光谱 光谱 光波波长为1010m的电磁波 可见光:波长380780nm 紫外线:波长10380nm, 波长300380nm称为近紫外线 波长200—300nm称为远紫外线 波长10200nm称为极远紫外线 红外线:波长78010nm 波长3m(即3000nm)以下的称近红外线 波长超过3m的红外线称为远红外线 光谱分布如图所示
一 、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
0.01 0.1 10 0.05 0.5 波长/um 极远紫外 远近可见光近红外远红外 紫紫 外外 3×1018 1016 5×1015 1015 14 5×1014 5×1013 频率/Hz 100 10 光子能量/eV 50 0.5 光的波长与频率的关系由光速确定,真空中的光速 299793×1010cm/s,通常C≈3×1010cm/s。光的波长 1和频率v关系为 =3×1010cm/ v的单位为Hz,的单位为cm
远 紫 外 近 紫 外 极远紫外 可见光 近红外 远红外 0.01 0.1 1 10 0.05 0.5 5 波长/μm 频率/Hz 光子能量/eV 1015 5×1014 1014 5×1013 100 10 1 50 5 0.5 5×10 10 15 16 3×1018 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 ν的单位为Hz，λ的单位为cm。 νλ=3×1010cm / s
光电效应 1、外光电效应 光子是具有能量的粒子,每个光子的能量: E=hv h普朗克常数,6626×1034Js; v光的频率(s1)
光电效应 1、外光电效应 光子是具有能量的粒子，每个光子的能量： E=hν h—普朗克常数，6.626×10-34J·s； ν—光的频率（s -1）
根据爱因斯坦假设,一个电子只能接受一个光子 的能量,所以要使一个电子从物体表面逸出,必 须使光子的能量大于该物体的表面逸出功,超过 部分的能量表现为逸出电子的动能。外光电效应 多发生于金属和金属氧化物,从光开始照射至金 属释放电子所需时间不超过10%s。 根据能量守恒定理 hv =mUo Ao 式中m—电子质量;V—电子逸出速度
根据爱因斯坦假设，一个电子只能接受一个光子 的能量，所以要使一个电子从物体表面逸出，必 须使光子的能量大于该物体的表面逸出功，超过 部分的能量表现为逸出电子的动能。外光电效应 多发生于金属和金属氧化物，从光开始照射至金 属释放电子所需时间不超过10-9 s。 根据能量守恒定理 式中 m—电子质量；v0—电子逸出速度。 0 2 0 2 1 h = m + A
■光电子能否产生,取决于光电子的能量是否大于该物 体的表面电子逸出功A0。不同的物质具有不同的逸出功 即每一个物体都有一个对应的光频阈值,称为红限频率 或波长限 ■当入射光的频谱成分不变时,产生的光电流与光强成 正比。即光强愈大,意味着入射光子数目越多,逸出的 电子数也就越多 ■光电子逸出物体表面具有初始动能mv022,因此外光 电效应器件(如光电管)即使没有加阳极电压,也会有 光电子产生。为了使光电流为零,必须加负的截止电压, 而且截止电压与入射光的频率成正比
◼光电子能否产生，取决于光电子的能量是否大于该物 体的表面电子逸出功A0。不同的物质具有不同的逸出功， 即每一个物体都有一个对应的光频阈值，称为红限频率 或波长限。 ◼当入射光的频谱成分不变时，产生的光电流与光强成 正比。即光强愈大，意味着入射光子数目越多，逸出的 电子数也就越多。 ◼光电子逸出物体表面具有初始动能mv0 2 /2 ，因此外光 电效应器件（如光电管）即使没有加阳极电压，也会有 光电子产生。为了使光电流为零，必须加负的截止电压， 而且截止电压与入射光的频率成正比
2、光电导效应 在光线作用,电子吸收光子能量从键合状态过渡 到自由状态,而引起材料电导率的变化,这种现 象被称为光电导效应。基于这种效应的光电器件 有光敏电阻 常存在于高电阻率的半导体中。半导体的导电特 o=g(Nnun+Noun q是电子电荷,Nn、Np是自由电子和自由空穴的浓度, 是自由电子和自由空穴的迁移率。己为碰撞时间 q 72
在光线作用，电子吸收光子能量从键合状态过渡 到自由状态，而引起材料电导率的变化，这种现 象被称为光电导效应。基于这种效应的光电器件 有光敏电阻。 常存在于高电阻率的半导体中。半导体的导电特 性： 2、光电导效应 ( ) = q Nn n + Np p q是电子电荷，Nn、Np是自由电子和自由空穴的浓度，µn 、 µp是自由电子和自由空穴的迁移率。ㄛ为碰撞时间。 m q e =
过程:当光照射到半导体材料上时,价带中的 电子受到能量大于或等于禁带宽度的光子轰击, 并使其由价带越过禁带跃入导带,如图,使材 料中导带内的电子和价带内的空穴浓度增加, 从而使电导率变大 导带 自由电子所占能带 E 禁带 不存在电子所占能带 价带 价电子所占能带
过程：当光照射到半导体材料上时，价带中的 电子受到能量大于或等于禁带宽度的光子轰击， 并使其由价带越过禁带跃入导带，如图，使材 料中导带内的电子和价带内的空穴浓度增加， 从而使电导率变大。 导带 价带 禁带 自由电子所占能带 不存在电子所占能带 价电子所占能带 Eg
3、光生伏特效应 在光线作用下能够使物体产生一定方向的 电动势的现象叫做光生伏特效应 ①势垒效应(结光电效应) 接触的半导体和PN结中,当光线照射其接 触区域时,便引起光电动势,这就是结光电效应 以PN结为例,光线照射N结时,设光子能量大于 带宽度E,使价带中的电子跃迁到导带,而产生电子 空穴对,在阻挡层内电场的作用下,被光激发的电子 移向N区外侧,被光激发的空穴移向P区外侧,从而 使P区带正电,N区带负电,形成光电动势
3 、 光生伏特效应 在光线作用下能够使物体产生一定方向的 电动势的现象叫做光生伏特效应。 ①势垒效应（结光电效应）。 接触的半导体和PN结中，当光线照射其接 触区域时，便引起光电动势，这就是结光电效应。 以PN结为例，光线照射PN结时，设光子能量大于禁 带宽度Eg，使价带中的电子跃迁到导带，而产生电子 空穴对，在阻挡层内电场的作用下，被光激发的电子 移向N区外侧，被光激发的空穴移向P区外侧，从而 使P区带正电，N区带负电，形成光电动势
②侧向光电效应。 当半导体光电器件受光照不均匀时,有载 流子浓度梯度将会产生侧向光电效应。当光照 部分吸收入射光子的能量产生电子空穴对时, 光照部分载流子浓度比未受光照部分的载流子 浓度大,就岀现了载流子浓度梯度,因而载流 子就要扩散。如果电子迁移率比空穴大,那么 空穴的扩散不明显,则电子向未被光照部分扩 散,就造成光照射的部分带正电,未被光照射 部分带负电,光照部分与未被光照部分产生光 电动势。基于该效应的光电器件如半导体光电 位置敏感器件(PSD)
②侧向光电效应。 当半导体光电器件受光照不均匀时，有载 流子浓度梯度将会产生侧向光电效应。当光照 部分吸收入射光子的能量产生电子空穴对时， 光照部分载流子浓度比未受光照部分的载流子 浓度大，就出现了载流子浓度梯度，因而载流 子就要扩散。如果电子迁移率比空穴大，那么 空穴的扩散不明显，则电子向未被光照部分扩 散，就造成光照射的部分带正电，未被光照射 部分带负电，光照部分与未被光照部分产生光 电动势。基于该效应的光电器件如半导体光电 位置敏感器件（PSD）
4.2光电码盘 数字式传感器:把输入量转换成数字量输出 优点:测量精度和分辨力高,抗干扰能力强,能避免 在读标尺和曲线图时产生的人为误差,便于用 计算机处理。 最筒单的数字式传感器是编码器(ADE 角度数字编码器(码盘)或直线位移编码器(码尺) 原理分类:电触式、电容式、感应式和光电式等
4.2 光电码盘 数字式传感器: 把输入量转换成数字量输出 优点：测量精度和分辨力高，抗干扰能力强，能避免 在读标尺和曲线图时产生的人为误差，便于用 计算机处理。 最简单的数字式传感器是编码器(ADE) 角度数字编码器（码盘）或直线位移编码器（码尺） 原理分类：电触式、电容式、感应式和光电式等