最新光-电-探-测-器课件PPT.ppt 38页

'光-电-探-测-器 光电检测器件光子器件热电器件真空器件固体器件光电管光电倍增管真空摄像管变像管像增强管光敏电阻光电池光电二极管光电三极管光纤传感器电荷耦合器件CCD热电偶/热电堆热辐射计/热敏电阻热释电探测器 光电探测器的种类 响应度分为电压响应度和电流响应度电压响应度Rv光电探测器件输出电压与入射光功率之比电流响应度RI光电探测器件输出电流与入射光功率之比 （2）光谱响应度光谱响应度R(λ)是响应度随波长变化的性能参数。大多数光电探测器具有光谱选择性。定义：探测器在波长为λ的单色光照射下，输出电压或电流与入射光功率之比。 （3）频率响应度频率响应度R(f)：响应度随入射光频率而变化的性能参数。其表达式为：式中R(f)为频率为f时的响应度；R0为频率为零时的响应度；为探测器的响应时间或称时间常数,由材料和外电路决定。响应时间：响应时间τ=RC是描述光电探测器对入射光响应快慢的一个参数。决定了光电探测器频率响应的带宽。上升时间：入射光照射到光电探测器后，光电探测器输出上升到稳定值所需要的时间。下降时间：入射光遮断后，光电探测器输出下降到稳定值所需要的时间。 2.量子效率量子效率：是指每入射一个光子光电探测器所释放的平均电子数。它与入射光能量有关。其表达式为:式中，I是入射光产生的平均光电流大小，e是电子电荷，P是入射到探测器上的光功率。I/e为单位时间产生的电子数,P/hυ为单位时间入射的光子数。 3.噪声等效功率噪声等效功率(NEP)是描述光电探测器探测能力的参数。定义：单位信噪比时的入射光功率。噪声等效功率是一个可测量的量。设入射辐射的功率为P，测得的输出电压为U0，然后除去辐射源测得探测器的噪声电压为UN，则按比例计算，要使U0＝UN的辐射功率为 4.探测度D与归一化探测度D*探测度D为噪声等效功率的倒数，即归一化探测度D*由于D与探测器的面积Ad和放大器带宽Δf乘积的平方根成正比，为消除这一影响，定义：D*越大的探测器其探测能力越强。 PIN光电二极管(1)结构与工作原理：为改善PN结耗尽层只有几微米，长波长的穿透深度比耗尽层宽度还大，大部分入射光被中性区吸收，使光电转换效率低，响应时间长，响应速度慢的特性，在PN结中设置一层掺杂浓度很低的本征半导体（称为I），这种结构便是PIN光电二极管。P+N+I耗尽层RP+N+PIN光电二极管原理图 了光电转换效率，两侧P+层和N+层很薄，吸收入射光的比例很小，I层几乎占据整个耗尽层，因而光生电流中漂移分量占支配地位，从而大大提高了响应速度。还可以通过控制耗尽层的厚度，来改变器件的响应速度。N+P+抗反射膜电极电极Ⅱ(N)EPIN光电二极管结构Ⅱ(N)掺杂浓度很低；P+和N+掺杂浓度很高。且I层很厚，约有5~50μm，吸收系数很小，入射光很容易进入材料内部被充分吸收而产生大量的电子-空穴对,因而大幅度提高 P0为入射光功率；α(λ)材料的吸收系数，其大小与材料性质有关，且是波长的函数。通常使用的PIN光电二级管半导体材料。不同材料适用于不同的波长范围。当工作波长比材料的带隙波长λC=1.24/Eg(μm)长时，吸收系数急剧减小。为获得最佳的转换效率——量子效率及低的暗电流(它随带隙能量的增加按指数减小)，理想光电二极管材料的带隙能量Eg应略小于与最长工作波长相对应的光子能量。在0.85μm短波长区，Si是最优选材料，截止波长1.09μm，吸收系数a(λ)≈600cm-1，穿透深度17μm。在长波长区，Ge和InGaAs合金可选用为光电二极管材料。为使入射光功率有效转换成光电流，它须在耗尽区内被半导体材料有效吸收，故要求耗尽区足够厚、材料对入射光的吸收系数足够大。在厚度W内被材料吸收的光功率可表示为： 光检测器吸收光功率后产生的一次光电流可表为e电子电荷；hf光子能量(hf=1.24/λeV,λ光波长μm,h普朗克常数)，W耗尽区宽度，Rf材料界面的菲涅尔反射系数。PIN光电二极管偏置电路及电场光场分布 PIN特性1.响应度：2.量子效率：量子效率和响应度取决于材料的特性和器件的结构。假设PIN光电二极管器件表面的反射率为0，且P层和N层对量子效率的贡献忽略情况下，在工作电压下，I层全部耗尽，则PIN光电二极管的量子效率近似表示成：但是W增大时，产生的电子空穴对要花较长的时间才能到达结边被收集，这样又降低了光检测器的响应速度。 对于波长的限制：量子效率的光谱特性取决于半导体材料的吸收系数α(λ)0.20.40.60.81.000.70.91.11.31.51.770%50%30%10%InGaAsGeSiPIN响应度、量子效率与波长的关系 3.响应时间及频率特性当光电二极管具有单一的时间常数时，其脉冲前沿和脉冲后沿相同，且接近函数和，由此得到脉冲响应时间为具有一定时间常数的光电二极管，对于幅度一定，频率为的正弦调制信号，截止频率 谢谢！ 毛细支气管炎毛细支气管是气管分支的末端靠近肺泡的部分，它的管腔很细，一旦发炎，粘膜充血水肿，容易引起阻塞，造成呼吸困难。 定义急性毛细支气管炎是一种婴幼儿较常见的下呼吸道感染，仅见于2岁以下婴幼儿，多数是1—6的个月小婴儿，发病与该年龄支气管的解剖学特点有关。因微小的管腔易由粘性分泌物、水肿及肌收缩而发生梗阻，并可引致肺气肿或肺不张。其临床症状如肺炎，且喘憋更显著。临床上较难发现未累及肺泡与肺池间壁的纯粹毛细支气管炎。故认为是一种特殊类型的肺炎，有人称之为喘憋性肺炎。 病因毛细支气管炎可由不同的病毒所致，最常见的是呼吸道合胞病毒，此外副流感病毒（3型较常见）、腺病毒、流感病毒、呼肠病毒、鼻病毒均可引致毛细支气管炎，少数由人肺炎支原体引起。过去，偶自本病患儿分离出流感杆菌，可能在极个别情况下为病原菌，但也可能为带菌或病毒与细菌混合感染。 流行病学我国北方多发生于冬季和初春，广东、广西则以春夏或夏秋为多，多数为散发，也可有小的流行，与流行性喘憋肺炎不同，没有暴发流行。本病多发生于1—2岁以下的婴幼儿，发病高峰年龄为2—6个月，百分之八十以上病例在一岁以内，发病率男女相似，但男婴重症较多。 病理变化及发病机制病变主要侵及直径75至300微米的毛细支气管，黏液分泌增加，有细胞破坏物，纤维素堵塞，出现上皮细胞坏死及支气管周围淋巴细胞浸润，炎症可波及肺泡、肺泡壁及肺间质。肺不张、肺气肿较为明显。 临床表现常在上呼吸道感染后2—3日出现持续性干咳和发作性呼吸困难。咳与喘憋同时发生为本病特点。症状轻重不等。重者呼吸困难发展甚快，咳嗽略似百日咳，初起时呼吸症状远较中毒症状严重，出现发作性喘憋，体温高低不一，低热甚至无热，中等度发热及高热约占三分之一，体温与一般病情无直接关系。一般虽有呕吐，但不严重，也多无严重腹泻。由于肺气肿及胸腔膨胀压迫腹部，常易影响吮奶及饮食。 喘憋发作时呼吸快而浅，常伴有呼气性喘鸣，呼吸频率约60—80次每分钟，甚至每分钟100次以上，脉快而细，常达160—200次每分钟，有明显鼻扇及三凹征，重症患儿有明显的梗阻性肺气肿及发绀,胸部体征常有变异，叩诊成鼓音，每当毛细支气管接近于完全阻塞时，呼吸音明显减低，或听不见。在喘憋发作时往往听不到湿罗音，当喘憋稍缓解时，可有弥漫性细湿罗音或中湿罗音。发作时有肋间隙增宽、肋骨横位、横隔及肝因肺气肿推向下方。由于过度换气引起的不显性失水增加和液体摄入量不足，部分患儿可发生较严重的脱水，小婴儿还可能有代谢性酸中毒，重度喘憋者可有二氧化碳储留，出现呼吸性酸中毒，动脉血氧分压降低，经过正确治疗后发展成心力衰竭者较少数。 X线及实验室检查X线检查可见全肺有不同程度的梗阻性肺气肿，摄片可显现支气管周围炎症象，或有肺纹理粗厚，不少病例肺泡亦明显受累，有小的点片状阴影，但无大片实变，与腺病毒肺炎不同。实验室检查白细胞总数及分类多在正常范围，病情较重的小婴儿血气分析检查可有代谢性酸中毒，约十分之一的病例可有呼吸性酸中毒，咽拭子细菌培养与健康儿无明显不同（二者均可有带菌情况）。 一般治疗与护理本症的治疗以对症治疗为主。1.促进排痰增加空气内的湿度极为重要，一般可使用室内加湿器。重症病例合理应用雾化治疗对患儿有一定帮助，一般雾化器可结合给氧进行雾化;超声雾化只有在呼吸道痰堵时应用，每次20min，3～4次/d，吸雾后要拍背吸痰。应用加温湿化有时可使病儿安静下来。至于直接冲洗咽喉部及从喉支气管吸出痰液的办法，只能对个别病例在耳鼻喉科配合下应用喉镜进行。 2.纠正缺氧对喘憋重者首先要抬高头部与胸部，以减少呼吸困难;遇有明显缺氧时，最好应用雾化器给氧，应连接口罩，或用头罩;对轻度缺氧病例，有条件的地方可试用冷空气疗法，也可采用鼻管给氧，导管尖端放在鼻前庭即可。 3.止喘在喘憋发作期间，宜用异丙嗪缓解支气管痉挛，一般口服约1mg/(kg·次)，3次/d，也可应用支气管扩张药雾化吸入。如烦躁明显，可与等量的氯丙嗪(冬眠灵)合用(即冬眠Ⅱ号)肌注，并可加用水合氯醛加强镇静作用。如效果仍不明显，可以氢化可的松或地塞米松静脉点滴，于数小时内输入。如喘憋非常严重，一般方法难以控制时，可试行徐徐静脉推入5%碳酸氢钠3～5ml/kg，有时可见显著效果。也可试用酚妥拉明加间羟胺(阿拉明)静脉滴注或缓慢静脉推入，或试用东莨菪碱静脉滴注。最近有人报告用硫酸镁静脉滴注;维生素K3雾化吸入;小剂量异丙肾上腺素静脉滴注治疗毛细支气管炎喘憋发作，也可审慎试用。 4.水、电解质平衡争取多次口服液体以补充快速呼吸时失去的水分，不足时可以静脉点滴补液，一般用10%葡萄糖溶液，加入少量(约1/5容量)生理盐水;遇有代谢性酸中毒，可静脉输入1/6g分子浓度(1.4%)碳酸氢钠。如有血气测定条件，可按[0.3×体重(kg)×剩余碱(负值)=输给的碳酸氢钠毫当量数]的公式计算，先输给总量的1/2，视情况再输其余的1/2。 5.呼吸道通畅对呼吸性酸中毒宜用雾化吸痰等方法使呼吸道通畅。对个别极端严重呼吸衰竭病例可进行气管插管及应用加压人工呼吸。 6.纠正心力衰竭并发心力衰竭时应及时应用洋地黄类药物（西地兰），对疑似心力衰竭病例，也可及早试用。 7.肾上腺素对疑似哮喘患儿，可试用小剂量肾上腺素，无效时不再重复。 8.其他最近有人试用干扰素雾化疗法，对本病及喘息性支气管炎均有疗效。对能服用汤药的患儿，中医治疗效果较好，一般可用射干麻黄汤、定喘汤或小青龙汤加减，遇有苔黄、舌红等热象明显者可用麻杏石甘汤加减。本症系病毒引起，故一般不须用抗生素。但隔离条件较差时，可酌用青霉素控制继发细菌感染。如发现葡萄球菌或流感杆菌等继发感染，应积极进行抗菌治疗。抗病毒治疗利巴韦林(三氮唑核苷)雾化吸入疗效较好，国内研究证明，双黄连雾化吸入效果亦较明显，也可以加用干扰素α。可参见RSV肺炎的抗病毒治疗。 (二)预后病程一般为5～15天，平均为10天，治疗恰当时可缩短。在咳喘发生后2～3天以内病情常较为严重，经过正确治疗后大多迅速恢复，并在数天内见愈。近期预后多数良好，在住院的毛细支气管炎患者中，病死率约为1%，原有心肺疾病和其他先天畸型的婴儿以及新生儿、未成熟儿的死亡危险性高。死亡多由于喘憋时间过长，呼吸暂停、呼吸衰竭，非代偿性呼吸性酸中毒以及严重脱水酸中毒等原因所致。患儿易于病后数年间反复发生喘鸣，长期随访观察，22.1%～53.2%患小儿哮喘。 健康教育保持居室空气新鲜，每日通风换气，冬季及初春天气变化时，注意保暖，不宜使用空调，避免有呼吸道感染者探视小孩，避免将小儿抱入人多的公共场所，带养小孩的家长注意自身的清洁卫生，小孩餐具每日煮沸消毒1—2次，防止腹泻发生。谢谢!'