光电检测技术第6章

光电检测技术教学大纲一、课程基本信息课程名称：光电检测技术（Optoelectronic Detection Technology）课程对象: 光学、通信、自动化等专业课程类别：选修课课程学时：32二、教学目的及要求光电检测技术是电子信息学科的主要应用课程之一，她综合了光电子学、模拟电路、数字电路、计算机接口技术等学科的内容，是光学、通信、自动化控制等专业可选修的重要专业课程。

本课程的目的：在牢固掌握光辐射度量和半导体物理的基本规律、基本理论基础上，学习工业生产中实际使用的光电、热电检测器件、发光器件的原理、分类和选用，再结合实际检测需要设计检测电路、检测系统，培养学生对实际光电检测系统的分析和设计能力，掌握从理论到生产实践应用的过程、方法及分析解决具体实际问题的能力，同时也为毕业工作的起到桥梁作用。

本课程的基本要求：1．牢固掌握光电检测系统的用到的三大基本理论（辐射与光度量、半导体物理、光电效应）和电路的基本定理。

2．牢固掌握光电检测器件的原理、分类、性能参数指标及其应用选择。

3．熟悉了解热电检测器件的原理、分类、性能参数指标及其应用选择。

4．掌握发光与耦合器件的基本原理、结构、性能参数指标及其应用选择。

5．牢固掌握光电信号的数据采集方法以及与PC机接口进行数据处理方法，学会在实际检测系统中的接口和编程。

三、教学内容第一章绪论第二章光电检测技术基础（4学时）课程要求: 光的基本性质和光辐射度量；半导体物理基础；光电效应。

2.1 光的基本性质2.2 辐射与光度学量2.3 半导体基础知识2.4 光电效应第三章光电检测器件（6学时）课程要求:器件的性能参数、真空器件、半导体器件，各类器件的性能比较和应用选择。

3.1 光电器件的类型与特点3.2光电器件的基本特性参数3.3 半导体光电器件•光电导器件:光敏电阻•光伏器件: 光电池/光电二极管/三极管3.4 真空光电器件•光电管•光电倍增管3.5 热电检测器件•热敏电阻•热电偶和热电堆•热释电探测器件第四章发光、耦合和成像器件（4学时）课程要求:发光二极管、激光器、光电耦合器件。

第一章测试1.光电传感器是基于光电效应，将光信号转换为电信号的一种传感器A:对B:错答案:A2.PN结型的光电传感器有光电二级管、光电晶体管光电晶闸管等A:错B:对答案:B3.非PN结的光电传感器有光敏电阻、热敏电阻及光电管等A:对B:错答案:B4.一般的电子检测系统由三部分构成，分别是（）、（）和（）A:发射器B:传感器C:信号调制器D:输出环节答案:BCD5.光电检测系统频率量级上比电子检测系统提高了几个数量级，因此在载波容量、角分辨率、距离分辨率和光谱分辨率上大大提高A:错B:对答案:B第二章测试1.热效应较小的光是A:红外B:紫光C:紫外D:红光答案:C2.半导体中受主能级的位置位于A:满带B:价带C:禁带D:导带答案:C3.波长为500nm的波属于A:太赫兹波B:X射线C:远红外D:可见光答案:D4.光度量是辐射度量的()倍A:683V(λ)B:V(λ)C:683D:1/683 V（λ）答案:A5.本征半导体在绝对零度时，在不受光的照射下，导带中没有电子，价带中没有空穴，此时不能导电。

A:错B:对答案:B第三章测试1.光电倍增管的光电阴极上发射出光电子的最大速度随入射光光子能量的增大而增大。

A:错B:对答案:B2.光敏电阻是光电导效应器件。

A:对B:错答案:AD器件按像敏元的排列形式可以分为一维和二维两种。

A:对B:错答案:A4.光电耦合器件具有信号传输的单向性，所以只适用于的直流或数字脉冲信号。

A:错B:对答案:B5.热敏电阻的种类不包括下列哪个A:ZTCB:NTCC:CTCD:PTC答案:A第四章测试1.信息的信噪比的大小决定了光电探测器件能否测量出改信息。

A:对B:错答案:B2.根据噪声来源，光电探测器的噪声有几种形式？A:低频噪声B:背景噪声C:热噪声D:散粒噪声答案:ACD3.设计光电信号检测电路必须满足下列哪些要求？A:最佳的信号检测能力B:灵敏的光电转换能力C:快速的动态响应能力D:长期工作的稳定性和可靠性答案:ABCD4.对于光伏型的光电信号输入电路，当入射光通量一定时，负载增大，输出电压也增大，但是当电阻达到一定值后输出电压变饱和。

光电检测技术与应⽤课后答案第2章1、简述光电效应的⼯作原理。

什么是暗电流？什么是亮电流？P11答：暗电流指的是在⽆光照时，由外电压作⽤下P-N结内流过的单向电流；光照时，光⽣载流⼦迅速增加，阻值急剧减少，在外场作⽤下，光⽣载流⼦沿⼀定⽅向运动，形成亮电流。

2、简述光⽣伏特效应的⼯作原理。

为什么光伏效应器件⽐光电导效应器件有更快的响应速度？P15答：（1）光⽣伏特效应的⼯作基础是内光电效应.当⽤适当波长的光照射PN结时，由于内建场的作⽤（不加外电场），光⽣电⼦拉向n区，光⽣空⽳拉向p区，相当于PN结上加⼀个正电压。

（2）光⽣伏效应中，与光照相联系的是少数载流⼦的⾏为，因为少数载流⼦的寿命通常很短，所以以光伏效应为基础的检测器件⽐以光电导效应为基础的检测器件有更快的响应速度。

3、简述光热效应⼯作原理。

热电检测器件有哪些特点？P15、P17第3章2、对于同⼀种型号的光敏电阻来讲，在不同光照度和不同环境温度下，其光电导灵敏度与时间常数是否相同？为什么？如果照度相同⽽温度不同时情况⼜会如何？3、为什么结型光电器件在正向偏置时，没有明显的光电效应？它必须在哪种偏置状态？为什么？答：因为p-n结在外加正向偏压时，即使没有光照，电流也随着电压指数级在增加，所以有光照时，光电效应不明显。

p-n结必须在反向偏压的状态下，有明显的光电效应产⽣，这是因为p-n结在反偏电压下产⽣的电流要饱和，所以光照增加时，得到的光⽣电流就会明显增加。

5、光电导器件响应时间（频率特性）受哪些因素限制？光伏器件与光电导器件⼯作频率哪个⾼？实际使⽤时如何改善其⼯作频率响应？6、硅光电池的开路电压为什么随着温度的升⾼⽽下降？影响光电倍增管⼯作的环境因素有哪些？如何减少这些因素的影响？答：温度升⾼时，半导体的导电性将发⽣⼀定的变化，即少数载流⼦浓度随着温度的升⾼⽽指数式增⼤，相对来说多数载流⼦所占据的⽐例即越来越⼩，这就使得多数载流⼦往对⽅扩散的作⽤减弱，从⽽起阻挡作⽤的p-n结势垒⾼度也就降低。

光电检测原理与技术知到章节测试答案智慧树2023年最新内蒙古大学第一章测试1.以下属于光电检测仪器的有（）。

参考答案:光敏电阻2.光电检测系统的组成包括（）。

参考答案:光电探测器;光电检测电路;光源;光学系统3.以下属于光电检测技术的特点的有（）。

参考答案:寿命长;速度快;距离远;精度高4.光电检测技术是对待测光学量或由非光学待测物理量转换成光学量，通过光电转换和电路处理的方法进行检测的技术。

（）参考答案:对5.半导体激光器在激光外径扫描仪中起到提供光源的作用。

（）参考答案:对第二章测试1.可见光的波长范围是（）。

参考答案:380 nm～780 nm2.半导体对光的吸收种类不包括（）。

参考答案:电子吸收3.荧光灯的光谱功率谱是（）。

参考答案:复合光谱4.激光器的发光原理是（）。

参考答案:受激辐射5.视角分辨率的单位通常为（）。

参考答案:lpi6.光调制包括（）。

参考答案:PM;AM;FM7.电光效应反映介质折射率与电场强度可能呈（）。

参考答案:平方关系;线性关系8.大气散射包括（）。

参考答案:瑞利散射;无规则散射;米氏散射9.光纤损耗包括（）。

参考答案:吸收损耗;散射损耗10.参考答案:1.63 lm和5.22×105 cd第三章测试1.以下主要利用光电子发射效应的光电器件有（）。

参考答案:光电倍增管;真空光电管2.可用作光敏电阻的主要材料包括有（）。

参考答案:有机材料;半导体;金属;高分子材料3.以下主要利用光伏效应的光电器件有（）。

参考答案:CIGS电池4.以下属于声光调制晶体的有（）。

参考答案:PbMoO5.以下效应可用于普朗克常量测量的是（）。

参考答案:光电效应6.光伏探测器处于光电导工作模式，其外加偏压为正向偏压。

（）参考答案:错7.光敏电阻的电阻温度系数可正可负。

（）参考答案:对8.光电导探测器的工作原理是多子导电。

（）参考答案:对9.光电倍增管的阳极灵敏度和阴极灵敏度之比是电流增益。

绪论单元测试1.光源是检测系统中不可或缺的一部分。

A:错B:对答案:B第一章测试1.光电信息检测系统是指将待测光学量或非光学待测物理量转换成（），通过光电变换电路和计算处理的方法进行检测的系统。

A:热学量B:化学量C:光学量答案:C2.光电信息检测方法的特点是信息检测的（）实时性、遥控性、快速性A:遥控性B:快速性C:电信号放大D:实时性答案:ABD3.利用（），直接测定物体的形状、尺寸，位置。

这是在生产线上实现自动检测的有效手段。

A:光谱仪B:二维光传感器C:光功率计答案:B4.利用光谱仪直接对光纤Bragg光栅传感器进行解调时，光纤Bragg光栅传感器可以串接使用。

A:错B:对答案:B5.滤波法是一种抽取（）上特定的检测所需要信息的方法。

A:柯西面B:频谱面C:拉格朗日面答案:B6.如果采取图像的扫描进行检测，那么，图像的像元取决于（）A:扫描光点大小B:显示屏大小C:仪器功耗D:扫描时间答案:AD7.热敏照相机扫描式检测适合于热像，它可用于各种（）的分布测量上。

A:压力场B:湿度场C:温度场答案:C8.热敏照相机的扫描方式采用水平与垂直的二组扫描来完成。

扫描一般用旋转的多面体或（）来实现。

A:电光调制器B:磁光晶体C:振动偏转的反射镜答案:C9.红外检测系统的主要优点是发光点低、使用稳定和（）：A:灵敏度高B:亮度高C:寿命长D:效果好答案:ABCD10.像传感检测技术中，线性光列阵有（）和照明型两种基本形式A:成像型B:科勒型C:欧拉型答案:A第二章测试1.激光衍射测量的相对误差可以达到0.1%量级。

A:对B:错答案:A2.在实际的激光衍射测量系统中，没有物镜也是可以的。

A:对B:错答案:A3.测定爱里圆变化可以精密地测定或分析微小内孔的尺寸。

A:错B:对答案:B4.利用衍射分布特征尺寸进行衍射测量时，当被测尺寸减小时，测量灵敏度如何变化？A:不变B:增大C:减小D:不一定答案:B5.楔形开孔的衍射条纹是零级中央条纹扩大，呈何种分布？A:圆B:条纹C:双曲线D:椭圆答案:C6.衍射计量主要用于小量程的高精度测量上，下列数字哪些不在绝对测量的量程范围之内？A:0.1mmB:0.5mmC:1mmD:0.01mm答案:C7.缝宽w大，条纹密集，测量灵敏度高。

光电检测技术绪论第1节光电技术一、概述a)主要研究光与电之间的转换b)接收器件/发射器件/光电探测器件二、光电技术的发展a)半导体集成电路b)光纤传感器和光波导第2节光电技术的特点及应用一、光电系统a)光电能量系统、光电信息系统b)光电系统的主要类型（1）光-电型（应用最广泛）（2）光-电-光型（3）电-光-电型（4）光电混合型（5）电光混合型c)光电系统基本模型i.光电系统通常分为主动式和被动式两类。

ii.光接收机可以分为两种基本类型，即功率探测接收机和外差接收机。

二、光电检测所谓光电检测，指的是对光信号的调制变换和接收解调两个主要方面。

光电检测系统中信息必须经过两个基本的变换环节，调制与解调。

光电检测系统分类（1）测量检查型（2）控制跟踪型（3）图像分析型三、光电器件凡能探测某种电磁辐射（自射线到红外线）的各种电子器件，都应归入光电探测器件。

主要是固体的光电效应，就是固体中决定其电学性质的电子系统直接吸收入射光能，使固体的电学性质发生改变的现象。

例如：光电子发射效应、光电导效应、光生伏特效应等。

1、光电器件具有选择性的吸收2、光电器件器件通常具有灵敏度高，惰性小，响应速度快四、光电技术的应用和发展(1)有广泛的适用范围(2)有较高的信号检测能力(3)有较强的信息运算能力第一章光电器件的物理基础1-1 光的概念与度量学中的参量一、电磁波谱与光子能量公式二、辐射量与光度量三、辐射量与光度量的换算1、光谱量与积分量2、光谱光视效能K(λ)与光谱光视效率V(λ)四、朗伯余弦定律1-2 半导体基础知识一、半导体的能带理论1、原子能级与晶体能带2、本征半导体（I型）3、杂质半导体二、热平衡状态下的载流子三、光辐射与半导体的相互作用1、本征吸收2、非本征吸收(杂质吸收、自由载流子吸收、激子吸收和晶格吸收)四、非平衡状态下的载流子1、产生与复合2、复合与非平衡载流子寿命τ五、载流子的输运1-3 光电转换的物理基础－光电效应一、光电效应辐射→电子运动状态发生变化→光电导效应、光生伏特效应、光电子发射二、光电效应分类a)外光电效应b)内光电效应(光电导效应、光生伏特效应、丹倍效应和光磁电效应)三、光电效应的物理现象（一）光电导效应a)光电导率b)本征半导体的光电导效应c)杂质半导体的光电导效应d)光电导体的灵敏度e)光电导的弛豫f)光电导的光谱分布（二）光生伏特效应⒈PN结的光生伏特效应⒉异质结的光生伏特效应⒊肖特基结的光生伏特效应4、丹倍效应5、光磁电效应（三）光电发射效应1、光电发射原理2、光电发射的基本定律3、光电发射长波限上述探测器件所依据的物理效应的共同特性是（1）光电效应的有、无只与入射光的波长、频率有关，与入射光的强度无关；—光电效应的产生，唯一的取决于入射光的波长、频率以及器件的能级结构（2）光电效应的强弱既与入射光的强度有关，也与入射光的波长、频率有关。