售前电话
135-3656-7657
售前电话 : 135-3656-7657
光辐射电效应是将光辐射信号转换成电信号的效应,分光电效应与热电效应两大类:光电效应是光照射到物体上使物体发射电子、或导电率发生变化、或产生光电动势等的一种效应;热电效应是物体吸收光辐射引起温升而使物体电阻值变化、或产生温差电动势、或释放电荷等的一种效应。下面分别讨论。
光电效应光电效应可归纳为两大类。
(1)物质受到光照后向外发射电子的现象称为外光电效应(或光电发射效应),这种效应多发生于金属和金属氧化物。
(2)物质受到光照后所产生的光电子只在物质内部运动,而不会逸出物质外部的现象称为内光电效应,这种效应多发生于半导体内,它又可以分为光电导效应和光生伏特效应。
1.光电发射效应当被激发的电子能逸出光敏物质的表面而在外电场作用下形成光电子流,这就是外光电效应,也称为光电发射效应。在光电器件中,光电管、光电倍增管和某些特种光电器件,都是建立在外光电效应基础上的。外光电效应主要的基本定律和性质如下。
(1)斯托列托夫(Ctojietob)定律(光电发射第一定律)。当入射光线的频谱成分不变(同一波长的单色光或者相同频谱成分的光线)时,光电阴极的饱和光电发射电流Ik与被阴极所吸收的光通量Φk成正比。即
Ik=SkΦk (1-50)
式中,Sk是表征光电发射灵敏度的系数,即后面器件中称的光电阴极的灵敏度。这个关系非常重要,因为它是用光电探测器件进行光度测量、光电转换的一个最重要的依据。
(2)爱因斯坦(Einstein)定律(光电发射第二定律)。发射出光电子的最大动能随入射光频率的增高而线性地增大,而与入射光的光强无关,即光电子发射的能量关系符合爱因斯坦公式。,
式中,h为普朗克常数;V为入射光的频率;me为光电子的质量;υ表示出射光电子的速度:μo为光电阴极的逸出功。
根据爱因斯坦提出的假说,每个电子的逸出都是由于吸收了一个光量子能量的结果。而且一个光子的全部能量如都由辐射能转变成光电子的能量。因此,光愈强,也就是作用于阴极表面的量子数愈多,这样就会有较多的电子从阴极表面逸出。同时,入射光线的频率愈高,也就是说每个光子的能量愈大,阴极材料中处于最高能级的电子在取得这个能量,并克服位垒作用逸出界面之后,其具有的动能也较大。
(3)光电发射的红限。在入射光线频谱范围内,光电阴极存在着临界波长。当光波波长等于这个临界波长时,光电子刚刚能从阴极逸出。这个波长通常称为光电发射的“红限”,也称为光电发射的阈波长(光电阴极的长波阈馬)。显然,在红限处光电子的初速(即动能)应该为零。因此hv=<p0,临界频率vo=例曲,所以临界波长为
最短波长的可见光(380nm)在表面逸岀功(也称为功函数)不超过3.2eV的阴极材料中产生光电发射。而最长波长的可见光(780nm)则只有在功函数低于1.6eV的阴极材料中才会产生光电发射。
(4)光电发射的瞬时性。这是光电发射的一个重要特性,实验证明,光电发射的延迟时间不超过3x10¯¹³s的数量级。因此,实际上可以认为光电发射是无惯性的,这就决定了外光电效应器件具有很高的频率响应。
以上的结论严格说来是在温度为绝对零度时才是正确的。因为随着温度的增加,阴极材料内电子的能量亦将提高,而有可能在原来的红限以下即已逸岀表面。但是,在实际上由于温度提高时这种具有很大能量的电子数目为数很少。在高温场合实际测量光电发射时,因受仪器灵敏度的限制,爱因斯坦定律和红限的结论,对大多数金属来说仍是正确的。
最早的时候,认为光电发射效应只发生在阴极材料的表面,即阴极表面的单原子层或者离表面数十纳米的距离内。但在后来发现了灵敏度很高的阴极材料后,认为光电发射不仅发生在物体的表面层,而且还深入到阴极材料的深层,通常称为光电发射的体积效应。而前者则称为光电发射的表面效应。
2.光电导效应