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        光電效應

        • 來源:光虎



        光電效應(Photoelectric effect)物理學中一個重要而神奇的現象。在高于某特定頻率的電磁波照射下,某些物質內部的電子會被光子激發出來而形成電流,即光生電。光電現象德國物理學赫茲于1887年發現,而正確的解釋為愛因斯坦所提出。光電效應分為光電子發射、光電導效應和阻擋層光電效應,又稱光生伏特效應。前一種現象發生在物體表面,又稱外光電效應。后兩種現象發生在物體內部,稱為內光電效應。

         


        原理


        按照粒子說,光是由一份一份不連續的光子組成,當某一光子照射到對光靈敏的物質(如
        )上時,它的能量可以被該物質中的某個電子全部吸收。電子吸收光子的能量后,動能立刻增加;如果動能增大到足以克服原子核對它的引力,就能在十億分之一秒時間內飛逸出金屬表面,成為光電子,形成光電流。單位時間內,入射光子的數量愈大,飛逸出的光電子就愈多,光電流也就愈強,這種由光能變成電能自動放電的現象,就叫光電效應。

        發現及意義


        赫茲
        于1887年發現光電效應,愛因斯坦第一個成功地解釋了光電效應(金屬表面在光輻照作用下發射電子的效應,發射出來的電子叫做光電子)。光波長小于某一臨界值時方能發射電子,即極限波長,對應的光的頻率叫做極限頻率。臨界值取決于金屬材料,而發射電子的能量取決于光的波長而與光強度無關,這一點無法用光的波動性解釋。還有一點與光的波動性相矛盾,即光電效應的瞬時性,按波動性理論,如果入射光較弱,照射的時間要長一些,金屬中的電子才能積累到足夠的能量,飛出金屬表面。可事實是,只要光的頻率高于金屬的極限頻率,光的亮度無論強弱,電子的產生都幾乎是瞬時的,不超過十的負九次方秒。正確的解釋是光必定是由與波長有關的嚴格規定的能量單位(即光子或光量子)所組成。



        光電效應說明了光具有
        粒子性。相對應的,光具有波動性最典型的例子就是光的干涉衍射。 

         

        分類


        光電效應分為:
        外光電效應內光電效應。內光電效應是被光激發所產生的載流子(自由電子或空穴)仍在物質內部運動,使物質的電導率發生變化或產生光生伏特的現象。外光電效應是被光激發產生的電子逸出物質表面,形成真空中的電子的現象。


        其中內光電效應又主要有以下兩種:


        1 光電導效應

        在光線作用下,電子吸收光子能量從鍵合狀態過度到自由狀態,而引起材料電導率的變化。當光照射到光電導體上時,若這個光電導體為本征半導體材料,且光輻射能量又足夠強,光電材料價帶上的電子將被激發到導帶上去,使光導體的電導率變大。基于這種效應的光電器件有光敏電阻。


        2 光生伏特效應

        “光生伏特效應”,簡稱“光伏效應”。指光照使不均勻半導體或半導體與金屬結合的不同部位之間產生電位差的現象。它首先是由光子(光波)轉化為電子、光能量轉化為電能量的過程;其次,是形成電壓過程。有了電壓,就像筑高了大壩,如果兩者之間連通,就會形成電流的回路。光伏發電,其基本原理就是“光伏效應”。太陽能專家的任務就是要完成制造電壓的工作。因為要制造電壓,所以完成光電轉化的太陽能電池是陽光發電的關鍵。簡單來說就是在光作用下能使物體產生一定方向電動勢的現象。基于該效應的器件有光電池光敏二極管、三極管。 

         

        應用


        只要光的頻率超過某一極限頻率,受光照射的金屬表面立即就會逸出光電子,發生
        光電效應。入射光的強度(即單位時間內通過單位垂直面積的光能)決定于單位時間里通過單位垂直面積的光子數,單位時間里通過金屬表面的光子數也就增多,光電流也隨之增大。



        光電二級管


        根據光電效應原理與特性,現已研發出各種各樣的光電器件及光電傳感器,應用于各行各業中。光電器件有光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光電池等。光電式傳感器是以光電器件作為轉換元件的傳感器。它可用于檢測直接引起光量變化的非電物理量,如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等;也可用來檢測能轉換成光量變化的其他非電量,如零件直徑、表面粗糙度、應變、位移、振動、速度、加速度,以及物體的形狀、工作狀態的識別等。光電式傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠等特點,因此在工業自動化裝置和機器人中獲得廣泛應用。新的光電器件不斷涌現,特別是CCD/CMOS圖像傳感器的誕生,為光電傳感器的進一步應用開創了新的一頁。


        光電器件





        【來源:網絡】


        http://www.realdoll-shop24.com   光虎光電科技(天津)有限公司

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