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光电检测复习资料..简答题1、光电探测器常见的噪声有哪⼏类？分别简要说明。
（1）热噪声：由载流⼦热运动引起的电流起伏或电压起伏成为热噪声，热噪声功率与温度有关( 2)散粒噪声：随机起伏所形成的噪声(3)产⽣--复合噪声：载流⼦浓度起伏引起半导体电导率的起伏，在外加电压下，电导率的起伏是输出电流中带有产⽣--复合噪声(4)1/f噪声：这种噪声功率谱近似与频率成反⽐(5)温度噪声：是由于器件本⾝温度变化引起的噪声2、光电⼆极管与⼀般⼆极管相⽐有什么相同点和不同点？相同点：都是基于PN结的光伏效应⽽⼯作的不同点：（1）就制作衬底材料的掺杂浓度⽽⾔，⼀般⼆极管要⽐光电⼆极管浓度较⾼（2）光电⼆极管的电阻率⽐⼀般⼆极管要⾼（3）普通⼆极管在反向电压作⽤时处于截⽌状态，只能流过微弱的反向电流，光电⼆极管是在反向电压作⽤下⼯作的，（4）光电⼆极管在设计和制作时尽量使PN结的⾯积相对较⼤，以便接收⼊射光。
3、简述光电三极管的⼯作原理。
光电三极管的⼯作原理分为两个过程：⼀是光电转换；⼆是光电流放⼤。
就是将两个pn结组合起来使⽤。
以NPN型光电三极管为例，基极和集电极之间处于反偏状态，内建电场由集电极指向基极。
光照射p区，产⽣光⽣载流⼦对，电⼦漂移到集电极，空⽳留在基极，使基极与发射极之间电位升⾼，发射极便有⼤量电⼦经基极流向集电极，最后形成光电流。
光照越强，由此形成的光电流越4、简述声光相互作⽤中产⽣布喇格衍射的条件以及布喇格衍射的特点。
产⽣布喇格衍射条件：声波频率较⾼，声光作⽤长度L较⼤，光束与声波波⾯间以⼀定的⾓度斜⼊射。
特点：衍射光各⾼级次衍射光将互相抵消，只出现0级和+1级（或 1级）衍射光，合理选择参数，并使超声场⾜够强，可使⼊射光能量⼏乎全部转移到＋1级（或－1级）5、什么是热释电效应？热释电器件为什么不能⼯作在直流状态？热释电效应：热释电晶体吸收光辐射温度改变，温度的变化引起了热电晶体的⾃发极化强度的变化，从⽽在晶体的特定⽅向上引起表⾯电荷的变化，这就是热释电效应。
考前复习要点第一章绪论1、光电检测系统的主要组成部分；辐射源，光信号处理，被测对象，光学转换，光电传感转换电路，电信号处理2、电磁波谱的范围？光电检测分析的是哪一部分？0.32-100um3、光电探测的分类按携载信息光源，按被探测光源光谱，按显示方式，按接收方法第二章光电器件的物理基础1、光的波粒二象性；2、光度量与辐射度量的区别；辐射度量适合整个电磁波谱能量计算3、辐射度量的五个基本参量；4、基本概念：辐射体，立体角，朗伯源；5、视见函数；6、光通量、发光强度、光照度、光出射度、光亮度7、半导体的基本特性；热敏性，光敏性，掺杂性8、能带理论；禁带，价带，导带9、本征半导体、N型半导体、P型半导体10、PN结的形成过程用图示表示11、外光电效应、内光电效应、光热效应材料受光照后，光子能量和晶格相互作用，振动加剧，温度升高，材料性质发生变化第三章光电检测器件1、光子检测器件与热电检测器件的特点响应波长有选择性，响应快2、光电检测器件的性能参数灵敏度，光谱灵敏度，频率灵敏度，量子效率，通量阈和噪声等效功率，归一化探测度3、噪声参数热噪声，散粒噪声，闪烁噪声4、外光电效应的典型器件光电管与光电倍增管的工作原理、基本特点5、光电发射材料的特点6、光电导效应器件光敏电阻的工作原理基本特点7、光生伏特效应器件光电池与光电二极管的工作原理基本特点第四章热电检测器件1、热辐射引起的热探测器的温度ΔT的求解？2、热电偶的工作原理基本特点接受入射辐射后引起温度升高，产生温差电势。
自发电型传感器，检测范围广，1800℃以上，符合国际计量委员会标准3、热敏电阻的工作原理基本特点、材料特性接受入射辐射后引起温度改变使电阻改变，导致电压变化。
灵敏度高，体积小，适宜动态测量，适于远距离测量和控制，阻值和温度非线性，稳定性和互换性差4、热敏电阻辐射热计的工作原理；5、热释电探测器的工作原理、基本结构极化随温度改变的现象为热释电现象。
1.半导体对光的吸收可分为本征吸收，杂质吸收，激子吸收，自由载流子吸收和晶格吸收。
2.光与物质作用产生的光电效应分为内光电效应与外光电效应两类。
3. 发光二极管(LED)是一种注入电致发光器件，他由P型和N型半导体组合而成。
其发光机理可以分为PN结注入发光与异质结注入发光两种类型。
4. 光电信息变换的基本形式信息载荷于光源的方式，信息载荷于透明体的方式，信息载荷于反射光的方式，信息载荷于遮挡光的方式，信息载荷于光学量化器的方式，光通信方式的信息变换。
D电极的基本结构应包括转移电极结构，转移沟道结构，信号输入单元结构和信号检测单元结构。
1. 对于P型半导体来说，以下说法正确的是 （D）A 电子为多子B 空穴为少子C 能带图中施主能级靠近于导带底D 能带图中受主能级靠近于价带顶2. 下列光电器件, 哪种器件正常工作时需加100-200V的高反压 （C）A Si光电二极管B PIN光电二极管C 雪崩光电二极管D 光电三极管3. 对于光敏电阻，下列说法不正确的是： （D）A 弱光照下，光电流与照度之间具有良好的线性关系B 光敏面作成蛇形，有利于提高灵敏度C 光敏电阻具有前历效应D 光敏电阻光谱特性的峰值波长，低温时向短波方向移动4. 在直接探测系统中, (B)A 探测器能响应光波的波动性质, 输出的电信号间接表征光波的振幅、频率和相位B 探测器只响应入射其上的平均光功率C 具有空间滤波能力D 具有光谱滤波能力5. 对于激光二极管（LD）和发光二极管（LED）来说，下列说法正确的是（D）A LD只能连续发光B LED的单色性比LD要好C LD内部可没有谐振腔D LED辐射光的波长决定于材料的禁带宽6. 对于N型半导体来说，以下说法正确的是 （A）A 费米能级靠近导带底B 空穴为多子C 电子为少子D 费米能级靠近靠近于价带顶7. 依据光电器件伏安特性, 下列哪些器件不能视为恒流源: （D）A 光电二极管B 光电三极管C 光电倍增管D 光电池8. 硅光二极管在适当偏置时，其光电流与入射辐射通量有良好的线性关系，且动态范围较大。
1、光电器件的基本参数特性有哪些?（响应特性噪声特性量子效率线性度工作温度）@响应特性分为电压响应度电流响应度光谱响应度积分响应度响应时间频率响应@噪声分类：热噪声散粒噪声产生-复合噪声 1/f噪声信噪比S/N 噪声等效功率NEP2、光电信息技术是以什么为基础，以什么为主体，研究和发展光电信息的形成、传输、接收、变换、处理和应用。
（光电子学光电子器件）3、光电检测系统通常由哪三部分组成（光学变换光电变换电路处理）4、光电效应包括哪些外光电效应和内光电效应）外光电效应：物体受光照后向外发射电子——多发生于金属和金属氧化物。
内光电效应：物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部而不会逸出物体外部——多发生在半导体。
内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。
光电导效应：半导体受光照后，内部产生光生载流子，使半导体中载流子数显著增加而电阻减少的现象。
光生伏特效应：光照在半导体PN结或金属—半导体接触面上时，会在PN结或金属—半导体接触的两侧产生光生电动势。
5、光电池是根据什么效应制成的将光能转换成电能的器件，按用途可分为哪几种？（光生伏特效应太阳能光电池和测量光电池）6、激光的定义，产生激光的必要条件有什么？（定义：激光是受激辐射的光放大粒子数反转光泵谐振腔）7、热释电器件必须在什么样的信号的作用下才会有电信号输出？（交变辐射）8、CCD是一种电荷耦合器件，CCD的突出特点是以什么作为信号，CCD的基本功能是什么？（电荷 CCD的基本功能是电荷的存储和电荷的转移。
）9根据检查原理，光电检测的方法有哪四种。
（直接作用法差动测量法补偿测量法脉冲测量法）10、光热效应应包括哪三种。
（热释电效应辐射热计效应温差电效应）11、一般PSD分为两类，一维PSD和二维PSD，他们各自用途是什么？（一维PSD主要用来测量光点在一维方向的位置；二维PSD用来测定光点在平面上的坐标。
）12、真空光电器件是基于什么效应的光电探测器，它的结构特点是有一个真空管，其他元件都在真空管中，真空光电器件包括哪两类。
光电检测复习提纲第⼀章：光辐射与发光源2. 光辐射以电磁波形式或粒⼦（光⼦）形式传播的能量，它们可以⽤光学元件反射、成像或⾊散，这种能量及其传播过程称为光辐射。
⼀般认为其波长在10nm~1mm ，或频率在3?1016Hz~3?1011Hz 范围内。
⼀般按辐射波长及⼈眼的⽣理视觉效应将光辐射分成三部分：紫外辐射、可见光和红外辐射。
⼀般在可见到紫外波段波长⽤nm 、在红外波段波长⽤µm 表⽰。
波数的单位习惯⽤cm -1。
1. 辐射量⑴辐射能。
辐射能是以辐射形式发射或传输的电磁波（主要指紫外、可见光和红外辐射）能量。
辐射能⼀般⽤符号Q e 表⽰，其单位是焦⽿（J ）。
⑵辐射通量。
辐射通量Φe ⼜称为辐射功率，定义为单位时间内流过的辐射能量，即dtdQ ee =Φ (1.2-1) 单位：⽡特（W ）或焦⽿?秒（J ?s ）。
⑶辐射出射度。
辐射出射度M e 是⽤来反映物体辐射能⼒的物理量。
定义为辐射体单位⾯积向半空间发射的辐射通量，即dSd M ee Φ=(1.2-2) 单位：W/m 2。
⑷辐射强度。
辐射强度e I 定义为：点辐射源在给定⽅向上发射的在单位⽴体⾓内的辐射通量，⽤I e 表⽰，即ΩΦd d I ee =(1.2-3) 单位：⽡特?球⾯度-1（W ?sr -1）。
由辐射强度的定义可知，如果⼀个置于各向同性均匀介质中的点辐射体向所有⽅向发射的总辐射通量是Φe ，则该点辐射体在各个⽅向的辐射强度I e 是常量，有π4e e I Φ= (1.2-4)⑸辐射亮度。
辐射亮度e L 定义为⾯辐射源在某⼀给定⽅向上的辐射通量。
如图2所⽰。
θΩΦθcos cos 2dS d d dS dI L ee e == (1.2-5)式中θ是给定⽅向和辐射源⾯元法线间的夹⾓。
单位：⽡特/球⾯度?⽶2（W/sr ?m 2）。
显然，⼀般辐射体的辐射强度与空间⽅向有关。
但是有些辐射体的辐射强度在空间⽅向上的分布满⾜θcos 0e e dI dI = (1.2-6)式中I e 0是⾯元dS 沿其法线⽅向的辐射强度。
光电检测与技术知识点总结一、光电检测基础知识1. 光电效应：光子射入物质时，将能量传递给物质，或者将物质中的粒子激发出来。
前者称为光吸收，后者称为光发射。
2. 光电效应分类：外光电效应、内光电效应和光热效应。
3. 光电效应的应用：光电管、光电倍增管、光电摄像管等。
二、光电检测技术基础1. 光电检测器的分类：根据工作原理，可分为外光电效应检测器、内光电效应检测器和光热效应检测器。
2. 光电检测器的工作特性：光谱响应、频率响应、线性范围、探测率和噪声等。
3. 常用光电检测器：光电二极管、光电晶体管、光电池、光电倍增管等。
三、光电检测系统1. 光电检测系统的基本组成：光源、被测物、光电检测器、信号处理电路和显示设备。
2. 光电检测系统的应用：测量长度、测量角度、测量速度、测量温度等。
3. 光电检测系统的误差来源：光源的不稳定性、光学系统的误差、探测器噪声和信号处理电路的误差等。
四、常用光电检测技术1. 红外线检测技术：利用红外线的热效应，可以测量物体的温度和辐射功率。
红外线传感器有热敏电阻、热电偶等。
2. 激光雷达技术：利用激光的反射和散射，可以测量物体的距离和形状。
常用的激光雷达有脉冲式和连续波式两种。
3. 光纤传感器技术：利用光纤的传光特性，可以测量物体的位移、压力和温度等物理量。
光纤传感器有折射率型、光强调制型和光相位调制型等。
4. 图像传感器技术：利用图像传感器将光学图像转换为电信号，可以测量物体的尺寸和形状。
常用的图像传感器有CCD和CMOS两种。
5. 色彩传感器技术：利用色彩传感器测量物体的颜色和色差，可以应用于颜色识别和颜色检测等方面。
常用的色彩传感器有RGB和CMYK两种。
PPT 中简答题汇总1. 价带、导带、禁带的定义及它们之间的关系。
施主能级和受主能级的定义及符号。
答：施主能级：易释放电子的原子称为施主，施主束缚电子的能量状态。
受主能级：容易获取电子的原子称为受主，受主获取电子的能量状态。
2. 半导体对光的吸收主要表现为什么？它产生的条件及其定义。
半导体对光的吸收主要表现为本征吸收。
半导体吸收光子的能量使价带中的电子激发到导带，在价带中留下空穴，产生等量的 电子与空穴，这种吸收过程叫本征吸收。
产生本征吸收的条件：入射光子的能量（ h V 要大于等于材料的禁带宽度 曰3. 扩散长度的定义。
扩散系数和迁移率的爱因斯坦关系式。
多子和少子在扩散和漂移中的 作用。
扩散长度：表示非平衡载流子复合前在半导体中扩散的平均深度。
扩散系数D （表示扩散的难易）与迁移率 卩（表示迁移的快慢）的爱因斯坦关系式:D=（kT/q ）卩 kT/q 为比例系数 漂移主要是多子的贡献，扩散主要是少子的贡献。
4. 叙述 p-n 结光伏效应原理。
当 P-N 结受光照时，多子（ P 区的空穴， N 区的电子）被势垒挡住而不能过结，只有少子（ P 区的电子和 N 区的空穴和结区的电子空穴对）在内建电场作用下漂移过结,这导致在 N 区有光生电子积累，在 P 区有光生空穴积累，产生一个与内建电场方向相反的光生电 场，其方向由P 区指向 N 区。
5. 热释电效应应怎样解释？热释电探测器为什么只能探测调制辐射？ 在某些绝缘物质中，由于温度的变化引起极化状态改变的现象称为热释电效应。
因为在恒定光辐射作用下探测器的输出信号电压为零，既热释电探测器对未经调制的 光辐射不会有响应。
6. 简述红外变象管和象增强器的基本工作原理。
红外变象管： 红外光通过光电导技术成象到光电导靶面上，形成电势分布图象，利用调制 的电子流使荧光面发光。
象增强器： 光电阴极发射的电子图像经电子透镜聚焦在微通道板上，电子图像倍增后在均 匀电场作用下投射到荧光屏上。
7. 简述光导型摄像管的基本结构和工作过程 基本结构包括两大部分： 光电靶和电子枪 。
工作过程：通过光电靶将光学图象转变成电学图象，电子枪发出的电子束对光电靶进 行扫描，将电学图象转换成仅随时间变化的电信号（视频信号）传送出去。
价带 导带 禁带原子中最外层电子称为价电子，与价电子能级相对应的能带称为价带； E V (valence)价带以上能量最低的允许带称为导带； 导带与价带之间的能量间隔称为禁带。
E C (conduction) Eg(gap)E D (donor)E A (acceptor )8. 简述一维CCD摄像器件的基本结构和工作过程。
基本结构：光电二极管阵列，CCD移位存储器，输出机构。
工作过程：光电二极管阵列通过光电变换作用和光电存储作用积累光生电荷，然后光生电荷并行地流入CCD移位寄存器，通过输出机构串行地转移出去。
9. 叙述半导体激光器和发光二极管的发光原理半导体激光器发光原理：PN结正偏时结区发生粒子数反转，导带中的电子产生自发辐射和受激辐射，在谐振腔中形成了光振荡，从谐振腔两端发射出激光。
发光二极管的发光原理：发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。
10叙述电光调制器克尔盒的工作原理当非偏振光经过起偏器后变为平面偏振光，当给克尔盒加电压时，通过它的平面偏振光改变其振动方向，在检偏器光轴方向上产生光振动的分量。
光源■盘的光半介-段11. 试述声光偏转器的工作原理。
激光束入射到超声媒质中产生衍射，此衍射光强度和方向随超声波强度和频率的改变而变化，因超声波与光的相互作用产生的声光效应，就是声光偏转器的工作原理。
PPT 中计算题汇总1. 一支氦氖激光器(波长 632.8nm )发出激光的功率为2mw 。
该激光束的平面发散角为 Imrad ，激光器的放电毛细管直径为 1mm 。
求出该激光束的光通量、发光强度、光亮度、 光出射度。
0(科=巒仏应(2； = 6S3x0.265x 2x1 (K 3 = (1362/w i —-— ------- =-— -------dil AS2— = ——=—当—=l.4ftxl ()' l ctl / Hl 1 ilS EI 幽 9 A5cus0 jrr~ c<is()d^(A) ().362Ar r —2. 计算出300K 温度下掺入1015/cm 3硼原子的硅片中电子和空穴的浓度及费米能级，画出其 能带图。
(当 300K 时，n i =1.5x1O 10/cm 3,Eg=1.12eV )。
(k ：波耳兹曼常数，1.38 X 103J/K , 1C 约相当于6.25 X 10A 个电子的电量。
) 为P 型半导体，则 空穴浓度为p=Na=1015/cm 3电子浓度为 n= n i2/ Na=2.25 x105/cm 3费米能级为 Efp :- E - kT ln^ =Ei-0.29ev3. (a )求在300K 时，本征硅的电导率；(b )倘若每108硅原子中掺入一浅能级施主杂质原子，求出电导率。
(硅的原子数为5x1022个/cm 3，迁移率 w =1350cm 2/(V • s p =480cm 2/(V s))基本电荷 e = 1.6 X 10 A -19库仑4、W ： <a> 300K 时.車征时的电鼻第0 •吨「+ W P , * » I . + Af r >=J. . 5 TT IdI . ft> 10 l|■*) =■ 4 14 * |0>* f) ■ CBf I(b)摟杂耶10 J MI 搂入的鵬見浓度为―5- !■)b ■止申曲 .刖*— ( 5 » 10，MK « 4 :< 10 * x 4SD I K J x )04. (a )具有11级倍增极的光电倍增管均匀分压，负高压 1200V 供电。
阴极灵敏度为20卩A/lm 阴极入射光的照度为 0.1lx ，阴极有效面积为2cm 2，各倍增极二次发射系数均相 等为4,光电子的收集率为 0.98,倍增极的电子收集率为 0.95，试计算倍增系统的放大倍—cos B) 2r (l - co 百创“s 丿顾6斎"叫木"RhR :数和阳极电流。
(b)设计前置放大电路，使输出的信号电压为200mV，求放大器的有关参数，并画出原理图(7 -0.98x(0.95 x4)lL - 2.338x106阴楼电说匚== 20x（0^ x 2 xO.l =4xl«!0 JRlffiiHtft：i -Gl, - 2338 x 10* x 斗弱10 10J =kathode（阴极）,anticathode 邙日极）权折常/umffipjiffi・选川200(】电阳5. 有一光电倍增管的光电阴极面积为2cm2，阴极灵敏度为25卩A/lm,倍增系统的放大倍数为105,阳极额定电流为200 p A，求允许的最大光照解；阴极额定电流为F.气=%产2皿g毘大允许光通址为少=M = "1叱；峙= fix!0* Im以a尤许的坯大光耐■耳亠"乙讨=42*6. 光敏电阻R与R. =2 K Q的负载电阻串联后接于V b =12V的直流电源上，无光照时负载上的输出电压为V i =20m V,有光照时负载上的输出电压为V2 =2V。
求(1)光敏电阻的暗电阻和亮电阻值。
(2)若光敏电阻的光电导灵敏度S g=6x10-6s/lx，求光敏电阻所受的照度？•无光照时，员载上的屯乐I上列mV•负戟上的电流-因此光敏屯阻的暗电阻* 时.负裁上的电压叫=2 丫*负载上的电流,21 :・因itAtt屯阻的亮电阻f *■»j*i(r' - jo kiit h io1幼IMS诚實放大临坪1比L :'IO1•光敏电阻所受妁照度7.已知光敏电阻的暗电阻 R D =IOM Q ，在照度为looix 时亮电阻R=5k Q ，用此光敏电阻控制 继电器，其原理电路如图所示，如果继电器的线圈电阻为4k Q,继电器的吸合电流为 2mA,问需要多少照度时才能使继电器吸合？如果需要在 400IX 时继电器才能吸合，则此电路需 作如何改进？*光敝电阻的光电导若滑堆昉叫沱时 *照度为1001x0^^®电限的光电导灭敏度— 1— K 兄 5*10* 108•下图是用硒光电池制作照度计的原理图，已知硒光电池在 100IX 照度下，最佳功率输出时的V m =0.3V, I m =1.5m A,如果选用100uA 表头作照度指标，表头内阻为 1k Q ，指针满刻度 值为1OO|X ，试计算电阻R i 和R ?值。
100/x ^=03KJ w =k5加仏=】00x 1 Qf/ L+L =/=>/.=] Ant4人（& +7?J = T ； => & =2k£lR,=V / A =214Q ■ rrj9•下图为一理想运算放大器，对光电二极管2CU2的光电流进行线性放大，若光电二极管未受光照时，运放输出电压 v o =0.6V 。
在E=100 lx 的光照下，输出电压 V i =2.4V 。
求（1） 2CU2的暗电•光蛾电阻的光电导，考虑暗电流时0.992 w III -4= 1653 lx•毗合时光洌电S1时光电导为V 1 " - - — ■ —― 一 “ 4 * 111 1 、 -f & r •價 -先•昴良・豪卑把僧購弗樹科有彙一业=叱竺=用""•若<DOIx?t 才呱拝.朮对的丸电片为t… ■ /' ' > anr i.mq-ln" * Ttltt 屯阳种阳悄 * ^―1t 訂•善*：；试抽护代 禺-：出eg •叫申施 丫”5畑的电聊流；（2）2CU2的电流灵敏度。
I if冲-------------------i D=气/R f=0,6/ 1J x 10* = 0.4x 10^ Av -V£ = tOOZx >/=/-/.= 1 a-1.2wJ，& R.产S左二I/r = L2xiO_6/l（X）= 1.2xlO_t空r10•已知一热释电探测器的D*=1x109cm.Hz1/2W1、NEP=1x101°W （取△ f=1Hz）,能否决定其光敏面面积？5.解，因为归一化探测率存=亡止，所以NEP探测器光敏元面积 A D=（ty w* ） .4 f = < i x io 1M i st iu ' r * i = 1 * cm211.二相驱动CCD象元数N=1024,若要求最后位仍有50%的电荷输出，求电荷转移损失率£=解宇二相CCD,电极数：n = 2m =2048总转移效率；if二（1 一£广毎1 一= 0.5（15 1所£1：总u ——=--------- =0,0244 %2048 409612. 用2CU1型光电二极管接受辐射信号，如图所示，已知2CU1的灵敏度S=0.4A/W，暗电流小于0.2uA,3DG6C的3 =50，当最大辐射功率为400uW时的拐点电压V M=10V,求获得最大电压输出时的Re值。
