第01篇_光辐射探测的理论基础.ppt

第01章 光辐射探测的理论基础 1.1 辐射度学与光度学的基础知识 1.1.1 光的基本概念 1.1.1光的基本概念 光电技术常用的光波波段 光电技术常用的光波波段 1.1 辐射度学与光度学的基础知识 1.1. 2 辐射度量 1.1. 2 辐射度量 1.1. 2 辐射度量 3．辐射强度 4．辐射出度Me与辐射亮度Le 4．辐射出度Me与辐射亮度Le 5．辐射照度Ee 6．光谱辐射量 6．光谱辐射量 6．光谱辐射量 1.1. 2 辐射度量 1.1.3 光度量 3．辐射度量与光度量间的换算关系 光度量单位举例： 1.1 辐射度学与光度学的基础知识 1.1.4辐射度学与光度学的两条基本定律 第01章 光辐射探测的理论基础 1.2 半导体的基础知识 1.2.1 能带理论 1.2.1 能带理论 1.2.1 能带理论 1.2.1 能带理论 1.2.1能带理论 2．半导体能带 2．半导体能带 N型半导体能带 N型半导体 N型半导体 P型半导体能带 P型半导体 2．半导体能带 1.2 半导体的基础知识 1.2.2热平衡状态下的载流子 1.2.2热平衡状态下的载流子 费米能级Ef的物理意义 电子占据概率： 1.2.2热平衡状态下的载流子 1.2.2热平衡状态下的载流子 1.2 半导体的基础知识 1.2.3半导体对光的吸收 1.2.3半导体对光的吸收 1.2.3半导体对光的吸收 1.2.3半导体对光的吸收 1.2.3半导体对光的吸收 1.2.3半导体对光的吸收 1.2 半导体的基础知识 1.2.4非平衡状态下的载流子 1．非平衡载流子的注入和复合 1．非平衡载流子的注入和复合 2.非平衡载流子的寿命 2.非平衡载流子的寿命 2.非平衡载流子的寿命 2.非平衡载流子的寿命 2. 非平衡载流子的寿命 1.2 半导体的基础知识 1.2.5 载流子的扩散与漂移 2．漂移 第01章 光辐射探测的理论基础 1.3.1 半导体的光电效应 1.3.1 半导体的光电效应 1.光电导效应 1.光电导效应 1.光电导效应 1.光电导效应 1.3.1 半导体的光电效应 2.光伏效应 2.光伏效应 2.光伏效应 2.光伏效应 2.光伏效应 2.光伏效应 2.光伏效应 2.光伏效应 正向偏压: 反向偏压: 反向偏压: PN结的单向导电性 2.光伏效应 光生电动势与光电流 2.光伏效应 思考题：PN结加正向偏压，如何影响光伏效应？ 4)PN结光电效应 4)PN结光电效应 1.3.1 半导体的光电效应 3.光电发射效应 3.光电发射效应 3.光电发射效应 3.光电发射效应 1.3.1 半导体的光电效应 1.3.1 半导体的光电效应 4.光电转换的基本规律 1.3.2 光电探测器的噪声 1．热噪声(Johnson噪声) 2. 散粒噪声（Shot噪声） 3．产生－复合噪声 4．1/f 噪声 5．温度噪声 1.3.2 光探测器的噪声 1.3.3 光探测器的特性参数 1．光电特性 2. 灵敏度与光谱特性 2. 灵敏度与光谱特性 2. 灵敏度与光谱特性 2. 灵敏度与光谱特性 2. 灵敏度与光谱特性 2. 灵敏度与光谱特性 2. 灵敏度与光谱特性 3．噪声等效功率和比探测率 3．噪声等效功率和比探测率 3．噪声等效功率和比探测率 3．噪声等效功率和比探测率 3．等效噪声功率和比探测率 4. 响应时间与频率特性 量子效率： －－原因：反射、透射、散射等 ～10 光电子发射探测器 ～60 光伏探测器 ～30 光电导探测器（非本征） ～60 光电导探测器（本征） η（％） 探测器类型 量子效率进一步分析： 距表面位置x处Δx的长度内，单位时间吸收的光子数为： 单位体积内电子－空穴对的产生率（m?3s?1） 4.光电转换的基本规律 量子效率进一步分析： 单位体积内电子－空穴对的产生率（m?3s?1） x方向的电流密度（A/m2）为 4.光电转换的基本规律 量子效率进一步分析： x方向的电流密度（A/m2）为 4.光电转换的基本规律 量子效率进一步分析： 提高量子效率： －－反射率r低， －－吸收系数α大， －－吸收厚长度lx要大 例如，在探测器入射面镀上高透射率的抗反射层； 利用微型谐振腔的光场谐振以增强吸收等。 中科院已研制出量子效率高达85.6％GaN基PIN结构紫外探测器 4.光电转换的基本规律 光子探测器光－电转换基本规律： （1）光电流与入射光平均功率成正比 （2）光电流与光电场强度的平方成正比 －－光子探测器为平方律器件 4.光电转换的基本规律