综述光电效应的传感关系，举例分析身边的检测技术的应用实例光照射到金属上，引起物质的电性质发生变化这类光变致电的现彖被人们统称为光 电效应（Photoelectric effect）o光电效应分为光电子发射、光电导效应和阻挡层光电效应， 又称光生伏特效应前一种现彖发生在物体表面，又称外光电效应后两种现彖发生在物休 内部，称为内光电效应 赫兹于1887年发现光电效应，爱因斯坦第一个成功的解禅了光 电效应（金属表而在光辐照作用下发射电了的效应，发射岀来的电了叫做光电了）一、1、光导效应的主要原理由物理学光的粒子性可知，光是一束以光速运动的粒子流，这些粒子称为光子每个 光子具有一定的能量，其大小等于普朗克常量乘以光的频率当用光照射半导体时，原子小 的价电子吸收光子能量后，被激发出來而形成H由电子，同时也产牛空穴此外，若半导体 中掺有的杂质原子还处在没有全部被电离的温度范围内，即有的杂质原子还没有给出电子或 空穴，光照射也能使这些杂志原子吸收光子能量后激发出电子或空穴这些H由电子和空穴 （光生载流子），使半导体材料的导电能力大大增强，即电导率增加，这种现象称为光电导 效应，简称光导效应具有光导效应的材料成为光导体。
出金属外，大多数半导体和绝缘体 材料都具有光导效应，但都很小实际上只有少数几种材料能用来制造光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等光敏器件2、光导传感器的主要应用光敏电阻可广泛应川于各种光控电路，如对灯光的控制、调节等场合，也口J用于光控开关，下面给出几个典型应用电路图6是一种典型的光控调光电路，其工作原 理是：当周围光线变弱时引起光敏电阻RG的阻值增加，使加在电容C上的分压上升，进 而使町控硅的导通角增大，达到增大照明灯两端电压的冃的反Z,若周围的光线变亮，则 RG的阻值下降，导致可控硅的导通角变小，照明灯两端电压也同时下降，使灯光变暗，从 而实现对灯光照度的控制以光敏电阻为核心元件的带继电器控制输出的光控开关电路有许 多形式，如自锁亮激发、暗激发及精密亮激发、暗激发等等，卜-面给出儿种典型电路图2 是一种简单的暗激发继电器开关电路具工作原理是：当照度下降到设置值时由于光敏电阻 阻值上升激发VT1导通，VT2的激励电流使继电器工作，常开触点闭合，常闭触点断开， 实现对外电路的控制图6光控调光电路 图7简单的喑激发光控开关(1)反射式表面缺陷传感器反射式表而缺陷传感器工作用原理示意图如图8所示。
图小所检测工件表面光滑时，由光 源发射的光线经透镜汇聚在待检测工件农而，其反射光经透镜加好入射到光敏元器件；若待 检测工件表面有缺陷时，反射光偏离原來光路，无法入射到光敏器件上，使其发出物体表面 有缺陷的信号图8反射式表血缺陷传感器原理图图9液位检测器(2)液位检测器图9是-•种液位检测装置，在液体未升到发光二极管及光敏三极管平面时，红外发光二极 管发出的红外线不会被光敏三极管接收；当液位上到发光二极管及光敏三极管平血时，由于 液体的折射，光敏三极管接收到红外线从而获得液位信号转速测量图10转速测虽原理图图10是转速测量工作原理简图在被测电机的轴上固定一个光码盘（带孔圆盘或带齿圆盘）, 它将光源发出的恒定光变化成调制光光每照射到光敏器件一次，光敏器件所在电路就导通 —•次，产生一个电脉冲信号这种连续不断的电脉冲经过放人整形电路，然后用数字频率计 测出电脉冲的频率，从而得到电机的转速二、光电子发射效应光电子发射效应：金属或半导体受光照射，如果光子能量足够大可以使电子从材料表 面逸出，此现象叫光电子发射效应发射出來的电子称为光电子，可以发射光电子的物体称为光电发射体光电子形成电流 即为光电流。
光电子脱出物体时的初速度和照射光的频率有关而和发光强度无关这就是说，光电子 的初动能只和照射光的频率有关而和发光强度无关在光的频率不变的情况卞，入射光越强, 相同的吋间内阴极（发射光电子的金属材料）发射的光电子数冃越多从实验知道，产生光电流 的过程非常快，一•般不超过10的-9次方秒；停止用光照射，光电流也就立即停止这表明, 光电效应是瞬吋的爱因斯坦方程：h v =（1/2）mvA2+kW式'|J（1/2）mvA2是脱出物体的光电 子的初动能金属内部有大量的口由电子，这是金属的特征，因而对于金属来说，I项可以 略去，爱因斯坦方程成为h u =（1/2）mvA2+W假如huvWjll子就不能脱出金丿成的表面对 于一定的金属，产牛光电效应的最小光频率（极限频率）u0由h vO=W确定相应的极限 波长为XO=C/uO=hc/Wc发光强度增加使照射到物体上的光子的数量增加，因而发射的 光电子数和照射光的强度成正比算式在以爱因斯坦方式量化分析光电效应时使用以卞算 式：光子能量=移出一个电子所需的能量+被发射的电子的动能代数形式：hfi+Em 4>=hfO Em=（1/2）mvA2其中h是普朗克常数，h = 6.63 X10A-34J - s, f是入射光子的频 率，4）是功函数，从原子键结中移出一个电子所需的最小能量，f0是光电效应发生的阀值 频率，Em是被射出的电子的最大动能，m是被发射电子的静止质量，v是被发射电子的 速度。
注：如果光子的能量（hf）不大于功函数（（］））,就不会有电子射出功函数有时乂以W标 记这个算式与观察不符时（即没有射岀电子或电子动能小于预期），可能是因为系统没有 完全的效率，某些能量变成热能或辐射而失去了爱因斯坦因成功解释了光电效应而获得 1921年诺贝尔物理学奖基于外光电效应的电了元件冇光电管、光电倍增管光电倍增管能将一次次闪光转换成一个 个放大了的电脉冲，然后送到电了线路去，记录下来三、登巴效应在半导体物理，照片登巴效应佗的发现者命名的哈利登巴⑴）由形成电荷偶极附近的 半导体农而电荷后超快的照片-代运营商［2］⑶⑷的偶极子形式由于差异的机动性（或扩散 常数）的空穴和电子结合打破对称的提供的农面导致有效电荷分离的方向垂直于表面在一 个孤立的示例，其小宏观流动的电流是被禁I匕的，快速的航空公司（通常是电子）是放慢了速度, 缓慢的载体（通常洞）來加速电场，称为登巴字段一个主要的应用效果的照片登巴代太赫兹（太赫兹）辐射脉冲太赫兹时域光谱的这种效 应存在于人多数半导体但它是强势在窄隙半导体（主要是arsenides和antimonides）如成 ⑵［3］和⑷InSb由于他们的高电子迁移率。
这个照片登巴太赫兹发射不应混淆表面电场发射, 其发住如果表面能带半导体秋天的价带和导带Z间,并产住种现象被称为费米能级钉，导 致，在它的时间，能带弯Illi,从而形成一•个耗尽或累积层靠近地面的加速度引起的电荷载体［2］ 这两个效应能建设性的贡献或为偶极子形成狼狈地根据能带弯llh的方向在物理学，登巴效应是当电子从阴极电流受到两个照明和一个同步电子轰击是比单纯的 光电电流、二次发射电流发现哈利・1 •登巴（1882- 1943）1925年，这种效果是由丁•荷载Z 和的电子通过两种方法:光子照明和电子轰击（即这两个的和励磁的提取电子）在登巴最初 的研究中他仅仅指金加;然而更复杂的材料进行了分析Z后光电效应由于照明的金属表面 提取电子（如果的光子的能量大于提取工作）和激发电子，光子没有能虽:提取在一个类似的过 程，电子轰击金属的提取和兴奋都电子在金属如果我们考虑一•个常数增加它,可以观察到有 一个最人的约150倍另一方面,考虑一个常数，我们增加强度的照明，辅助电流,趋向于饱和 这是由于在光电效应的使用的所有的电子兴奋（充分）的主要电子的登巴的效果没有关系到 金融市场“12月效应”四. 光磁电效应光磁电效应是指在垂直于光束照方向施加外磁场时半导体两侧面间产生电位差的现彖。
其机制是：光照射到半导体表面后生成非平衡载流了的浓度梯度，使载流了产生定向扩散速 度，磁场作川在载流了上的洛仑兹力使」］•:负载流了分离，形成端面电荷累积的电位差和横向 电场当作川在载流了上的洛仑兹力与横向电场的电场力平衡时,两端面的电位差保持不变光电磁效应半导体受强光照射并在光照垂总方向外加磁场吋,垂直于光和磁场的半导体两 端而Z间产生电势的现象称为光电磁效应，可视Z为光扩散电流的霍尔效应运用： 这种效应除用于测量半导体材料的一些参数外，也门J用于制造红外探测器但妨 碍其应用的i个重要原因是需要庞大的磁恢与其他光牛•伏特效应探测器相比，其优点是在 一个相对大的光强度范围内，开路电压与光强度成正比五、 贝克勒尔效应将两个同样的电极浸在电解液中，其中一个被光照射，则在两电极间产生电位差, 称为贝克勒尔效应有可能模仿光合作用制成高效率的太阳能电池六、 普克尔斯效应普克尔斯效应，即普克尔斯电光效应的简称，又称为电光效应或克尔电光效应（克尔 效应）某些品体特别是压电品体.在外电场作用下会产生附加的双折射，使其各向界性的性 质发牛•变化.这种电光效应称之为普克尔斯效应.若加在品体上的电场方向和光的传播方向 平行，则产牛的电光效应称之为纵向电光效应；若加在品体上的电场方向和光的传播方向垂 直，则产生的电光效应称之为横向电光效应.分为两种情况：一级电光效应和二级电光效应。
一级电光效应指折射率的变化与外加场强成正比（如压电晶体），由徳国晶体物理学家普克 尔斯（F.Pockels）于1893年首先预期，后来在石英等晶体得到证实故又称为普克尔斯效 应二级电光效应指折射率的变化与外加场强的平方成正比（如气体、液体和玻璃态固体）, 由英国物理学家克尔（JohnKeir）于1875年首先在玻璃上发现，故又称克尔效应据介绍，利用普克尔斯效应，可以将电信号转化为光信号，而普克尔斯效应越大，转化 效率也越高冃前在光电子领域，科学家一直在使用结晶体作为光电转化物，但结晶体的光 电转化效率并不高，因此科学家一直在寻找具有巨大普克尔斯效应的物质因此对水的这种 高效普克尔斯效应特性的发现，将在推动寻找新型光电转化物方面起到至关重要的作用普克尔斯效应与光调制器利用普克尔斯效应测定感应折射率的实验方法在电场作用下，可以使某些各向同性的透明介质变为各向异性，从而使光产生人为双折 射的现象称之为电光效应（electro-optical effect）.普克尔斯效应（Pockelseffect）是其中的一 种」普克尔斯效应某些晶体特别是压电晶体，在外电场作用下会产生附加的双折射，使其 各向异性的性质发生变化，这种电光效应称之为普克尔斯效应.若加在晶体上的电场方向和 光的传播方向平行，则产生的电光效应称之为纵向电光效应；若加在晶体上的电场方向和光 的传播方向垂直，则产生的电光效应称Z为横向电光效应.如图1所示是KDP晶体的纵向电 光效应.偏振方向相互垂直（Pl LP2 ）的两偏振片，中间放一块磷酸二氢钾（KH2 PO4 ）晶 体，即KDP晶体.KDP是单轴晶体，且光轴沿z轴方向，即在z轴方向不发生双折射现彖. 将其沿垂直于光轴方向（z轴方向）切成长方体，两端面为正方形，与光轴垂直，口与两偏振 片平行，并镀上一层透明的电极，就构成一个普克尔斯盒.若在两极间加一电压（约4000V 左右），则KDP晶体的光轴将发生变化，不再是原来的光轴（z轴方向），而在正方形入射端 而的对角线x和y方向上形成两个主振动方向，此时KDP晶体由单轴晶体转化为双轴晶体, 沿原光轴方向（z轴方向）产生附加双折射[1].当光矢量在KDP中传播时形成两束偏振光, 分别沿x和y方向，干涉示一般形成椭圆偏振光的现象称之为纵向普克尔斯效应[2].图1 纵向普克尔斯效应2光调制器取KDP晶体光轴为z轴，另外两个对称轴为x轴和y轴，由 此可见，如果把信号电压加在晶体上，原来一束线偏振光通过普克尔斯盒示，透射光强就随 信号而变化，普克尔斯盒对用作光调制器。