光电检测技术复习一(光电技术基础)
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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、光源选择的基本要求有哪些?答:①源发光的光谱特性必须满足检测系统的要求。
按检测的任务不同,要求的光谱范围也有所不同,如可见光区、紫外光区、红外光区等等。
有时要求连续光谱,有时又要求特定的光谱段。
系统对光谱范围的要求都应在选择光源时加以满足。
②光对光源发光强度的要求。
为确保光电测试系统的正常工作,对系统采用的光源的发光强度应有一定的要求。
光源强度过低,系统获得信号过小,以至无法正常测试,光源强度过高,又会导致系统工作的非线性,有时还可能损坏系统、待测物或光电探测器,同时还会导致不必要的能源消耗而造成浪费。
因此在设计时,必须对探测器所需获得的最大、最小光适量进行正确估计,并按估计来选择光源。
③对光源稳定性的要求。
不同的光电测试系统对光源的稳定性有着不同的要求。
通常依不同的测试量来确定。
稳定光源发光的方法很多,一般要求时,可采用稳压电源供电。
当要求较高时,可采用稳流电源供电。
所用的光源应该预先进行月化处理。
当有更高要求时,可对发出光进行采样,然后再反馈控制光源的输出。
④对光源其他方面的要求。
光电测试中光源除以上几条基本要求外;还有一些具体的要求。
如灯丝的结构和形状;发光面积的大小和构成;灯泡玻壳的形状和均匀性;光源发光效率和空间分布等等,这些方面都应该根据测试系统的要求给以满足2、光电倍增管的供电电路分为负高压供电与正高压供电,试说明这两种供电电路的特点,举例说明它们分别适用于哪种情况?答:采用阳极接地,负高压供电。
这样阳极输出不需要隔直电容,可以直流输出,一般阳极分布参数也较小。
可是在这种情况下,必须保证作为光屏蔽和电磁屏蔽的金属筒距离管壳至少要有10~20mm,否则由于屏蔽筒的影响,可能相当大地增加阳极暗电流和噪声。
如果靠近管壳处再加一个屏蔽罩,并将它连接到阴极电位上,则要注意安全。
采用正高压电源就失去了采用负高压电源的优点,这时在阳极上需接上耐高压、噪声小的隔直电容,因此只能得到交变信号输出。
《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。
《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。