《光电检测技术》考试大纲
09光信《光电检测技术》复习提纲新
摄像管的工作原理： 先将输入的光学图像转换成电荷图像，然后 通过电荷的积累和储存构成点位图像，最后 通过电子束扫描把点位图像读出。
主要性能： 1、光电转换特性 2、光谱响应 3、时间响应特性 4、输出信噪比 5、动态范围 6、图像传递特性 光电导式摄像管（视象管） 结构由 电子枪 和 光电导靶 两大部分 光电发射式摄像管与视像管得比较
I I p I d SE I so (e
qu
KT
1)
I P：光电流 I d暗电流 I so反向饱和电流
外光电效应 当光照射第某种物质中，若入射的光子能量 hv 足够大，那么它和物质中电子相互作用，可 致使电子逸出物质表面，这种现象称为光电发射效应，又称外光电效应，能产生光电发射效 应的物体，成为光电射体，在光电管称为光阴极。 光电子发射服从基本规律： 1、光电发射第一定律 当入射辐射的光谱分布不变时，饱和光电流 I 与入射的辐通量φ 成正比。 2、光电发射第二定律 发射的光电子的最大动能随入射光子光频率的增加而线性地增加， 而与人射光的强度无 关。 故又称爱因斯坦定律， 表达式为
Q1 100 % Q0
1. 光电倍增管的工作原理是什么?
(1)当光子照射至光阴极上时，由于光电效应，致使从光阴极表面上逸出相应数目的光电子。由于相邻电极 之间电压逐渐增高，在电场作用下，电子将被加速轰击到第一打拿极上，发射出成倍的二次电子。继而它 们又轰击第二打拿极，依次下去，电子逐级倍增。最后聚集到阳极上的电子数，可达阴极发射电子数的 10 倍。利用外光电效应和二次电子发射相结合即——把微弱的光输入转化为光电子，并使光电子获得倍增的 一种光电探测器件。 工作过程：光子入射到光电阴极上产生光电子。光电子通过电子光纤输入系统进入倍增系统，电子得到倍 增，最后阳极把电子收集起来，形成阳极电流或电压， 2. 光电倍增管的疲劳与衰老的含义,两者的差别是什么? (2)疲劳：在较强的辐射作用下，倍增管灵敏度下降的现象称为疲劳，这是暂时现象，待管子避光存放一段 时间后，灵敏度将会部分或全部恢复过来，当然过度的疲劳可能造成永久的损失。衰老：光电倍增管在正 常使用情况下，随着工作时间的积累，灵敏度也会逐渐下降且不能恢复，将这种现象称为衰老，这是真空 器件特有的现象。 区别：疲劳是暂时的，衰老是永不能恢复灵敏度的。 象管的主要功能是能把不可见（红外或紫外）图像或微弱光图像通过电子光学透镜直接换成可见光图像， 如变象管。像增强管、X 射线像增强器等。 摄像管是一种把可见光或不可见（红外、紫外或 X 射线等）图像通过电子束扫描后转换成相应的电信号， 通过显示器件再成像的光电成像器件。
光电检测技术第三章光电检测器件教学提纲
采用特殊工艺，例如在重掺杂P型硅表面涂一薄层CsO2，可形成 NEA材料。负电子亲和势是指体内的有效电子亲和势，而不是指表面 电子亲和势。NEA发射体和常规光电发射体的表面，电子状态是类似 的，导带底上的电子能量都低于真空能级，其差值为Ea。但是，两者 体内电子能量则不同。NEA发射体导带底的电子能量高于真空能级， 而常规发射体电子亲和势仍是正的。NEA阴极的量子效率高于正电子 亲和势阴极，可从其光电发射过程进行分析。价带中的电子吸收光子 能量，跃迁到导带底以上，成为热电子（受激电子能量超过导带底的 电子）。在向表面运动的过程中，由于碰撞散射而发生能量损失，故 很快就落到导带底而变成冷电子（能量恰好等于导带底的电子）。热 电子的平均寿命非常短，约 10e-14～10e-12s。如果在这么短的时间 内能够运动到真空界面，自然能逸出。但是热电子的逸出深度只有几 十纳米，绝大部分电子来不及到达真空界面，就已经落到导带底变成 冷电子了。冷电子的平均寿命比较长，约 10e-9～10e-8s，其逸出深 度可达1000纳米。因为体内冷电子能量仍高于真空能级，所以它们运 动到真空界面时，可以很容易地逸出。因此NEA量子效率比常规发射 体高得多。
光电导效应 如：光敏电阻
内光电效应
非放大型 光二、光电池
光生伏特
放大型 光三、场效应管、
雪崩光电二极管
光电检测器件
光子器件
热电器件
真空器件
光电管 光电倍增管 真空摄像管 变像管 像增强管
固体器件
光敏电阻 光电池 光电二极管 光电三极管 光纤传感器 电荷耦合器件
CCD
热电偶/热电堆 热辐射计/热敏电阻 热释电探测器
②特点：
高吸收，低反射性质；
高量子效率，可达50％～60％，长波限可达9％； 光谱响应可达1μm以上； “冷”电子发射光谱能量分布较集中，接近高斯分
天津工业大学光电检测复习大纲
天津工业大学光电检测复习大纲第二章光电传感器技术基础3.斯忒藩-波尔兹曼定律?∞==04,s ,e s ,e d T M M σλλ维恩位移定律2898()m m Tλμ=例1-1 若可以将人体作为黑体，正常人体温的为36.5℃，（1）试计算正常人体所发出的辐射出射度为多少W/m 2？（2）正常人体的峰值辐射波长为多少μm ？峰值光谱辐射出射度M e,s,λm 为多少？（3）人体发烧到38℃时峰值辐射波长为多少？发烧时的峰值光谱辐射出射度M e,s,λm 又为多少？明视觉：锥体细胞的感光灵敏度低，在３cd/m 2的亮度条件下作用，能分辨物体的颜色和细节。
暗视觉：杆体细胞只能在黑暗的环境下作用，不能分辨颜色。
中间视觉：介于这两视觉之间的视觉光视效能：表征不同波长辐射下的响应能力，同一波长下光谱光通量与光谱辐通量之比: ()v e K λλλΦ=Φ 色表: 光源发光时，人眼直接看光源时光源所呈现的颜色。
显色性:某光源与标准光源分别照射同一物体时,人眼所产生的颜色类别用显色指数来定量描述。
色温:待测辐射源在温度T 时所呈现的颜色与某一温度T c 时的黑体颜色相同则称T c 为该辐射体光源的色温。
第三章：光源自然光源太阳月亮星光与天空电光源钨丝灯气体放电灯金属蒸汽灯半导体发光二极管光源激光光源激光激光的产生机理一般涉及到受激辐射，粒子数反转与谐振三个关键问题。
要产生激光，必须使总发射大于总吸收。
获得激光输出的3个必要条件为：① 必须将处于低能态的电子激发或泵浦到较高能态上去，为此需要泵浦源；② 要有大量的粒子数反转，使受激辐射足以克服损耗；③ 有一个谐振腔为出射光子提供正反馈及高的增益，用以维持受激辐射的持续振荡。
典型激光器：氦-氖激光器、半导体激光器LD第四章光电导器件光电导效应：光照引起材料电导变化的现象称为光电效应。
光敏电阻：利用具有光电导效应的材料可以制成电导率随入射光辐射量变化而变化的器件，这类器件称为光电导器件或简称PC。
《光电检测技术》考试复习重点
《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
《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。
光电检测技术总复习
第五部分 典型应用 （2学时）
1.光电测绘技术（1学时）
①光电准直（0.5学时） ②光电测距 ③光电测角（0.5学时） ④光电自动测图
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2.微弱信号检测技术（1学时）
① 锁相放大器*（利用相敏检波器） ② 取样积分器（BOXCAR平均器） ③ 光子计数系统
束缚面电荷密度＝自发极化强度 温度低时，自发极化强度大； 温度高时，自发极化强度变小，相当于释放电荷
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当温度高于某一特定值时，自发极化强度变为 零。此温度称为居里温度。
（二）工作条件
热释电器件工作在交流信号下，或外界环境如 光照不稳定且外界的调制频率
f>1/τ τ为晶体内部自由电荷起中和作用的时间
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第三部分 检测电路与微机接口 （14学时）
1. 光电信号检测电路设计（重点）
① 缓变光信号检测电路设计 （4学时）
② 交变光信号检测电路设计 （4学时）
③ 光信号检测电路的噪声设计 （2学时）
④ 光信号的放大电路
（2学Байду номын сангаас）
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第一节 缓变光信号检测电路设计
方法：静态计算
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第一部分 光电检测技术基础
（2 学时）
概述： （ 0.5学时） 一、 辐射度量与光度量（ 0.3 学时）
二、 半导体物理基础 （1 学时）
三、光电效应
（ 0.2 学时）
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一、 辐射度量与光度量
（一）光辐射度量 辐射是一种能的形式。它有电磁本质， 又具有量子性质。辐射能及其引起的特性 以能量或有效的物理量来测量。
IK=SK·ΦK （2）爱因斯坦定律（光电发射第二定律）
光电检测复习提纲
光电检测复习提纲第⼀章：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。
《光电检测技术》大学题集
《光电检测技术》题集一、选择题（每题2分，共20分）1.光电检测技术是基于哪种物理效应来实现非电量到电量的转换？（）A. 压电效应B. 光电效应C. 磁电效应D. 热电效应2.在光电检测系统中，光电传感器的主要作用是什么？（）A. 将光信号转换为电信号B. 将电信号转换为光信号C. 放大电信号D. 储存光信号3.下列哪种光电元件是利用外光电效应工作的？（）A. 光电二极管B. 光电三极管C. 光电池D. 光敏电阻4.光电检测系统中，为了提高信噪比，常采用哪种技术？（）A. 滤波B. 放大C. 调制与解调D. 编码与解码5.在光电耦合器中，光信号是如何传递的？（）A. 直接通过导线传递B. 通过空气传递C. 通过光导纤维传递D. 通过发光元件和受光元件之间的空间传递6.下列哪项不是光电检测技术的优点？（）A. 非接触式测量B. 高精度C. 易受环境干扰D. 响应速度快7.光电倍增管的主要特点是什么？（）A. 高灵敏度B. 低噪声C. 无需外部电源D. 体积小，重量轻8.在光电检测系统中，为了消除背景光的影响，可以采取哪种措施？（）A. 增加光源亮度B. 使用滤光片C. 提高检测器灵敏度D. 增大检测距离9.光电二极管在反向偏置时，其主要工作特性是什么？（）A. 电阻增大B. 电容减小C. 光电流与入射光强成正比D. 输出电压稳定10.下列哪种光电传感器适用于测量快速变化的光信号？（）A. 热释电传感器B. 光敏电阻C. 光电二极管D. 光电池二、填空题（每题2分，共20分）1.光电检测技术是______与______技术相结合的一种检测技术。
2.光电效应分为______、______和______三种类型。
3.在光电检测系统中，______是将光信号转换为电信号的关键元件。
4.光电倍增管的工作原理是基于______效应，具有极高的______。
5.为了提高光电检测系统的抗干扰能力，常采用______和______技术。
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《光电检测技术》考试大纲
一、课程性质
专业基础课。
二、适用科学
仪器科学与技术、光学工程(包括专业型硕士：仪器仪表工程、光学工程)。
三、试卷结构
基础知识占60％，应用能力占40％。
四、参考书目
教材：徐熙平、张宁编著，光电检测技术及应用，机械工业出版社，2016
参考：雷玉堂主编，光电检测技术，中国计量出版社，2009
王庆有主编，光电传感应用技术，机械工业出版社，2011
五、考试内容与基本要求
第一章绪论
[考试要求]光电检测技术及特点、光电检测系统的组成。
[考试内容]光电检测技术、光电检测系统的组成。
第二章光电检测技术基础
[考试要求] 辐射度量和光度量的基本概念，半导体的物理基础，半导体对光的吸收，各类光电效应概念，光电器件的基本参数。
[考试内容] 辐射度量和光度量的基本概念
半导体物理基础：半导体特性、能带、半导体导电结构、载流子的运动，
PN结、半导体对光的吸收；
内光电效应：光电导效应、光生伏特效应；
外光电效应；
光电器件常用的各种基本参数。
第三章光电检测器件
[考试要求]光电导器件、光生伏特器件、光电发射器件、热辐射探测器件、热释电器件、光电耦合器件和图像传感器件等各种光电传感器的结构、工作原理、
特性参数和使用方法，关键参数计算等。
[考试内容]光电导器件：光敏电阻；
光生伏特器件：光敏二极管、硅光电池、光敏晶体管、光电位置敏感器件；
光电发射器件：光电倍增管；
热辐射探测器件：热敏电阻、热电偶、热电堆；
热释电器件：工作原理，居里温度，热释电器件优点；
光耦合器件：定义、原理、如何用光耦合器件组成简单的逻辑电路？
图像传感器：电荷耦合器件、CMOS图像传感器、红外热成像、图像的增强
与变像。
第四章半导体发光管与激光器
[考试要求] 发光二极管、激光器等常用光源的工作原理、特性及其应用。
[考试内容]发光二极管：发光机理、应用；
半导体激光器：发光机理、结构；
几种典型的激光器：气体激光器、固体激光器结构。
第五章辐射信号检测
[考试要求] 辐射信号检测的方法，如直接检测、光外差检测、基于几何光学方法的光电信息变换检测、温度检测、莫尔条纹检测，并结合实际举例说明了如何
使用调制盘检测、投影放大法、光三角法、光扫描法、光焦点法等进行长、
宽尺寸测量的原理、结构，典型信号检测的优缺点。
[考试内容]直接探测法：光学系统、调制盘；
光外差探测法：探测原理、光外差探测的特性；
几何光学方法的光电信息变换：长、宽、位移、速度；
莫尔条纹特点及特性参数计算。
第六章光电检测系统典型电路
[考试要求] 常用的光电传感器如光敏电阻、光敏二极管、CCD电荷耦合器件等对应的典型电路，并举例说明了使用可编程逻辑器件进行CCD驱动的方法，视
频信号的二值化处理方法，光电信号常用的辨向处理和细分电路。
[考试内容]光敏电阻的变换电路：基本偏置、恒流电路、恒压电路；
光生伏特器件的偏置电路：反偏、零偏；
CCD器件驱动电路：驱动电路时序方法、可编程器件产生驱动时序；
视频信号二值化处理电路：阈值法、微分法；
常用的光电信号辨向处理与细分电路。
第七章微弱信号检测
[考试要求] 相关函数及相关接收、相敏检波的基本概念和原理，锁相放大器、取样积分器、光子计数器的原理、特点及应用。
[考试内容] 相关函数及相关接收、相敏检波的基本概念和原理
常用的微弱信号检测的方法如锁相放大器、取样积分器、光子计数器，各
种方法对应的原理、特点及应用。
第八章外形尺寸检测
[考试要求] 光电检测技术在外形尺寸检测方面的应用。
[考试内容]模拟变换检测法；
光电扫描检测法：光学扫描法、电扫描法；
CCD自扫描检测法；
光电三维形貌检测原理、应用及特点。
第九章位移量检测
[考试要求] 光电检测技术在位移量检测方面的应用、设计。
[考试内容]激光干涉位移检测：激光干涉原理、激光干涉仪；
光栅线位移检测：光栅尺、光源和光强调制、前置放大器；
光栅角位移检测：编码器、读数和细分、狭缝及光电信号、编码器误差；
轴向位移测量；
光三角位移测量原理、特点及应用；
激光测距：脉冲法、相位法测量原理、精度设计。
第十章光电外观检测
[考试要求] 光电检测技术在外观检测方面的应用。
[考试内容] 外观检测的方式和原理：反射式与透射式外观检测、正反射式与非正反射式检测、扫描方式；
光电变换器：疵病信号、光源选择；
信号处理及检测装置：通量式疵病信号的处理方法、检测装置；
表面粗糙度检测：激光外差法检测粗糙度原理；
内表面疵病检测：管道内表面疵病检测系统组成、工作原理与特点。
第十一章光纤传感测量
[考试要求] 光导纤维的基本知识以及光纤传感器的原理和应用。
确定度和扩展不确定度的求取方法；掌握正确表示测量结果的方式。
[考试内容] 光导纤维的基本知识：光纤传光原理、光纤分类、光纤的基本特性；
光纤传感器原理及应用：光纤传感器分类与特点。
第十二章光电检测技术的综合应用
[考试要求] 光电检测技术的综合应用，如光电多功能二维自动检测系统、曲臂光电综合测量系统、飞轮齿圈总成圆跳动非接触检测系统、管道直线度光电检
测系统。
[考试内容] 会运用所学知识进行简单的光电检测系统设计。