光电检测技术与应用期末复习资料
光电检测复习资料..
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。
光电检测技术与应用期末考试复习资料
26、 外差检测：a、外差检测增益高，b、微弱光线下，外差检测表现出十分高的转换 增益，c、光外差检测方式具有天然检测微弱信号的能力。 27、 外差检测输出电流包含有信号光的振幅、 频率和相位的全部信息， 这是直接检测所 做不到的。 28、 信噪比用来衡量其质量的好坏，其灵敏度的高低与此密切相关。 29、 直接检测方法不能改善输入信噪比。 30、 对应检测电路的不同工作状态，频率特性可有不同的简化形式。 31、 在保证所需检测灵敏度的前提下获得最好的线性不失真和频率不失真是光电检测 电路设计的两个基本要求。 32、 检测电路频率特性的设计包括：a、确定信号的频谱分布，b、确定多级光电检测 电路的允许通频带宽和上限截止频率，c、确定单级检测电路的阻容参数。 33、 光敏电阻与其他半导体光电器件相比，有以下特点：a、光谱响应范围宽，b、工 作电流大，可达数毫安，c、所测的光电强度范围宽，即可测弱光也能侧强光。d、灵敏 度高，e、无选择极性之分，使用方便。 34、 硅光电二极管与硅光电池相比，前者掺杂浓度低。 35、 光生伏特效应是指光照射在半导体 PN 结或金属和半导体的接触面上时，会在 PN 结或金属半导体接触面上产生光生电动势的现象，属于内光电效应。 36、 光电检测电路设计的原则： 保证光电器件和后续电路的最佳工作状态， 基本要求： a、灵敏的光电转换能力，b、快速的动态响应能力，c、最佳的信号检测能力，d、长期 工作的稳定性和可靠性。 37、 条形码识别：a、要求建立一个光学系统，b、要求一个接受系统能够采集到光点 运动时打在条形码条符上反射回来的反射光，c、要求一个电子电路将接受到的光信号 不失真的转换成电脉冲。 38、 L=（1） （2） （ 3） （4）第一个括号是目标辐射特性及大气透过率对作用距离的影响， 第二和第三个括号是表示光学系统及检测器特性对作用距离的影响，第四个括号是信息 处理系统对作用距离的影响。 39、 φ=Ad/f²，增大视场角φ时，可增ห้องสมุดไป่ตู้检测器面积或减小光学系统的焦距，这两个方 面对检测系统的影响都是不利的：a、增加检测器的面积意味着增大系统的噪声，b、减 小焦距使系统的相对孔径加大，这也是不允许的，另一方面视场角增大后引入系统的背 景辐射也增加，使系统灵敏度下降。 40、 硅光电池的负载特性：a、光电流在弱光下与光照度呈线性关系，b、光照增加到 一定条件时光电流趋于饱和，c、负载大的时候更易出现 饱和，要获得较大的线性度负载不能太大。
《光电检测期末复习题》
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。
《光电检测期末复习题》（精品文档）
《光电检测期末复习题》（精品文档）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。
光电检测技术及应用复习
第1章 绪论1、物质、能量和信息是人类发展的三大基本要素。
2、物质是基础，世界是由物质组成的；能量是一切物质运动的动力；信息是客观世界与主观认识相结合的产物。
3、信息技术是一种综合技术，它包括四个基本内容：即感测技术、通信技术、人工智能与计算机技术以及控制技术。
4、感测技术：包括传感技术和测量技术以及遥感、遥测技术；通信技术：它的作用是传递、交换和分配信息，可以消除或克服空间上的限制，使人们能更有效地利用信息资源；人工智能与计算机技术：它使人们能更好地加工和再生信息；控制技术：它的作用是根据输入的指令，对信息状态实施干预。
5、在当今时代，信息技术还包括微电子信息技术、光电信息技术等。
核心是微电子信息技术。
光电信息技术是将电子学与光学浑然一体的技术，是光与电子转换及其应用的技术。
光电检测技术是光电信息技术的主要技术之一，是利用光电传感器实现各类检测，即将被测量转换成光通量，再将光通量转换成电量，并综合利用信息传送技术和信息处理技术，最后完成对各类物理量进行在线和自动检测。
6、差动测量法：调制盘的一半开通，另一半安装反射镜。
当调制盘转动时，一束光变成两束光，即21ΦΦ和是交替的。
将标准尺寸的工件放入工作位置，调整光楔，使21Φ=Φ，使微安表读数为“0”。
工件尺寸无误差时，21Φ=Φ；当工件尺寸变小时，21Φ>Φ；当工件尺寸变大时，21Φ<Φ。
7、相敏检波器的核心是一个乘法器和一个滤波器。
相敏检波器可以用来测幅，也可以用来测相，还可以将高频信号变成中频信号（只要使2121f f >=，θθ，就可得到差频信号）。
8、双光路测量可以消除杂散光、光源波动、温度变化和电源电压波动带来的测量误差，使测量精度和灵敏度大大提高。
9、（P206）锁相放大器：是一种对交变信号进行相敏检波的放大器。
它利用和被测信号有相同频率和相位关系的参考信号作为比较基准，只对被测信号本身和那些与参考信号同频（或倍频）、同相的噪声分量有响应。
光电技术期末复习总结
辐射度量 辐射能 辐射通量或 辐射功率 辐射照度 辐射出度 辐射强度 辐射亮度 符号 单位 光度量 光能 光通量 光照度 光出射度 发光强度 光亮度
光谱光视效率
符号
单位
Qe
Φe
J
W
QV
ΦV
lm • s
lm
lx = lm• m−2
lm • m −2
Ee
Me
W / m2
W / m2
W / sr
M e ,s , λ =
2 πc h
2
λ5 (e
hc λkT
− 1)
式中， 为波尔兹曼常数 为波尔兹曼常数； 为普朗克常数 为普朗克常数； 为 式中，k为波尔兹曼常数；h为普朗克常数；T为 绝对温度； 为真空中的光速 为真空中的光速。 绝对温度；c为真空中的光速。
(3)斯忒藩-波尔兹曼定律 (3)
光电池
最佳负载电阻
Ropt U m (0.6 ~ 0.7)U oc = = Im SΦe,λ
Um =(0.6~0.7)Uoc
负载电阻所获得的最大功率为 Pm= Im Um=(0.6~0.7)UocIp 光电池的最大光电转换效率
Pm ηm = = Φe (0.6 ~ 0.7)qU oc ∫ ληΦe,λ (1 - e -αd )dλ hc ∫ Φe,λ dλ
光生伏特效应是基于半导体PN结基础上的一种将光能 转换成电能的效应。当入射辐射作用在半导体PN结上产 生本征吸收时，价带中的光生空穴与导带中的光生电子 在PN结内建电场的作用下分开，形成光生伏特电压或光 生电流的现象。 光伏探测器与光电导 探测器的区别： 一，二，三
硅光电二极管
A.光电二极管的全电流方程 光电二极管的全电流方程
《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。
光电检测技术复习总结
3. 极微弱光信号的探测---光子计数的原理 如图所示：
如上图为光子计数器的原理图，当光子入射到光电探测器上时，倍增管的光阴极释放的电子在 管内电场作用下运动至阳极， 在阳极的负载电阻上出现光电子脉冲， 然后经处理把光信号从噪 声中以数字化的方式提取出来。 弱辐射信号是时间上离散的光子流， 因而检测器输出的是自然 离散化的电信号，采用脉冲放大、脉冲甄别和计数技术可以有效提高弱光探测的灵敏度。
2) 光敏电阻的分类：本征光敏电阻和掺杂光敏电阻； N 型半导体的光敏特性 较好，所以一般使用较多的就是 N 型半导体光敏电阻； 3. 光敏电阻应用电路---用光敏电阻设计一个光控电路组成分析： 如图所示就是一个光控开关的控制电路应用； 在图中， 是从 220V 高压接过来的电路， 所以电路可以分为两个部分， 第一部分： 电阻 R、 二极管 VD、 电容 C 组成的半波整流滤波电路；还有第二部分就是 光敏电阻、继电器 J、开关 组成的控制部分； ② 电路功能分析： 光照弱阻值大继电器 J 无法启动灯路电阻小，电流走灯路 灯亮了； 光照强阻值小电流都流过来了继电器 J 启动工作开关常闭了灯灭了 4. 习题： 4.1 光敏电阻有哪些优点：可靠性好 、体积小、灵敏度高、反应速度快、光谱特 性好 4.4 光敏电阻 R 与 Rl=2KΩ 的负载电阻串联后接于 Ub=12V 的直流电源上，无光 照时负载上的输出电压为 U1=20mv，有光照时负载上的输出电压 U2=2v， 求 （1）光敏电阻的暗电阻和亮电阻值； （2）若光敏电阻的光电导灵敏度 Sg=6*10^-6 s/lx，求光敏电阻所受的照度。 解:
n0
在如图所示的光纤传输示意图中，一束光 以 θ0 入射到端面，折射成θ1， 之后在纤 芯内以ψ1 的角度产生全反射，并且以相同的角度反复全反射向前传输，直至从光纤的 另一端射出，这就是光纤的传光原理； 图中的虚线表示入射角θ0 过大而不能产生全反射， 直接溢出了， 这叫光纤的漏光；