光电检测技术特点：①便于数字化和智能化②检测精度高，速度快③非接触式检测④遥测遥控。
光电检测系统组成框图：辐射源-光学系统-光电系统-电子学系统-计算机系统。
光电检测技术：采用不同的手段和方法获取信息，运用光电技术的方法来检验和处理信息，从而实现各种几何量和物理量的测量。
光电效应：因光照而引起物体电学特性的改变的现象。内光电效应：被光激发所产生的载流子仍在物质内部运动，是物质的电导率发生变化或产生光生电动势的现象。外光电效应：被光激发产生的电视逸出物质表面，形成真空中的电子的现象。
半导体对光的吸收：本征吸收，杂质吸收，激子吸收，自由载流子吸收，晶格吸收。
能引起光电效应的有：本征吸收和杂质吸收
由半导体价带电子吸收光子能量跃迁入导带产生电子-空穴的现象为本征吸收。
光电导效应：半导体受光照后，其内部产生光生载流子，是半导体中载流子数量显著增加而电阻减小的现象。
光敏电阻：具有光电导材料制成的随入射光度量变化的器件。原理：在两端加上电压，有电流通过，改变光度量，电流改变，说明电阻随光度量变化。分类：本征半导体光敏电阻，杂质型半导体光敏电阻。
光敏电阻的基本特性:①光电特性：随光度量变化电导变化越大越灵敏②伏安特性③温度特性：光电导随温度升高而下降光电响应特性受温度影响大④时间响应：比其他光电器件差，频率响应低，具有特殊性⑤噪声特性⑥光谱响应：电流灵敏度与波长的关系
光敏电阻优点:①灵敏度高②工作电流大③光谱响应范围宽④非线性动态范围与所测光强范围宽⑤无极性而使用方便⑥寿命长价格低。缺点：①响应时间长②频率特性差③强光线性差④受温度影响大。
光敏二极管：工作原理：PN结中原子产生本征吸收，激发原子—空穴对，在电场作用下，形成反向的电流。
光电二极管特性参数：①光谱响应②频率响应③时间响应④噪声⑤温度特性
PIN光敏二极管的结构：分三层，即P型半导体和N型半导体之间夹着较厚的本征半导体I 层，它是用高阻N型硅片做I层，然后把它的两面分别作N+和P+杂质扩散，在两面制成欧姆接触而得到PIN光电二极管。原理：层很厚，对光的吸收系数很小，入射光很容易进入材料内部被充分吸收而产生大量的电子-空穴对，大幅度提供了光电转换效率，使灵敏度很高，两侧P层和N层很薄，吸收入射光的比例小，I层几乎占据整个耗尽层，提高了响应速度。
I层的作用:①I层承受着极大部分的外加电压，使耗尽区增大，提高了量子效率和灵敏度②使击穿电压不再受到基体材料的限制，可选择低电阻率的基体材料，是线性输出范围变宽，减少了串联电阻和时间常数③减少了或根本不存在少数载流子通过扩散区的扩散时间，提高了响应速度④反偏下，耗尽层较无I层时要大得多，使结电容下降，提高频率响应。
雪崩光电二极管原理：在光敏二极管的PN结上加相当大的反向偏压时，在结区产生一个很强的电场，使进入场区的光生载流子获得足够的能量，在与原子碰撞时可使原子电离，而产生新的电子-空穴对，只要电场足够强就能继续下去，PN结内电流急剧增加，达到载流子的雪崩倍增。
雪崩二极管特点：优点：电流增益大，响应快，灵敏度高，频率宽。缺点：噪声大，工艺要求高，受温度影响大。
PIN与雪崩比较：PIN型提高了响应时间，但是未能提高灵敏度，雪崩型提高了灵敏度。
雪崩与光电倍增管的区别：①光电倍增管中光入射到光电阴极产生电子发射，在电场和电子光学系统的作用后会聚加速到倍增极上，经N极倍增，电子被放大N次，多用于快速精密
的微光测量②雪崩基于内增益机理，当所加的反向偏压足够大时，在结区产生一个很高的电场，光生电子在这种电场中得到极大加速，同时与晶格碰撞产生电离雪崩反应。
光伏器件与光导器件的区别：①产生光电变换的部位不同②器件连接不同③响应时间与频率特性不同④工作电流与灵敏度不同⑤光谱响应与光电线性不同。
光伏器件的使用要点：①注意确定器件引线脚的P,N端②注意电源的连接③-入射光强与器件的配合④使用条件和方法⑤选择负载电阻⑥灵敏度和带宽的折衷⑦器件的使用温度⑧电磁与光的干扰。
光电池与光电二极管的区别：基本结构都是一个PN结，都是基于光伏特效应的原理进行工作①结面积比光电池小，因而输出电流普遍比光电池小②电阻率比光电池高③制作衬底材料的掺杂浓度比光电池低④光电池零偏下工作，光电二极管在反偏电压下工作⑤响应速度比光电池快。
光电池工作原理：PN结的光电效应
光电倍增管结构：由入射窗口，光电阴极，电子光学系统，电子倍增系统，和阳极组成。工作原理：①光照射到阴极转化成电子，出射到下一电极②电子撞到下一电极倍增，更多的电子出射，直奔下一电极③经过若干次倍增到达阳极形成信号电流。特性参数：①光谱响应度②放大倍数③暗电流④伏安特性⑤时间特性和频率响应⑥PMT噪声。
热电检测器件和光电检测器件在特性上有什么不同：①光电的波长响应有选择性，热电没有②光电响应速度快
热释电的优点：①具有较宽的频率响应工作频率接近兆赫兹，远远超过其他热探测器的工作频率。②热释电器件的探测率高，在热探测器中只有气动探测器的探测率比热释电器件稍高，且这一差距还在不断减小③热释电器件可以有均匀的大面积敏感面，而且工作时可以不必外加偏执电压④与热敏电阻相比，它受环境温度变化的影响更小⑤热释电器件的强度和可靠性比其他多数热探测器都要好，且制造比较容易。
热敏电阻：吸收入射辐射后引起升温而使电阻值变化，导致负载两端电压变化，并放出电信号。特点：①温度系数大，灵敏度高②结构简单，体积小，可以测量近似几何点的温度③电阻率高，热惯性小，适宜做动态测量④稳定性差，互换性差。
热释电的特性参数：①电压灵敏度②噪声③响应时间④阻抗特性
热释电效应：对于某些绝缘体，由于温度的变化引起极化状态改变的现象。
工作原理：在外加电场的情况下，带电粒子也受到电场力的作用，使其运动发生变化，形成电流。居里点：温度升高到一定值，自发极化突然消失的温度。
光电耦合器件特点：①具有电隔离的功能②信号传输是单向性的，脉冲直流信号都可以传输③具有抗干扰和噪声的能力④响应速度快⑤实用性强⑥既具有耦合特性又具有隔离特性。特性参数：传输特性①电流传输比②输入与输出间的寄生电容Cfc③最高工作频率④脉冲上升时间和下降时间。隔离特性：①输入与输出间隔离电压BUCFO②输入与输出间的绝缘电阻RFC。
电荷耦合器件CCD工作原理：①电荷存储②电荷耦合③CCD的电极结构④电荷的注入和检测
CCD特性参数：①转移效率②工作效率③暗电流④灵敏度
CCD与CMOS的比较：①结构和工作原理：CCD产生图低噪声，高性能，但构造复杂耗电量大，成本高，CMOS通过X-Y寻址技术直接从开关阵列中直接输出，比CCD快，方便。CCD成像系统集成度低，体积大成本高，CMOS成像系统极简，体积小②制造：CCD要求严格，要有相当高的工艺和经验，CMOS制造容易③性能：CMOS较CCD信号读取方式简单，速度快耗电低，但成像质量和灵敏度CCD要优于CMOS。
LED特性参数：①发光光谱：发出光的相对强度随波长变化的分布曲线。和发光效率：光
通量与输入电能之比②时间响应特性和温度特性：温度上升发光效率下降③发光亮度与电流的关系④最大工作电流：低电流时发光效率岁电流增大而提高，电流增加到一定值发光效率不在提高⑤伏安特性⑥寿命⑦响应时间
图像的增强：把强度低于视觉阙值的图像增强到可以观察的程度。
图像的变换：把各种不可见图像，如红外图像.紫外图像及X射线图像，转换成可见图像的过程。
发光二极管：1.发光机理：PN结处于平衡状态时，存在一定的势垒区。当加正偏电压时，PN结区势垒降低，从扩散区注入的载流子不断复合发光。
光电池常用的输出方式有开路和短路，如何选取？采用短路电流输出方式时，入射光强与输出电流成正比因此可用于线性测量。采用开路电压输出方式，入射光强与电流是非线性关系，用于测量信号。
光电倍增管的供电电路分为负高压供电与正高压供电，试说明这两种供电电路的特点。采用阳极接地，负高压供电。这样阳极输出不需要隔直电容，可以直流输出，一般阳极分布参数也较小，可是在这种情况下，必须保证作为光屏蔽和电磁屏蔽的金属筒距离管壳至少要有10-20mm，否则由于屏蔽筒的影响，可能相当大的增加阳极暗电流和噪声，如果靠近管壳处再加一个屏蔽罩，并将它连接到阴极电位上要注意安全。采用正高压电源就失去了采用负高压电源的优点，这时在阳极上需接上耐高压，噪声小的隔直电容，只能得到交变信号输出，可是，它可获得比较低和稳定的暗电流和噪声。
为什么结型光电器件在正向偏置时，没有明显的光电效应？它必须在那种偏置状态？为什么？因为PN结在外加正向偏压时，即使没有光照，电流也随着电压指数级在增加，所以有光照时，光电效应不明显。PN结必须在反向偏压的状态下，有明显的光电效应产生，这是因为PN结在反偏电压下产生的电流要饱和，所以光照增加时，得到的光生电流就会明显增加。
为什么发光二极管的PN结要加正向电压才能发光？而光电二极管要零偏或反偏才能有光生伏特效应？PN结在外加正向偏压时，外加电压削弱内建电场，使空间电荷区变窄，载流子的扩建运动加强，构成少数载流子的注入，从而在PN结附近产生导带电子和价带空穴的复合。一个电子和一个空穴的一次复合将释放出与材料性质有关的一定复合能量，这些能量会以热能光能形式辐射出来，产生电致发光现象，这是LED的发光机理。2，因为PN结在外加正向偏压时，即使没有光照，电流也随着电压指数级在增加，所以有光照时，光电效应不明显。PN结必须在反向偏压的状态下，有明显的光电效应产生，这是因为PN结在反偏电压下产生的电流要饱和，所以光照增加时，得到的光生电流就会明显增加、
光电传感器是基于光电效应将光电信号转换为电信号的一种传感器 光学系统的基本模型 光发射机-> 光学信道一>光接收机 光学系统通常分为：主动式，被动式。 主动式：光发射机主要由光源和调制器构成。 被动式：光发射机为被检测物体的热辐射。 光学信道：主要由大气，空间，水下和光纤。 光接收机是用于收集入射的光信号并加以处理，恢复光载波的信息。 光接收机分为：功率（直接）检测器，外差接收机。 光电检测技术特点： 1. 高精度：是各种检测技术中精度最高的一种：激光测距法测地球与月亮的距离分辨率达 1m 2. 高速度：光是各种物质中传播速度最快的。 3. 远距离，程量：光是最便于远距离传播的介质 4. 非接触性：光照到被测物体上可以认为是没有测量力，因此无摩擦。 5. 寿命长：光波是永不磨损的。 6. 具有很强的信息处理和运算能力，可将复杂信息并行处理。 光电传感器：1•直射型2反射型3辐射型 光电检测的基本方法有：1•直接作用法.2.差动测量法3补偿测量法4•脉冲测量法直接作用法：收被测物理控制的光通量，经光电转换后有检测机构直接得到所求被测物理量。 差动测量法：利用被测量与某一标准量相比较，所得差或数值比克反应被测量的大小。 光电检测技术的发展趋势： 1. 发展纳米，亚纳米高精度的光电测量新技术。 2. 发展小型的，快速的微型光，机，电检测系统。 3. 非接触，快速在线测量。 4. 发展闭环控制的光电检测系统。 5. 向微空间或大空间三维技术发展。 6. 向人们无法触及的领域发展。 7. 发展光电跟踪与光电扫描技术。 在物质受到辐射光的照射后，材料的电学性质发生了变化的现象称为光电效应 光电效应分为：外光电效应和内光电效应 光电导效应是一种内光电效应。 光电导效应也分为本征型和非本征型两类 光电导效应是非平衡载流子效应，因此存在一定的|弛豫现象|:光电导材料从光照开始到获 得稳定的光电流需要一定能的时间。弛豫现象也叫惰性。 光生伏特效应：与光照相联系的是|少数载流子|的行为。其寿命很短因此相应的检测器响应速度更快。
光电探测器的特性及应用 光电探测器是一种能够将光信号转化为电信号的装置，常用于光学和电子领域。它通过吸收光能量并将其转化为电流信号，实现对光的检测和测量。光电探测器的特性包括响应速度快、灵敏度高、稳定性好等，因此在各种领域都有广泛的应用。 光电探测器的主要特点如下： 1. 响应速度快：光电探测器的响应速度通常在纳秒或更短的时间尺度，具有良好的实时性能。这使得它们能够用于快速测量和检测领域，例如激光技术和高速通信。 2. 灵敏度高：光电探测器可以检测到非常微弱的光信号，并将其转化为电信号。一些高灵敏度的探测器甚至能够检测单个光子。这使得光电探测器在光学显微镜、光通信、光谱分析等领域有重要的应用。 3. 波长范围广：光电探测器的波长响应范围通常从紫外线到红外线，取决于其所使用的材料和结构。这使得光电探测器能够在不同波段的光信号中进行检测，从而适用于不同领域的应用。 4. 稳定性好：光电探测器能够在长时间使用后保持其性能稳定。它们对外界环境的变化、温度的影响较小，并且能够简单地进行校准和调整。因此，光电探测
器在工业和科研领域得到广泛应用。 5. 容易集成和使用：光电探测器通常具有较小的尺寸和体积，可以方便地进行集成和使用。它们可以与其他电子器件相结合，形成各种复杂的光电子系统，并且可以通过简单的电路调节来实现不同的测量模式和功能。 光电探测器的应用非常广泛，以下介绍几个典型的应用领域： 1. 光通信：光电探测器是光通信系统中的关键元件之一。它们能够将光信号转化为电信号，并进行接收、放大和解调，用于实现光纤通信的传输和接收。光电探测器的高灵敏度和快速响应速度使得光通信系统能够实现高速、高质量的数据传输。 2. 光谱分析：光电探测器可以用于光谱分析和光谱测量领域。它们能够将光信号转化为电信号，并通过测量光电流的强度和波长来实现光谱测量。光电探测器在物理、化学、生物科学等领域的光谱分析中得到了广泛的应用。 3. 光学显微镜：光电探测器可以用于光学显微镜系统中，实现对样品中光信号的检测和成像。它们能够将通过物镜聚焦的光信号转化为电信号，并将信号传输到显微镜图像采集系统中进行图像处理和分析。 4. 生物传感器：光电探测器也被应用于生物传感器和生物分析领域。例如，基
第1章概述 光电检测技术是光电信息技术的主要技术之一，它主要包括光电变换技术、光信息获取与光信息测量技术以及测量信息的光电处理技术等。如用光电方法实现各种物理量的测量，微光、弱光测量，红外测量，光扫描、光跟踪测量，激光测量，光纤测量，图像测量等。 光电检测技术将光学技术与电子技术相结合实现对各种量的测量，他具有如下特点： （1）高精度。光电测量的精度是各种测量技术中精度最高的一种。如用激光干涉法测量长度的精度可达0.05μm/m；光栅莫尔条纹法测角可达到；用激光测距法测量地球与月球之间距离的分辨力可达到1m。 （2）高速度。光电测量以光为媒介，而光是各种物质中传播速度最快的，无疑用光学方法获取和传递信息是最快的。 （3）远距离、大量程。光是最便于远距离粗寒痹的介质，尤其适用于遥控和遥测，如武器制导、光电跟踪、电视遥测等。 （4）非接触测量。光照到被测物体上可以认为是没有测量力的，因此也无摩擦，可以实现动态测量，是各种测量方法中效率最高的一种。 （5）寿命长。在理论上光波是永不磨损的，只要复现性做得好，可以永久的使用。 （6）具有很强的信息处理和运算能力，可将复杂信息并行处理。用光电方法还便于信息的控制和存储，易于实现自动化，，易于与计算机连接，易于实现只能化。 光电测试技术是现代科学、国家现代化建设和人民生活中不可缺少的新技术，是机、光、电、计算机相结合的新技术，是最具有潜力的信息技术之一。 1.1本课题的前景与意义 随着社会科学技术的迅速发展，人们对报警器的性能提出了越来越高的要求。传统的报警器通常采用触摸式、开关报警器等。这类报警器具有性能稳定、实用性强等特点，但是也具有应用范围窄等缺点。而且安全性能也不是很好。光电报警就很好的改善了这些方面。如今，光电报警器已经广泛应用到工农业生产、自动化仪表、医疗电子设备等领域本实验的设计借助于模拟电路和数字逻辑电
光电检测技术特点：①便于数字化和智能化②检测精度高，速度快③非接触式检测④遥测遥控。 光电检测系统组成框图：辐射源-光学系统-光电系统-电子学系统-计算机系统。 光电检测技术：采用不同的手段和方法获取信息，运用光电技术的方法来检验和处理信息，从而实现各种几何量和物理量的测量。 光电效应：因光照而引起物体电学特性的改变的现象。内光电效应：被光激发所产生的载流子仍在物质内部运动，是物质的电导率发生变化或产生光生电动势的现象。外光电效应：被光激发产生的电视逸出物质表面，形成真空中的电子的现象。 半导体对光的吸收：本征吸收，杂质吸收，激子吸收，自由载流子吸收，晶格吸收。 能引起光电效应的有：本征吸收和杂质吸收 由半导体价带电子吸收光子能量跃迁入导带产生电子-空穴的现象为本征吸收。 光电导效应：半导体受光照后，其内部产生光生载流子，是半导体中载流子数量显著增加而电阻减小的现象。 光敏电阻：具有光电导材料制成的随入射光度量变化的器件。原理：在两端加上电压，有电流通过，改变光度量，电流改变，说明电阻随光度量变化。分类：本征半导体光敏电阻，杂质型半导体光敏电阻。 光敏电阻的基本特性:①光电特性：随光度量变化电导变化越大越灵敏②伏安特性③温度特性：光电导随温度升高而下降光电响应特性受温度影响大④时间响应：比其他光电器件差，频率响应低，具有特殊性⑤噪声特性⑥光谱响应：电流灵敏度与波长的关系 光敏电阻优点:①灵敏度高②工作电流大③光谱响应范围宽④非线性动态范围与所测光强范围宽⑤无极性而使用方便⑥寿命长价格低。缺点：①响应时间长②频率特性差③强光线性差④受温度影响大。 光敏二极管：工作原理：PN结中原子产生本征吸收，激发原子—空穴对，在电场作用下，形成反向的电流。 光电二极管特性参数：①光谱响应②频率响应③时间响应④噪声⑤温度特性 PIN光敏二极管的结构：分三层，即P型半导体和N型半导体之间夹着较厚的本征半导体I 层，它是用高阻N型硅片做I层，然后把它的两面分别作N+和P+杂质扩散，在两面制成欧姆接触而得到PIN光电二极管。原理：层很厚，对光的吸收系数很小，入射光很容易进入材料内部被充分吸收而产生大量的电子-空穴对，大幅度提供了光电转换效率，使灵敏度很高，两侧P层和N层很薄，吸收入射光的比例小，I层几乎占据整个耗尽层，提高了响应速度。 I层的作用:①I层承受着极大部分的外加电压，使耗尽区增大，提高了量子效率和灵敏度②使击穿电压不再受到基体材料的限制，可选择低电阻率的基体材料，是线性输出范围变宽，减少了串联电阻和时间常数③减少了或根本不存在少数载流子通过扩散区的扩散时间，提高了响应速度④反偏下，耗尽层较无I层时要大得多，使结电容下降，提高频率响应。 雪崩光电二极管原理：在光敏二极管的PN结上加相当大的反向偏压时，在结区产生一个很强的电场，使进入场区的光生载流子获得足够的能量，在与原子碰撞时可使原子电离，而产生新的电子-空穴对，只要电场足够强就能继续下去，PN结内电流急剧增加，达到载流子的雪崩倍增。 雪崩二极管特点：优点：电流增益大，响应快，灵敏度高，频率宽。缺点：噪声大，工艺要求高，受温度影响大。 PIN与雪崩比较：PIN型提高了响应时间，但是未能提高灵敏度，雪崩型提高了灵敏度。 雪崩与光电倍增管的区别：①光电倍增管中光入射到光电阴极产生电子发射，在电场和电子光学系统的作用后会聚加速到倍增极上，经N极倍增，电子被放大N次，多用于快速精密
光电检测技术 近几十年来 ,随着电子技术的快速发展 , 各种弱物理量 ( 如弱光、弱电、弱磁、小位移 微温差、微电导、微振动等) 的测量有了长足的发展 ,其检测方法大都是通过各种传感器 作电量转换 , 使测量对象转换成电量 , 基本方法有: 相干测量法 , 重复信号的时域平均 法 , 离散信号的统计平均法及计算机处理法等。但由于弱信号本身的涨落、传感器本身 及测量仪噪声等的影响 , 检测的灵敏度及准确性受到了很大的限制。近年来 , 各国的科 学家们对光声光热技术进行了大量广泛而深入的研究,。人们通过检测声波及热效应便可 对物质的力、热、声、光、磁等各种特性进行分析和研究 ; 并且这种检测几乎适用于所 有类型的试样 ,甚至还可以进行试样的亚表面无损检测和成像。还由此派生出几种光热检 测技术 ( 如光热光偏转法、光热光位移法、热透射法、光声喇曼光谱法及光热释电光谱法 等 ) 。这些方法成功地解决了以往用传统方法所不易解决的难题 , 因而广泛地应用于物 理、化学生物、医学、化工、环保、材料科学等各个领域 ,成为科学研究中十分重要的检 测和分析手段。尤其是近几年来 , 随着光声光热检测技术的不断发展 ,光声光热效应的 含义也不断拓宽 ,光源也由传统的光波 ,电磁波、x射线、微波等扩展到电子束、离子束、 同步辐射等 ,探测器也由原来的传声器扩展到压电传感器、热释电探测器及光敏传感器 , 从而适应了不同应用场合的实际需要。 光电检测技术是以激光、红外、光纤等现代光电子器件作为基础，通过对被检测物体的光辐射，经光电检测器接收光辐射并转换为电信号，由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用 信息，或进入计算机处理，最终显示输出所需要的检测物理参数 检测：通过一定的物理方式，分辨出被测参量并归属到某一范围带，以此来判别被测参数 是否合格或是否存在。
光电检测技术应用及发展 光电检测技术是一种利用光电效应进行测量和检测的技术。光电检测技术的应用范围广泛，涉及到物理、化学、生物、环境等多个领域。随着科技的发展，光电检测技术也在不断进步和完善。 光电检测技术具有许多优点，如高精度、高灵敏度、非接触性、快速响应等。因此，光电检测技术在许多领域得到了广泛的应用，并取得了显著的成果。 在物理领域，光电检测技术被广泛应用于光学测量、光学仪器、光纤通信等方面。光电检测技术可以精确测量光的强度、波长、相位等参数，提高测量的精度和可靠性。同时，光电检测技术也为光学仪器的设计和制造提供了有效的手段，使得光学仪器的性能得到了大幅提升。 在化学领域，光电检测技术被广泛应用于分析化学、光化学、光谱学等方面。光电检测技术可以通过光信号的变化来判断分子结构、测量物质浓度、研究化学反应等。同时，光电检测技术也为化学分析提供了一种快速、准确、非破坏性的方法，大大提高了化学分析的效率和精确度。 在生物领域，光电检测技术被广泛应用于生物医学、生物分析、生物成像等方面。光电检测技术可以通过测量生物样品对光的吸收、散射、干涉等现象，得到与生物样品特性相关的信息。这些信息可以用于疾病诊断、药物研发、基因检测等方面，对生物科学的发展做出了重要贡献。
在环境领域，光电检测技术被广泛应用于环境污染监测、大气监测、水质监测等方面。光电检测技术可以通过测量光的散射、吸收、发射等现象，判断环境中的污染物浓度、种类等信息，为环境保护和治理提供了重要的手段。 随着科技的发展和应用需求的不断增加，光电检测技术也在不断发展和完善。目前，一些新型的光电检测技术正在不断涌现，如表面等离子共振、纳米光电检测、光电子能谱等技术。这些新技术的出现，使得光电检测技术在精度、灵敏度、分辨率等方面得到了进一步的提升，拓宽了光电检测技术的应用领域。 总的来说，光电检测技术是一种在许多领域都有广泛应用的测量和检测技术。它的应用范围涉及物理、化学、生物、环境等多个领域，可以满足不同领域中对测量和检测的需求。随着科技的发展和应用需求的不断增加，光电检测技术也在不断发展和创新，为各个领域的科学研究和工程应用提供了强大的支持和推动。
光电探测器技术的研究与应用第一章研究背景 相比传统的机械探测器技术，光电探测器技术具有成像速度快、精确度高、灵敏度强等优点。随着科技的发展和物理学、光学、 电子学等学科交叉发展，光电探测器技术也得到了快速的发展和 广泛的应用。本文将详细介绍光电探测器技术的研究成果和应用 实践，为相关领域的科研工作者和工程技术人员提供参考和借鉴。 第二章光电探测器技术的分类和原理 光电探测器是利用光电效应将光信号转化为电信号的装置，广 泛应用于通讯、医学、生物、材料科学等领域。根据不同的工作 原理和应用场景，光电探测器可以分为以下几类： 1. 光电二极管（Photodiode） 光电二极管是最简单的光电探测器，其原理是将光射到半导体PN结上，当光子能量大于半导体带隙能量时，会激发载流子，从 而产生电子空穴对。这些电子空穴对与半导体中的电场相互作用，产生电流信号。光电二极管的优点是响应速度快、灵敏度高、可 靠性好，常用于光电转换、噪声削弱等应用场景。 2. 光电探测器阵列（Array Detector）
光电探测器阵列是一种由多个光电探测器组成的阵列，常用于 光学成像，如数字摄像机、光谱仪等。光电探测器阵列的工作原 理是每个光电探测器都接收场景的一个部分，然后将这些部分组 合起来构成整个场景。光电探测器阵列的优点是快速成像、高灵 敏度、高分辨率，但由于阵列中每个探测器的灵敏度有所不同， 需要经过校准和平均化。 3. 光电倍增管（Photomultiplier Tube） 光电倍增管是一种高灵敏度、高增益的光电探测器，其工作原 理是将光子转化为电子，然后在电子倍增器中经过多次电子冲击 游离更多的电子，从而产生大量电荷。光电倍增管的优点是高灵 敏度、可见光到紫外光亦可探测，常用于高能物理实验、核医学、天文学等领域的探测。 第三章光电探测器技术的应用 光电探测器技术在现代科技中得到了广泛应用，以下分别介绍 其在不同领域的应用实践。 1. 光学成像 光学成像是光电探测器技术的一个重要应用领域，如利用光电 探测器阵列从航天器上获取地球高分辨率影像；通过扫描成像和 云雾穿透等技术实现地理信息、气象气候的实时监测。同时，光 电探测器技术还在医学成像、雷达成像领域占据重要地位。
光电检测技术 1 .光电信息技术是以光电子学为基础，以光电子器件为主体，研究和发展光电信息的形成、传送、接收、变换、处理和应用的技术。 2 .检测是通过一定的物理方式，分辨出被测参数量并归属到某一范围带，以此来判断被测参数是否合格或参数量是否存在。 测量是将被测的未知量与同性质的标准进行比较，确定被测量对标准量的倍数，并通过数字表示出这个倍数的过程。 3 .光学变换与光电转换是光电测量的核心部分。 4. 光电检测技术具有以下特点：①高精度。②高速度。③远距离，大量程。④非接触检测。⑤寿命长。⑥具有很强的信息处理和运算能力，可将复杂信息并行处理。 5 .光电效应：在物质受到辐射光的照射后，材料的电学性质发生了变化的现象。 6 .内光电效应：大多数半导体在受光照射后所产生的光电子只在物体的内部而不逸出的无力现象。 7 . 响应时间是描述光电检测器对入射辐射响应快慢的一个参数。 8. 光电检测器的工作温度就是最佳工作状态时的温度，它是光电检测器重要的性能参数之一。 9. 光电耦合器件的主要特性是传输特性和隔离特性。 10 .散粒噪声（散弹噪声）即穿越势垒的载流子的随机涨落（统计起伏）所造成的噪声。 11. 第一项为直流项。若光检测器输出端有隔直流电容，则 输出光电流之包含第二项，这就是包络检测的意思。 12 热噪声是指载流子无规则的运动造成的噪声，存在于热河电阻，与温度成正比，与频率无关。 13. 光外差检测系统对检测器性能的主要要求：①响应频带宽。②均匀性好。③工作温度高。
14 .光波导是指将以光的形式出现的电磁波能量利用全反射的原理约束并引导光波在光纤内部或表面附件沿轴方向传播。光纤的结构包括：①纤芯②包层③涂敷层④纤套16 .A/D数据采集方法分为“板卡式”和“嵌入式“两种。 17 将光电信号转换成0,1数字量化的过程称为光电信号的二值化处理。 18 在要求光电检测系统的精度不受光源的稳定性的影响情况下，应采用浮 19 8位高速A/D转换器，其最高工作频率为20MHz ，具有启动简便、转换速度快、线性精度高等特点，基本能满足单元光电信号高速A/D数据采集的需要。 HI1175JCB 为24脚封装的器件。引脚16、1 7、22、23为A/D转换器提供参考（基准）电源电压。 20 锁相放大器是一种对交变信号进行相敏检波的放大器。它利用和被测信号有相同频率和相同相位关系的参考信号作为比较基准，只对被测信号本身和那些参考信号同频（或倍频）、同相的噪声分量有响应。 锁相放大器有三个部分：信号通道、参考通道、和相敏检波。 21 条形码识别器，都要经过以下几个环节：①要求建立一个光学系统。②要求一个接受系统能够采集到光点运动时打在条形码条符上反射回来的反射光，同时，要求这一接受系统对反射光具有一定的敏感程度。③要求一个电子电路将接受到的光信号不失真的转换为电脉冲。 22 光生伏特效应：光照射在半导体PN 结或金属和半导体的接触面时，会在PN 结或接触面的两侧产生光生电动势。其属于内光电效应。 23. 光敏电阻的重要特点有哪些？ ①光谱响应宽②工作电流大③测量范围广④灵敏度高⑤无极24 列出硅光电池的负载特性。 ① 短路电流与光强度（光通量）呈线性关系。 ② 短路电流随光通量增大而增大。 ③ 接有负载时，输出电流随光通量的增加而 非线性的增加，并随负载的增大，线性范围也 越来越小。 25 光电检测电路的设计要求是什么？设计要求有哪些？ 设计原则是为了保证光电器件和后续电路最佳的工作环
光电探测技术的研究现状和应用随着科技的不断发展，光电探测技术已经成为了一种重要的技术手段，广泛应用于物理、生物、化学、环境等多个领域。本文将围绕着光电探测技术的研究现状和应用进行讨论。 光电探测技术是指利用光电二极管、光电倍增管、光阻性探测器等光电传感器件收集物体发出或反射的光信号，将光信号转化为电信号，并进行放大、滤波、数字化等处理，从而实现对光信号的探测与测量。光电探测技术的优势在于其具有高精度、高灵敏度、高速度、量子限制等特点，能够实现远距离无损检测等功能。 目前，光电探测技术的研究已经发展到了十分成熟的阶段，主要涉及到了光电传感器件、光电信号处理技术和光电探测系统集成技术等多个方面。 在光电传感器件方面，光电二极管、光电倍增管、光阻性探测器等传感器件已经具有了广泛应用的基础，而随着光电子学、纳米技术等相关领域的发展，更加高性能的光电传感器件也正在被研究出来。
在光电信号处理技术方面，光电探测技术的应用主要包括光电 子学信号处理、传统电子学信号处理和数字信号处理等多种方式，其中数字信号处理在光电探测技术中的应用日益普及。 在光电探测系统集成技术方面，光电探测技术的系统集成已经 是成熟的技术之一。在工业和军事等领域，光电探测技术的集成 应用能够实现对物体的远距离监测、侦察、定位等功能，同时还 能够实现对装备、物流等方面的智能化管理。 在应用方面，光电探测技术已经被广泛应用于物理、生物、化学、环境等多个领域。 在物理领域，光电探测技术被应用于遥感、太阳能利用、红外 探测等方面，能够实现对环境与物体的高灵敏度探测，为科学研 究提供了强有力的技术支持。 在生物领域，光电探测技术被广泛应用于生物医学、基因测序、蛋白质分析等方面，能够实现对微小组织、细胞和生物分子等的 探测与测量。
光电检测技术的现状及发展趋势 光电检测作为光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术，主要包括光信息获取、光电变换、光信息测量以及测量信息的智能化处理等，具有精度高、速度快、距离远、容 量大、非接触、寿命长、易于自动化和智能化等优点，在国民经济各行业中得到了迅猛的 发展和广泛的应用，如光扫描、光跟踪测量，光纤测量，激光测量，红外测量，图像测量，微光、弱光测量等，是当前最主要和最具有潜力的光电信息技术。本文从光电检测技术本 身特点出发，分析其发展现状及发展趋势。 一、光电检测技术的概述 光电检测技术就是光学与电子学结合而产生的一门新兴检测技术。它主要利用电子技 术对光学信号展开检测，并进一步传达、储存、掌控、排序和表明。光电检测技术从原理 上谈可以检测一切能影响光量和光特性的非电量。它可以通过光学系统把等待检测的非电 量信息转换沦为易于拒绝接受的光学信息，然后用光电探测器件将光学信息量转换成电量，并进一步经过电路压缩、处置，以达至电信号输入的目的。然后使用电子学、信息论、计 算机及物理学等方法分析噪声产生的原因和规律，以便于展开适当的电路改良，更好地研 究被噪声冲走的些微有价值信号的特点与相关性，从而介绍非电量的状态。些微信号检测 的目的从弱噪声中抽取有价值信号，同时提升测系统输入信号的信噪比。 光电检测的系统机构比较简单，分为信号的处理器，受光器，光源。在实际检测过程中，受光器在获得感知信号后，就会被反映为不同形状、颜色的信号，同时根据这些器件 所处在的不同位置，就能够将他分为反射型与透过型的两种比较的模式。光电检测的媒介 光应当是自然的光，例如白炽灯或者萤光灯。特别是随着这些技术的发展，光电技术也取 得的非常好发展。由于投光器在发出光后，会以不一样的方式触摸这些被检测物中，直到 照射到检测系统中的受光器中，同时受光器在此刺激下，会产生一定量的电流，这就是我 们常说的光敏性的原件，实际生活中应用比较广泛的有三极管、二极管。 光电检测技术主要包含光电转换技术、光信息以获取与光信息测量技术以及测量信息 的光电处置技术等。光电检测技术将光学技术与电子技术相结合同时实现对各种量的测量，它具备高精度、高速度、远距离、大量程、非碰触测量等特点。 二、光电检测技术的发展现状 随着科技发展的日新月异，光电检测技术已经发展出来纳米、亚纳米高精度的光电测 量新技术；小型、快速的微型光、机、电检测系统在各个领域应用领域越来越广为。非碰触、快速在线测量已经替代完整的接触式，较缓慢的检测技术，并向微空间三维测量技术 和大空间三维测量技术方向发展；闭环控制的光电检测系统，同时实现光电测量与光电掌 控一体化。向人们无法跌破的领域发展。光电追踪与光电读取测量技术等一流的光电检测 技术的进步和广泛应用将对人们生活，工业生产甚至国防科技产生非常大影响和改革。随 着光纤传感技术的飞速发展，光纤气体传感器也获得了广为的研究和应用领域。它具备灵
光电检测技术在食品安全中的应用研究 光电检测技术作为一种能够对物质进行非接触式、迅速准确地 检测的技术之一，正在食品安全领域中发挥着越来越重要的作用。本文将详细探讨光电检测技术在食品安全中的应用研究，以及其 优势和发展前景。 一、光电检测技术的原理和特点 光电检测技术是利用可见光、红外线等电磁波在物体表面和内 部反射、透射、散射等现象的差异，结合光电传感器的检测技术 来实现对物质特征的检测和分析。因此光电检测技术比传统的物理、化学方法具有更为准确、迅速、无损和便捷的特点，同时也 能够减少环境和人类身体的污染。 二、光电检测技术在食品安全中的应用 1、农产品质量检测 光电检测技术可以帮助农产品的质量检测。例如，利用光电传 感器检测小麦、大米等农产品中微量物质的含量，从而减少因过 度施肥等原因导致的食品安全隐患。 2、水果熟度检测
光电检测技术可以帮助检测水果的熟度。通过分析水果外观颜色和内部组织结构信息，光电检测技术可以准确地判断水果的熟度状态，从而保证水果的品质和安全性。 3、食品中添加物检测 光电检测技术可以对食品中存在的化学添加物进行非接触式的快速检测。例如，光电传感器可以检测食品中的防腐剂、食品色素、甜味剂等添加物，从而有效避免因食品添加物过量导致的健康风险。 三、光电检测技术的优势和发展前景 与传统的化学、物理分析方法相比，光电检测技术具有以下几个优势： 1、快速准确 光电检测技术可以实现非接触式检测，快速准确地检测和分析物质的特征。 2、非破坏性 光电检测技术不会破坏物质的内部结构和组织，对食品的质量和安全性没有影响。 3、环保 光电检测技术不需要使用任何化学试剂，实现环保检测。
光电检测技术：是利用光电传感器实现各类检测。它将被测量的量转换成光通量,再转换成电量，并综合利用信息传送和处理技术，完成在线和自动测量 光电传感器：基于光电效应，将光信号转换成电信号的一种传感器 光电传感器分类：直射式、反射式、辐射式 光电检测系统：光源->光学系统->被测对象->光学变换->光电传感->变换电路->电信号处理->储存/显示/控制光电检测技术的特点：高精度，高速度，远距离、大量程，非接触式检测，寿命长，数字化和智能化 光电检测方法：直接作用法、差动测量法、补偿测量法（指零法）、脉冲测量法 发光强度Iv：发出波长为555nm的单色辐射，在给定方向上的发光强度规定为1cd。单位：坎德拉（Candela）［cd］，它是国际单位制中七个基本单位之一。 光通量Φv：光强度为1cd的均匀点光源在1sr内发出的光通量。单位：流明［lm］。 光照度Ev：单位面积所接受的入射光的量，单位：勒克斯［lx］，相当于1平方米面积上接受到1个流明的光通量。 半导体特性：温度敏感，受微量杂质影响显著，受光、热、磁影响显著 半导体分类：本征半导体、N型半导体、P型半导体 本征半导体：就是没有杂质和缺陷的半导体。掺入的杂质可以分为施主杂质和受主杂质。 非平衡载流子：处于非平衡状态的半导体，其载流子浓度也不再是平衡载流子浓度，比它们多出一部分。比平衡状态多出来的这部分载流子称为非平衡载流子。 平衡载流子浓度：处于热平衡状态的半导体，在一定温度下，载流子浓度一定。这种处于热平衡状态下的载流子浓度，称为平衡载流子浓度。 非平衡载流子的产生：光注入；其它方法：电注入、高能粒子辐照等 载流子的输运过程：扩散、漂移、复合 半导体对光的吸收：吸收包括：本征吸收、杂质吸收、自由载流子吸收、激子吸收、晶体吸收 本征吸收：由于光子作用使电子由价带跃迁到导带， 本征激发：只有在入射光子能量大于材料的禁带宽度时，才能发生本征激发 PN结：将P型和N型半导体采用特殊工艺制造成半导体半导体内有一物理界面，界面附近形成一个极薄的特殊区域，称为PN结 光电效应：照射到物体表面上使物体发射电子、或导电率发生变化、或产生光电动势等，这种因光照而引起物体电学特性发生改变统称为光电效应 光电效应包括：外光电效应和内光电效应 外光电效应：物体受光照后向外发射电子—多发生于金属和金属氧化物 内光电效应：物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部而不会逸出物体外部—多发生在半导体内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应 光电导效应：半导体受光照后，内部产生光生载流子，使半导体中载流子数显著增加而电阻减少的现象 光生伏特效应：光照在半导体PN结或金属—半导体接触上时，会在PN结或金属—半导体接触的两侧产生光生电动势。 PN结的光生伏特效应：当用适当波长的光照射PN结时，由于内建场的作用（不加外电场），光生电子拉向n区，光生空穴拉向p区，相当于PN结上加一个正电压。半导体内部产生电动势（光生电压）；如将PN结短路，则会出现电流（光生电流）。 光热效应：材料受光照射后，光子能量与晶格相互作用，振动加剧，温度升高，材料的性质发生变化． 热释电效应：介质的极化强度随温度变化而变化，引起表面电荷变化的现象． 辐射热计效应：入射光的照射使材料由于受热而造成电阻率变化的现象． 温差电效应：由两种材料制成的结点出现稳差而在两结点间产生电动势，回路中产生电流． 响应度（或称灵敏度）：是光电探测器输出信号与输入光功率之间关系的度量。描述的是光电探测器件的光电转换效率。响应度是随入射光波长变化而变化的，响应度分电压响应率和电流响应率
第一次作业 1、光电检测技术有何特点？光电检测系统的基本组成是怎样的？答：光电检测技术是将光学技术与现代技术相结合，以实现对各种量的测量，它具有如下特点：（1）高精度，光电测量是各种测量技术中精度最高的一种。（2）高速度，光电检测 以光为媒介，而光是各种物质中传播速度最快的，因此用光学方法获取和传递信息的速度是最快的。（3）远距离、大量程，光是最便于远距离传递信息的介质，尤其适用于遥控和遥测。（4）非接触式测量，不影响到被测物体的原始状态进行测量。 光电检测系统通过接收被测物体的光辐射，经光电检测器件将接收到的光辐射转换为电信号，再通过放大、滤波等电信号调理电路提取有用信息，经数模转换后输入计算机处理，最后显示，输出所需要的检测物理量等参数。 2、什么是能带、允带、禁带、满带、价带和导带？绝缘体、半导体、导体的能带情况有何不同？ 答: 晶体中电子所能具有的能量范围，在物理学中往往形象化地用一条条水平横线表示电子的各个能力值，能量愈大, 线的位置愈高, 一定能量范围内的许多能级（彼此相隔很近）形成一条带, 称为能带。其中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电子占据的，称为禁带。在晶体中电子的能量状态遵守能量最低原理和泡利不相容原理，晶体最外层电子壳层分裂所形成的能带称为价带。价带可能被电子填满也可能不被填满，其中被填满的能带称为满带。半导体的价带收到光电注入或热激发后，价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带，空带中存在电子后即成为导电的能带-- 导带。 对绝缘体和半导体，它的电子大多数都处于价带，不能自由移动，但是热，光等外界因素的作用下，可以少量价带中的电子越过禁带，跃迁到导带上去成为载流子。 绝缘体和半导体的区别主要是禁的宽度不同。半导体的禁带很窄，绝缘体的禁带宽一些，电子的跃迁困难的多，因此，绝缘体的载流子的浓度很小。导电性能很弱。实际绝缘体里，导带里电子不是没有，并且总有一些电子会从价带跃迁到导带，但数量极少，所以，在一般情况下，可以忽略在外场作用下他们移动所形成的电流。但是，如果外场很强，束缚电荷挣脱束缚而成为自由电荷，则绝缘体就会被“击穿”而成导体。 6. 什么是外光电效应和内光电效应, 他们有那些应用 答：在光照下，物体向表面以外的空间发射电子（即光电子）的现象称为外光电效应。物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部运动而不逸出物质的现象称为内光电效应，内光电效应又可分为光电导效应和光伏特效应。 外光电效应可用于制造光电管和光电倍增管。内光电效应中光电导效应可用于制造光敏电阻、光生伏特效应可用于制造光电二级管、光电池、光电三级管等。 第二次作业 1. 光电检测器件中常见的噪声有那些， 答：光电检测器件中常见的几种噪声为：热噪声，散粒噪声，产生- 复合噪声，I/f 噪声，温度噪声等 （1）热噪声，为载流子无规则的热运动造成的噪声。 （3）散粒噪声，噪声所呈现的起伏就像射出的散粒无规则的落在靶子上呈现出的一样随机起伏。 （3）产生-复合噪声，在半导体中一定温度下或者在一定光照下载流子不断的产生- 复合，尽管在平衡状态下载流子产生和复合的平均数是一定的，但其瞬间载流子的产生和复合是有起伏的，在外加电压下，电导率的起伏使输出电流中带有产生- 复合噪声 (4)l/f噪声：出现在大约1KHz以下的低频范围内，而且与光辐射的调制频率成反比，故称低频