第七章光电式传感器 光→电信号 7.1光电效应 7.2光电器件 7.3光源及光学元件 7.4光电式传感器的应用 7.5光纤传感器 7.6红外传感器 7.7图像传感器简介
第七章 光电式传感器 光 电信号 7．1 光电效应 7．2 光电器件 7．3 光源及光学元件 7．4 光电式传感器的应用 7．5 光纤传感器 7．6 红外传感器 7．7 图像传感器简介
7.1光电效应 7.1.1外光电效应 外光电效应：当光线照射在某些物体上，使物体内的电子逸 出物体表面的现象称为外光电效应，也称为光电发射，逸出的 电子称为光电子。基于外光电效应的光电器件有：光电管和光 电倍增管。 光子能量： E=hy J's 式中，h=普朗克常数，h=6.626×10-34Js;v一光的频率（s1)。 Einstein光电方程： hv=mv2/2+A 式中，m一电子质量；V。一逸出电子的初速度；Ao一物体的逸 出功（或物体表面束缚能)
7.1 光电效应 7.1.1 外光电效应 外光电效应：当光线照射在某些物体上，使物体内的电子逸 出物体表面的现象称为外光电效应，也称为光电发射，逸出的 电子称为光电子。基于外光电效应的光电器件有：光电管和光 电倍增管。 光子能量： E=hν J·s 式中，h=普朗克常数，h=6.626×10-34 J·s；ν—光的频率（s-1）。 Einstein光电方程： hν=mv02/2+A0 式中，m—电子质量；v0—逸出电子的初速度；A0—物体的逸 出功（或物体表面束缚能）
7.1光电效应 基本规律： ●红限频率ν（又称光谱域值）：刚好从物体表面打 出光电子的入射光波频率，随物体表面束缚能的不同而 不同，与之对应的光波波长入，（红限波长）为 入，=hcl Ao (7-3) 式中，h=普朗克常数；c一光速；A0一物体的逸出功。 ●当入射光频谱成分不变时，产生的光电子（或光电 流)与光强成正比。 ●逸出光电子具有初始动能Ek=w22,故外光电器件 即使没有加阳极电压，也会产生光电流，为了使光电流 为零，必须加负的截止电压
基本规律： •红限频率ν0（又称光谱域值）：刚好从物体表面打 出光电子的入射光波频率，随物体表面束缚能的不同而 不同，与之对应的光波波长λ0（红限波长）为 λ0 =hc/ A0 （7-3） 式中，h=普朗克常数；c—光速；A0—物体的逸出功。 •当入射光频谱成分不变时，产生的光电子（或光电 流）与光强成正比。 •逸出光电子具有初始动能Ek=mv02/2，故外光电器件 即使没有加阳极电压，也会产生光电流，为了使光电流 为零，必须加负的截止电压。 7.1 光电效应
7.1光电效应 7.1.2内光电效应 当光照射在物体上。使物体的电阻率发生变化，或产生 光生电动势的现象称为内光电效应。内光电效应又分为光电 导效应和光生伏特效应。 7.1.2.1光电导效应 在光线作用下，材料内电子吸收光子能量从键合状态过 渡到自由状态，而引起材料电阻率变化的现象称为光电导效 应。基于光电导效应的光电器件有光敏电阻。 入射光能导出光电导效应的临界波长入为 λ=hc/E (7-4) 式中，=普朗克常数；c一光速；E。一半导体材料禁带宽 度
7.1 光电效应 7.1.2 内光电效应 当光照射在物体上。使物体的电阻率发生变化，或产生 光生电动势的现象称为内光电效应。内光电效应又分为光电 导效应和光生伏特效应。 7.1.2.1 光电导效应 在光线作用下，材料内电子吸收光子能量从键合状态过 渡到自由状态，而引起材料电阻率变化的现象称为光电导效 应。基于光电导效应的光电器件有光敏电阻。 入射光能导出光电导效应的临界波长λ0为 λ0=hc/Eg (7-4) 式中，h=普朗克常数；c—光速；Eg—半导体材料禁带宽 度
7.1光电效应 7.1.2.2光生伏特效应 在光线作用下，能使物体产生一定方向电动势的现象称 为光生伏特效应。基于光生伏特效应的光电器件有光电池和 光敏晶体管。 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，若 光子能量大于其禁带宽度E,使价带电子跃迁到导带，产生 电子一空穴对，由于阻挡层内电场的作用，形成光电动势的 现象称为结光电效应。 2.侧向光电效应 当半导体光电器件受光照不均匀时，由于载流子（光照 产生的电子一空穴对)浓度梯度的存在将会产生侧向光电效 应。光照强的部分带正电，光照弱的部分带负电
7.1 光电效应 7.1.2.2 光生伏特效应 在光线作用下，能使物体产生一定方向电动势的现象称 为光生伏特效应。基于光生伏特效应的光电器件有光电池和 光敏晶体管。 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，若 光子能量大于其禁带宽度Eg，使价带电子跃迁到导带，产生 电子—空穴对，由于阻挡层内电场的作用，形成光电动势的 现象称为结光电效应。 2．侧向光电效应 当半导体光电器件受光照不均匀时，由于载流子（光照 产生的电子—空穴对）浓度梯度的存在将会产生侧向光电效 应。光照强的部分带正电，光照弱的部分带负电