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Abstract
Withthedevelopmentofmoderninformationtechnology,photonhasitsuniqueadvantage,suchasfastresponsespeed,ultrawideband,informationcapacityandhighinformationefficiency,soitlargelypromotesthedevelopmentofinformationscienceandtechnology,anditismorecompetitiveinthefuture.Thecombination,penetrationandsupplementofphotontechnologyandmicroelectronictechnologyhasbecomeoneofthemainbodiesofinformationscienceandtechnology,thefoundationandkernelofmoderninformationindustry.Photoelectronicsindustryhasbecometheleadingindustryofdevelopedcountriesintheworld.USgovernmenthaslistedthephotonsandphotontechnologyintotheimportantfieldofcountrydevelopment,ithaspointedoutthat“ithasthelong-lastingimportanceandpotentialinthestatesafetyandeconomiccompetition”,emphasizedthat“thefutureworldoftheresearchanddevelopmentofcommunicationsandcomputerswillbeinthephotonfield”.
Thisthesisfurtherresearchesintotheresearchofcommonphotodetectorthrough“TheResearchofTheDemoPlatformforCapabilityTestingofCommonPhotodetector”.
Inthisthesis,wedealswithfourphotoelectronicdevices.Wehavecommandedthecharacterofthesedevicesandtestthesedevicesbydebuggingsomeprograms,bythiswaywelearntheworkingfeaturesofthem!
Inthesoftwarefield,weuseMEGA8tosubstitutethetraditional8051microchips,andtryingtheassemblelanguageandClanguagetoprogram!
Wedeeplyexperiencethefunctionofthetwolanguagesindifferentmicrochips!
Keyword:
Photoelectricsignalisalternated,Photoelectric,detectiotechnology,Thedetectionofrayradiation,Notcontactmeasure,MEGA8
第一章绪论
1.1引言
现代信息技术包含信息采集、信息传输和信息处理等内容。
信息采集:
类似于人的感官系统,负责获得原始的信息,主要由各类传感器完成。
传感器是将各类原始信息(被测控的非电物理量)转换成与之对应的易于处理的电信号输出的装置。
在人的一生中,获得信息量最大的感官是眼睛,通过光获得的信息占总信息量的80%左右。
同样,在各类传感器中,光电传感器以大容量、非接触、在线和主动获取信息而脱颖而出,可实现纳米级(高精度)和光子级(弱信号)测量,满足现代社会对信息获取的要求。
现代光电信息处理重点包括如下方面内容:
信息传输:
类似于人的神经系统,负责信息的传送,属通讯领域。
传统的通讯分有线(电线)和无线(电磁波)两种,然而,这种通讯方式已满足不了现代大信息传输的要求。
于是,大容量和高带宽的光通讯就诞生了,有线光通讯(光缆)正在替代电缆通讯,无线光通信也正在研制和发展中,
信息处理:
类似于人的大脑系统.负责对信息的综合处理.显然由电子计算机完成。
然而,尽管电子计算机处理速度在不断提高,但还是满足不了人们的要求,于是,计算机网络就诞生了,人们借助于光通信技术的发展,利用信息高速公路(光网)的多台计算机来得到或处理信息。
为了进一步满足人们对大信息处理的要求.光计算机也正在研制中。
从上述分析可知,现代信息技术的主体是光子技术与微电子技术,而光子技术与微电子技术结合,它们相互交叉、相互渗透与补充,就形成了光电信息技术,光电信息技术的主要内容是电─光信息转换和光─电信息的转换及其应用,是现代信息技术的基础和核心。
1.2光电检测技术的现代发展
光电信息技术是光子技术与微电子技术的结合,是现代信息技术的核心,广泛应用于各行各业。
我国政府十分重视光电子技术和产业的发展.已将它列入国民经济优先发展的领域,把光电子产业列为国家重点发展计划,继1986年3月王大珩等四位专家倡导的“863计划”之后,在此基础上开始了“973计划”,这两个高科技计划的重点是光电子产业。
据国家统计资料显示,受信息化、数字化、网络化浪潮的推动,中国的光电信息市场和产业也呈现出高速增长态势,成为拉动整个国民经济增长的第一支柱行业。
1999年底全国范围内建成了“八横八纵”的光缆网。
武汉、广东和长春等地提出了建设中国光谷的规划。
本世纪是光的年代,因此深入研究光电技术并应用于现代工业与国防事业之中,势在必行。
1.3论文研究目的和内容
论文研究目的在于掌握各种光电器件的特性及使用方法,了解现代智能化器件在光电信息处理中的应用。
从而进一步掌握基于实验台的系统硬件设计和调试以及软件的编程。
培养在调试过程中发现错误并排除故障的能力。
论文的内容主要是由于光电置入式智能密码锁使用了光敏电阻,光电开关,红外对管等光电传感器,利用其对光的敏感特性,实现光电信息置入。
同时利用性能卓越的新型的单片机mega8的中断源进行有效的结合,实现对密码的置入。
第二章光电检测器件
2.1半导体光电导器件
光电信息转换是光电信息技术的核心内容,正是由于各类光电信息转换器件的发明和性能的不断改善,才导致了现代光电信息技术的迅猛发展。
光电信息转换原理,主要有以下四种:
1.外光电效应。
在入射光能量作用下,某些物体内的电子逸出物体表面,向外发射电子,用此原理制成的光电信息转换器件有光电倍增管、真空光电管、充气光电管等。
2.光电导效应。
在入射光线的作用下,半导体材料中的电子受到能量大于或等于禁带宽度的光子的激发,将由价带越过禁带跃迁到导带,从而使导带中电子浓度加大,材料的电阻率减小。
基于这种原理的光电信息转换器件有光敏电阻等。
3.光伏效应。
在入射光能量作用下能使物体产生一定方向的电动势。
以PN结为例,由于光线照射PN结而产生的电子和空穴,在内电场作用下分别移向N和P区,从而对外形成光生电动势。
基于该效应制成的光电信息转换器件有光电池、光敏二极管、光敏三极管等。
4.光电热效应。
光照引起材料温度发生变化而产生电流,如热释电、蹄镉汞(CMT)等,这类器件称为热电探测器。
一、光敏电阻
光敏电阻利用光电导效应制成。
当入射光子使电子由价带跃升到导带时,导带中的电阻和价带中的空穴二者均参与导电,因此电阻显著减小,称为光敏电阻。
这种本征光电导效应可用来检测可见光和近红外辐射。
如果入射光子从杂质能级跃升到导带(非本征光电导),那么N型材料的电导率增大。
与此相似的,当光子能量使电子由价带跃升到P型主能级,从而使价带中留有可移动的交穴时,P型材料就会出现非本征光电导。
光敏电阻与其它半导体光电器件相比有以下特点:
1.光谱响应相当宽。
根据不同的光电导材料,光敏电阻的灵敏域可在紫外光区,可见光区,也可在红外区和远红外区。
2.所测的光强范围宽,即可对强光响应,也可对弱光响应。
3.无极性之分,使用方便,成本低,寿命长。
4.灵敏度高.工作电流大,可达数毫安。
光敏电阻的原理是半导体的光电导效应,只有能量(hν)大于材料禁带宽度(Eg)的光子,才能使材料产生光电导效应。
每一种半导体或绝缘体都有一定的光电导效应,但只有其中一部分材料经过特殊处理,掺进适当杂质,才有明显的光电导效应。
光敏电阻的结构是在一块光电导体两端加上电极,贴在硬质玻璃、云母、高频瓷或其它绝缘材料基板上,两端接有电极引线,封装在带有窗口的金属或塑料外壳内。
光敏面作成蛇形,电极作成梳状是因为这样既可以保证有较大的受光表面,也可以减小电极之间距离,从而既可减小极间电子渡越时间,也有利于提高灵敏度。
图2-1光敏电阻结构图
1.光敏电阻的特性
(1)光电导灵敏度
按灵敏度定义(响应量与输入量之比),可得
(2.1.1)
:
光电导,单位为西门子S()。
照度,单位为勒克斯(lx)。
单位为西门子/勒克斯()或。
(2).光电特性
光电流与照度的关系称为光电特性。
光敏电阻光电特性如下:
(2.1.2)
光电流
照度
电压指数
光电导灵敏度
:
光敏电阻两端所加的电压
与材料和入射光强弱有关,对于硫化镉光电导体,在弱光照下=1,在强光照下=0.5,一般=0.5~1。
α与光电导体和电极材料之间的接触有关,欧姆接触时=1,非欧姆接触时=1.1~1.2。
图2.2硫化镉光敏电阻的光电特性曲线
由图可见,硫化镉光敏电阻在弱光照下,与具有良好的线性关系,在强光照下则为非线性关系,其它光敏电阻也有类似的性质。
如果电压指数=
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