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南京理⼯⼤学-光电检测技术总结习题01⼀、填空题1、通常把对应于真空中波长在（0.38m µ）到（0.78m µ ）范围内的电磁辐射称为光辐射。
2、在光学中，⽤来定量地描述辐射能强度的量有两类，⼀类是（辐射度学量），另⼀类是(光度学量)。
3、光具有波粒⼆象性，既是（电磁波），⼜是（光⼦流）。
光的传播过程中主要表现为（波动性），但当光与物质之间发⽣能量交换时就突出地显⽰出光的（粒⼦性）。
4、光量Q ：?dt φ，s lm ?。
5、光通量φ：光辐射通量对⼈眼所引起的视觉强度值，单位：流明lm 。
6、发光强度I ：光源在给定⽅向上单位⽴体⾓内所发出的光通量，称为光源在该⽅向上的发光强度，ωφd d /，单位：坎德拉)/(sr lm cd 。
7、光出射度M ：光源表⾯单位⾯积向半球⾯空间内发出的光通量，称为光源在该点的光出射度，dA d /φ,单位：2/m lm 。
8、光照度E ：被照明物体单位⾯积上的⼊射光通量，dA d /φ，单位：勒克斯lx 。
9、光亮度L ：光源表⾯⼀点的⾯元dA 在给定⽅向上的发光强度dI 与该⾯元在垂直于给定⽅向的平⾯上的正投影⾯积之⽐，称为光源在该⽅向上的亮度，)cos /(θ?dA dI ，单位：2/m cd。
10、对于理想的散射⾯，有Ee= Me 。
⼆、概念题1、视见函数：国际照明委员会（CIE ）根据对许多⼈的⼤量观察结果，⽤平均值的⽅法，确定了⼈眼对各种波长的光的平均相对灵敏度，称为“标准光度观察者”的光谱光视效率V (λ),或称视见函数。
2、辐射通量e φ：是辐射能的时间变化率，单位为⽡ (1W=1J/s)，是单位时间内发射、传播或接收的辐射能。
3、辐射强度e I ：从⼀个点光源发出的，在单位时间内、给定⽅向上单位⽴体⾓内所辐射出的能量，单位为W ／sr(⽡每球⾯度)。
4、辐射出射度e M ：辐射体在单位⾯积内所辐射的通量，单位为2/m W。
1、光电效应应按部位不同分为内光电效应和外光电效应，内光电效应包括（光电导）和（光生伏特效应）。
2、真空光电器件是一种基于（外光电）效应的器件，它包括（光电管）和（光电倍增管）。
结构特点是有一个真空管，其他元件都放在真空管中3、光电导器件是基于半导体材料的（光电导）效应制成的，最典型的光电导器件是（光敏电阻）。
4、硅光电二极管在反偏置条件下的工作模式为（光电导），在零偏置条件下的工作模式为（光生伏特模式）。
5、变象管是一种能把各种（不可见）辐射图像转换成为可见光图像的真空光电成像器件。
6、固体成像器件（CCD）主要有两大类，一类是电荷耦合器件（CCD），另一类是（SSPD）。
CCD电荷转移通道主要有：一是SCCD（表面沟道电荷耦合器件）是电荷包存储在半导体与绝缘体之间的界面，并沿界面传输；二是BCCD 称为体内沟道或埋沟道电荷耦合器件，电荷包存储在离半导体表面一定深度的体内，并沿着半导体内一定方向传输7、光电技术室（光子技术）和（电子技术）相结合而形成的一门技术。
8、场致发光有（粉末、薄膜和结型三种形态。
9、常用的光电阴极有正电子亲合势光电阴极（PEA）和负电子亲合势光电阴极（NEA），正电子亲和势材料光电阴极有哪些（Ag-O-Cs,单碱锑化物，多碱锑化物）。
10、根据衬底材料的不同，硅光电二极管可分为（2DU）型和（2CU）型两种。
11、像增强器是一种能把微弱图像增强到可以使人眼直接观察的真空光电成像器件，因此也称为（微光管）。
12、光导纤维简称光纤，光纤有（纤芯）、（包层）及（外套）组成。
13、光源按光波在时间，空间上的相位特征可分为（相干）和（非相干）光源。
14、光纤的色散有材料色散、（波导色散）和（多模色散）。
15、光纤面板按传像性能分为（普通OFP）、（变放大率的锥形OFP）和（传递倒像的扭像器）。
16、光纤的数值孔径表达式为，它是光纤的一个基本参数、它反映了光纤的（集光）能力，决定了能被传播的光束的半孔径角17、真空光电器件是基于（外光电）效应的光电探测器，他的结构特点是有一个（真空管），其他元件都置于（真空管）。
●辐射度量与光度量的区别：辐射度量与光度量。
辐射度量是物理（或客观）的计量方法，它适用于整个电磁辐射谱区，对辐射量进行物理的计量；光度量是生理（或主观）的计量方法以人眼所能见到的光对大脑的刺激程度来对光进行计量的方法，只适用于可见光谱区域，是对光强度的主观评价。
●凡高于绝对零度的物体都要进行热辐射。
●半导体特性：⑴半导体的电阻温度系数一般是负的，它对温度的变化非常敏感。
⑵半导体的导电性能可能受极微量杂质的影响而发生十分显著的变化。
⑶半导体的导电能力及性质会受热、光、电、磁等外界作用的影响而发生非常重要的变化。
●P、N型半导体特点：在N型半导体中，电子为多数载流子；在P型半导体中，空穴为多数载流子●扩散：载流子因浓度不均匀，无规则热运动而发生的从浓度高的点向浓度低的点运动。
漂移：载流子在外电场的作用下，电子向正电极方向运动，空穴向负电极方向运动称为漂移。
●当光照射到物体上使物体发射电子、或导电率发生变化、或产生光电动势等，这种因光照而引起物体电学特性的改变统称为光电效应。
可归纳为两大类⑴物体受光照后向外发射电子的现象称为外光电效应⑵物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部运动，而不会逸出物体外部的现象称为内光电效应●光电导效应是指半导体受光照射后，其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小的现象●光生伏特效应是光照使不均匀半导体或均匀半导体中光生电子和空穴在空间分开而产生电位差的现象●光电发射效应：光敏物质吸收光子后，被激发的电子能逸出光敏物质的表面而在外电场的作用下形成光子流●响应度是光电检测器件输出信号与输入辐射功率之间关系的度量。
描述的是光电探测器件的光—电转换效能●信噪比（S/N）判断噪声大小常用的参数。
它是在负载电阻上产生的信号功率与噪声功率之比●噪声等效功率（NEP）定义为信噪比为1时，入射到探测器上的辐射通量●探测率D与归一化探测率D *探测率D 定义为噪声等效功率的倒数；归一化探测率D*●光电发射材料应具备的条件⑴光吸收系数大；⑵光电子在体内传输过程中受到的能量损失小，使其逸出深度大；⑶表面势垒低，使表面逸出几率大●光电倍增管的基本结构与原理：光电倍增管主要由光入射窗、光电阴极、电子光学系统、二次发射倍增系统及阳极等部分组成；工作原理1、光子透过入射窗入射到光电阴极K上。
第1篇一、实验目的本次实验旨在通过实际操作，了解光电探测的基本原理和实验方法，掌握光电探测器的性能测试技术，并分析光电探测在现实应用中的重要性。
实验过程中，我们对光电探测器的响应特性、灵敏度、探测范围等关键参数进行了测试和分析。
二、实验原理光电探测器是一种将光信号转换为电信号的装置，广泛应用于光电通信、光电成像、环境监测等领域。
实验中，我们主要研究了光电二极管（Photodiode）的工作原理和特性。
光电二极管是一种半导体器件，当光照射到其PN结上时，会产生光生电子-空穴对，从而产生电流。
三、实验仪器与材料1. 光电二极管2. 光源（激光笔、LED灯等）3. 光电探测器测试仪4. 示波器5. 数字多用表6. 光纤连接器7. 光学平台8. 环境温度计四、实验步骤1. 光电二极管性能测试（1）将光电二极管与光源、测试仪连接，确保连接牢固。
（2）调整光源强度，观察光电探测器输出电流的变化，记录不同光照强度下的电流值。
（3）测试光电二极管在不同波长下的光谱响应特性，记录不同波长下的电流值。
2. 光电探测器灵敏度测试（1）调整环境温度，观察光电探测器输出电流的变化，记录不同温度下的电流值。
（2）改变光源距离，观察光电探测器输出电流的变化，记录不同距离下的电流值。
3. 光电探测器探测范围测试（1）在固定光源强度下，调整探测器与光源的距离，观察输出电流的变化，记录探测范围。
（2）在固定探测器与光源的距离下，调整光源强度，观察输出电流的变化，记录探测范围。
五、实验结果与分析1. 光电二极管性能测试实验结果表明，随着光照强度的增加，光电二极管输出电流逐渐增大。
在相同光照强度下，不同波长的光对光电二极管输出的电流影响不同，表明光电二极管具有光谱选择性。
2. 光电探测器灵敏度测试实验结果显示，随着环境温度的升高，光电二极管输出电流逐渐增大，表明光电探测器对温度具有一定的敏感性。
同时，在光源距离变化时，光电探测器输出电流也相应变化，说明光电探测器的探测范围与光源距离有关。
考试高分笔记基本常识：AEΦPIS =⨯===光照度受光面积光通量输入光功率输出信号光电流电流灵敏度光通量-lm ；照度-lx ；亮度-sb ；光强-cd光敏电阻-正偏，光电二极管-反偏，光电池-没有外加偏置(这里偏置可以理解为器件之外有没有添加电源，)重点简录：1、P33,量子效率，6’ 量子效率 hvP eI //==的光子数每秒入射波长为每秒产生的光电子数λη2、P52(5)，由禁带宽度E g 计算长波限λgg E hc λλc ，νE h ν=⇒==长波限理论值小于实际值原因：1在实际中短波更易被吸收。
2随温度的升高而向短波方向移动3、P52(6)，光敏电阻，10’光电导灵敏度EGS g =d p G G G += (亮电导 = 光电导+暗电导)4、 P75，光电二极管，10’Lb e )G -U (U ΦS GU U G 0max 000=+=)(产生的总电流 = 暗电流 + 光电流)5、P89，放大倍数，10~12’K PI I A ==阴极电流阳极电流n)(εεA σ0=hv e /ηα=详尽考点：Chapter 2电致发光即场致发光，顾名思义，它是固体发光材料在电场激发下发光的一种现象，是将电能直接转化为光能的过程。
具体过程：物质中的原子受到电子轰击，使原子中的电子获得动能，由低能态跃迁到高能态；当它由受激状态回复到正常状态时，就会发出辐射。
知辐射通量求光通量：光通量 = 视见函数*辐射通量*Km (Km 为光视效能，Km=683 lm/W)例题：光谱光视效率V(505nm)=0.40730，波长为505nm 、1mW 的辐射光，其光通量 为0.2782 lm (计算式：0.40730 x 683 lm/W x 1 mW)LED 发光机理 P22 (就是电致发光)当给发光二极管的P －N 结加正向电压时，外加电场将削弱内建电场，使空间电荷区变窄，载流子的扩散运动加强。
由于电子迁移率总是远大于空穴的迁移率，因此电子由N 区扩散到P 区是载流子扩散运动的主体。
光电检测与技术知识点总结
光电检测是通过光电传感器将光信号转化为电信号进行检测和测量的技术。
1. 光电传感器的分类：
- 光电开关：通过光电传感器的发射器和接收器之间的光束被遮挡或被恢复来触发开关动作。
- 光电传感器：通过光电传感器接收到的光信号的变化来检测目标物体的位置、颜色、形状等信息。
- 光电编码器：通过光电传感器接收到的光信号的脉冲数来测量目标物体的位置、速度等。
2. 光电传感器的原理：
- 光电开关：通过发射器发出的光束被目标物体遮挡或恢复，经过接收器接收后产生电信号，通过比较电信号的强弱来触发开关动作。
- 光电传感器：通过接收器接收到的光信号的强度、频率、相位等来检测目标物体的位置、颜色、形状等信息。
- 光电编码器：通过接收器接收到的光信号的脉冲数来测量目标物体的位置、速度等。
3. 光电传感器的应用领域：
- 工业自动化：用于物体检测、测量、计数等。
- 机器人技术：用于机器人的位置感知、障碍物检测等。
- 电子设备：用于手机、相机等设备的亮度感应、手势识别等。
- 安防监控：用于人体检测、入侵报警等。
4. 光电传感器的特点：
- 非接触式检测：光电传感器不需要与目标物体直接接触，可以在一定距离上进行检测。
- 高精度：光电传感器可以实现微小物体的检测和测量。
- 快速响应：光电传感器的响应时间通常在毫秒级别，适用于高速检测。
- 高稳定性：光电传感器的输出信号稳定，不受环境干扰影响。
以上是光电检测与技术的一些基础知识点总结，希望对您有帮助。
习题01一、填空题1、通常把对应于真空中波长在（0.38m μ）到（0.78m μ ）范围内的电磁辐射称为光辐射。
2、在光学中，用来定量地描述辐射能强度的量有两类，一类是（辐射度学量），另一类是(光度学量)。
3、光具有波粒二象性，既是（电磁波），又是（光子流）。
光的传播过程中主要表现为（波动性），但当光与物质之间发生能量交换时就突出地显示出光的（粒子性）。
4、光量Q ：⎰dt φ，s lm ∙。
5、光通量φ：光辐射通量对人眼所引起的视觉强度值，单位：流明lm 。
6、发光强度I ：光源在给定方向上单位立体角内所发出的光通量，称为光源在该方向上的发光强度，ωφd d /，单位：坎德拉)/(sr lm cd 。
7、光出射度M ：光源表面单位面积向半球面空间内发出的光通量，称为光源在该点的光出射度，dA d /φ,单位：2/m lm 。
8、光照度E ：被照明物体单位面积上的入射光通量，dA d /φ，单位：勒克斯lx 。
9、光亮度L ：光源表面一点的面元dA 在给定方向上的发光强度dI 与该面元在垂直于给定方向的平面上的正投影面积之比，称为光源在该方向上的亮度，)cos /(θ∙dA dI ，单位：2/m cd。
10、对于理想的散射面，有Ee= Me 。
二、概念题1、视见函数：国际照明委员会（CIE ）根据对许多人的大量观察结果，用平均值的方法，确定了人眼对各种波长的光的平均相对灵敏度，称为“标准光度观察者”的光谱光视效率V (λ),或称视见函数。
2、辐射通量e φ：是辐射能的时间变化率，单位为瓦 (1W=1J/s)，是单位时间内发射、传播或接收的辐射能。
3、辐射强度e I ：从一个点光源发出的，在单位时间内、给定方向上单位立体角内所辐射出的能量，单位为W ／sr(瓦每球面度)。
4、辐射出射度e M ：辐射体在单位面积内所辐射的通量，单位为2/m W。
5、辐射照度e E ：单位面积内所接收到的辐射通量，单位为2/m W 。
6、辐射亮度e L ：由辐射表面给定方向发射的辐射强度，除于该面元在垂直于给定方向的平面上的正投影面积。
单位为)/(2sr m W ∙。
7、光谱响应度：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的单色光功率之比。
8、朗伯定律：发光体在各方向上的辐射亮度一致，有θcos o e I I =。
9、光学多普勒效应：运动物体能改变入射于其上的光波频率。
10、黑体：是一个理想的余弦辐射体，其亮度与方向无关。
11、积分响应度：光电探测器输出的电流或电压与入射总通量之比。
12、光的发生一般有两种方式，温度辐射和发光。
三、简答题1、辐射照度和辐射出射度的区别是什么？答：辐射照度和辐射出射度的单位相同，其区别仅在于前者是描述辐射接收面所接收的辐射通量，而后者则为描述扩展辐射源向外发射的辐射通量。
2、何为余弦辐射体？余弦辐射体的主要特征是什么？答：假设辐射亮度e L 不随方向而发生变化，且θcos ∝eI ，有θcos o e I I =，满足该条件的光源为余弦辐射体。
其辐射出射度e M 在数值上是亮度e L 的π倍。
3、什么是光电阴极材料的负电子亲和势,为什么具有负电子亲和势的光电阴极材料有较高的量子效率且光谱范围能向红外区扩展？电子亲和势：导带底上的电子向真空逸出时所需的最低能量，数值上等于真空能级（真空中静止电子能量）与导带能级c E 之差。
负电子亲和势：真空能级降到导带之下，从而使有效的电子亲和势为负。
因为光吸收系数大；光电子在体内传输过程中受到的能量损失小，使其逸出；表面热垒低，使表面逸出几率大。
因为没有表面势垒的阻挡，所以都能有效地逸出表面，因而使得光谱范围向红外区扩展。
四、计算及证明题证明点光源的辐射照度与距离平方成反比定律，两个相距10倍的相同探测器上的照度相差多少倍？ 222.4444I Id d I I R E E dA R dA R R ϕπϕϕϕπππ=∴=== 设点光源的辐射强度为在理想情况下，点光源的总辐射通量为＝又半径为的球面上的辐射照度为＝()121212212222212221010010010L L I I I I I L L E E E E E R L L L L ==∴====∴= 设第一个探测器到点光源的距离为，第二个探测器到点光源的距离为 又 又由于 习题02一、填空题1、物体按导电能力分（绝缘体）（半导体）（导体）。
2、价电子的运动状态发生变化,使它跃迁到新的能级上的条件是（具有能向电子提供能量的外力作用）、（电子跃入的那个能级必须是空的）。
3、热平衡时半导体中自由载流子浓度与两个参数有关：一是在能带中（能态的分布），二是这些能态中（每一个能态可能被电子占据的概率）。
4、半导体对光的吸收有（本征吸收）（杂质吸收）（自由载流子吸收）（激子吸收）（晶格吸收）。
半导体对光的吸收主要是（本征吸收）。
5、光电探测器的主要作用是光信号转换成电信号。
6、本征吸收的条件：光子能量必须大于半导体的禁带宽度g E ，g E h >ν,()m E E h c gg μλ24.10=⋅=。
7、光电检测的核心为光电传感器。
8、可用作干涉光源的有He-Ne 激光和钠光。
9、作为一个完整的检测系统应包括信息的获得、变换、处理和显示几个部分，因此，光电检测系统由光电检测器件、输入电路、前置放大器等三部分组成。
10、检测以光信息的变换为基础，它有两种基本工作原理，将光信号转换成电信号，将电信号转换成所需检测物体的信息参数。
11、良好的光电发射材料，光吸收系数要大，有一定的电导率，溢出深度要小，材料的溢出功要小。
二、概念题1、禁带、导带、价带：禁带：晶体中允许被电子占据的能带称为允许带，允许带之间的范围是不允许电子占据的，此范围称为禁带。
导带：价带以上能量最低的允许带。
价带：与价电子能级相对应的能带称为价带。
价带不一定是满带。
2、热平衡状态：在一定温度下，激发和复合两种过程形成平衡，称为热平衡状态，此时载流子浓度为某一稳定值。
3、强光注入、弱光注入：强光注入：光生载流子浓度n ∆远大于热激发电子浓度i n ，光生空穴浓度p ∆远大于热激发空穴浓度i p 。
弱光注入：光生载流子浓度n ∆远小于热激发电子浓度i n ，光生空穴浓度p ∆远小于热激发空穴浓度i p 。
4、非平衡载流子寿命τ：非平衡载流子从产生到复合之前的平均存在时间。
三、简答题1、掺杂对半导体导电性能的影响是什么？答：半导体中不同的掺杂或缺陷都能在禁带中产生附加的能级，价带中的电子若先跃迁到这些能级上然后再跃迁到导带中去，要比电子直接从价带跃迁到导带容易得多。
因此虽然只有少量杂质，却会明显地改变导带中的电子和价带中的空穴数目，从而显著地影响半导体的电导率。
2、为什么空穴的迁移率比电子的迁移率小？答：迁移率与载流子的有效质量和平均自由时间有关。
由于空穴的有效质量比电子的有效质量大，所以空穴的迁移率比电子的迁移率小。
四、计算题1、 本征半导体材料Ge 在297K 下其禁带宽度E g =0.67(eV)，现将其掺入杂质Hg ，锗掺入汞后其成为电离能E i =0.09(eV)的非本征半导体。
试计算本征半导体Ge 和非本征半导体锗汞所制成的光电导探测器的截止波长。
解：()()()()()()m m m E m m m E i g μμμλμμμλ778.1309.024.124.1851.167.024.124.10201======2、某种光电材料的逸出功为1eV ，试计算该材料的红限波长。
（普朗克常数h ＝6.626×10-34(J.s)，光速C ＝2.998×108(m/s)，电子电量e ＝1.6×10-19库仑） 解：()()()m m m ch c μμμϕϕνλ24.1124.124.10000===== 习题03一、概念题1、光电效应：当光照射到物体上使物体发射电子、或电导率发生变化，或产生光生电动势等，这种因光照而引起物体电学特性的改变统称为光电效应。
2、光电发射第一定律：也称斯托列托夫定律。
当入射光的频谱成分不变时，光电阴极的饱和光电发射电流I K 与被阴极所吸收的光通量φK 成正比。
3、光电发射第二定律：也称爱因斯坦定律。
发射出光电子的最大动能随入射光频率的增高而线性增大，而与入射光的光强无关。
4、光电效应分为内光电效应和光电发射效应。
5、内光电效应分为光电导效应和光生伏特效应。
光电导效应为光敏电阻；光生伏特效应为光电二极管、光电三极管和光电池。
6、光电导效应：探测微弱信号，光谱响应范围宽。
7、光生伏特效应：暗电流小，噪声低，响应速度快，光电特性呈线性，受温度影响小。
8、光电发射效应为光电倍增管（PMT ）。
9、用光电法测量某高速转轴（15000r/min ）的转速时，最好选用PMT 。
10、若要检测脉宽为710-s 的光脉冲，应选用PIN 型光电二极管、光敏电阻。
11、光敏电阻的光电导灵敏度和时间特性与温度和照度有关。
12、光生伏特效应的主要特点：1光照在不均匀半导体或半导体和金属结合的接触面时，会在接触面的两侧产生电位差；2只有本征吸收所激发的光生载流子才能引起光伏效应，而非本征吸收所激发的不可以。
13、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。
14、光磁电效应：当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会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。
15、光子牵引效应：当光子与半导体中的自由载流子作用时，光子把动量传递给自由载流子，自由载流子将顺着光线的传播方向做相对于晶格的运动。
在开路的情况下，半导体将产生电场，它阻止载流子的运动。
二、简答题1、外光电效应和内光电效应的区别是什么？答：外光电效应是物质受到光照后向外发射电子的现象，而内光电效应是物质在受到光照后产生的光电子只在物质内部运动而不会逸出物质外部。
2、光电导效应：分为本征光电导效应与杂质光电导效应。
本征半导体或杂质半导体价带中的电子吸收光子能量跃入导带，产生本征吸收，导带中产生光生自由电子，价带中产生光生空穴。
光生电子与空穴使半导体的电导率发生变化。
3、雪崩二极管的工作原理。
雪崩光电二极管为具有内增益的一种光生伏特器件。
它利用光生载流子在强电场内的定向运动产生雪崩效应，以获得光电流的增益。
在雪崩过程中，光生载流子在强电场的作用下进行高速定向运动，具有很高动能的光生电子或空穴与晶格原子碰撞，使晶格原子电离产生二次电子-空穴对；二次电子-空穴对在电场作用下获得足够的动能，又使晶格原子电离产生电子-空穴对，此过程像“雪崩”似的继续下去。
