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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。
光电效应知识点总结复习光电效应是指当光线照射到金属表面时，光子与金属表面的电子发生相互作用，使电子从金属中脱离的现象。
以下是光电效应的一些重要知识点的总结复习。
1.光电效应的基本原理：光电效应是基于光子的粒子性质和光与物质之间的相互作用的基本原理。
当光子的能量大于或等于金属表面的逸出功时，光子能够将部分能量传递给金属表面的电子，使其脱离金属表面。
2.光电效应的实验现象：光电效应的实验观察到的主要现象包括：紫外线下金属能发射电子，但红外线下则无法发射电子；随着光的强度增加，光电流呈线性增加；光电流的大小与光的频率有关，而与光的强度无关等。
3.光电效应的逸出功：逸出功是指光子能够将电子从金属表面解离所需的最小能量。
逸出功与金属的物理性质有关，与金属的工作函数密切相关。
4.爱因斯坦光电效应理论：爱因斯坦基于光的粒子性质提出了光电效应的理论，他认为光子具有一定的能量，当光子与金属表面的电子相互作用时，光子的能量将被完全吸收，使电子获得足够的能量从而离开金属表面。
5.光电流和工作电压关系：光电效应产生的光电流与光的强度、频率有关，而与光的波长无关。
光电流与光的强度呈线性关系，而与光的频率成正比。
6.光电子和光电倍增管：光电子是指通过光电效应获得能量的电子。
光电倍增管是一种利用光电效应放大光信号的器件，它能使光信号电压增大数百倍甚至数千倍，用于光电转换、光电放大等。
7.光电效应在现实生活中的应用：光电效应在现实生活中有广泛的应用。
例如，光电器件（如光电二极管、光电传感器等）用于测量光强度、检测物体、实现光电转换等领域；光电池则将太阳能转换为电能，用于太阳能发电等。
8.光电效应的重要意义：光电效应的发现和研究对于量子力学的发展起到了重要的推动作用，为人们理解光与物质之间的相互作用提供了重要的线索。
此外，光电效应的应用也使得光电技术得到了广泛的应用和发展。
以上是光电效应的一些重要知识点的总结复习，希望对你的学习有所帮助。
1、光电器件的基本参数特性有哪些?（响应特性噪声特性量子效率线性度工作温度）@响应特性分为电压响应度电流响应度光谱响应度积分响应度响应时间频率响应@噪声分类：热噪声散粒噪声产生-复合噪声 1/f噪声信噪比S/N 噪声等效功率NEP2、光电信息技术是以什么为基础，以什么为主体，研究和发展光电信息的形成、传输、接收、变换、处理和应用。
（光电子学光电子器件）3、光电检测系统通常由哪三部分组成（光学变换光电变换电路处理）4、光电效应包括哪些外光电效应和内光电效应）外光电效应：物体受光照后向外发射电子——多发生于金属和金属氧化物。
内光电效应：物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部而不会逸出物体外部——多发生在半导体。
内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。
光电导效应：半导体受光照后，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少的现象。
光生伏特效应：光照在半导体PN结或金属—半导体接触面上时，会在PN结或金属—半导体接触的两侧产生光生电动势。
5、光电池是根据什么效应制成的将光能转换成电能的器件，按用途可分为哪几种？（光生伏特效应太阳能光电池和测量光电池）6、激光的定义，产生激光的必要条件有什么？（定义：激光是受激辐射的光放大粒子数反转光泵谐振腔）7、热释电器件必须在什么样的信号的作用下才会有电信号输出？（交变辐射）8、CCD是一种电荷耦合器件，CCD的突出特点是以什么作为信号，CCD的基本功能是什么？（电荷 CCD的基本功能是电荷的存储和电荷的转移。
）9根据检查原理，光电检测的方法有哪四种。
（直接作用法差动测量法补偿测量法脉冲测量法）10、光热效应应包括哪三种。
（热释电效应辐射热计效应温差电效应）11、一般PSD分为两类，一维PSD和二维PSD，他们各自用途是什么？（一维PSD主要用来测量光点在一维方向的位置；二维PSD用来测定光点在平面上的坐标。
）12、真空光电器件是基于什么效应的光电探测器，它的结构特点是有一个真空管，其他元件都在真空管中，真空光电器件包括哪两类。
幻灯片11.2 光电检测系统及光电传感器三、光电检测系统特点适用接触测量力易引起误差及无法用接触的方法测量（远程、高温、危险）的场合。
不改变被测物体性质的条件下进行测量。
它可以实现动态测量，是各种测量方法中效率最高的一种。
1、非接触测量干涉：λ／４＝0.6328μm/4=0.16μm，光外差干涉测量是纳米精度测量的主要手段。
从地球到月球激光测距的精度达到1米。
2、精度高光盘聚焦误差测控3、空间分辨率高4、实时测量（反应快，高速度）5、远距离、大量程（适合于远距离测距、遥控、遥测、光电跟踪等。
6、寿命长---光电检测中通常无机械运动部分，故测量装置寿命长，工作可靠、准确度高，对被测物无形状和大小要求。
幻灯片21.2 光电检测系统及光电传感器7、微弱信号检测:微光夜视仪8、不可见对象的测量利用X光探测人体内部组织结构：利用了不同的物质对于X射线的吸收率不同这一原理。
在人体中，水被认为对X光完全透过，骨质被认为对X光完全吸收.因此X光机发射出的(均匀)射线在被不同人体组织“过滤”后就不再是均质的，这些非均质的射线可以通过显示屏或者使底片感光的方式呈现为影像（接收器接收到的强度不一样），据此就可以反映出人体组织器官的一些信息，该门学科称为医学影像学.缺点：受光学介质的影响大（水、空气、尘土），成本高些。
幻灯片31.3 光电检测基本方法一、直接作用法●受被测物理量控制的光通量，经光电接收器转换成电量后由检测机构直接得到欲测的物理量。
●直接测量法的最大优点是简单方便，仪器设备造价低廉。
●这种方法的缺点是检测结果受参数、环境、电压波动等影响较大，精度及稳定性较差。
适合于测量精度要求不高的场合。
幻灯片41.3 光电检测基本方法 二、 差动法利用被测量与某一标准量相比较，所得差或比反映了被测量的大小。
放入标准工件的尺寸，调整光楔，使φ1＝φ2，使μA 表读数为“0”。
（1）调整Φ OΦ1Φ2Φ1Φ2tUOt Φ1=Φ2时，U=0 用双光路差动法测量物体的长度幻灯片51.3 光电检测基本方法 二、 差动法幻灯片6幻灯片71.3 光电检测基本方法 二、 差动法测量值的大小决定于u 的幅值，测量值的正负决定于u 的相位。
可通过相敏检波器得到。
（2）测量ΦOΦ1 Φ2tUOtΦ1Φ2①当工件尺寸变小时，φ1>φ2，U ＝S·(φ1-φ2)·R=S·Δφ·R 。
ΦOΦ1 Φ2tUOtΦ1Φ2②当工件尺寸变大时，φ1<φ2，U ＝S·(φ1-φ2)·R=－S·Δφ·R 。
（3）结论：①当工件尺寸无误差时，使φ1＝φ2，光电传感器输出U无交变分量，见图。
②当工件尺寸变小时，φ1>φ2，U＝S·(φ1-φ2)·R=S·Δφ·R。
③当工件尺寸变大时，φ1<φ2，U＝S·(φ1-φ2)·R=－S·Δφ·R。
幻灯片81.3 光电检测基本方法三、补偿法用光或电的方法补偿由被测量变化而引起的光通量变化，补偿器的可动元件联接读数装置指示出补偿量值，补偿值的大小反映了被测量变化的大小。
光敏电阻RG和电阻R0、R1、R2组成电桥，当无光照时，调整Rw使电桥平衡，当信号光照射光敏电阻时，其阻值RG下降为R’G，使电桥失去平衡，检流计G中有信号输出。
调整RW使电桥恢复平衡，调整RW时标尺指示器A随之移动，电桥平衡时，A指示的数值就是待测量值的大小。
幻灯片91.3 光电检测基本方法四、脉冲测量法受被测量控制的光通量转换成电脉冲，其参数（脉宽、相位、频率、脉冲数量等）反映了被测量的大小。
1、脉宽法测长被测物体的长度：L＝vt＝vkN＝KN其中，k是高频脉冲的时间当量，即表示单位高频脉冲所代表的时间，而K是长度当量，即表示单位高频脉冲所代表的长度。
以上对零件尺寸的测量都要求匀速直线运动，实现起来较为困难，因此常用于精度要求不高的场合。
幻灯片101.3 光电检测基本方法四、脉冲测量法2、频率法测速在转动轮上均匀贴反射片，光电传感器可接收到与转速相对应的光脉冲。
设m为反射片数，n为每分钟转速，则f=nm/60=N/t，n=60N/(mt)只要控制在一定的时间t内计数N，就可计算得到轮子的转速。
幻灯片112.3 光电效应包括外光电效应和内光电效应因光照而引起物体电学特性发生改变的现象外光电效应物体受光照后向外发射电子——多发生于金属和金属氧化物包含光电导效应和光生伏特效应内光电效应物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部而不会逸出物体外部——多发生于半导体（光电导效应和光生伏特效应）幻灯片122.3 光电效应一、光电发射效应金属或半导体受光照时，如果入射的光子能量hν足够大，它和物质中的电子相互作用，使电子从材料表面逸出的现象，也称为外光电效应。
它是真空光电器件光电阴极的物理基础。
1、光电发射第一定律——斯托列托夫定律当照射到光阴极上的入射光频率或频谱成分不变时，饱和光电流（即单位时间内发射的光电子数目）与入射光强度成正比： Ik=SkFkIk ：光电流；Sk ：光电发射灵敏度系数；Fk ：光通量 幻灯片132.3 光电效应 二、光电导效应在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，而引起材料电导率的变化。
当光照射到光电导体上时，若这个光电导体为本征半导体材料，且光辐射能量又足够强,光电材料价带上的电子将被激发到导带上去，使光导体的电导率变大（电阻减小）。
自由电子所占能带不存在电子所占能带gcE hc=λ价电子所占能带 幻灯片14光辐射检测器件的类型 光辐射检测器件一览表禁带导带 价带Eg电子能量E ≧Eg真空光电管 充气光电管 光电倍增管 真空光电器件 （光电发射检测器件）光电探测器件（光子检测器件）2(10~20)m λμ-=光电导器件 光伏器件光辐射探测器件 半导体光电器件23(10~10)m λμ-=幻灯片15光辐射检测器件的特点 热电器件光子器件 响应波长有选择性。
一般有截止波长，超 过该波长，器件无响应。
响应波长无选择性。
对可见光到远红外的各种波长的辐射同样敏感。
响应快。
吸收辐射产生信号需要的时间短，一般为纳秒到几百微秒响应慢。
一般为几毫秒 幻灯片163.1 光电检测器件的基本特性参数主要有五项：响应特性、噪声特性、量子效率、线性度、工作温度。
一、响应特性随入射光波长变化而变化 １．响应度（或称灵敏度）光电探测器输出信号与输入光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率。
电压响应度（灵敏度）：光电探测器件输出电压与入射光功率之比。
io V P V S =1. 电流响应度（灵敏度）：光电探测器件输出电流与入射光功率之比。
ioI P I S =幻灯片173.1 光电检测器件的基本特性参数 一、响应特性探测器在波长为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。
２．光谱响应度：()()()o I i I S P λλλ=()()()o V i V S P λλλ=热电偶与热电堆 测辐射热计 热释电器件热电探测器件23(10~10)m λμ-=３．积分响应度：检测器对各种波长光连续辐射量的反应程度。
下升时间tf上升时间tr４．响应时间：响应时间τ是描述光电探测器对入射光响应快慢的一个参数幻灯片183.2 真空光电探测器件一、真空光电管（2）光谱特性（3）伏安特性（4）温度特性（5）频率响应（1）光照特性2、基本特性通常指当光电管的阳极和阴极之间所加电压一定时，光通量与光电流之间的关系。
（1）光照特性光照特性曲线的斜率（光电流与入射光通量之比）称为光电管的灵敏度。
幻灯片193.2 真空光电探测器件●真空光电管对不同波长区域的光，应选用不同材料的光电阴极—光谱响应范围（2）光谱特性由于光阴极对光谱有选择性，因此光电管对光谱也有选择性。
保持光通量和阴极电压不变，阳极电流与光波波长的关系称为光电管的光谱特性。
●一般对于光电阴极材料不同的光电管，有不同的红限频率v0，对应不同的光谱响应范围。
●同一光电管对于不同频率的光的灵敏度不同幻灯片203.2 真空光电探测器件一、真空光电管在一定的光照射下，对光电管的阴极所加电压与阳极所产生的电流之间的关系—是应用光电传感器的主要依据参数。
（3）伏安特性饱和光电流（恒流源特性）当级间电压高于50V 时，光电流开始饱和，所有的光电子都达到了阳极。
真空光电管一般工作于饱和部分。
幻灯片213.2 真空光电探测器件二、光电倍增管 （photomultiplier tube, PMT ）特点：灵敏度高，适合在微弱光下使用，但不能接受强光刺激，否则容易损坏。
在一个玻璃泡内除装有光电阴极和光电阳极外，还有若干个光电倍增极。
倍增极上涂有在电子轰击下能发射更多电子的材料。
前一级倍增极反射的电子恰好轰击后一级倍增极，在每个倍增极间依次增大加速电压。
在倍增极不变的条件下，阳极电流随光信号变化。
幻灯片223.2 真空光电探测器件饱和光电流 I入射光通量Ф入射光第1倍增级阳极二、光电倍增管1.工作原理基于外光电效应和二次电子发射效应的电子真空器件。
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。
●光阴极在光子作用下发射电子，这些电子被外电场(或磁场)加速，聚焦于第一次极。
这些冲击次极的电子能使次极释放更多的电子，它们再被聚焦在第二次极。
这样，一般经十次以上倍增,放大倍数可达到108～1010。
最后,在高电位的阳极收集到放大了的光电流。
输出电流和入射光子数成正比。
整个过程时间约 10-8秒。
高增益、响应快、线性度好。
幻灯片233.2 真空光电探测器件五、光电倍增管3.应用用于天文测光在各种感光器件中，光电倍增管是性能最好的一种，无论在灵敏度、噪声系数还是动态范围上都遥遥领先于其他的感光器件，更难能可贵的是它的输出信号在相当大范围内保持着高度的线性输出，使输出信号几乎不用做任何修正就可以直接获得很准确的色彩还原。
1个光子产生106~107个电子●广泛使用在天体光度测量和天体分光光度测量中。
测量精度高，可以测量比较暗弱的天体，还可以测量天体光度的快速变化。
幻灯片243.2 真空光电探测器件4.基本特性二、光电倍增管（2）光谱特性光电倍增管的光谱特性与相同材料的光电管的光谱特性相似。
在较长波长的范围时，光谱特性取决于光电阴极的材料性能，而在较短波长的范围时，光谱特性则取决于窗口材料的透射特性。
（1）光照特性阳极电流I 和光通量F 之间的关系当光通量较小时，光照特性呈现线性；恒流源特性（3）伏安特性阳极电流I与最后一级倍增级和阳极间的电压U的关系。
使用时应使其工作在饱和区。
