光电技术简答题复习资料

作业1 三、简答题：1、简述激光产生的条件、激光器的组成及各组成部分的作用。

[答]：必要条件：粒子数反转分布和减少振荡模式数。

充分条件：起振——阈值条件：激光在谐振腔内的增益要大于损耗。

稳定振荡条件——增益饱和效应（形成稳定激光） 。

组成：工作物质、泵浦源、谐振腔。

作用：工作物质：在这种介质中可以实现粒子数反转。

泵浦源（激励源） ：将粒子从低能级抽运到高能级态的装置。

谐振腔：(1) 使激光具有极好的方向性( 沿轴线) (2) 增强光放大作用( 延长了工作物质 ) (3) 使激光具有极好的单色性( 选频 )2、简述光子的基本特性。

[答]：光是一种以光速运动的光子流，光子和其它基本粒子一样，具有能量、动 量和质量。

它的粒子属性（能量、动量、质量等）和波动属性（频率、波矢、偏振等）之间的关系满足：（1）E=hv= ω（2）m=22c hv c E =，光子具有运动质量，但静止质量为零； （3）k P =； （4）、光子具有两种可能的独立偏振态，对应于光波场的两个独立偏振方向；（5）、光子具有自旋，并且自旋量子数为整数，是玻色子。

作业2判断题中的第5小题：在电光调制器中，为了得到线性调制，在调制器中插入一个λ/4波片，波片的轴向如何设置最好？若旋转λ/4波片，它所提供的直流偏置有何变化？答：在电光调制器中，为了得到线性调制，在调制器中插入一个?/4波片，波片的轴向取向为快慢轴与晶体的主轴x 成45°角时最好，从而使 E x′ 和 E y′ 两个分量之间产生π/2 的固定相位差。

若旋转λ/4波片，它所提供的直流偏置，得到直流偏值随偏振改变而改变。

三 简答题1、何为大气窗口，试分析光谱位于大气窗口内的光辐射的大气衰减因素。

答：对某些特定的波长，大气呈现出极为强烈的吸收。

光波几乎无法通过。

根据大气的这种选择吸收特性，一般把近红外区分成八个区段，将透过率较高的波段称为大气窗口。

光谱位于大气窗口内的光辐射的大气衰减因素主要有:大气分子的吸收,大气分子散射 ,大气气溶胶的衰减。

1、半导体对光的吸收有哪些机制？答：本征吸收：半导体中价带电子吸收光子能量跃迁入导带成为自由电子，产生电子-空穴的现象。

（发生本征吸收的条件是光子能量必须大于半导体的禁带宽度E g，才能使价带E v上的电子吸收足够的能量跃入到导带底能级E c之上）（只有波长短于的入射辐射才能使器件产生本征吸收，改变本征半导体的导电特性。

）杂志吸收：杂质半导体吸收足够能量的光子，产生电离的过程。

（杂质吸收的长波长总要长于本征吸收的长波长。

杂质吸收会改变半导体的导电特性，也会引起光电效应。

）激子吸收：半导体吸收光子能量，但电子不能跃迁为自由载流子而处于受激状态。

（激子吸收不会改变半导体的导电特性）自由载流子吸收：半导体吸收光子能量，自由载流子在同一能带内的能级跃迁。

（自由载流子吸收不会改变半导体的导电特性）晶体吸收：晶格原子对远红外谱区的光子能量的吸收，直接转换为晶格振动动能的增加。

（以上五种吸收中，只有本征吸收和杂质吸收能够直接产生非平衡载流子，引起光电效应。

其他吸收都程度不同地把辐射能转换为热能，使器件温度升高，使热激发载流子运动的速度加快，而不会改变半导体的导电特性）2、光电效应有什么？其中光电灵敏度与什么有关：答：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。

内光电效应是被光激发所产生的载流子（自由电子或空穴）仍在物质内部运动，使物质的电导率发生变化或产生光生伏特的现象。

而被光激发产生的电子逸出物质表面，形成真空中的电子的现象称为外光电效应。

内光电效应：光电导效应——在光的作用下由本征吸收引起的半导体电导率的变化现象称为本征光电导效应。

另外还有杂质光电导效应。

光生伏特效应——光生伏特效应是基于半导体PN结基础上的一种将光能转换成电能的效应。

丹培效应——由于载流子迁移率的差别产生受照面与遮光面之间的伏特现象称为丹培效应。

光磁电效应——半导体受光照射产生丹培效应时，由于电子和空穴在磁场中的运动必然受到洛伦兹力的作用，使它们的运动轨迹发生偏转，空穴向半导体的上方偏转，电子偏向下方，结果在垂直于光照方向与磁场方向的半导体上下表面上产生伏特电压，称为光磁电场。

1、设受光表面的光照度为100lx ，能量反射系数，求该表面的光出射度和光亮度（假定该表面为朗伯辐射体）。

（θcos dS dI L vv =）解：设受光表面光谱反射率相同，则每单位表面反射的光通量为601006.0=⨯==入反ρφφLm/m 2这也就是该表面的光出射度M v。

对朗伯辐射体，其光亮度v L 与方向无关，沿任意方向（与法线方向成θ角）的发光强度θI 与法线方向发光强度0I 之间的关系为θθcos 0I I = 每单位面积辐射出的光通量除以π即为其光亮度：1.1914.360cos 1======πφθv S v v v dSdI dS dI L C d /m 2sr 附：朗伯体法向发光强度I 0与光通量v Φ的关系 由定义，发光强度ΩΦ=d d I v，所以在立体角Ωd 内的光通量：ϕθθθd d I Id d v sin cos 0=Ω=Φ在半球面内的光通量 ⎰⎰==Φπππϕθθθ2002/0sin cos I d d Iv2、计算电子占据比F E 高2KT 、10KT 的能级的几率和空穴占据比F E 低2KT 、10KT 能级的几率。

解：能量为E 的能级被电子占据的概率为)exp(11)(kTE E E f Fn -+=E 比E f 高2kT 时，电子占据比：1192.011)2exp(112=+=+=ekTkT f e E 比E f 高10kT 时，电子占据比：5101054.411-⨯=+=e f eE 比E f 低2kT 时，空穴占据比：1192.011)exp(112=+=-+=e kTE E f f pE 比E f 低10kT 时，空穴占据比：5101054.411-⨯=+=e f p3、设N －Si 中310105.1-⨯=cm n i ，掺杂浓度31610-=cm N D ，少子寿命s μτ10=。

如果由于外界作用，少子浓度P ＝0（加大反向偏压时的PN 结附近就是这种情况），问这时电子一空穴的产生率是多少？（复合率τPR ∆=，当复合率为负值时即为产生率）解：在本征硅中，2021025.2⨯==ii in p n ，在N 型硅中，少子浓度：4162021025.21011025.2⨯=⨯⨯==d i N n P产生率为： R `=9641025.210101025.2⨯=⨯⨯=∆-=--τP R每秒钟每立方厘米体积内可产生×109个。

光电显示技术复习题复习题一、填空题1. 调Q技术是为了使达到MW级以上，而使分散在数百个小尖峰中辐射出来的能量集中在很短的一个时间间隔内释放。

2. 形成的位相光栅是固定在空间的，可以认为是两个相向的行波的结果。

3. 、和一起构成一个电子透镜，使电子束汇聚成一束轰击荧光屏荧光粉层。

3. LED显示屏上数据的传输方式主要有和两种，目前广为采用的是控制技术。

4. 激光电视机有三种光线处理方式：、和。

5.所谓就是对色度曲线的选择，色度曲线的不同对图像颜色、亮度、对比及色度有极大影响6.亮度是指显示器荧光屏上荧光粉发光的与其接受的电子束能量之比。

7. CRT屏幕的亮度取决于荧光粉的、及电子的。

8.利用人眼的视觉暂留特性，采用反复通断电的方式使LED器件点燃的方法就是。

9.一个电视场的8位数字视频复合信号通过8子场再现，每一子场的的时间相同，但是每一子场的的时间不同。

10. 是指每秒钟电子枪扫描过图像的个数，以为单位。

11.CRT显像管有五部分组成：、、、荧光粉层和玻璃外壳。

12. 是指液晶显示器各像素点对输入信号反应的速度，即像素由暗转亮或亮转暗的速度，此值越越好。

13.所谓液晶是指在某一温度范围内，从外观看属于具有流动性的，同时又具有光学双折射性的。

14.LCD驱动方式有静态、动态、以及 4种方式。

15.典型LED显示系统一般由、和以及组成。

16．是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质。

17. 颜色包括三个特征参数：、、。

18.将光信息写入LCD的激励方式中有方式、方式和方式。

19.等离子体显示单元的发光过程分为4个阶段：、、放电发光与维持发光和。

20.铁电陶瓷发生极化状态改变时，其-温度特性发生显著变化，出现，并服从Curie-Weiss定律。

21.液晶的物理特性是：当时导通，排列变得有序，使光线容易通过；时排列混乱，阻止光线通过。

12.彩色PDP的电流部分的功耗大致分为3部分：、和部分。

光电测试技术复习资料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。

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。

光电技术重点总结
选择10道，简答20分一道题五分，计算题35分。

（作业题占30分）
1、掌握光的基本计量单位。

各种计量单位的相互转换，注意单位换算。

2、掌握光电转换的物理原理，半导体对光的吸收，光电效应等基本原理。

3、掌握各种光电器件的工作原理特性功能。

4、合理利用电工电子技术，分析电路图。

看看作业题。

5、了解光电传感器工作原理，电路分析。

（了解内容，考个选择或者简答）
6、光和热度量表，把书上的表变成这样一个表，把公式、单位贴上去。

前面的是辐射度参量E下标，光度参量V下标，学会它们之间的相互转换。

（作业题两个厂家生产灯的灵敏度对比问题）
7、热辐射什么意思，什么时灰体、黑体，他们之间有什么关系和区别。

黑体的吸收系数和发射系数都是一。

三个定律肯定考。

8、物质对光吸收一般规律，公式吸收系数跟消光系数有关。

半导体对光的吸收，本征吸收、杂质吸收、激子吸收、自由载流子吸收、晶格吸收。

概念
光电器件
所有
器件基本工作原理、基本性质、基本应用。

一、光电导器件
光敏电阻。

题型：选择 填空 名词解释 简答 计算第一章1. 辐（射）能和光能以辐射形式发射、传播或接收的能量称为辐（射）能，用符号Q e 表示，其计量单位为焦耳（J ）。

光能是光通量在可见光范围内对时间的积分，以Q v 表示，其计量单位为流明秒（lm ·s ）。

2.辐（射）通量和光通量辐（射）通量或辐（射）功率是以辐射形式发射、传播或接收的功率；或者说，在单位时间内，以辐射形式发射、传播或接收的辐（射）能称为辐（射）通量，以符号Φe 表示， 其计量单位为瓦（W ），即 tQ Φd d ee =• 对可见光，光源表面在无穷小时间段内发射、传播或接收的所有可见光谱，光通量Φv ，即tQ Φd d vv =Φv 的计量单位为流(明)（lm ）。

• 3.辐(射)出(射)度和光出(射)度• 对有限大小面积A 的面光源，表面某点处的面元向半球面空间内发射的辐通量d Φe与该面元面积d A 之比，定义为辐(射)出(射)度M e ，即AΦM d d ee =M e 的计量单位是瓦（特）每平方米[W ／m 2]。

对于可见光，面光源A 表面某一点处的面元向半球面空间发射的光通量d Φv 、与面元面积d A 之比称为光出(射)度M v ，即AΦM d d νv =其计量单位为勒(克司)[lx]或[lm/m 2]。

例 若可以将人体作为黑体，正常人体温的为36.5℃，（1）试计算正常人体所发出的辐射出射度为多少W/m2？（2）正常人体的峰值辐射波长为多少μm ？峰值光谱辐射出射度M e,s,λm 为多少？（3）人体发烧到38℃时峰值辐射波长为多少？发烧时的峰值光谱辐射出射度M e,s,λm 又为多少？解 （1）人体正常体的绝对温度为T =36.5+273=309.5K ，根据斯特藩-波尔兹曼辐射定律，正常人体所发出的辐射出射度为24,s ,e m /W 3.5205.309=⨯=σMm m Tm μμλ36.9)(2898==（2）由维恩位移定律，正常人体的峰值辐射波长为12155,s ,e 72.310309.1---=⨯=m Wcm T M m μλ（3）人体发烧到38℃时峰值辐射波长为μm 32.9382732898=+=m λ发烧时的峰值光谱辐射出射度为12155,s ,e 81.310309.1---=⨯=m Wcm T M m μλ例 已知某He-Ne 激光器的输出功率为3mW ，试计算其发出的光通量为多少lm ？解 He-Ne 激光器输出的光为光谱辐射通量，发出的光通量为 Φv,λ=K λ,e Φe,λ=K m V(λ)Φe,λ=683×0.24×3×10-3=0.492(lm)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。

简答题——光电检测技术期末整理1雪崩光电⼆极管的⼯作原理（当光敏⼆极管的PN结上加相当⼤的反向偏压（100~200V）时，在结区产⽣⼀个很强的电场，使进⼊场区的光⽣载流⼦获得⾜够的能量，在与原⼦碰撞时可使原⼦电离，⽽产⽣新的电⼦—空⽳对。

只要电场⾜够强，此过程就将继续下去，使PN结内电流急剧增加，达到载流⼦的雪崩倍增，这种现象称为雪崩倍增效应。

）2、光⽣伏特效应与光电导效应的区别和联系？（共性：同属于内光电效应。

区别：光⽣伏特效应是少数载流⼦导电的光电效应，⽽光电导效应是多数载流⼦导电的光电效应。

）什么是敏感器？敏感器与传感器的区别和联系？（将被测⾮电量转换为可⽤⾮电量的器件。

共性：对被测⾮电量进⾏转换。

区别：敏感器是把被测量转换为可⽤⾮电量，传感器是把被测⾮电量转换为电量）发光⼆极管的⼯作原理。

（在PN结附近，N型材料中的多数载流⼦是电⼦，P型材料中的多数载流⼦是空⽳，PN结上未加电压时构成⼀定的势垒，当加上正向偏压时，在外电场作⽤下，P区的空⽳和N区的电⼦就向对⽅扩散运动，构成少数载流⼦的注⼊，从⽽在PN结附近产⽣导带电⼦和价带空⽳的复合。

⼀个电⼦和⼀个空⽳对每⼀次复合，将释放出与材料性质有关的⼀定复合能量，这个能量会以热能、光能、或部分热能和部分光能的形式辐射出来。

说明光⼦器件与热电器件的特点。

PIN型的光电⼆极管的结构、⼯作原理及特点（它的结构分三层，即P型半导体和N型半导体之间夹着较厚的本征半导体I层，它是⽤⾼阻N型硅⽚做I层，然后把它的两⾯抛光，再在两⾯分别作N+和P+杂质扩散，在两⾯制成欧姆接触⽽得到PIN光电⼆极管。

原理：层很厚，对光的吸收系数很⼩，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，因⽽⼤幅度提供了光电转换效率，从⽽使灵敏度得以很⾼。

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。