光辐射测量技术期末复习

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。

第一次作业1、光电检测技术有何特点？光电检测系统的基本组成是怎样的？答：光电检测技术是将光学技术与现代技术相结合，以实现对各种量的测量，它具有如下特点：（1）高精度，光电测量是各种测量技术中精度最高的一种。

（2）高速度，光电检测以光为媒介，而光是各种物质中传播速度最快的，因此用光学方法获取和传递信息的速度是最快的。

（3）远距离、大量程，光是最便于远距离传递信息的介质，尤其适用于遥控和遥测。

（4）非接触式测量，不影响到被测物体的原始状态进行测量。

光电检测系统通过接收被测物体的光辐射，经光电检测器件将接收到的光辐射转换为电信号，再通过放大、滤波等电信号调理电路提取有用信息，经数模转换后输入计算机处理，最后显示，输出所需要的检测物理量等参数。

2、什么是能带、允带、禁带、满带、价带和导带？绝缘体、半导体、导体的能带情况有何不同？答:晶体中电子所能具有的能量范围，在物理学中往往形象化地用一条条水平横线表示电子的各个能力值，能量愈大,线的位置愈高,一定能量范围内的许多能级（彼此相隔很近）形成一条带,称为能带。

其中允许被电子占据的能带称为允带。

允带之间的范围是不允许电子占据的，称为禁带。

在晶体中电子的能量状态遵守能量最低原理和泡利不相容原理，晶体最外层电子壳层分裂所形成的能带称为价带。

价带可能被电子填满也可能不被填满，其中被填满的能带称为满带。

半导体的价带收到光电注入或热激发后，价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带，空带中存在电子后即成为导电的能带--导带。

对绝缘体和半导体，它的电子大多数都处于价带，不能自由移动，但是热，光等外界因素的作用下，可以少量价带中的电子越过禁带，跃迁到导带上去成为载流子。

绝缘体和半导体的区别主要是禁的宽度不同。

半导体的禁带很窄，绝缘体的禁带宽一些，电子的跃迁困难的多，因此，绝缘体的载流子的浓度很小。

导电性能很弱。

实际绝缘体里，导带里电子不是没有，并且总有一些电子会从价带跃迁到导带，但数量极少，所以，在一般情况下，可以忽略在外场作用下他们移动所形成的电流。

名词解释：1. 光电效应：光子被原子吸收后发射轨道电子的现象;2. 康普顿效应：γ光子与轨道电子相互作用使得γ光子只改变方向而不损失能量;3. 电子对产生效应：当r 光子能量大于时,r 光子经过与之相互作用的原子核附件时,与原子核发生电磁相互作用,r 光子消失而产生一个电子和一个正电子;4. 电子吸附效应：电子在运动过程中与气体分子碰撞时可能被分子俘获,形成负离子,这种现象称为电子吸附效应;5. 复合：电子和正离子相遇或者负离子和正离子相遇能复合成中性原子或中性分子;6. 漂移：电子和正离子在电场的作用下分别向正、负电极方向运动,这种定向运动叫做漂移运动;7. 平均电离能：带电离子在气体中产生一对离子所需的平均能量称为平均电离能;8. 轫致辐射：快速电子通过物质时,原子核电磁场使电子动量改变并发射出电磁辐射而损失能量,这种电磁辐射就是轫致辐射;9. 截面：单位面积单位时间粒子与靶核发生相互作用的概率;10. 活化：原子核吸收中子后,变成同一种元素的另一种核素,这种现象叫做活化;11. 真符合计数：时间上有关的事件产生的脉冲引起的符合计数称为真符合计数;12. 偶然符合计数：在时间上没有必然联系的事件产生的脉冲引起的符合计数称为偶然符合计数;13. 衰变常数：表示某种放射性核素的一个核在单位时间内进行衰变的概率;14. 碘逃逸峰：当r 射线在NaITl 晶体表面发生光电效应时,碘的KaX 射线很容易逃逸出晶体,形成一个碘逃逸峰;15. 本征效率：探测器记录到的射线数与入射到探测器灵敏体积内的γ光子数的比;16. 辐射损失率：电子在物质中通过单位长度路径,由于轫致辐射而损失的能量为辐射损失率;17. 电离损失率：入射粒子因原子的激发和电离在单位路径上引起的能量损失;18. 能量分辨率：探测器微分脉冲幅度分布谱中的特征峰半高宽与峰值所对应的脉冲幅度之比：0355.2E Fw V V =∆=η 探测效率：光子数源发射的记录到的脉冲数源γε= 光子数积内的入射到探测器灵敏区体记录到的脉冲数本征γε=19. 仪器谱：20. 能谱：记录粒子能量和单位能量间隔内计数的谱;21. 全能峰：入射γ射线能量全部损失在探测器灵敏体积内时,探测器输出的脉冲形成的谱峰;22. 逃逸峰：若高能γ射线与探测器物质发生电子对效应时,湮没辐射光子中的一个或者两个逃离探测器;23. 特征峰：若光电效应发生在表面,光电子被打出后,探测介质原子发射的特征X 射线可能逃出探测器,形成E=能量的峰,称为特征峰;24. 总效率：全谱内的计数与源发射的γ光子数之比;25. 峰总比：全能峰内的计数与全谱内的计数之比;26. 峰康比：全能峰中心道最大计数与康普顿连续谱平坦部分内平均计数之比;27. 源效率：记录到的脉冲数与源发射的γ光子数之比;28. 源峰效率：光子放射源放出的全能峰的计数γε=sp 29. 湮灭辐射峰：对较高能量的γ射线,当探测器周围的物质发生电子对产生效应时,湮没辐射产生的两个γ光子中,若其中一个进入探测器中就会产生一个能量为511KeV 的光电峰和康普顿连续谱,这个光电峰就是湮没辐射峰;30. 玻尔兹曼常数：×=×J/K31. 电离：带电粒子进入物质时和物质原子的轨道电子发生库伦相互作用,使入射带电粒子的能量转移给电子;若电子获得的能量较少,不足以克服原子的束缚,只是从较低能量状态上升到较高能量状态,则原子被激发;32. 激发：带电粒子进入物质时和物质原子的轨道电子发生库伦相互作用,使入射带电粒子的能量转移给电子;若电子获得了足够能量,将完全脱离原子的束缚而成为自由电子,则原子失去电子成为正离子,即原子被电离;33. 死时间：从脉冲的开始形成到计数管内电场恢复到能再维持放电的电场,这一段时间称为计数管的死时间;34. 恢复时间：从失效时间至电场恢复到能产生正常脉冲幅度所需的时间称为恢复时间;35. 分辨时间：计数管一次计数后恢复到再次计数的时间间隔;36. 渡越时间：光子到达光阴级的瞬间至阳极输出脉冲达到某一指定值之间的时间间隔;37. 时间分辨：探测器对两组相继发生的事件可以分辨开来的最小时间间隔,用时间谱的半高宽表示;填空题：1.α粒子与物质相互作用的形式主要有以下两种：弹性散射、电离和激发;2.γ射线与物质相互作用的主要形式有以下三种：康普顿散射、光电效应、电子对效应;3.β射线与物质相互作用的主要形式有以下四种：激发与电离、轫致辐射、弹性散射、正电子淹灭 ;4.由NaITl组成的闪烁计数器,分辨时间约为：零点几、几、十几、几十、几百μs；Ｇ-Ｍ计数管的分辨时间大约为：几百μs;5.电离室、正比计数管、G-M计数管输出的脉冲信号幅度与初始电离产生的离子对数成正比;与真别阈有关6.半导体探测器比气体探测器的能量分辨率高,是因为：其体积更小、其密度更大、其电离能更低、其在低温下工作使其性能稳定、气体探测器有放大作用而使其输出的脉冲幅度离散性增大 ;7.由ZnSAg组成的闪烁计数器,一般用来探测α射线的能量和强度;8.由NaITl组成的闪烁计数器,一般用来探测γ射线的能量和强度;9.电离室一般用来探测带电粒子射线的能量和强度 ;10.正比计数管一般用来探测α、β、γ、X、带电粒子、重带电粒子射线的能量、强度、能量和强度 ;11.Ｇ-Ｍ计数管一般用来探测α、β、带电粒子射线的强度;12.Ｇ-Ｍ计数管的输出脉冲幅度与入射粒子的种类无关;13.金硅面垒型半导体探测器一般用来探测γ射线的能量和强度 ;14.SiLi半导体探测器一般用来探测γ射线的能量和强度;15.HPGe半导体探测器一般用来探测γ射线的能量和强度;16.对高能γ射线的探测效率则主要取决于探测器的有效体积;17.对低能γ射线的探测效率则主要取决于探测器材料的有效原子系数;18.Ｇ-Ｍ计数管的输出信号幅度与入射射线的能量无关;19.带电粒子的能量损失率又叫物质的阻止本领 ;20.γ射线与物质的主要作用方式有光电效应、康普顿散射、电子对效应;21.死时间是指计数管一次计数后恢复到再次计数的时间间隔;22. 电离室按工作方式可分为 脉冲电离室 和累积电离室;23. 典型的气体探测器有 电离室 、 正比计数管 、 G —M 计数管 ;24. 测量α射线一般选用 ZnSAg 闪烁体 ;NaITl 闪烁体、ZnSAg 闪烁体、塑料闪烁体25. 放射性活度的测量方法一般有 绝对测量法 和 相对测量法 ;26. 在NaIT1中2MeV γ射线相互作用的光电效应、康普顿效应和电子对效应的截面比为1：20：2,入射到NaIT1中的2MeV γ射线的脉冲幅度谱给出的峰总比是 大于 1/23;大于、小于、等于27. 6MeV 的α粒子穿过其厚度为其射程1/3的物质后, 能量 减小,强度不变;28. 进行放射性测量中,样品计数率的大小为100cps,若要求计数率的相对统计误差不大于1%,则最短测量时间应为 100s ;29. 重带电粒子的能量损失率与物质的 原子序数 和 材料 有关;30. 光电子的能量等于入射γ射线能量减去 散射γ射线的能量 ;31. 20MeV 电子入射到CuZ=29靶上,其辐射能量损失率和电离能量损失率之比为 ; 电子的电离损失率和辐射损失率之比：800.1600)()()(22Z E c m z c m E dx dE dx dE ee C ion rad =+≈-- 当电子电离损失率与辐射损失率一样时Z c E 800=32. 在G-M 计数管的工作气体中添加的少量抑制放电的气体,称为 猝灭气体 ;33. 测量α射线一般选用ZnSAg 闪烁体;NaITl 闪烁体、ZnSAg 闪烁体、塑料闪烁体34. 探测器对一个入射粒子的相应是一个 电流 脉冲;35. G-M 计数管的输出脉冲幅度与入射粒子的 能量 无关;36. 电子脉冲电离室输出回路的时间常数为 <<RC<<;37. 用涂铀电离室探测中子是通过 核裂变 方法间接探测中子;38. 带电粒子的能量损失率又叫物质的 阻止本领 ;39. 光电效应中光电子的能量等于入射γ射线能量减去 散射γ射线的能量 ;40. 正电子 与电子相遇会发生湮没而放出湮没光子;41. 电离室按工作方式可分为 脉冲电离室 和累积电离室;42. 正比计数器雪崩通常发生在 阳极丝附近 ;43. 测量γ射线一般选用NaITl 闪烁体;NaITl 闪烁体、ZnSAg 闪烁体、塑料闪烁体44. 光电倍增管一般由 光阴级 、倍增极和阳极组成;45. 6MeV 的α粒子穿过其厚度为其射程1/3的物质后, 能量减小,强度不变;46. 进行放射性测量中,测得的总计数N 为4000,则计数率的相对统计误差为 ％;σ=47. 重带电粒子的能量损失率与物质的 原子序数 和 材料 有关;48. 反冲电子的能量等于入射γ射线能量减去 散射γ射线的能量 ;49. 自猝灭GM 计数管加的自猝灭气体一般是 有机分子气体酒精等和卤素气体;50. 测量α射线一般选用ZnSAg 闪烁体;NaITl 闪烁体、ZnSAg 闪烁体、塑料闪烁体51. 闪烁体探测器的高压是通过分压器加在 光电倍增管 ;闪烁体、光导、光电倍增管;52. 放射性活度的测量方法一般有 相对测量法 和 绝对测量法 ;53. 进行放射性测量中,要求计数率的相对统计误差不大于±1%时,要求总的计数N 应不小于 100 ;σ=54. 离子脉冲电离室输出回路的时间常数为+>>T C R 00;55. 用涂铀电离室探测中子是通过 核裂变 方法间接探测中子;56. 重带电粒子的能量损失率与物质的电子密度和电荷数有关;57. 原子外层电子填充内层电子留下的空位是会发生俄歇效应和轫致辐射;58. 正电子与负电子相遇会发生湮没而放出湮没γ光子;59. 重带电粒子与物质相互作用的主要能量损失方式是电离损失;60. 坪特性是衡量计数管质量好坏的主要参量;61. 电离室按工作方式分为脉冲电离室和累积电离室;62. 重带电粒子与物质相互作用主要三种方式：电离与激发、非弹性碰撞和弹性碰撞;63. 最广泛、最常用的三种气体探测器是电离室、正比计数管探测器、G —M 计数管探测器;64. 中子探测的主要两种方法是：次级带电粒子、中子与初级带电粒子;65. 2MeV 的γ射线穿过3mm 厚的物质后,其能量为2MeV;66. 在测量β放射源的活度时,为了降低轫致辐射的影响,源的托盘最好采用有机玻璃合金、铜、不锈钢、有机玻璃材料;67. 气体探测器两端收集到的离子对数和两端外加电压存在一定的关系;具体如下图所示;填空: Ⅰ复合区1分Ⅱ饱和区电离室区1分Ⅲ正比计数区1分Ⅳ有限正比区 1分ⅤG-M区 1分注：1有限区的分简答题：1.电子对产生效应必须满足的两个条件答：1电子对产生效应必须有第三者—原子核参加,才能满足能量守恒和动量守恒定律;2入射光子的能量要大于;2.X射线和γ射线有何异同答：γ辐射和X射线都是电磁辐射;γ辐射是核跃迁或粒子湮没过程中发出的电磁辐射;它们具有明显的粒子性,因此通常也称为光子;γ辐射大都是母核进行α或β衰变后,子核处于较高激发态,退激发出的;X射线是核外电子跃迁过程中产生的电磁辐射,原子内特定的轨道电子从高能级跃迁到低能级时发射的辐射称为特征X射线;3.中子与原子核相互作用的方式有哪几种答：1中子与核反应放出带电粒子；2中子弹性散射引起的核反冲；3中子引起的核裂变；4中子被核俘获引起核激活;4.离子脉冲电离室和电子脉冲电离室的主要差别是什么答：离子脉冲电离室的工作条件其输出回路的时间常数为RC>>,离子脉冲电离室可用于测量入射粒子的能量,因为其输出脉冲幅度饱和值与初电离N成正比;离子脉冲电离室主要缺点是脉冲较宽,大大限制了技术速度;电子脉冲电离室的工作条件其输出回路的时间常数为<<RC<<,可获得较高的计数率,但不能精确的测量粒子的能量;5.正比计数管的气体放大机制答：当射线通过正比计数管电极间的气体时,电离产生的电子和正离子在电场的作用下,分别向阳极和阴极漂移;正离子的质量大,且沿漂移方向的电场又是由强到弱,因此电场的加速不足以使它与气体发生电离碰撞;而电子则不然,漂移越接近阳极,电场强度越大;到达某一距离后,电子在平均自由程内获得的能量足以加速再次与气体发生电离碰撞,产生新的离子对,新的电子又被加速再次与气体发生电离碰撞,产生更多的新离子对;漂移电子越是接近阳极,电离碰撞的概率越大;于是不断地增殖,增殖的结果将产生大量的电子和正离子,这就是气体放大的过程;有时也称气体放大为电子雪崩;6.试定性分析,分别配以塑料闪烁体及NaIT1闪烁晶体的两套闪烁谱仪所测得射线谱的形状有何不同答：由于塑料闪烁体有效原子序数Z、密度 及发光效率均低于NaIT1闪烁晶体,测得的射线谱的形状,其总谱面积相应的计数、峰总比、全能峰的能量分辨率均比NaIT1闪烁晶体差,甚至可能没有明显的全能峰;6.试说明G-M管阳极上感应电荷的变化过程答：G-M管阳极上感应电荷的变化对有机管和卤素管略有不同,以有机管为例,可分为几个阶段：1在入射带电粒子径迹产生正负离子对的瞬间阳极呈电中性,电子很快漂移向阳极过程中,阳极上的正感应电荷增加,但数量很小；2电子雪崩过程开始,直到正离子鞘形成的过程中,电子很快向阳极运动,此时,阳极上正感应电荷增加,同时,此电荷流经负载电阻,快前沿的负脉冲,约占总输出脉冲幅度的10%;到达阳极的电子与阳极上的正感应电荷中和;阳极上留下与正离子鞘等量的负感应电荷; 3正离子鞘向阴极漂移,负感应电荷流向阴极,同时;在外回路形成输出信号;7.试解释NaIT1闪烁探测器的能量分辨率优于BGO闪烁探测器的原因,为何后者的探测效率要更高一些答：NaIT1闪烁探测器的能量分辨率优于BGO闪烁探测器是由于前者的发光效率明显优于后者,BGO探测器仅为NaIT1闪烁探测器的8%;而后者的密度和有效原子序数则优于前者;8.衡量脉冲型核辐射探测器性能有两个很重要的指标,这两个指标是指什么探测效率能量分辨率9.简述闪烁体探测器的测量γ射线的工作原理及谱形产生复杂的原因;答：γ射线的基本原理通过光电效应、康普顿效应和电子对效应产生次级电子得1分,次级电子是使闪烁体激发得1分,闪烁体退激发出荧光得1分,荧光光子达到光电倍增管光阴极通过光电效应产生光电子得1分,光电子通过光电倍增管各倍增极倍增最后全部被阳极收集到得1分,在阳极输出电流脉冲信号;这就是烁体探测器探测γ射线的基本原理;10.带电粒子与物质发生相互作用有哪几种方式答：与原子核弹性碰撞；核阻止与原子核的非弹性碰撞；轫致辐射 与核外电子弹性碰撞；与核外电子的非弹性碰撞；电离和激发正电子湮灭；11.通用闪烁体探头的组成部件有那些为什么要进行避光处理5分答：1闪烁体1分、光学收集系统1分硅油和反射层、光电倍增管1分2光电倍增管的光阴极1分具有可见光光敏性1分,保护光电倍增管;12.衡量脉冲型核辐射探测器性能有两个很重要的指标,这两个指标是指什么为什么半导体探测器其中一个指标要比脉冲型气体电离室探测器好,用公式解释5分第1问： 能量分辨率分和探测效率分注：1答成计数率得1分第2问： EFw 0362.=η 1分 气体电离室半导体00w w < 1分13.中子按能量可分为哪几类常用的中子探测方法有哪些5分第1问：快中子、热中子、超热中子、慢中子 第2问：核反冲法、核反应法、活化法、核裂变法14.典型的气体探测器有哪几种各自输出的最大脉冲幅度有何特点,试用公式表示;5分 答：1电离室2正比计数管3G-M 计数管脉冲幅度：1电离室：C e w E v =得1分2正比计数管：C e w E M v •= 得分3G-M 计数管 最大脉冲幅度一样15.常用半导体探测器分为哪几类半导体探测器典型优点是什么5分答：常用半导体探测器分为1 P-N 结型半导体探测器1分2 锂漂移型半导体探测器；1分3 高纯锗半导体探测器；1分半导体探测器典型优点是1 能量分辨率最佳；1分2射线探测效率较高,可与闪烁探测器相比;1分16.屏蔽β射线时为什么不宜选用重材料5分答：β射线与物质相互作用损失能量除了要考虑电离损失,还要考虑辐射损失1分,辐射与物质的原子Z 2成正比2分,选用重材料后,辐射能量损失率必然变大,产生更加难以防护的x 射线2分;故不宜选用重材料;注：按步骤给分;17.中子按能量可分为哪几类中子与物质发生相互作用有哪几种方式;5分答案要点：第1问：快中子、热中子、超热中子、慢中子答对3个以上得1分;第2问：中子的弹性和非弹性散射、中子的辐射俘获、中子核反应、中子裂变反应1分。

《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。

光电测试技术复习资料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、如图 1 所示，是转速测量系统，已知圆盘的孔数为 N ，光电探测器输出的脉冲信号频率 、 所示，是转速测量系统， ， 测量系统 为 f ，求转轴的转速 n （单位为 r/min ）（8 分） ，图 1 转速测量系统已知本征硅材料禁带宽度 Eg ＝1.2eV ，求该半导体材料的本征吸收长波限；已知某种光 电器件的本征吸收长波限为 1.4um, 求该材料的禁带宽度。

（8分）3、设被测距离最大范围为 10km,要求测距精度为 1，而各测尺的测量精度为 1‰，试给出 测尺的个数以及各测尺的长度和频率。

（12 分）1、转轴的转速为：2、 h ν ≥Eg λ ≤ hc / Eg则长波限为：1.03um ， 材料的禁带宽度为：0.887ev被测距离最大范围为：10KM ，所以最大尺子的量程至少为：10KM ，此尺子能精确测到： 10KM ×1‰＝10m 。

因为要求测距精度为 1cm ，尺子的测量精度为 1‰，所以最小量程的尺子为：1cm/1‰＝10m 纵上述， 测量至少需要两把尺子： 一个 L0=10KM ， 其对应的工作频率为：f 0= c / 2L0另一个 L0=10m ，其对应的工作频率为： f 0= c / 2L 0＝1.5×10 HZ五、计算分析题1、（5分）假设将人体作为黑体，正常人体体温为36.5°C 。

计算（1）正常人体所发出的辐射出射度；（2）正常人体的峰值辐射波长。

（斯忒藩-玻尔兹曼常数 )(10670.5842K s J/m ⋅⋅⨯=-σ，维恩常数为2897.9μm ）2、（7分）用Si 光电二极管测缓变光辐射，伏安特性曲线如图1所示，在入射光最大功率为8μW 时，屈膝电压10V ，反向偏置电压为40V ，Si 光电二极管的灵敏度S=0.5μA/μW ，结电导为0.005μS 。

求（1）画出光电二极管的应用电路图（2）计算二极管的临界电导（3）计算最大线性输出时的负载R L 。

第一章光辐射与光源1.1辐射度的基本物理量1.辐射能Qe：一种以电磁波的形式发射，传播或接收的能量。

单位为J（焦耳）。

2辐射通量Φe：又称为辐射功率Pe，是辐射能的时间变化率，单位为W（瓦），是单位时间内发射，传播或接收的辐射能，Φe=dQe/dt(J/S焦耳每秒)3辐射强度Ie：点辐射源在给定方向上单位立体角内的辐射能量单位为W/sr（瓦每球面度）Ie=dΦe/dΩ.4辐射照度Ee：投射在单位面积上的辐射能量，Ee=dΦe/dA单位为（W/㎡瓦每平方米）。

dA是投射辐射通量dΦe的面积元。

5辐射出射度Me：扩展辐射源单位面积所辐射的通量，即Me=dΦ/dS。

dΦ是扩展源表面dS在各方向上（通常为半空间360度立体角）所发出的总的辐射通量，单位为瓦每平方米（W/㎡）。

6，辐射亮度Le：扩展源表面一点处的面元在给定方向上单位立体角，单位投影面积内发出的辐射通量，单位为W/sr*㎡(瓦每球面度平方米)。

7光谱辐射量：也叫光谱的辐射量的光谱密度。

是辐射量随波长的辐射率。

光辐射量通量：Φe（λ）：辐射源发出的光在波长为λ处的单位波长间隔内的辐射通量。

Φe（λ）=dΦe/dλ单位为W/um或W/nm。

1.2 明视觉光谱光视效率V（λ）：视觉主要由人眼视网膜上分布的锥体细胞的刺激所引起的。

（亮度大于3cd/m2，最大值在555nm处）暗视觉光谱光视效率：视觉主要由人眼视网膜上分布的杆状细胞刺激所引起的。

（亮度小于0.001cd/m2，最大值在507nm处）Φv=Km780380Φe(λ)V(λ)dλ式中Km为名视觉的最大光谱光谱光视效率函数，也成为光功当量。

国际实用温标理论计算值Km为680lm/W。

光度量中最基本的单位是发光强度单位——坎德拉，记作cd，它是国际单位制中七个基本单位之一（其他几个为：米，千克，秒，安（培），开（尔文），摩（尔））。

光通量的单位是流明（lm）,它是发光强度为1lm的均匀电光源在单位立体角内发出的光通量。

简答题——光电检测技术期末整理1雪崩光电⼆极管的⼯作原理（当光敏⼆极管的PN结上加相当⼤的反向偏压（100~200V）时，在结区产⽣⼀个很强的电场，使进⼊场区的光⽣载流⼦获得⾜够的能量，在与原⼦碰撞时可使原⼦电离，⽽产⽣新的电⼦—空⽳对。

只要电场⾜够强，此过程就将继续下去，使PN结内电流急剧增加，达到载流⼦的雪崩倍增，这种现象称为雪崩倍增效应。

）2、光⽣伏特效应与光电导效应的区别和联系？（共性：同属于内光电效应。

区别：光⽣伏特效应是少数载流⼦导电的光电效应，⽽光电导效应是多数载流⼦导电的光电效应。

）什么是敏感器？敏感器与传感器的区别和联系？（将被测⾮电量转换为可⽤⾮电量的器件。

共性：对被测⾮电量进⾏转换。

区别：敏感器是把被测量转换为可⽤⾮电量，传感器是把被测⾮电量转换为电量）发光⼆极管的⼯作原理。

（在PN结附近，N型材料中的多数载流⼦是电⼦，P型材料中的多数载流⼦是空⽳，PN结上未加电压时构成⼀定的势垒，当加上正向偏压时，在外电场作⽤下，P区的空⽳和N区的电⼦就向对⽅扩散运动，构成少数载流⼦的注⼊，从⽽在PN结附近产⽣导带电⼦和价带空⽳的复合。

⼀个电⼦和⼀个空⽳对每⼀次复合，将释放出与材料性质有关的⼀定复合能量，这个能量会以热能、光能、或部分热能和部分光能的形式辐射出来。

说明光⼦器件与热电器件的特点。

PIN型的光电⼆极管的结构、⼯作原理及特点（它的结构分三层，即P型半导体和N型半导体之间夹着较厚的本征半导体I层，它是⽤⾼阻N型硅⽚做I层，然后把它的两⾯抛光，再在两⾯分别作N+和P+杂质扩散，在两⾯制成欧姆接触⽽得到PIN光电⼆极管。

原理：层很厚，对光的吸收系数很⼩，⼊射光很容易进⼊材料内部被充分吸收⽽产⽣⼤量的电⼦-空⽳对，因⽽⼤幅度提供了光电转换效率，从⽽使灵敏度得以很⾼。

两侧P 层和N层很薄，吸收⼊射光的⽐例很⼩，I层⼏乎占据整个耗尽层，因⽽光⽣电流中漂移分量占⽀配地位，从⽽⼤⼤提⾼了响应速度。

辐射探测学复习要点第一章辐射与物质的相互作用〔含中子探测一章〕1.什么是射线？由各种放射性核素发射出的、具有特定能量的粒子或光子束流。

2.射线与物质作用的分类有哪些？重带电粒子、快电子、电磁辐射〔γ射线与*射线〕、中子与物质的相互作用3.电离损失、辐射损失、能量损失率、能量歧离、射程与射程歧离、阻止时间、反散射、正电子湮没、γ光子与物质的三种作用电离损失：对重带电粒子，辐射能量损失率相比小的多，因此重带电粒子的能量损失率就约等于其电离能量损失率。

辐射损失：快电子除电离损失外，辐射损失不可忽略；辐射损失率与带电粒子静止质量m 的平方成反比。

所以仅对电子才重点考虑辐射能量损失率：单位路径上，由于轫致辐射而损失的能量。

能量损失率：指单位路径上引起的能量损失，又称为比能损失或阻止本领。

按能量损失作用的不同，能量损失率可分为"电离能量损失率〞和"辐射能量损失率〞能量歧离(Energy Straggling)：单能粒子穿过一定厚度的物质后，将不再是单能的〔对一组粒子而言〕，而发生了能量的离散。

电子的射程比路程小得多。

射程：带电粒子在物质中不断的损失能量，待能量耗尽就停留在物质中，它沿初始运动方向所行径的最大距离称作射程，R。

实际轨迹叫做路程P。

射程歧离(Range Straggling)：由于带电粒子与物质相互作用是一个随机过程，因而与能量歧离一样，单能粒子的射程也是涨落的，这叫做能量歧离。

能量的损失过程是随机的。

阻止时间：将带电粒子阻止在吸收体所需要的时间可由射程与平均速度来估算。

与射程成正比，与平均速度成反比。

反散射：由于电子质量小，散射的角度可以很大，屡次散射，最后偏离原来的运动方向，电子沿其入射方向发生大角度偏转，称为反散射。

正电子湮没放出光子的过程称为湮没辐射γ光子与物质的三种作用：光电效应〔吸收〕、康普顿效应〔散射〕、电子对效应〔产生〕电离损失、辐射损失：P1384.中子与物质的相互作用，中子探测的特点、根本方法和根本原理中子本身不带电，主要是与原子核发生作用，与γ射线一样，在物质中也不能直接引起电离，主要靠和原子核反响中产生的次级电离粒子而使物质电离。

第一章：光辐射与发光源2. 光辐射以电磁波形式或粒子（光子）形式传播的能量，它们可以用光学元件反射、成像或色散，这种能量及其传播过程称为光辐射。

一般认为其波长在10nm~1mm ，或频率在3⨯1016Hz~3⨯1011Hz 范围内。

一般按辐射波长及人眼的生理视觉效应将光辐射分成三部分：紫外辐射、可见光和红外辐射。

一般在可见到紫外波段波长用nm 、在红外波段波长用μm 表示。

波数的单位习惯用cm -1。

1. 辐射量⑴ 辐射能。

辐射能是以辐射形式发射或传输的电磁波（主要指紫外、可见光和红外辐射）能量。

辐射能一般用符号Q e 表示，其单位是焦耳（J ）。

⑵ 辐射通量。

辐射通量Φe 又称为辐射功率，定义为单位时间内流过的辐射能量，即dtdQ ee =Φ (1.2-1) 单位：瓦特（W ）或焦耳∙秒（J ∙s ）。

⑶ 辐射出射度。

辐射出射度M e 是用来反映物体辐射能力的物理量。

定义为辐射体单位面积向半空间发射的辐射通量，即dSd M ee Φ=(1.2-2) 单位：W/m 2。

⑷辐射强度。

辐射强度e I 定义为：点辐射源在给定方向上发射的在单位立体角内的辐射通量，用I e 表示，即ΩΦd d I ee =(1.2-3) 单位：瓦特∙球面度-1（W ∙sr -1）。

由辐射强度的定义可知，如果一个置于各向同性均匀介质中的点辐射体向所有方向发射的总辐射通量是Φe ，则该点辐射体在各个方向的辐射强度I e 是常量，有π4e e I Φ= (1.2-4)⑸ 辐射亮度。

辐射亮度e L 定义为面辐射源在某一给定方向上的辐射通量。

如图2所示。

θΩΦθcos cos 2dS d d dS dI L ee e == (1.2-5)式中θ是给定方向和辐射源面元法线间的夹角。

单位：瓦特/球面度∙米2（W/sr ∙m 2）。

显然，一般辐射体的辐射强度与空间方向有关。

但是有些辐射体的辐射强度在空间方向上的分布满足θcos 0e e dI dI = (1.2-6)式中I e 0是面元dS 沿其法线方向的辐射强度。

复习题1、光电检测系统通常主要由光学变换、光电转换、电信号处理三部分组成。

2、在环境亮度大于10cd/m²时,最强的视觉响应在光谱蓝绿区间的555nm处。

3、光电倍增管由光窗、光电阴极、电子光学系统、电子倍增系统和阳极五个主要部分组成。

由于其引入了电子倍增机构，因此具有灵敏度高、响应时间快等特点，常被使用。

4、FTCCD指的是帧转移型CCD5、发光二极管(LED)是一种注入电致发光器件，他由P型和N型半导体组合而成。

其发光机理可以分为__ PN结注入发光_、_异质结注入发光__。

6、光电池的PN结工作在零偏状态，它的开路电压会随光照强度的增加而增加。

7、对于辐射源来说，光通量（光功率）定义为单位时间内向所有方向发射的可见光能量。

8、激光的形成必须具有工作物质、泵浦源、光学谐振腔。

9、入瞳位于无限远，物方主光线平行于光轴的光学系统称为物方远心光路，此光路克服了调焦不准带来的测量误差，常用于瞄准、读数和精密测量。

10、短焦物镜用于拍近距离物体，焦距越短，视场角越大，因此也称为广角物镜。

11、载光电耦合器件既具有光电耦合特性，又具有隔离特性12、三种典型光子效应是指光电发射效应、光电导效应和光伏效应。

13、光敏电阻的工作原理是光照产生光生载流子，使其电阻值急剧减小。

14、CCD与其它器件相比，最突出的特点是它以电荷作为信号，而其他大多数器件是以电流或者电压作为信号。

15、依据噪声产生的物理原因,光电探测器的噪声可大致分为散粒噪声、热噪声和低频噪声三类。

16、由于光源发光的各向异性，许多光源的发光强度在各个方向是不同的。

若在光源辐射光的空间某一截面上，将发光强度相同的点连线，得到该光源在该截面的发光强度曲线，称为配光曲线。

17、人眼按不同照度下的响应可分为明视觉、暗视觉。

18、降压使用对于光电测量用的白炽灯光源十分重要，因为灯泡寿命的延长将使系统的调整次数大为减少，也提高了系统的可靠性。

19、出瞳位于像方无限远处，平行于光轴的像方主光线在无限远处会聚于出瞳中心的光路被称为像方远心光路，它用于大地测量中测距，能大大提高测距精度。

光电检测技术期末考试题库试卷四参考答案一单项选择题（每小题2分,共40分）1．PN结光生伏特效应( A ).A. 空穴集中的P区结表面； B . 空穴集中的N区；C. 空穴集中的P区外表面；D. 空穴集中的N区外表面.2．基尔霍夫定律为（ D ）。

A. σT 4B. σT2C. Tλm＝BD. α(λ,T)= ε(λ,T)3．辐射量是光度度量的（ D ）倍．A.683B. V（λ）C.683V（λ） D . 1/683 V（λ）4. 太阳光经过大气，其中100nm～200nm的光被（ A ）吸收.A．氧分子B．臭氧C．二氧化碳D．氮原子5．下列光源中，最佳的彩色摄影用光源是（ A ）．A．白炽灯B．钠灯C．高压汞灯D．汞氙灯6. 氙灯是一种( A ).A.气体光源B. 热光源C. 冷光源D. 激光光源7. 充气白炽灯主要充入（ B ）.A. 氢气B. 氯化碘C. 氖气D. 氪气8．某一干涉测振仪的最高频率为20 MHz，选用探测器的时间常数应小于多少？( A ).A. 8×10-9sB. 6×10-8sC. 3×10-7sD. 4×10-5s 9．光电池电流滞后于光照，属于光电池的( A )特性：A. 频率;B. 伏安;C. 光谱;D. 温度．10．发光二极管的工作条件是( B ).A．加热 B. 加正向偏置 C. 加反向偏置D. 加光照11．EBCCD表示的是（ C ）CCD．A. 增强型;B. 时间延迟型;C. 电子轰击模式;D. 红外．12. Ag－O－Cs 材料，主要用于( A )变像管光阴极．A. 红外B. 紫外C. 可见D. X射线13. 辐通量相同时，光通量较大的光的波长是（ A ）nm．A.555B.590C.620D.78014. ZnS的发光是( D ) :A. 自发辐射B.受激辐射C. 热辐射D.电致发光15．半导体中受主能级的位置位于（ A ）.A. 禁带低B. 禁带顶C. 导带顶D. 价带低16．下面哪个不属于摄像管的功能( D ).A. 光电变换B. 电荷积累C. 扫描输出D. 信号变换17．波长为40μm的波属于（ B ）．A. 中红外线B. 太赫兹波C. 可见光D. 无线电波18．结型光电器件与三极管连接，保证放大，要接在( A ).A.基射极间正偏B. 基集极间正偏C. 基射极间反偏D. 基集极间正偏19．属于激光光放大的器件是（ A ）.A. LDB. LEDC. CCDD. PMT20．目前最好反隐身战术主要通过( B )来实现.A．红外技术B．微波技术C．THz技术D．微光技术二、多项选择题（每题2分，共10分）1．结型红外探测器件种类有（ABCDE ）。

1、地面光谱测量的作用：①地面光谱辐射计在成像光谱仪过顶时，常用于地面野外或实验室同步观测，获取下行太阳辐射，以用于遥感器定标。

②在一些反射率转换模型中，需要引入地面光谱辐射计测取得地面点光谱来完成 DN值图像到反射率图像的转换。

③地面光谱辐射计可以为图像识别获取目标光谱和建立特征项。

但是，这时地面光谱测量要在空间尺度上与图像像元尺度相对应，且要具有代表性；另外，地面光谱测量要与高光谱图像获取条件相一致。

④通过地面光谱辐射计测量数据和地面模拟，可以帮助人们了解某一地物被高光谱遥感探测的可能性，理解其辐射特性，确定需要采用的探测波长、光谱分辨率、探测空间分辨率、信噪比、最佳遥感探测时间等重要参数。

⑤地面光谱辐射计还可以勇于地面地质填图。

它可以用于矿物的光谱吸收特征，识别地面矿物或矿物的集合，从而直接完成野外矿物填图。

⑥可以用来建立地物的表面方向性光谱反射特性。

⑦建立目标地面光谱数据与目标特性间的定量关系。

2、高光谱成像特点：①高光谱分辨率。

高光谱成像光谱仪能获得整个可见光、近红外、短波红外、热红外波段的多而窄的连续光谱，波段多至几十甚至数百个，其分辨率可以达到纳米级，由于分辨率高，数十、数百个光谱图像可以获得影像中每个像元的精细光谱。

②图谱合一。

高光谱遥感获取的地表图像包含了地物丰富的空间、辐射和光谱三重信息，这些信息表现了地物空间分布的影像特征，同时也可能以其中某一像元或像元组为目标获得他们的辐射强度以及光谱特征。

③光谱波段多，在某一光谱段范围内连续成像。

成像光谱仪连续测量相邻地物的光谱信号，可以转化城光谱反射曲线，真实地记录了入射光被物体所反射回来的能量百分比随波长的变化规律。

不同物质间这种千差万别的光谱特征和形态也正是利用高光谱遥感技术实现地物精细探测的应用基础。

3、高光谱遥感图像数据表达：①图像立方体——成像光谱信息集。

②二维光谱信息表达——光谱曲线。

③三维光谱信息表达——光谱曲线图。

（书本44页）4、成像光谱仪的空间成像方式：（1）摆扫型成像光谱仪。