現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)第4章光電探測(cè)器及其校正技術(shù)

1、現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù) 第4 4章 光電探測(cè)器及其校正技術(shù) 本章主要包括以下內(nèi)容 1.1.光電倍增管 2.2.光電導(dǎo)器件 3.3.光電池和光電二極管 4.CCD4.CCD圖像傳感器 5.5.熱電探測(cè)器 6.6.光電探測(cè)器的校正 4.1 4.1 概述 光電探測(cè)器的工作原理是將光輻射的作用視為所含 光子與物質(zhì)內(nèi)部電子的直接作用。也就是物質(zhì)內(nèi)部電子 在光子作用下，產(chǎn)生激發(fā)而使物質(zhì)的電學(xué)特性發(fā)生變化。 這種變化主要有以下三類： (1) (1) 外光電效應(yīng) 某些物質(zhì)在光子的作用下可以從物質(zhì)內(nèi)部逸出電 子的現(xiàn)象叫做外光電效應(yīng)。逸出電子的動(dòng)能可用下式表 示： 式中，m m為電子質(zhì)量；v為電子逸出后所具有的速度；h是

2、普朗克常數(shù)；P Po o為該物質(zhì)的逸出功 0 2 2 1 phmv (2) (2) 內(nèi)光電效應(yīng) 某些物質(zhì)在光子作用下，使物質(zhì)導(dǎo)電特性發(fā)生變 化，這種現(xiàn)象叫做內(nèi)光電效應(yīng)。 利用內(nèi)光電效應(yīng)材料制成的光電探測(cè)器主要是各 種類型的光敏電阻。 (3) (3) 障層光電效應(yīng) 在不同材料的接觸面上，由于它們電學(xué)特性不同 而產(chǎn)生障層。 利用障層光電效應(yīng)制成的光電探測(cè)器主要有各種 類型的光電池和光電二極管、光電三極管等。 4.2 光電倍增管 利用外光電效應(yīng)制成的光電器件主要有光電管和光 電倍增管。光電管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，如圖4-14-1所示；圖4-24-2所示 是真空光電管的伏安持性 圖4-1 光電管結(jié)構(gòu)示意圖 圖4-

3、2 真空光電管的伏安特性 1. 光電倍增管的工作原理 光電倍增管是由封裝在真空泡殼中的光陰極、陽極和 若干中間二次發(fā)射極所組成。它的結(jié)構(gòu)原理及偏置電路 如圖4-34-3所示。 圖4-3 光電倍增管及回路示意圖 二次發(fā)射極 二次發(fā)射體的重要參數(shù)是二次發(fā)射系數(shù): 式中n1、 n2分別是輸入二次發(fā)射體的一次電子數(shù)和二次 發(fā)射體對(duì)應(yīng)發(fā)出的電子數(shù)。二次電子發(fā)射系數(shù)與材料本 身特性、一次電子的動(dòng)能或極間電壓的大小有關(guān)，如圖 4-5所示。 21 nn 圖4-5 U關(guān)系曲線 陽極 陽極是管內(nèi)電壓最高的地方，當(dāng)最后一個(gè)二次 極發(fā)出的電子飛到陽極上后，陽極也會(huì)產(chǎn)生二次電 子發(fā)射，這將破壞穩(wěn)定的輸出。 分壓器 它的

4、作用是使光電倍增管中從光電陰極到依次 各二次極，最后到陽極的電位逐漸升高，使光電子 順利完成電子倍增過程。 2. 2. 光電倍增管的主要特性 (1) (1) 光電倍增管的光譜特性 光電倍增管的光譜特性主要由光陰極和玻殼材料的 特性來確定。影響光電倍增管光譜特性的還有一些其它 因素，如溫度、受照點(diǎn)位置和磁場(chǎng)等。 圖 4-8 銻絕陰極S隨T偏移的曲線 圖4-8中縱坐標(biāo)是光譜相對(duì)偏移，其定義為 式中 S20oc為20時(shí)銻銫陰極的光譜靈敏度；ST溫度 為T時(shí)的光譜靈敏度。 圖4-9所示是多堿陰極的光譜特性隨溫度變化的曲線。 %100 20 20 C CT S SS 圖 4-9 多堿陰極S隨T偏移的曲線

5、 (3) 線性度 在高精度的光電檢測(cè)中，要求光電探測(cè)器的光特性具 有良好的線性度，且線性范圍盡可能寬。光特性是指倍增 管輸出信號(hào)電流隨輸入光通量變化的曲線，即If()。 (2) 靈敏度 光電器件靈敏度的定義有許多種，而對(duì)光電倍增管 常用陽極靈敏度來表征這一特性。 定義陽極光譜靈敏度Sa()為 式中，單色光通量為()，陽極電流為Ia() )(/ )()( aa IS 圖4-12給出了隨入射通量增加輸出電流Ia偏離直線的情況 圖4一12 Ia與f()曲線 (4) 最大額定值 最大陰極電流Icm,有時(shí)給出最大電流密度(A/cm2)。工 作時(shí)不應(yīng)超過額定值。有時(shí)陰極電流Ic雖小于Icm，但入射光 點(diǎn)很

6、小，也會(huì)因電流密度過大而引起局部損壞。這時(shí)應(yīng)按電 流密度的額定值來限制輸入。 最大陽極電流Iam,該值通常是以不產(chǎn)生嚴(yán)重的和不可逆 的損壞為限，通常陽極功率限制在0.5w以下。 最大額定電壓Um,該指標(biāo)是從管子的絕緣性能和工作可 靠性出發(fā)給出的。為使噪聲不至太大，一般建議采用的總電 壓U(6080)Um。 (5) 光電倍增管的不穩(wěn)定性 管子工作的不穩(wěn)定性主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面: 由于光譜響應(yīng)隨時(shí)間緩慢地不可逆地變化 在幾分鐘或幾小時(shí)內(nèi),由于可逆的疲勞所構(gòu)成的漂移 滯后作用造成陽極輸出的不穩(wěn)定 (6) 暗電流 在無光輸入時(shí)，由陽極輸出的電流叫做暗電流。暗電流 的主要來源有熱發(fā)射、漏電流、管內(nèi)電子

7、散射引起泡殼熒 光反饋陰極引起的發(fā)射電流、殘余氣體電離和宇宙射線等。 陽極熱電流可表示為 式中，Ico為光陰極發(fā)出的熱電流；Iio為第i個(gè)二次極發(fā)出的 熱電流。 (7)光電倍增管的噪聲與信噪比 光電倍增管中的噪聲源主要來自光陰極和二次極的熱 發(fā)射。入射光輻射本身亦帶來噪聲。 由光電陰極和K個(gè)二次發(fā)射極組成的光電倍增管 中綜合在陽極輸出時(shí)的噪聲電流用均方根值表示為 當(dāng)12k=時(shí)，則有 2 1 21211 2 1 2 111 12)( k an fqIcGi 2 1 2 1 2 ) 1 2()( fqIGi can 如果把暗發(fā)射也考慮在內(nèi)，則陽極輸出的信噪比為： 由該式可知,要提高光電倍增管的信噪

8、比可采取以下方法。 管子致冷可減少Ic0值； 當(dāng)入射光斑較小時(shí)，應(yīng)盡量選用光陰極面小的管子； 選用較高的材料做二次發(fā)射極，并提高工作電壓； 減小檢測(cè)系統(tǒng)頻帶寬度f，以提高信噪比； 2 1 0 2 1 2 1 2 )( cc a an a iifq I i I N S (8)光電倍增管的時(shí)間特性 光電倍增管時(shí)間特性用其對(duì)脈沖光的響應(yīng)特性來表示。 脈沖光可用激光脈沖來產(chǎn)生，如采用上升時(shí)間50ps，半寬 度70ps的激光脈沖。響應(yīng)特性常用圖4-15所示的三個(gè)量來 表示。 圖4-15 倍增管的時(shí)間特性 4.2 光電導(dǎo)器件 1. 光電導(dǎo)器件的基本參數(shù) (1) 光敏器件的光特性 光敏器件的光特性是表征光照

9、下光敏器件的輸出量， 如電阻、電壓或電流等量與入射輻射之間的關(guān)系； (2) 光敏器件的靈敏度 靈敏度又稱響應(yīng)度。它表示器件將光輻射能轉(zhuǎn)換為 電能的能力。具體定義為：器件產(chǎn)生的輸出電信號(hào)與引 起該信號(hào)的輸入光輻射通量之比。輸出電信號(hào)由器件及 偏置電路的特性決定，既可以是電流，也可以是電壓， 如電流表示的光靈敏度 I RI (3) 光譜響應(yīng) 光敏器件對(duì)某個(gè)波長(zhǎng)光輻射的響應(yīng)度或靈敏度叫做 單色靈敏度或光譜靈敏度。 (4) 量子效率 光敏器件的量子效率是指器件吸收輻射后，產(chǎn)生的 光生載流子數(shù)與入射輻射的光子數(shù)之比 式中 ne為器件產(chǎn)生的載流子數(shù)；n0入射的光子數(shù)。 (5) 光敏器件的噪聲 當(dāng)器件無光輻

10、射入射時(shí)，輸出電壓或電流的均方值 或均方根值叫做噪聲。 (6) 光敏器件的噪聲等效功率 它是指在特定的帶寬內(nèi)，產(chǎn)生與均方根噪聲電壓或 電流相等的信號(hào)電壓或電流所需要的入射輻射通量或功 率。用NEP來表示。 0 n ne (7)光敏器件的探測(cè)率D 該特性也是光敏器件探測(cè)極限水平的表示形式,它是 噪聲等效功率的倒數(shù)。 (8)光敏器件的歸一化探測(cè)率D* 該特性表示單位面積的器件，在放大器帶寬為1Hz 條件下的探測(cè)率 式中 A為器件光敏面的有效面積；f為所用放大器的帶 寬； (9)光敏器件的頻率特性 該特性表示器件惰性的大小。 2 1 2 1 * fADD 2 1 2 1 ) 1 (fA NEP 2.

11、 常用光敏電阻及其特性 光敏電阻可用多種光電導(dǎo)材料制成。表4-2給出了幾 種常用光電導(dǎo)材料的禁帶寬度和大致的光譜響應(yīng)范圍。 (1) 硫化鎘、硒化鎘光敏電阻 這兩種光敏電阻用于可見光和近紅外區(qū)域中，是使 用最廣泛的光電導(dǎo)器件。其結(jié)構(gòu)如圖4-18所示。 圖4-18 光敏電阻結(jié)構(gòu)示意 (2) 硫化鉛和硒化鉛光敏電阻 硫化鉛(PbS)是一種多晶薄膜型光電探測(cè)材料適用的 光譜范圍可從可見光到中紅外波段。表4-3給出了不同溫度 下硫化鉛的性能。 硒化鉛(PbS)也是多晶薄膜型光電導(dǎo)材料，響應(yīng)時(shí)間比 硫化鉛快。室溫下可工作在3.3m5m的光譜范圍中。 3.光敏電阻使用中的有關(guān)計(jì)算及偏置電路 (1)比探測(cè)率D

12、*在使用中的轉(zhuǎn)化 設(shè)探測(cè)器與特定黑體間光譜匹配系數(shù)為 ，而探測(cè)器與 目標(biāo)間光譜匹配系數(shù)為 ，那么，比探測(cè)率D*應(yīng)修正為 ， 即 通常探測(cè)器的頻率特性曲線如圖4-34所示 , , D 圖4-34 PbS探測(cè)器的頻率特性曲線 * DD (2) 減小噪聲提高信噪比的措施 利用信號(hào)調(diào)制及選頻技術(shù)可抑制噪聲的引入。光電導(dǎo) 探測(cè)器的噪聲譜如圖4-35所示,而一般放大器的噪聲譜如圖 4-36所示。 圖4-35 光敏電阻的噪聲頻率特性 圖4-36 放大器的噪聲頻率特性 減少光敏電阻噪聲的另一種方法是將器件致冷， 以減小熱發(fā)射，也可降低產(chǎn)生復(fù)合噪聲。常用的液 氮杜瓦瓶致冷器原理如圖4-37所示。 圖4-37 杜

13、瓦瓶致冷器原理圖 (3) 幾種典型的偏置電路 恒流偏置電路 在一定光照下，光敏電阻產(chǎn)生的信號(hào)和噪聲均與通過 光敏電阻的電流大小有關(guān)，其關(guān)系曲線如圖4-38所示。 圖4-38 信號(hào)、噪聲、倍噪比與光敏電 阻中電流間的關(guān)系 由圖4-38中可知，信噪比曲線有一極大值存在，從這 一特點(diǎn)出發(fā)希望偏置電路使器件偏流穩(wěn)定，并取值在最 佳電流Iopt的區(qū)域中。按此要求設(shè)計(jì)的恒流偏置電路如圖 4-39所示。 圖4-39 晶體管恒流偏置電路 恒壓偏置電路 將恒流偏置電路稍加改變便可形成如圖4-40所示的恒 壓偏置電路。 圖4-40 晶體管恒壓偏置電路 最大輸出及繼電器工作的偏置電路 這類簡(jiǎn)單的光敏電阻偏置電路如圖

14、4-41所示。圖4-42 所示是對(duì)應(yīng)平均照度E0、最大照度E”和最小照度E的三條 伏安特性曲線。 圖4-41 光敏電阻偏置電路 圖4-42 不同照度下光敏電阻 的伏安特性 b.在繼電器型式工作時(shí)RL的確定 c.電源電壓的選擇 從以上各式都可以看到、選用較大的電源電壓對(duì)產(chǎn)生信號(hào)十分有利、 但又必須以保持長(zhǎng)期正常工作，不損壞光敏電阻為原則。有時(shí)在器件 的說明書中給出。 a.檢測(cè)光量時(shí)負(fù)載電阻RL的確定 RL的選擇原則是在一定RG、RG和E的條件下，使信號(hào)電壓u的輸 出最大。通過取極值 ，則有 于是有, 01 2 )( GL L GL G RR R RR RE GL RR 0/ L dRdu 21G

15、GL RRR 21 21 max21 )( GG GG RR RR EUU 4.4 光電池和光電二極管 1. PN結(jié)與光伏效應(yīng)的產(chǎn)生 當(dāng)P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體直接接觸時(shí)，P區(qū)中的多數(shù)載流子 空穴向空穴密度低的N區(qū)擴(kuò)散，同時(shí)N區(qū)中的多數(shù)載流子電子向P 區(qū)擴(kuò)散。這一擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)在P區(qū)界面附近積累了負(fù)電荷，而在N區(qū)界面 附近積累了正電荷，正負(fù)電荷在兩界面間形成內(nèi)電場(chǎng)。 圖4-43 P-N結(jié)的形成 當(dāng)有外界光輻射照射在結(jié)區(qū)及其附近時(shí)只要入射光子的能量 =h大于半導(dǎo)體的禁帶寬度Eg，就可能激發(fā)產(chǎn)生電子空穴對(duì)。結(jié) 區(qū)附近P區(qū)中的光生電子和N區(qū)中的空穴如能擴(kuò)散到結(jié)區(qū)，并在內(nèi)電 場(chǎng)作用下通過結(jié)區(qū)，這樣在P區(qū)中積累

16、了過量的空穴。在N區(qū)中積累 了過量的電子，從而形成一個(gè)附加的電場(chǎng)，方向與內(nèi)電場(chǎng)相反，如 圖4-44(a)所示。該附加電場(chǎng)對(duì)外電路來說將產(chǎn)生由P到N方向的電動(dòng) 勢(shì)。當(dāng)聯(lián)接外電路時(shí)，將有光生電流通過，這就是光伏效應(yīng)。 圖4-44 障層光電效應(yīng)原理 2. 光伏效應(yīng)器件的伏安特性 光伏效應(yīng)器件工作的等效電路如圖4-45所示。這類器件的伏安特性圖 4-46所示。 圖4-45 光伏效應(yīng)器件的等效電路 圖4-46 光伏器件的伏安特性曲線 3. 光伏效應(yīng)光電池 分析圖4-46第象限中曲線的情況可知，外加電壓為正， 而外電路中的電流卻與外加電壓方向相反為負(fù)。即外電路 中電流與等效電路中規(guī)定的電流相反，而與光電流

17、方向一 致。這一現(xiàn)象意味著該器件在光照下能發(fā)出功率，以對(duì)抗 外加電壓而產(chǎn)生電流，該狀態(tài)下的器件被稱為光電池。 圖4-46 光伏器件的伏安特性曲線 圖4-47所示為上述兩種光電池的相對(duì)光譜特性，圖4-48給 出了硅光電池的光特性曲線。圖4-49給出了硒光電池的光特 性曲線 圖4-47 硅、硒光 電池的相對(duì)光譜特 性曲線 圖4-48 硅光電池 的光特性曲線 圖4-49 分硒光電池 的光特性曲線 圖4-50給出了不同負(fù)載下的光特性曲線。 圖4-50 不同負(fù)載下光電池的 光特性曲線 下面分析光電池幾種不同輸出要求的偏置電路。 (1) 光電池作為電流輸出的電路 將圖4-36第象限的曲線經(jīng)翻轉(zhuǎn)，處理后獲得

18、如圖4-51所 示的光電池伏安特性。 圖4-51 光電池的伏安特性曲線 在光電檢測(cè)中希望線性輸出時(shí)，為此應(yīng)采用低輸入 阻抗的電路來完成放大工作。圖4-52所示電路就是典型的 原理圖。 圖4-52 光電池低輸入阻抗放大電路 (2) 光電池作為開路輸出的電路 有時(shí)為獲得較大的電壓輸出而不要求線性關(guān)系時(shí)， 可采用高輸入阻抗的前放，這時(shí)光電池相當(dāng)開路工作。 圖4-56所示為高輸入阻抗低噪聲放大器的原理圖。 圖4-56 光電池高輸入阻抗放大器 (3)光電池作功率輸出的電路 采用光電池做為將光能轉(zhuǎn)換為電能的太陽能電池時(shí)， 要求有大的輸出功率和轉(zhuǎn)換效率，可用多個(gè)光電池串、并 聯(lián)構(gòu)成大的受光面積。如圖4-57

19、所示是光電池給負(fù)載RL供 電的電路圖。最佳負(fù)載與入射照度間的關(guān)系如圖4-58所示。 圖4-57 光電池作功率輸出電路圖4-58 最佳負(fù)載曲線 4. 光電二極管 (1) 光電二極管的構(gòu)造原理 目前常使用的光電二極管是用鍺或硅制成,通常把N型硅 做基底，上面通過擴(kuò)散法摻入硼，形成P區(qū)，這就形成了P+N 結(jié)構(gòu)的光電二極管，如圖4-60所示。 圖4-60 2CU結(jié)構(gòu)示意圖 (2) 光電二極管的主要特性 光特性 描述光電流I隨入射光照度或通量變化的關(guān)系、即If(E) 或Ig()。硅光電池二極管的光特性如圖4-64所示。 圖4-64 硅光電二極管的光特性 光電二極管的光譜特性 該特性通常是由材料來決定，圖

20、4-65給出了鍺和硅 兩種光電二極管的光譜特性。 圖4-65 光電二極管的光譜特性 光電二極管的溫度特性 在外加電壓為50V，入射照 度不變的條件下，光電流隨工 作溫度T的變化曲線I=f(T)如圖 4-66所示。 圖4-66 光電二極管的溫度特性 光電二極管的暗電流 當(dāng)無入射光照射時(shí)，硅、鍺 兩光電二極管的暗電流I=0隨溫 度變化的關(guān)系如圖4-67所示。 圖4-67 光電二極管的暗電流曲線 5. 雪崩光電二極管和光電三極管 (1) 雪崩光電二極管 它的工作原理是在PN結(jié)上施加高反向偏壓，使其接近擊穿電壓。 這時(shí)由光子產(chǎn)生的電子空穴對(duì)在高反壓形成的強(qiáng)電場(chǎng)作用下，做定 向運(yùn)動(dòng)并加速，使其動(dòng)能迅速增

21、加，并與晶體分子碰撞，激發(fā)出新的 電子和空穴。如此多次重復(fù)這一過程，形成類似雪崩的狀態(tài)，使光生 載流子得到倍增，光電流增大?？梢娺@是一種內(nèi)部電流增益的器件。 光電流增益的大小常用光電流增益因子G表示 0 i i G G與反向偏壓U之間的關(guān)系可用下述經(jīng)驗(yàn)公式表示 n B UU G /1 1 在雪崩光電二極管的使用中還應(yīng)注意以下兩個(gè)問題： 雪崩過程伴有定噪聲； 局部擊穿問題 基于以上兩個(gè)問題，工作偏壓選擇必須適當(dāng)。偏 壓太小，雪崩增強(qiáng)作用不明顯，增益不大；而偏壓過 高，則噪聲增大，甚至擊穿燒毀。 (2) 光電三極管 目前最常用的光電三極管為NPN型，其結(jié)構(gòu)如圖4-75所示 圖4-75 光電三極管結(jié)

22、構(gòu) 圖4- 76 光電三極管回路的三種接法 集電極實(shí)際上起到兩個(gè)作用： 將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，起到一個(gè)光電二極管的作用 起到一般晶體三極管中集電結(jié)的作用，使光電流得以 放大。 圖4-77 光電三極管工作原理分析 4.7 光電探測(cè)器的校正 1.光電探測(cè)器的選用原則 在設(shè)計(jì)光電檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)，首先根據(jù)測(cè)量要求反復(fù)比較各 種探測(cè)器的主要特性參數(shù)，然后選定最佳的器件。其中，最 關(guān)心的問題有以下5個(gè)方面。 (1) 探測(cè)器的動(dòng)態(tài)范圍。 (2) 探測(cè)器和光源的光譜匹配。 (3) 探測(cè)器的等效噪聲功率，所產(chǎn)生電信號(hào)的信噪比。 (4) 探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間或頻率相應(yīng)范圍。 (5) 探測(cè)器輸出的信號(hào)的線性程度。 除上述幾

23、個(gè)問題外，還要考慮探測(cè)器的穩(wěn)定性、測(cè)量精度、 測(cè)量方式等因素 2. 光量或輻射量與探測(cè)器之間的相關(guān)屬性 實(shí)際應(yīng)用中的光電探測(cè)器，由于本身的靈敏度、光譜 特性、光特性、均勻性等方面的不同，以及它們所接收光 束在強(qiáng)度、方向、光譜和偏振等特性上的差異，所以討論 兩者間如何合理有效地匹配是一項(xiàng)重要的技術(shù)內(nèi)容。 光量或輻射量與探測(cè)器之間主要有以下兒方面的相關(guān) 屬性: (1)時(shí)間屬性;(2)光譜特性; (3)強(qiáng)度特性;(4)空間分布特性。 1.變光度的必要性 4.7.1 變光度的實(shí)現(xiàn) 2. 對(duì)減光手段的基本要求 (1) 要求減光器無選擇性，光束經(jīng)衰減后不改變本身的 光譜成份比。 (2) 要求減光器能精確地

24、控制衰減量。 (3) 要求減光器輸出光束的幾何形狀。 (4) 對(duì)減光器偏振性的要求。 (5) 其它要求 所謂變光度就是使某輻射光束在強(qiáng)弱上發(fā)生變化。具體地 說是將光源或目標(biāo)發(fā)出的光束利用衰減的手段，使光量滿足 探測(cè)接收的需要。 3.一般變光度的方法 (1) 吸收濾光片 平板式減光器對(duì)光束特性有一定影響，在會(huì)聚光路中， 垂直光軸插入平板時(shí)，會(huì)引起成像點(diǎn)的縱向位移，如圖4- 102所示。 當(dāng)插入光路的平板與光軸不垂直時(shí)，還要引起像點(diǎn)的橫 向位移，如圖4-103所示。 圖4-102 光束幾何位置的變化 圖4-103 光束的橫向位移 (2) 薄膜濾光片 這類減光器是在玻璃或與其類似的襯底上形成多層介質(zhì)

25、膜或 金屬薄膜，通過膜層的增反干涉或反射使透射輻射得到衰減。 (3) 篩網(wǎng)或多孔板 篩網(wǎng)用細(xì)絲編織而成，并進(jìn)行黑化處理。如用不銹鋼絲織成的300目 的篩網(wǎng)、其方形開口邊長(zhǎng)約為40m。還可使篩網(wǎng)相對(duì)于光軸產(chǎn)生不同傾 斜來調(diào)整其透射比。也可在金屬板上用腐蝕法制成多孔板型式的減光器。 (4) 膜片光闌或狹縫 是用固定的或可變的圓孔光闌或狹縫組成，通過改變射束的橫截面 積實(shí)現(xiàn)減光。 4 0 cos (5) 偏振減光器 這類減光器可用兩偏振器構(gòu)成，如圖4-3(a)所示。第一個(gè)偏振器不動(dòng)， 第二個(gè)偏振器繞光軸轉(zhuǎn)動(dòng)，按馬呂斯定理輸出光通量, 2 0 cos 圖4-104 偏振減光器 為適應(yīng)多種場(chǎng)合的應(yīng)用，可

26、 采用圖4-3(b)所示的三偏振器系 統(tǒng)，P1和p3偏振器主方向不變且 平行，轉(zhuǎn)動(dòng)第二個(gè)偏振器，輸出 光通量為 (6) 漫反射減光器 利用漫射表面對(duì)光束的漫反射，而獲得對(duì)入射輻射的衰減。圖 4-105所示為利用朗伯漫射面P對(duì)入射光通量1，衰減為出射光通量 2的過程。 圖4-105 漫反射減光器 4. 精確連續(xù)變照度的方法 (1) 光軌法變照度的原理及特點(diǎn) 光軌法是計(jì)量部門作為光度傳遞的基本方法。利用點(diǎn)光源在接收 面處產(chǎn)生照度的距離平方反比定律，通過改變距離達(dá)到改變接收面照 度的目的。其裝置原理如圖4-106所示。 圖4-106 光軌示意圖 光源在接收面處形成的照度E為 2 r I E 4.7.

27、2 漫射體及其在光電檢測(cè)中的應(yīng)用 1.漫射體及漫射光源 廣義的講，能夠?qū)⑷肷涔馐D(zhuǎn)變?yōu)槁漭敵龅奈矬w統(tǒng)稱漫射體， 但是為了計(jì)算及使用方便，希望漫射體的發(fā)光盡可能符合朗伯體的輻 射規(guī)律。即在任何方向上發(fā)光亮度相等，由此可知它在空間某方向上 的發(fā)光強(qiáng)度I為 式中， I0垂直于發(fā)光面方向上的發(fā)光強(qiáng)度，I某方向與發(fā)光面法 線間的夾角。 實(shí)用中的漫射體主要有內(nèi)腔式漫射體、透射式漫射體和反射式漫 射體等三類。 cos 0 II 圖4-108是輸出光可監(jiān)控的漫射光源，主要由三部分組成：光源和減 光系統(tǒng)構(gòu)成的變光度系統(tǒng)；照度接收器等組成的光度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；以及 積分球。輸出漫射光量的大小，由監(jiān)測(cè)系統(tǒng)讀出。 圖4-108 可控輸出光量的漫射光源 2. 漫射體在實(shí)現(xiàn)探測(cè)器均勻響應(yīng)度方面的應(yīng)用 (1) 積分球提供的均勻測(cè)量 如圖4-110所示為一種利用積分球使探測(cè)器對(duì)入射輻射均勻測(cè)量 的裝置原理。探測(cè)器接收到的光通量d與入射通量i之比為 圖4-9 積分球均勻測(cè)光器 d