中国地质大学（武汉）：《传感器及检测技术 Sensor And Measure Technology》课程教学资源（课件讲稿）第6章 光电式传感器

第6章光电式传感器 6.1 光源 2 6.2 光电效应和光电器件 3 6.3光固态CCD图像传感器 nnan■■■■naa■naa■■na■■nEEn■■■nEEmn■■■■■naan■a■■■a■n■aa■■■■■■nEEmn■■a■a■ana■■nnaa■naa■■n■■g■ann

第6章 光电式传感器 1 6.1 光源 6.2 光电效应和光电器件 3 6.3 光固态CCD图像传感器 2

概述 光电式传感器是将光通量转换为电量的 种传感器，光电式传感器的基础是光电转换元 件的光电效应。 ◆由于光电测量方法灵活多样，可测参数众多， 具有非接触、高精度、高可靠性和反应快等特 点，使得光电传感器在检测和控制领域获得了 广泛的应用

概述 光电式传感器是将光通量转换为电量的一 种传感器，光电式传感器的基础是光电转换元 件的光电效应。 ◆由于光电测量方法灵活多样，可测参数众多， 具有非接触、高精度、高可靠性和反应快等特 点，使得光电传感器在检测和控制领域获得了 广泛的应用

6-1光源 光源是光电式传感器的一个重要组成部分，正确合 理地选择光源是成功设计光电传感器的前提和保证。 光电传感器中所用的光源可简单地分为自然光源和 人造光源两类。 一、热辐射光源 利用物体升温产生光辐射的原理制成的光源称为热 辐射光源。物体升温越高，辐射能量越大，辐射光 谱的峰值波长也就越短

6-1光源 • 光源是光电式传感器的一个重要组成部分，正确合 理地选择光源是成功设计光电传感器的前提和保证。 • 光电传感器中所用的光源可简单地分为自然光源和 人造光源两类。 • 一、热辐射光源 • 利用物体升温产生光辐射的原理制成的光源称为热 辐射光源。物体升温越高，辐射能量越大，辐射光 谱的峰值波长也就越短

6-1光源 ·1.白炽灯 ·白炽灯是一种典型的可见光谱热辐射光源。钨丝 密封在玻璃泡内，泡内充以惰性气体或者保持真 空，依靠电能将钨丝加热到白炽状态而发光。 ·2.卤钨灯 ·卤钨灯是一种特殊的白炽灯，灯泡用石英玻璃或 硬质玻璃制作，能够耐3500K的高温，灯泡内充 以卤族元素，通常是碘

6-1光源 • 1．白炽灯 • 白炽灯是一种典型的可见光谱热辐射光源。钨丝 密封在玻璃泡内，泡内充以惰性气体或者保持真 空，依靠电能将钨丝加热到白炽状态而发光。 • 2．卤钨灯 • 卤钨灯是一种特殊的白炽灯，灯泡用石英玻璃或 硬质玻璃制作，能够耐3500K的高温，灯泡内充 以卤族元素，通常是碘

6-1光源 ·二、气体放电光源 电流通过置于气体中的两个电极时，两电极之 间会放电发光，利用这种原理制成的光源称为 气体放电光源。 ·三、电致发光光源一发光二极管 。 固体发光材料在电场激发下产生的发光现象称 为电致发光，它是将电能直接转换成光能的过 程。利用这种现象制成的器件称为电致发光

6-1光源 • 二、气体放电光源 • 电流通过置于气体中的两个电极时，两电极之 间会放电发光，利用这种原理制成的光源称为 气体放电光源。 • 三、电致发光光源——发光二极管 • 固体发光材料在电场激发下产生的发光现象称 为电致发光，它是将电能直接转换成光能的过 程。利用这种现象制成的器件称为电致发光

6-1光源 。 器件，如发光二极管、半导体激光器和电致发 光屏等。 绝缘层 电极 P型半导体 N型半导体 控制层 电极 发光二极管原理图

6-1光源 • 器件，如发光二极管、半导体激光器和电致发 光屏等。 发光二极管原理图

6-1光源 ·四、激光光源 激光的英文是Laser,它是“光受激辐射放大”light am plification by stimulated emission of radiation)的缩写。某 些物质的分子、原子、离子吸收外界特定能量（如特定 频率的辐射)，从低能级跃迁到高能级上（受激吸收）， 如果处于高能级的粒子数大于低能级上的粒子数，就 形成了粒子数反转，在特定频率的光子激发下，高能 粒子集中地跃迁到低能级上，发射出与激发光子频率 相同的光子（受激发射）

6-1光源 • 四、激光光源 • 激光的英文是Laser，它是“光受激辐射放大”(light am plification by stimulated emission of radiation)的缩写。某 些物质的分子、原子、离子吸收外界特定能量(如特定 频率的辐射)，从低能级跃迁到高能级上(受激吸收)， 如果处于高能级的粒子数大于低能级上的粒子数，就 形成了粒子数反转，在特定频率的光子激发下，高能 粒子集中地跃迁到低能级上，发射出与激发光子频率 相同的光子(受激发射)

6-1光源 ·(一)固体激光器 ·固体激光器的典型实例就是红宝石激光器，它 是人类发明的第一种激光器，诞生于1960年。 红宝石激光器的工作介质是掺0.5%铬的氧化铝 (即红宝石)，激光器采用强光灯作泵浦，红宝 石吸收其中的蓝光和绿光，形成粒子数反转， 受激发出深红色的激光（波长约694nm)

6-1光源 • (一)固体激光器 • 固体激光器的典型实例就是红宝石激光器，它 是人类发明的第一种激光器，诞生于1960年。 红宝石激光器的工作介质是掺0.5％铬的氧化铝 (即红宝石)，激光器采用强光灯作泵浦，红宝 石吸收其中的蓝光和绿光，形成粒子数反转， 受激发出深红色的激光(波长约694nm)

6-1光源 (二)气体激光器 可用来做气体激光器的介质很多，与固体激光 介质相比，气体介质的密度低很多，因而单位 体积能够实现的离子反转数目也低得多，为了 弥补气体密度低的不足，气体激光器的体积一 般都比较大。 (三)半导体激光器 。 半导体激光器是指以半导体材料为工作物质的一类激 光器，也称半导体激光二极管①D)

6-1光源 • (二)气体激光器 • 可用来做气体激光器的介质很多，与固体激光 介质相比，气体介质的密度低很多，因而单位 体积能够实现的离子反转数目也低得多，为了 弥补气体密度低的不足，气体激光器的体积一 般都比较大。 • (三)半导体激光器 • 半导体激光器是指以半导体材料为工作物质的一类激 光器，也称半导体激光二极管(LD)

6-1光源 (四)液体激光器 ·染料激光器是液体激光器中最普遍采用的激光 器，它以染料作为工作物质。液体激光器多用 光泵激励，有时也用另一个激光器作激励源

6-1光源 • (四)液体激光器 • 染料激光器是液体激光器中最普遍采用的激光 器，它以染料作为工作物质。液体激光器多用 光泵激励，有时也用另一个激光器作激励源