光电检测技术复习知识点

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。

《光电检测》复习精华第一章 光辐射物理基础1、基本光辐射度量单位：J （辐射能）、W （辐射功率）基本光度量单位：lm （光通量）、cd （发光强度）、lx （光照度）2、朗伯余弦定律：辐射源单位面积向某方向单位立体角发射（或反射）的辐射功率，与该方向及表面法线的余弦成正比。

3、基尔霍夫定律：在任一给定温度的热平衡条件下，任何物体的辐出度与其吸收比的比值等于辐射源在它上面的辐照度，该比值与物体的温度和物体被照射的辐射波长有关，与物体本身的性质无关，是物体波长和温度的普适函数。

4、斯忒蕃-玻尔兹曼定律：M b =σT 4.维恩位移定律：λm T=b=2897.8μm ·K5、腔形黑体源一般有三种基本腔形：锥形腔、柱形腔和球形腔。

6、探测目标或识别对象的辐射称为目标辐射，探测目标或识别对象以外的辐射称为背景辐射。

7、受激辐射过程：处于高能态的原子由于受外界光子激发向低能态跃迁而发射光子的过程，称为受激辐射过程。

8、【简答】激光形成过程：①受激吸收；②形成粒子数反转；③受激辐射；④光学谐振腔对受激光辐射的加强作用。

9、激光辐射的四个特点：高方向性、高亮度和高功率辐射密度、高单色性、高相干性。

10、按激光工作物质分：有固体激光器、气体激光器、液体激光器和半导体激光器。

11、光辐射在媒质内传输中，会因插入媒质的表面辐射、内部吸收和散射等过程而衰减。

12、【简答】空间滤波的原理：P40。

13、调制盘按照扫描方式分类，可分为旋转式、圆锥扫描式和圆周平移式三类。

14、【计算】P5215、【简答】吸收比和吸收系数定义有什么差别？P52（P23）。

吸收比：被媒质内部吸收的功率与入射辐射功率的比值。

吸收系数：媒质吸收引起辐射功率减少的相对值dP/P ，与辐射在媒质内传播的距离成正比，即x PP d d α=−，在这里α称为材料的吸收系数。

第二章 光辐射探测器1、依光辐射与物质相互作用原理的不同可把光辐射探测器分为光子探测器和热探测器两大类。

第一章名称解释1.光通量2坎德拉3.照度4半导体中的非平衡载流子5绝对黑体6基尔霍夫定律7热噪声8产生-复合噪声91／f噪声知识要点半导体材料的光吸收效应(1)本征吸收(2)杂质吸收2.非平衡载流子浓度载流子复合过程一般有直接复合和间接复合两种。

物体的光谱发射率总等于其光谱吸收比。

也就是强吸收体必然是强发射体。

维恩位移定律指出：当绝对黑体的温度增高时，单色辐出度的最大值向短波方向移动。

光电子发射过程可以归纳为以下三个步骤：(1)物体吸收光子后体内的电子被激发到高能态；(2)被激发电子向表面运动，在运动过程中因碰撞而损失部分能量；(3)克服表面势垒逸出金属表面。

一般光电检测系统的噪声包括三种：(1) 光子噪声包括：信号辐射产生的噪声和背景辐射产生的噪声。

(2)探测器噪声包括：热噪声、散粒噪声、产生-复合噪声、1／f噪声和温度噪声。

(3)信号放大及处理电路噪声在半导体器件中1／f噪声与器件表面状态有关。

多数器件的1/f 噪声在300Hz 以上时已衰减到很低水平，所以频率再高时可忽略不计。

在频率很低时；l／f 噪声起主导作用；当频率达到中间频率范围时，产生-复合噪声比较显著；当频率较高时，只有白噪声占主导地位，其它噪声影响很小了光电探测器的合理选择(1)根据待测光信号的大小，确定探测器能输出多大的电信号，即探测器的动态范围。

(2)探测器的光谱响应范围是否同待测光信号的相对光谱功率分布一致。

即探测器和光源的光谱匹配。

(3)对某种探测器，它能探测的极限功率或最小分辨率是多少—需要知道探测器的等效噪声功率；需要知道所产生电信号的信噪比。

(4)当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，探测器输出的信号的线性程度。

第二章名称解释光源的发光效率色温色表显色性相关色温分布温度知识要点选择光源时，应综合考虑光源的强度、稳定性、光谱特性等性能根据斯奇芬-玻尔兹曼定律知，物体只要其温度大于绝对零度，都会向外界辐射能量，其辐射特性与温度的四次方有关气体放电光源具有下述特点；1.发光效率高。

《光电检测技术》复习提纲1、光敏电阻和光敏二极管的基本概念，基本应用和两者的区别（测脉搏的电路）；光敏电阻，又称光敏电阻器或光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。

这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。

这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。

光敏二极管，又叫光电二极管是一种能够将光根据使用方式，转换成电流或者电压信号的光探测器。

管芯常使用一个具有光敏特征的PN结，对光的变化非常敏感，具有单向导电性，而且光强不同的时候会改变电学特性，因此，可以利用光照强弱来改变电路中的电流。

一.功能不同：光敏二极管，是利用半导体材料的光特性实现二极管的开关功能。

光敏电阻，是利用半导体材料和其他材料的光特性实现可变电阻的功能。

二.材料不同：虽然有些时候两者用同样的材料如硅，砷化镓，但是光敏电阻的材料范围比光敏电阻的更广。

三.功能的不同决定了主要参数不同：光敏二极管,最高工作电压,暗电流，光电流，光电灵敏度、响应时间、结电容和正向压降等。

光敏电阻，标称电阻值、使用环境温度（最高工作温度）、测量功率、额定功率、标称电压（最大工作电压）、工作电流、温度系数、材料常数、时间常数等。

四.功能的不同决定了结构不同：光敏二极管，两个电极间要求能够形成一个PN 结，而且为了加大导通电流，把一个电极的面积设计的很大，另一个相对很小。

光敏电阻，只需要两个电极就行了。

测量信号的特征:人体信息本身具有不稳定性、非线性和概率特性。

脉搏波的频率属于低频，且信息微弱，噪声强，因而信噪比低。

脉搏波频率范围是0.1~60Hz，主要频率分量一般在20Hz内。

人体手指末端含有丰富的小动脉，它们和其它部位的动脉一样,含有丰富的信息。

测量原理:随着心脏的跳动手指尖的微血管发生相应的脉搏的容积变化，光发射电路发出的特定波长的光透过手指到光电器件，此过程被检测生理量(人体的脉搏)转换成光信号，通过光电器件转换为电信号，送入前级放大电路将信号适当放大，经过滤波电路除去其中的噪声得到需要频率范围内的信号，再将脉搏信号进行放大和后级的处理，通过示波器显示出来，进一步进行观测。

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。

光电检测技术考点整理一、填空题（35分）1.能带形成原因电子共有化。

2.本征吸收在长波方向存在一个界限0λ，称为长波限。

也称红线：gg E E hc 24.10==λ 半导体的禁带宽度愈窄，长波限0λ愈长。

掺杂半导体的长波限大于本征半导体的长波限。

本征吸收发生条件：光子能量必须大于等于材料禁带宽度：g E hc ≥λ3.载流子包括自由电子和自由空穴。

4.N 型：由施主（易释放电子的原子）能级激发到导带中去的电子来导电的半导 体称为N 型半导体。

自由电子的浓度＞自由空穴浓度； 施主能级E d 靠近导带E c ；施主电离能△E d ↑，电子更容易跃迁到导带。

P 型：由受主（容易获取电子）控制材料导电性的半导体。

自由空穴的浓度＞自由电子浓度； 受主能级E a 靠近价带E v ； 受主电离能△E a ↓，电子更容易跃迁到受主能级。

5.载流子复合过程一般有直接复合和间接复合两种。

掺杂半导体一间接复合为主。

同一类材料掺杂半导体吸收光的长波限比本征半导体吸收光的长波限长。

6.单色辐出度：任何物体的单色辐出度和单色吸收比之比，等于同一温度时绝对 黑体的单色辐出度。

),(),(),(T M T T M eB e λλαλ= ),(),(),(),(T T M T M T eB e λαλλλε==，含义：物体光谱发射率总等于其光谱吸收比，也就是强吸收体必然是强发射体。

7.黑体中温度位移关系（维恩位移定律）：B T m =λ，B 不变。

得：当绝对黑体的温度增高时，单色辐出度的最大值向短波方向移动。

绝对黑体的光谱吸收比是物体的光谱发射率；称：？8.光电二极管：加反偏电压工作物质激光器 谐振腔 电学光泵泵浦原 化学光泵热学光泵光学光泵发光二极管：加正偏电压激光器（优）与发光二极管（缺）比较优点：高亮度、单色性好（相干性）、方 向性强。

液晶：被动型发光。

9.半导体结型光器件按结的种类不同，分为：PN 结型、PIN 结型和肖特基结型 等。

光电检测技术-复习大纲2014春班1.基本概念原理1) Lamberts Cosine Law 的定义及解释。

I=I*cosa。

朗伯余弦定律，朗伯辐射表面在某方向辐射光强随该方向和法线之间夹角余弦变化。

2)照度与距离平方成反比定律若均匀点光源向空间发射球面波，则点光源在传输方向上某点的照度与该点到点光源距离平方成反比。

3)亮度守恒定律光在同一介质中传播时，若传输过程中无能量损失，则光能传输的任意表面亮度相等且守恒。

2.光源1)发光的机理：热辐射、发光。

一、一类是物质受热，产生热辐射而发光；二、一类是物体受激发吸收能量而跃迁至激发态(非稳定态)在返回到基态的过程中，以光的形式放出能量。

2)光源类型：黑体辐射，非相干光，激光。

区别是什么。

一、黑体辐射：能量按波长的分布仅与温度有关，随着温度不同，光的颜色各不相同；二、非相干光：相位无规则变化，总光强是各束光的总合，一般普通光源即为非相干光；三、激光光源：受激辐射，有很好的相干性。

....3)激光器的主要构成部分及其作用。

①工作物质(又称激活媒质或增益介质):粒子有适当能级结构，可实现粒子数反转；②激励能源：抽运(又叫泵浦),即把大量粒子激励到激光上能级(高能级);③光学谐振腔：选模(提高N即相干性),实现光学正反馈。

4)激光的特点。

高方向性、高亮度和高功率辐射密度、高单色性、高相干性5)何为黑体，黑体的辐射光谱特征(黑体辐射三定理)。

一、在任何条件下，对任何波长的外来辐射完全吸收而无任何反射的物体，即吸收比为1的物体。

二、①黑体发射的光谱是连续的；②黑体单色辐射力随温度身高而增大，单色辐射力曲线下的面积就是黑体辐射力曲线下的面积就是黑体的总辐射力；③给定温度下，黑体的单色辐射力具有一最大值，对应波长称为最大单色辐射力波长。

随着温度升高，最大单色辐射力波长向短波方向移动；三、斯特潘一玻尔兹曼定律、维恩位移定理、普朗克定律3光信道1)采用激光无线通信时，信道对其影响可能有哪些?由于大气散射、折射、湍流等诸多因素的影响，会造成激光信号在传输过程中能量衰减，光强闪烁，光束随机偏转。