第三章结型光电器件
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第一章1.举例说明你知道的检测系统的工作原理激光检测一激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字,会使荧光字产生一定波长的激光,通过对此激光的检测可辨别钞票的真假。
山于仿制困难,故用于辨伪很准确。
2.简述光电检测系统的组成和特点组成:(1)光学变换:时域变换-------调制振幅,频率,相位,脉宽空域变换-------光学扫描光学参量调制:光强,波长,相位,偏振形成能被光电探测器接收,便于后续电学处理的光学信息。
(2)光电变换,变换电路,前置放大将信息变为能够驱动电路处理系统的电信息(电信号的放大和处理)(3)电路处理放大,滤波,调制,解调,A/D,D/A,微机与接口,控制。
第二章1.试归纳总结原子自发辐射,受激吸收,受激辐射三个过程的基本特征。
自发辐射:处于激发态的原子在激发态能级只能一段很短的时间,就自发地跃迁到较低能级中去,同时辐射出光子。
受激辐射:在外来光的作用下,原子从激发态能级跃迁到低能级,并发射一个与外来光完全相同的光子。
受激吸收:处于低能级的原子,在外来光的作用下,吸收光子的能量向高能级跃迁。
2.场致发光(电致发光)有哪几种形式,各有什么特点结型电致发光(注入式发光):在p-n结结构上面加上正向偏压(即p区接电源正极,n区接电源负极)时,引起电子由n区流入(在物理上称为“注入”)p区,空穴由p区流入n区,发生了电子和空穴复合而产生发光。
粉末电致发光:这是在电场作用下,晶体内部电子与空穴受激复合产生的发光现象。
两电极夹有发光材料薄膜电致发光:薄膜电致发光和粉末电致发光相似,也是在两电极间夹有发光材料,但材料是一层根薄的膜,它和电极直接接触,不混和介质。
3.为什么发光二极管的PN结要加正向电压才能发光加正向偏压时,外加电压削弱内建电场,使空间电荷区变窄,载流子的扩散运动加强,构成少数载流子的注入,产生电子和空穴的复合,从而释放能量,并产生电致发光现象。
4.发光二极管的外量子效率与射出的光子数,电子空穴对数,半导体材料的折射率有关。
《光电检测技术》教学大纲课程代码:课程中文名:光电检测技术课程英文名:课程类别:专业技术科适用专业:光伏材料应用、光伏发电应用、电子技术等专业课程学时: 48学时课程学分: 3学分一、课程的专业性质、地位和作用(目的)1、性质:必修2、地位:光电检测技术是光学与电子学技术相结合而产生的一门新型检测技术,它是利用电子技术对光学信息进行检测,并进一步传递、存储、控制、计算和显示。
光电检测技术是现代检测技术最重要的手段和方法之一。
3、作用:通过本课程的教学,使学生了解和掌握各种光电器件的结构、工作原理、工作过程、工作特性及其基本的应用,培养学生通过了解器件的性能特点来搭建检测系统的能力,培养学生学习的能力和综合运用知识的能力,培养学生理论联系实际的学风和科学态度,提高学生的分析处理实际问题的能力,为以后的工作和学习打下基础。
二、教学内容、学时分配和教学的基本要求第一章光电检测应用中的基础知识6学时,其中理论教学 6 学时,实践或其他教学0 学时1.1 辐射度学和光度学基本概念1.2 半导体基础知识1.3 基本概念1.4 光电探测器的噪声和特性参数重点:辐射度学和光度学基本概念难点:光电探测器的噪声和特性参数教学要求:本章介绍了光电检测应用中的基础知识,要求学生对基本概念有理解,进而掌握光电探测器的噪声及特性参数第二章光电检测中的常用光源3学时,其中理论教学3学时,实践或其他教学0学时2.1 光源的特性参数2.2 热辐射源2.3 气体放电光源2.4 固体发光光源2.5 激光器重点:光源的特性参数难点:气体、固体发光光源和激光器的工作原理教学要求:本章要求学生掌握各种固体发光的工作原理及其应用第三章结型光电器件 6 学时,理论教学6 学时,实践或其他教学0学时3.1 结型光电器件工作原理3.2 硅光电池3.3 硅光电二极管和硅光电三极管3.4 结型光电器件的放大电路3.5 特殊结型光电二极管3.6 结型光电器件的应用举例——光电耦合器件重点:结型光电器件的工作原理;硅光电池的工作原理及特性;硅光电二极管和硅光电三极管的性能比较难点:结型光电器件的放大电路及应用举例——光电耦合器件教学要求:要求学生掌握硅光电池的工作原理;硅光电二极管和硅光电三极管的性能比较及结型光电器件的放大电路及应用——光电耦合器件第四章光电导器件6学时,其中理论教学 6 学时,实践或其他教学0学时4.1光敏电阻的工作原理4.2 光敏电阻的主要性能参数4.3 光敏电阻的偏置电路和噪声4.4 光敏电阻的特点和应用重点:光敏电阻的工作原理和特性参数难点:光敏电阻的应用教学要求:要求学生掌握光敏电阻的工作原理及性能参数及光敏电阻的应用第五章真空光电器件3学时,其中理论教学3学时,实践或其他教学0学时5.1 光电阴极5.2 光电管与光电倍增管5.3 光电倍增管的主要特性参数5.4 光电倍增管的供电和信号输出电路5.5 微通道板光电倍增管5.6 光电倍增管的应用重点:光电管与光电倍增管的工作原理、特性参数难点:光电倍增管的供电和信号输出电路及应用教学要求:要求学生掌握光电管与光电倍增管的工作原理、特性参数及实际应用第六章真空成像器件3学时,其中理论教学3学时,实践或其他教学0学时6.1像管6.2常见像管6.3摄像管6.4光导靶和存储靶6.5摄像管的特性参数6.6摄像管的发展方向重点:像管与摄像管的工作原理难点:光导靶和存储靶的原理及摄像管的特性参数教学要求:要求学生掌握像管与摄像管的工作原理及特性参数第七章固体成像器6学时,其中理论教学 6 学时,实践或其他教学0学时7.1 电荷耦合器件7.2 电荷耦合器件的分类7.3 CCD摄像机分类7.4 CCD的特性参数7.5 自扫描光电二极管阵列7.6 固体摄像器件的发展现状和应用重点:电荷耦合器件的工作原理;CCD的特性参数难点:自扫描光电二极管阵列教学要求:要求学生掌握CCD固体成像器件的工作原理第八章红外辐射与红外探测器6学时其中理论教学 6 学时,实践或其他教学0学时8.1 红外辐射的基础知识8.2 红外探测器8.3 红外探测器的性能参数及使用中应注意的事项8.4 红外测温8.5 红外成像8.6 红外无损检测8.7 红外探测技术在军事上的应用重点:红外探测器的工作原理、性能参数及使用中应注意的事项难点:红外探测器的具体应用教学要求:要求学生掌握红外辐射的基础知识,并掌握红外探测器的各种具体应用第九章光导纤维与光纤传感器6学时其中理论教学 6 学时,实践或其他教学0学时9.1 光导纤维基础知识9.2 光导纤维的应用9.3 光纤传感器的分类及构成9.4 功能型光纤传感器9.5 非功能型光纤传感器重点:光导纤维的基础知识及功能型光纤传感器的工作原理难点:非功能型光纤传感器的工作原理教学要求:要求学生掌握光导纤维的基础知识,并掌握光纤传感器的工作原理第十章太赫兹波的产生与检测3学时其中理论教学 3 学时,实践或其他教学0学时10.1 概述10.2 THz辐射光谱学10.3 THz辐射成像重点:THz辐射成像的原理难点:THz辐射成像的原理教学要求:要求学生掌握THz辐射成像的原理三、各章节教学课时分配表本课程各部分教学内容计划学时数分配如下:四、课程的考核办法和成绩评定:1、考试 2.笔试(闭卷)3.平时成绩比重:平时成绩(包括考勤、作业、答疑、课堂练习、课外实验、等)占30%4.期末成绩比重:卷面考试占70%。
光电检测考试题第一章光电检测应用中的基础知识1、分别解释光电导效应、光生伏特效应、光电发射效应。
答:(1)光电导效应:当半导体材料受到光照时,由于吸收光子使其中的载流子浓度增大,导致材料的电导率增大。
(2)光生伏特效应:在PN结光伏器件中,当光投向P区时,在近表面层内激发出电子-空穴对,其中电子将扩散到PN 结区并被结电场拉到N区,同时空穴将进入P区,若P层的厚度小于电子的扩散长度,光子也可能穿透P区到达N区,激发出电子-空穴对,这些光生载流子被结电场分离后,空穴流入P区,电子流入N区,在结区两边参生势垒。
(3)光电发射效应:也称外光电效应,就是在光的作用下,物体内部的电子逸出物体表面向外表发射的现象。
2、光电探测器特性参数有哪些。
答:①响应率②光谱响应率③等效噪声率④探测率与比探测率⑤时间常数⑥线性⑦量子效率3、光电探测系统的噪声有哪几类。
答:可分三类:(1)光子噪声:①信号辐射产生的噪声②背景辐射产生的噪声;(2)探测器噪声:①热噪声②散粒噪声③产生-复合噪声④1/f噪声⑤温度噪声;(3)信号放大及处理电路噪声;4、光辐射探测器的几种噪声,并分别解释。
答:①热噪声:载流子热运动引起的电流起伏或电压起伏;②散粒噪声:随机起伏所形成的噪声;③产生-复合噪声:在外加电压下,电导率的起伏使输出电流中出现产生-复合噪声;④1/f噪声:噪声的功率谱近似与频率成反比;⑤温度噪声:由于器件本身温度变化引起的噪声。
5、如何合理选择光电探测器。
答:①根据待测光信号的大小,确定探测器的动态范围;②探测器和光源的光谱匹配;③须知道探测器的等效噪声功率,所产生电信号的信噪比;④测量调制或脉冲光信号时,要考虑探测器的响应时间或频率响应范围;⑤当测量的光信号幅值变化时,探测输出信号线性程度。
除此之外,还需考虑其稳定性、测量精度、测量方式等因素。
6、光电效应分为哪几种,分别解释。
答:光电效应分为内光电效应和外光电效应,内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。
第三章LED的性能介绍LED(发光二极管)是利用化合物材料制成PN结的光电器件。
它具备PN结结型器件的电学特性:I-V特性、C-V特性和光学特性:光谱响应特性、发光光强指向特性、时间特性以及热学特性。
3.1LED电学特性3.1..1 I-V特性表征LED芯片PN结制备性能主要参数。
LED的I-V特性具有非线性、整流性质:单向导电性,即外加正偏压表现低接触电阻,反之为高接触电阻。
如图:(1) 正向死区:(图oa或oa′段)a点对于V0 为开启电压,当V<Va,外加电场尚克服不少因载流子扩散而形成势垒电场,此时R很大;开启电压对于不同LED 其值不同,GaAs为1V,红色GaAsP为1.2V,GaP为1.8V,GaN为2.5V。
(2)正向工作区:电流IF与外加电压呈指数关系IF = IS (e qVF/KT –1) -------------------------IS 为反向饱和电流。
V>0时,V>VF的正向工作区IF 随VF指数上升IF = IS e qVF/KT(3)反向死区:V<0时pn结加反偏压V= - VR 时,反向漏电流IR(V= -5V)时,GaP为0V,GaN为10uA。
(4)反向击穿区V<- VR ,VR 称为反向击穿电压;VR 电压对应IR为反向漏电流。
当反向偏压一直增加使V<- VR时,则出现IR突然增加而出现击穿现象。
由于所用化合物材料种类不同,各种LED的反向击穿电压VR也不同。
3.1.2 C-V特性鉴于LED的芯片有9×9mil (250×250um),10×10mil,11×11mil (280×280um),12×12mil(300×300um),故PN结面积大小不一,使其结电容(零偏压)C≈n+pf左右。
C-V特性呈二次函数关系(如图2)。
由1MHZ交流信号用C-V特性测试仪测得。
293.1.3 最大允许功耗PF m当流过LED的电流为IF、管压降为UF则功率消耗为P=UF×IF LED工作时,外加偏压、偏流一定促使载流子复合发出光,还有一部分变为热,使结温升高。