光电导材料从光照开始到获得稳定的光电流是要经过一定时间的。同样光照停止后光电流也是逐渐消失的。这些现象称为弛豫过程或惰性。

对光电导体受矩形脉冲光照时，常有上升时间常数τr和下降时间常数τf来描述弛豫过程的长短。τr表示光生载流子浓度从零增长到稳态值63%时所需的时间，τf表示从停光前稳态值衰减到37%时所需的时间。

当输入光功率按正弦规律变化时，光生载流子浓度（对应于输出光电流）与光功率频率变化的关系，是一个低通特性，说明光电导的弛豫特性限制了器件对调制频率高的光功率的响应：

Δn0：中频时非平衡载流子浓度。

ω：圆频率，ω=2πf。

τ：非平衡载流子平均寿命，在这里称时间常数。

可见Δn随ω增加而减小，当ω=1/τ时，Δn=Δn0/，称此时f=1/2πτ为上限截止频率或带宽。

光电增益与带宽之积为一常数，Mf=(τn/tn τp/tp)·(1/2πτ)=(1/tn 1/tp)·(1/2π)=常数。表明材料的光电灵敏度与带宽是矛盾的：材料光电灵敏度高，则带宽窄；材料带宽宽，则光电灵敏度低。此结论对光电效应现象有普遍性。

某些半导体材料受到光照射时，其电导率发生变化的现象。光照射到半导体上，价带上的电子接受能量，使电子脱离共价键。当光提供的能量达到禁带宽度的能量值时，价带的电子跃迁到导带，在晶体中就会产生一个自由电子和一个空穴，这两种载流子都参与导电。由光产生的附加电导称为光电导，也称本征光电导。光能还可将杂质能级激发产生附加电导，称为杂质光电导。利用光敏效应可制成光敏电阻，不同波长的光子具有不同的能量，因此，一定的材料只对应于一定的光谱才具有这种效应。对紫外光较灵敏的光敏电阻称紫外光敏电阻，如硫化镉和硒化镉光敏电阻，用于探测紫外线。对可见光灵敏的光敏电阻称可见光光敏电阻，如硒化铊、硫化铊，硫化铋及锗、硅光敏电阻，用于各种自动控制系统，如光电自动开关门窗，光电计算器，光电控制照明，自动安全保护等。对红外线敏感的光敏电阻称红外光敏电阻，如硫化铅，碲化铅、硒化铅等，用于夜间或淡雾中探测能够辐射红外线目标，红外通信，导弹制导等。

光电导效应的应用主要体现在光电导材料的应用上。光电导材料是一种灵敏、快速的光电器件。通过它，能灵敏、快速地将接受到的光信号转换成对应的电信号，广泛地应用于国民经济、军事、科学技术等各个部门和社会生活的方方面面，特别是现代高新技术之中。

光电导效应在基础光电器件中的应用

(1)在探测器中的应用

利用光电导效应原理工作的探测器称为光电导探测器。作为半导体材料的一种体效应，光电导效应无须形成p-n结。光照越强，光电导材料的电阻率越小，故光电导材料又称为光敏电阻。不含杂质的光敏电阻一般在室温下工作，适用于可见光和近红外辐射探测，含杂质的光敏电阻通常必须在低温条件下工作，常用于中、远红外辐射探测。

(2)在摄像管中的应用

光电导材料是目前摄像管中应用最为广泛的光电变换材料之一。与利用外光电效应的摄像管相比，光电导摄像管突出的优点是：体积小、重量轻、结构简单、灵敏度高等。目前，它已广泛地应用于工业监控系统。

光电导效应军事领域中的应用

(1)红外夜视仪(热像仪)

通过光电导材料，热像仪中的红外光可变成可见光，即将红外图像转化为可见光图像，以便作战人员观察夜间战场情况。这一过程分为两步进行：首先是使用对红外辐射敏感的红外光电导探测器，把红外辐射信号变成电信号，该信号的大小正比于红外辐射的强度；其次是通过电视显像系统将电信号显示于电视屏幕上。

热像仪是当代夜视技术发展的最高水平，广泛应用于各类红外观察仪、红外热瞄器、坦克上的潜望仪器、带光测距机、火控系统与跟踪系统之中，具有隐蔽性好、抗干扰性强、分辨率高、全天候性等优点。

(2)导弹系统中的制导装置和反导弹系统中的预警装置

红外光电导摄像管是红外制导导弹的眼睛。许多军事目标(飞机、坦克、军舰等)都装有大功率发动机，其动力部分是强大的红外辐射源，可形成红外制导导弹的目标控制信号。当信号被导弹接受后，经处理去驱动导弹的控制系统，在红外光电导摄像管的协助下，不断矫正导弹的飞行方向，逼近目标并加以摧毁。用导弹拦截导弹，关键在于传感器准确及时地探测、跟踪目标。由对红外光响应速度快、灵敏度高、有较高响应率的光电导材料制成的红外光电导探测器，可安装在预警飞机或预警卫星上，能准确及时地探测、跟踪敌方导弹尾焰的红外辐射，是反导弹系统预警装置中的重要组成部分。红外光电导制导、探测技术具有不易受干扰、定位准确率高、结构简单、成本低、可探测超低空目标等优点，但受气象条件的影响比较大，往往要和雷达配合，以便取长补短。目前，许多地空导弹是雷达)红外双模制导导弹。有趣的是，光电导效应同样应用于隐身技术。

光电导效应其他应用

(1)在生产生活中的应用

在生产生活方面，光敏电阻可应用在各种自动控制装置和光检测设备中，如生产线上的自动送料、自动门装置、航标灯、路灯、应急自动照明、自动给水停水装置、生产安全装置、烟雾火灾报警装置、照相机的自动调节、电子计算机的输入设备以及医疗器械(如光电脉搏计、心电图仪)等方面。此外，还可应用于电子乐器、电视和其它家用电器中。

(2)在教育教学中的应用

在教育教学方面，光电导摄像管可广泛地应用于学校教育教学的监督和管理评价工作之中。光电导材料应用于扫描仪、复印机、投影仪，给学校的教学和人们日常的学习和交流带来方便。

(3)在科学研究中的应用

在科学研究方面，利用红外光电导，可以遥感物体表面温度、无损探伤、气象遥感、地学遥感等。

总之，光电导传感和遥感技术对于自动控制、机电一体化十分重要。

光电导效应光电导材料的应用前景展望

探测、传感技术的发展离不开高性能的光电器件材料。 在今后一段时间内, 响应速度更快、 响应效率更好、灵敏度更高、响应频率更宽的高性能光电导材料, 将是光电导技术研究的主要发展方向。

综上所述, 人类已经进入信息时代, 半导体和微电子技术无疑是信息社会的核心技术之一。 展望未来, 在光电子技术的革命中, 光电导材料会在光学、集成光电子学和分子电子学领域发挥重大作用 。 在语言和图像的识别中, 在复杂情况下作出判断的人工智能以及神经网络和模拟人脑等方面的发展中, 半导体微电子技术和光电子技术仍将是未来科学技术革命的主要内 容, 作为一种性能不断优化的基础元器件, 光电导材料将会作出巨大的贡献。

半导体无光照时为暗态，此时材料具有暗电导；有光照时为亮态，此时具有亮电导。如果给半导体材料外加电压，通过的电流有暗电流与亮电流之分。亮电导与暗电导之差称为光电导，亮电流与暗电流之差称为光电流。

暗态下

Gd=σd·A/L, Id=GdU=σd·AU/L

亮态下

Gl=σl·A/L, Il=GlU=σl·AU/L

亮态与暗态之差

Gp=Gl - Gd=(σl-σd）·A/L=Δσ·A/L

Ip=Il - Id=(Gl-Gd）·U=Δσ·AU/L

A：半导体材料横截面面积

L：半导体材料长度

I：电流

U：外加电压

G：电导

σ：电导率

Δσ：光致电导率的变化量

下标d代表暗，l代表亮，p代表光。

第1章 绪论

1.1 信息技术与光电检测技术

1.2 光电检测与光电传感器概念

1.2.1 检测与测量的概念

1.2.2 光电传感器与敏感器的概念

1.3 光电检测系统的组成及特点

1.4 光电检测方法及应用发展趋势

思考题与习题

第2章 光电检测器件工作原理及特性

2.1 光电检测器件的物理基础

2.1.1 光电导效应

2.1.2 杂质光电导效应

2.1.3 光生伏特效应

2.1.4 光热效应

2.2 光电检测器件的特性参数

思考题与习题

第3章 半导体光电检测器件及应用

3.1 光敏电阻

3.1.1 光敏电阻的结构及其工作原理

3.1.2 光敏电阻特性参数

3.1.3 光敏电阻的应用

3.2 光生伏特器件

3.2.1 光电池

3.2.2 光电二极管与光电三极管

3.2.3 发光器件

3.2.4 光电耦合器件

3.2.5 光电位置敏感器件

3.2.6 光热辐射检测器件

3.2.7 各种光电检测器件的性能比较

思考题与习题

第4章 光电信号检测电路

4.1 光电检测电路的设计要求

4.2 光电信号输入电路的静态计算

4.2.1 恒流源型器件光电信号输入电路

4.2.2 光伏型器体光电信号输入电路

4.2.3 可变电阻型器体光电信号输入电路

4.3 光电信号检测电路的动态计算

4.3.1 光电信号输入电路的动态计算

4.3.2 光电检测电路的频率特性

4.4 光电信号检测电路的噪声

4.4.1 检测电路的噪声等效处理

4.4.2 典型光电检测电路的噪声估算

4.5 前置放大器

4.5.1 放大器的噪声

4.5.2 前置放大器的低噪声设计

4.5.3 检测器件和放大电路的连接

4.6 光电检测电路举例

思考题与习题

第5章 光电直接检测系统

5.1 光电直接检测系统的基本工作原理

5.2 光电直接检测系统的基本特性

5.2.1 直接检测系统的信噪比

5.2.2 直接检测系统的检测极限及趋近方法

5.2.3 直接检测系统的视场角

5.2.4 系统的通频带宽度

5.3 直接检测系统的距离方程

5.3.1 被动检测系统的距离方程

5.3.2 主动检测距离方程

5.4 光电直接检测系统举例

5.4.1 莫尔条纹测长仪

5.4.2 激光测距仪

5.4.3 环境污染监测系统

思考题与习题

第6章 光外差检测系统

6.1 光外差检测原理

6.2 光外差检测特性

6.2.1 光外差检测可获得全部信息

6.2.2 光外差检测转换增益高

6.2.3 良好的滤波性能

6.2.4 信噪比损失小

6.2.5 最小可检测功率

6.2.6 光外差检测系统对检测器性能的要求

6.3 影响光外差检测灵敏度的因素

6.3.1 光外差检测的空间条件(空间调准)

6.3.2 光外差检测的频率条件

6.4 光外差检测系统举例

6.4.1 干涉测量技术

6.4.2 光外差通信

6.4.3 多普勒测速

思考题与习题

第7章 光纤传感检测技术

7.1 光纤传感器的基础

7.1.1 光纤波导原理

7.1.2 光纤的种类

7.1.3 光纤的特性

7.1.4 光纤传感器分类

7.2 光纤的光波调制技术

7.2.1 强度调制与解调

7.2.2 偏振调制与解调

7.2.3 相位调制与解调

7.2.4 频率调制与解调

7.3 光纤传感器实例

7.3.1 光纤位移传感器

7.3.2 光纤温度传感器

7.3.3 光纤角速度传感器(光纤陀螺)

7.3.4 光纤压力传感器

7.3.5 光纤电流传感器

7.4 分布式光纤传感器

7.4.1 概述

7.4.2 用于构成分布式光纤传感器的主要技术

思考题与习题

第8章 光电信号的数据采集与微机接口

8.1 光电信号的二值化处理

8.1.1 单元光电信号的二值化处理

8.1.2 视频信号的二值化处理

8.1.3 光电信号二值化数据采集与接口

8.2 单元光电信号的A/D转换与数据采集

8.2.1 单元光电信号的A/D转换

8.2.2 单元光电信号的A/D数据采集

8.3 视频光电信号的A/D转换与数据采集

8.3.1 视频光电信号的A/D转换

8.3.2 视频信号的数据采集与微机接口

思考题与习题

第9章 光电检测技术的典型应用

9.1 微弱光信号检测技术

9.1.1 锁相放大器

9.1.2 取样积分器

9.1.3 光子计数器

9.2 光电开关与光电转速计

9.2.1 光电开关

9.2.2 光电转速计

9.3 条形码技术

9.3.1 条形码的概念及特点

9.3.2 条形码的工作原理

9.3.3 条形码的识别原理及装置

9.4 光电遥控技术

9.4.1 光电遥控原理

9.4.2 光电遥控装置举例

9.5 红外方位检测系统

9.5.1 基于调制盘的方位检测原理

9.5.2 基于调制盘的红外方位检测系统结构

思考题与习题

参考文献2100433B

光照射在物体表面上可看成是物体受到一连串能量为E的光子轰击，而光电效应是由于物体吸收到光子能量后产生的电效应。通常把光电效应分为三类：

1．外光电效应。在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应。基于该效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。

2．内光电效应。在光线作用下能使物体电阻率改变的称为内光电效应，又称光电导效应。基于该效应的光电器件有光敏电阻、光敏晶体管等。

3．半导体光生伏特效应。在光线作用下能使物体产生一定方向电动势的称为半导体光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池。

基于外光电效应的光电器件属于真空光电器件，基于内光电效应和半导体光生伏特效应的光电器件属于半导体光电器件