一个电子能级因受N个原子核的作用而分裂成N个新的靠得很近的能级这N个新能级之间能量差异极小,而N值很大,于是这N个能级几乎连成一片而形成具有一定宽度的能带
能带的结构
允许被电子占据的能带称为允带允带之间的范围是不允许被电子占据的,这一范围称为禁带被电子占满的允带称为满带原子中最外层电子称为价电子,这一壳层分裂所成的能带称为价带比价带能量更高的允许带称为导带;没有电子进入的能带称为空带
黑体辐射定律
如果一物体,在任何温度下对任何波长的入射辐射能的吸收比都等于1,那么这物体称为绝对黑体
光电效应
光电效应
光电导效应
光生伏特效应
外光电效应
光电探测器的噪声和特性参数
噪声分类
光子噪声
信号辐射产生的噪声
背景辐射产生的噪声
探测器噪声
热噪声
散粒噪声
产生-复合噪声
1/f噪声
温度噪声
信号放大及处理电路噪声
特性参数
响应率(响应度)
光谱响应率(适用的波长范围)
等效噪声功率(噪声等效功率)
探测率与比探测率
时间常数(响应时间)
线性
量子效率
第2章光电检测中的常用光源
光源的特性参数
辐射效率
发光效率
光谱功率分布
光源的颜色
色表
显色性
光源的色温
色温
相关色温
分布温度
热辐射源
太阳
黑体模拟器(吸收比等于1,能发射所有波长的辐射源-绝对黑体)
白炽灯
气体放电光源(气体灯—利用放电原理)
1.发光效率高
2.由于不靠灯丝发光,电极可以做得牢固紧凑耐震、抗冲击
3.寿命长一般比白炽灯寿命长2~10倍
4.光色适应性强,可在较大范围内选择
激光器
激光原理
自发辐射、受激吸收和受激辐射
爱因斯坦A系数和B系数
激光产生的必要条件
粒子数反转
光泵
谐振腔
激光器的结构
工作物质
谐振腔
泵浦源
激光器的类型
气体激光器
固体激光器
染料激光器
半导体激光器
第3章结型光电器件
结型光电器件工作原理
硅光电池
太阳能光电池
测量光电池
硅光电三极管
PNP型,PNP型称为3CU型硅光电三极管
NPN型,NPN型称3DU型硅光电三极管
特殊结型光电器件
象限探测器
PIN型光电二极管
特殊结构的PIN型光电二极管
光电位置传感器(PSD)
雪崩光电二极管(APD)
紫外光电二极管
结型光电器件
光电耦合器件
光电耦合件的电路包括驱动和输出两部分
第4章光电导器件
电光敏阻的主要特性参数
光电导灵敏度Sg
光电导增益M
量子效率
光谱响应率与光谱响应曲线
响应时间和频率特性
光电特性和γ值
前历效应
温度特性
光敏电阻的特点(与结型相比)
(1)产生光电变换的部位不同光敏电阻不管那一部份受光,受光部份的电导率就增大;
(2)光敏电阻没有极性,工作时可任意外加电压
(3)光敏电阻的光电导效应主要依赖于非平衡载流子的产生与复合运动,时间常数较大,频率响应较差;
(4)有些结型光电器件,如光电三极管、雪崩光电二极管等有较大的内增益作用,因此灵敏度较高,也可以通过较大的电流
常见的光敏电阻
硫化镉(CdS)光敏电阻
硫化铅(PbS)光敏电阻
锑化铟(InSb)光敏电阻
碲锡铅(PbSnTe)系列光敏电阻
第5章真空光电器件
光电阴极
能够产生光电发射效应的物体称为光电发射体,光电发射体在光电器件中常与阴极相联故又称为光电阴极
光电阴极的主要参数
灵敏度
量子效率
光谱响应曲线
热电子发射
光电阴极的分类
透射型
反射型
光电管与光电倍增管
光电管
玻壳(光窗)
光电阴极
阳极
光电倍增管
主要由入射窗口
光电阴极
电子光学系统
电子倍增系统
阳极
光电倍增管的主要特性参数
灵敏度
暗电流
噪声
线性
稳定性
滞后效应
伏安特性
时间特性
磁场特性
光电倍增管的应用
光谱测量
极微弱光信号的探测——光子计数
射线的探测
第6章真空成像器件
像管
像管定义
包括变像管和像增强器,都具有光谱变换、图像增强和成像的功能
像管结构
光电阴极
电子透镜
电光变换
像管的特性参数
光谱响应特性和光谱匹配
等效背景照度
分辨率
常见像管
红外变像管
紫外变象管
选通式变像管
常见像增强器
级联式像增强器
微通道板像增强器
第三代像增强器
X射线像增强器
摄像管
摄像管定义
把按空间光强分布的光学图像记录并转换成视频信号的成像装置
摄像管具有三个基本功能
光电变换
光电信息的积累
储存及扫描输出
摄像管的特性参数
灵敏度
光电转换特性
分辨率
第7章固体成像器件
分类:
电荷耦合器件,简称CCD
自扫描光电二极管列阵,简称SSPD,SSPD又称MOS图像传感器
与真空摄像器件相比固体成像器件的优点:
(1)体积小,重量轻,功耗低;耐冲击,可靠性高,寿命长;
(2)无象元烧伤、扭曲,不受电磁场干扰;
(3)SSPD的光谱响应范围从0.25~1.1µm;对近红外线也敏感;CCD也可做成红外敏感型;
(4)象元尺寸精度优于1µm,分辨率高;
(5)可进行非接触位移测量;
(6)基本上不保留残象(真空摄像管有15%~20%的残象)
(7)视频信号与微机接口容易
电荷耦合器件(CCD)
CCD组成
信号输入部分
电荷转移部分
信号输出部分
CCD的特点
以电荷作为信号,不是以电流或电压作为信号
电荷耦合原理
对于半导体器件,当金属电极加上正电压时,接近半导体表面的空穴被排斥,电子增多,在表面下一定范围内只留下受主离子,形成耗尽区该区域对电子来说是一个势能很低的区域,也称势阱加在栅极上的电压愈高,表面势越高,势阱越深;若外加电压一定,势阱深度随势阱中电荷量的增加而线性下降
BCCD和SCCD区别:
(1)SCCD信号处理能力大(相近条件大一倍),BCCD中电荷包到电极的有效距离大,降低了有效电容,也降低了信号处理能力
(2)BCCD有较大的边缘电场和较高的载流子迁移率,缩短了载流子的渡越时间,提高了工作频率上限,比SCCD提高了一个数量级
(3)BCCD的转移沟道在半导体内,避免了表面态的俘获作用,大大提高了转移效率
(4)对于两相BCCD,电荷存储在厚栅下,薄栅是转移栅;SCCD中,电荷存储在薄栅下,厚栅是转移栅
SCCD工艺简单、信号处理容量大;BCCD最大优点噪声低,低照度下较为理想
CCD摄像机
可见光CCD
红外CCD
X射线CCD
紫外光CCD
CCD受光照的方式
正面受光
背面受光
第8章红外辐射与红外探测器
红外辐射
红外辐射俗称红外线(IR),是一种人眼看不见的光线
红外辐射和所有电磁波一样,是以波的形式在空间直线传播的它在
真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度
红外探测器
分类
热探测器
热探测器是利用探测元件吸收红外辐射能量而引起温升,在此基础上借助各种物理效应把温升转变成电量的一种探测器
光子探测器
光子型红外探测器是利用某些半导体材料在红外辐射的照射下,产生光电效应,使材料的电学性质发生变化,通过测量电学性质的变化,可以确定红外辐射的强弱
性能参数
电压响应率
光谱响应
等效噪声功率
比探测率
时间常数
红外测温原理
斯蒂芬—玻耳兹曼定律
红外测温的特点
红外测温反应速度快
红外测温灵敏度高
红外测温属于非接触测温
红外测温准确度高
第9章光导纤维与光纤传感器
光导纤维
光纤的结构
纤芯
包层
外套
分类
阶跃型
梯度型
表征光信号通过光纤时的特性参数
传输损耗
色散
容量
抗拉强度
集光本领
光纤传感器
功能型(传感型)
特点
具有很高的灵敏度尤其是利用各种干涉技术对光的相位变化进行测量的光纤传感器,具有极高的灵敏度
分类
相位调制型光纤传感器
光强调制型光纤传感器
偏振态调制型光纤传感器
非功能型(传光型)
特点
结构简单、可靠,技术上易实现但其灵敏度、测量精度一般低于功能型光纤传感器
分类:
传输光强调制型光纤传感器
反射光强调制型光纤传感器
频率调制型光纤传感器
光纤液位传感器