1、光电探测的几个原理简单介绍,骆佳良,2014年11月19日,IPC7,光与电发展的相似,电学电子学电子回路电子集成电子系统电子工程电子产业,光学光子学光子回路光子集成光子系统光子工程光子产业,LASERLight Amplification by StimulatedEmission of Radiation,激光是受激辐射光放大的简称。,激光测距,一、时间法激光测距二、相位法激光测距（间接法）,时间法激光测距,距离Dct/2.从发射激光开始计时，到接收到激光时停止计时，记录的时间t就可得出距离。缺点：光速太快，对于一个不太长的距离D，时间很短，对晶振的要求太高。,相位法激光测距,用低频对激光
2、的振幅（光强）进行调制。,相位法激光测距,为调制频率,N 为光波往返全程中的整周期数,为不足一个周期的位相值,上式中令Lc/2fv 电尺长度。只与调制频率有关，相当于一个定值。,只要知道相位差 与N便可求出距离。,相位差是可以容易测到的。测量接收到的光强以及变化趋势。,但N不知道，但我们可以预测一个距离使N0.,设fv=150KHZ,则L1000M.则把N0可以测量1000M以内的目标。,激光束的发散角很小，一般为,一束激光到月球 回来的面积,设激光的功率10mw,从月球回来的单位面积上的功率太小。还要接收。,光检测,探测器雪崩光二极管(APD )光电倍增管光敏三极管,演示视频,演示视频,半导
3、体激光器,LD （ Laser diode ）,LED (Light Emitting Diode),LD与LED的根本区别在于：LED没有谐振腔。,工作物质：重掺杂的半导体泵浦源：正向电压谐振腔：PN结平面垂直的自然抛光面,演示视频,照片,激光雕刻,峰值功率,美国陆军机动战术高能激光器,激光步枪的原型由美国Los Alamos 国家实验室设计。这种枪可以损伤敌人的眼睛,CCD,Charge-coupled Device,1. CCD的结构与工作原理,1) CCD单元结构,由多个像素组成线阵,金属栅极是分立的，氧化物与半导体是连续的,P,MOS结构单元像素,CCD的结构与工作原理,1) CCD
4、单元结构,由多个像素组成线阵,金属栅极是分立的，氧化物与半导体是连续的,P,MOS结构单元像素,基本名词：,势 阱,1. CCD单元结构,势 阱,施加正电压,空穴耗尽区,电子的“陷阱”,反向电压与光电二极管原理类似,基本名词：,势 阱,栅极正向电压增加时，势阱变深。,改变UG，调节势阱深度,1. CCD的结构与工作原理,2)电荷包的注入 （光注入、电注入）,光注入：,电子 信号电荷（包）,产生电子空穴对,空穴 栅极电压排斥,1. CCD的结构与工作原理,4)电荷包的转移,基本思想： 调节势阱深度 利用势阱耦合,势阱耦合,1. CCD的结构与工作原理,5)电荷包的输出,电流输出方式 ：,衬底P和
5、N+区构成输出二极管（反偏压）,复位脉冲RS,102V,5V,1. CCD的结构与工作原理,线阵CCD的应用,循线小车,演示视频,光谱分析仪,光纤,线阵CCD,棱镜分光,三角测量,测液位,线阵列,激光,二维平面定位,发光阵列,尺寸测量,二维平面定位,发光点,常用的定位是编码器，绝对式编码器与增量式编码器。,红外吸收湿度传感器,传统湿度传感器大都建立在吸湿材料的物理化学性质（机械变形、电容电阻等变化）随相对湿度而改变的基础上。精度一般不高，反应慢。,最高灵敏度：,类似原理做气体分析,附赠一:光与健康,一、造成近视的最大原因是人们在户外的时间太少。晒太阳有助于视网膜释放一种可以减缓眼睛轴向增长的化学物质，而正是眼睛轴向增长导致了近视。二、自然光明暗交替，更有益。人造光源含有太多让人警觉的蓝光。过亮的夜晚提示大脑精神。,资料来自：环球科学,附赠二：近作-matlab文字识别,要点回顾,激光光电二极管CCD,thanks,Any question?,
