光电信息技术【期末考试】复习指南
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。
光电信息技术复习第二章
4 在发光二极管中，产生发光的是在
5 PN结光生伏特效应中，空穴集中在 6 发光二极管的工作条件是 。
。
。
7 在光照作用下，半导体的电导率增加的现象属于
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。
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ห้องสมุดไป่ตู้
3 温度特性
温度变化将改变激光器的输出光功率，有两个原因： 一是激光器的阈值电流随温度升高而增大， 二是量子效率随温度升高而减小。
5
发 射 光 功 率 P/m W
22℃ 4 3
50℃ 70℃
2
1 0 0 50 100 I /mA
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E2 hv 入射光hv=E2-E1 E2
自发辐射光 hv=E2-E1 E1
受激辐射光 hv=E2-E1 E1
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二、发光二极管的工作原理 利用正向偏置PN结中电子与空穴的复合自发辐射发光。 1. 光谱特性 发光的相对强度随波长的分布,它决定发光颜色。
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2.3 液晶显示器LCD
一、液晶显示原理
偏振片 TN排列盒 偏振片
入射光
光透过
(a) 未施加电压时
偏振片
TN排列盒
偏振片
入射光
光遮断
(b)施加电压时 图2.3.1-5 TN型显示方式的原理
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峰值波长由禁带宽度决定： λ=1.24/Eg
光电技术期末复习总结
EV
MV
Ie
Le
IV
LV
V (λ )
cd = lm • sr −1
cd •m−2
W /(m sr )
• 辐射度参数与光度参数的关系： 辐射度参数与光度参数的关系：
X v , λ = K m X e , λ V (λ )
式中，Km为人眼的明视觉最灵敏波长的 光度参量对辐射度参量的转换常数，其 值为683lm/W。
黑ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ发射的总辐射出射度
M e,s = ∫0 M e,s ,λ dλ = σT 4
式中，σ是斯特藩-波尔兹曼常数，它由下式决 5 4 定 2π k −8 −2 −4
σ =
15h c
3 2
∞
= 5.67 × 10 Wm K
黑体发射的总辐射出射度 Me,s与T的四次 的四次 方成正比 。
(4) 维恩位移定律
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)
能增加, 引起温度上升,从而导致材料与温度有关的某些 物理性质变化. 热效应与入射辐射的光子的性质无关, 即光电信号取决于入射辐射功率而与入射辐射的光谱成 份无关,即对光辐射的响应无波长选择性.
光电探测器的合理选择: 光电探测器的合理选择
在设计光电检测系统时,要根据测量要求比较各种探测器的主要 特性参数，选定最佳器件： • 根据待测光信号的大小，确定探测器能输出多大的电信号，即探 根据待测光信号的大小，确定探测器能输出多大的电信号， 测器的动态范围； 测器的动态范围； • 探测器的光谱响应范围是否与待测光信号的 相对光谱功率分布 一致，即探测器和光源的匹配； 一致，即探测器和光源的匹配； • 需要知道探测器的等效噪声功率，知道所产生电信号的信噪比； 需要知道探测器的等效噪声功率，知道所产生电信号的信噪比； • 当测量调制或脉冲信号时 要考虑探测器的响应时间或频率响应 当测量调制或脉冲信号时, 范围； 范围； • 测量光信号的幅值变化时，探测器输出信号的线性程 测量光信号的幅值变化时，探测器输出信号的线性程度。 此外，稳定性、测量精测量方式等。
光电信息技术期末考试
授课教师命题教师或命题负责人签字院系负责人签字年月日中国海洋大学命题专用纸（附页A）2007-2008学年第 2 学期试题名称：光电技术（B卷）共4 页第2 页图2中 国 海 洋 大 学 命 题 专 用 纸（附页C ）bca入射光一、单选题（12分，每题2分）1、B2、A3、B4、C5、D6、D二、多选题（10分，每题2分）1、CD2、ABC3、ABC4、ABC5、CD三、填空题(20分)1、（2分）0.1 ；2006、（3分）直接调制；模拟调制；数字调制4、（4分）电荷产生；电荷存储；电荷转移；电荷检测5、（2分）1.2202、（2分）17.1 lm/w7、（2分）正；负8、（3分）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9、（2分）0三、名词解释（6分）1、（3分）噪声等效功率：投射到探测器敏感元件上的辐射功率所产生的输出电压（或电流）正好等于探测器本身的噪声电压（或电流），则这个辐射功率就叫“噪声等效功率”。
或答：信号功率与噪声功率之比为1时，入射到探测器上的辐射通量（功率），称为噪声等效功率。
2、（3分）光伏效应：当光辐射到半导体上时，产生光生载流子，电势垒的内建电场将把电子与空穴分开，从而在势垒两侧形成电荷堆积，产生光生伏特效应，简称光伏效应。
四、简答题（18分）1、（7分）像管的主要功能是把不可见辐射（红外或紫外）图像或微弱光图像通过光电阴极和电子光学系统转换成可见光图像。
（2分）像管结构：光电变换部分（光电阴极）、电子光学部分（电子透镜）、电光变换部分（荧光屏）。
（3分）象管和摄象管的主要区别是，象管内部没有扫描机构，不能输出电视信号，对它的使用就跟使用望远镜去观察远处景物一样，观察者必须通过它来直接面对着景物。
（2分）2、（5分）（1）高的转换增益。
（2）良好的滤波性能。
（3）良好的空间和偏振鉴别能力。
（4）小的信噪比损失；有利于微弱光信号的探测。
（5）探测灵敏度高（或具有极限灵敏度）。
光电信息技术习题复习过程
中国海洋大学命题专用纸（附页A）2007-2008学年第 2 学期试题名称：光电技术（A卷）共 4 页第2 页中 国 海 洋 大 学 命 题 专 用 纸（附页B ）2007-2008学年第 2 学期 试题名称 ：光电技术（A 卷） 共4 页 第 3 页四、简答题（15分） 1、（5分）简述光电三极管的工作原理。
2、（5分）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。
3、（5分）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？五、计算分析题（34分）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 。
图1 图23、（7分）与象限探测器相比PSD 有什么特点？如何测试图中（如图2所示）光点A 偏离中心的位置？5、(8分)依据图3提供的结构和脉冲电压图说明CCD 电荷转移的过程。
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 装 订 线 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *321ΦΦΦt 1 t 2 t 3 t 4图3中国海洋大学命题专用纸（附页C）2007-2008学年第 2 学期试题名称：光电技术（A卷）共 4 页第4 页。
光电检测技术期末试卷试题大全复习资料
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。
光电信息技术导论复习提纲
光电信息技术导论复习提纲一名词解释：1.LD与LEDLD LD，镭射影碟、激光视盘，用于电视、电影和卡拉OK的双面视频光盘。
LED，发光二极管。
在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。
2. DWDM和CWDMDWDM，密集型光波复用，是一项用来在现有的光纤骨干网上提高带宽的激光技术。
CWDM，稀疏波分复用器，是一种面向城域网接入层的低成本WDM传输技术。
3.LCD、CRT和PDPLCD，液晶显示器。
CRT一种使用阴极射线管的显示器。
PDP，等离子显示板，是一种利用气体放电的显示技术。
4.PWM和FRCPWM，脉冲宽度调制，是对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。
FRC，动画专家，进一步提高电视画面动态清晰度。
D和JfETCCD，电荷耦合元件，能够把光学影像转化为数字信号。
JFET，N沟道(或P沟道)结型场效应管。
6.EDFA和FRAEDFA，掺饵光纤放大器。
FRA，高灵敏探测器。
7.OADM和OXCOADM，光分插复用器，在光域实现支路信号的分插和复用这样一种设备。
OXC，光交叉连接，是一种多功能OTN传输设备。
8.SDH和PDHSDH，同步数字体系，用于在物理传输网上传送经适配的净负荷。
PDH，准同步数字系列。
9.ICCTT和ITUCCITT，国际电报电话咨询委员会，是国际电信联盟（ITU）的常设机构之一。
ITU，国际电信联盟是联合国的一个专门机构。
10.SONET和STMSONET，同步光网络，是使用光纤进行数字化信息通信的一个标准。
STM，同步传送模块，STM是一种信息结构。
二、简答题11.产生激光的必要条件？1.受激幅射。
2.要形成激光，工作物质必须具有亚稳态能级。
3.在常温下，吸收多于发射。
4.有一个振荡腔。
5.使光子在腔中振荡一次产生的光子数比损耗掉的光子多得多。
12.激光医疗研究重点在哪？1.研究激光与生物组织间的作用关系；2.研究弱激光的细胞生物学效应及其作用机制；3深入开展有关光动力疗法机制、激光介入治疗、激光心血管成形术与心肌血管重建机制的研究，积极开拓其他新的激光医疗技术。
《光电复习提纲》PPT课件
结论：物体的光谱发射率总等于其光谱吸收比。即强 吸收体必然是强发射体。
普朗克辐射公式：黑体在绝对温度为T时、波长λ处的光
谱辐射出射度M ：e( B ,T )5e c 2 c /1 T 1 5e 2 h/ c k c 2 T h 1 斯蒂芬-玻尔兹曼常数，
1、掌握光敏电阻的原理及特性；
➢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 的现象叫做光电导效应。----光敏电阻
符号
暗电阻：光敏电阻在室温条件下，在全暗后经过一定时 间测量的电阻值。 暗电流：此时流过电阻的电流为暗电流。
亮电阻：光敏电阻在一定照度下的电阻值。 亮电流：此时流过电阻的电流为亮电流。
N2 N1
➢阳极：收集光电子。管内电压最高的地方。
第29页
光电倍增管的工作原理：
①光子透过入射窗口入射在光电阴极K上；
②光电阴极受光照激发，表面发射光电子；
③光电子被电子光学系统加速和聚焦后入射到第一倍增极 D1上，倍增极将发射出比入射电子数目更多的二次电子。 入射电子经N级倍增极倍增后，光电子数就放大N次。
L vd2 v/d dc So s
＝ dvI/dS cos
Mvdv/dS
Evቤተ መጻሕፍቲ ባይዱv/dA
•光度量只在可见光区（380－780nm)才有意义。
第3页
照度与距离平方反比定律：
点光源在传输方向上某点的照度与 该点到点光源距离的平方成反比。
E
dA
I r2
朗伯源：对于某些自身发射辐射的辐射源，其辐亮度与方 向无关，即辐射源各方向的辐亮度不变，这类辐射源称为 朗伯源，又称为余弦辐射体。
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1、光电发射效应：物体受到光照后向外发射电子的现象
原理：第一规律：入射光线的频谱成分不变，光电阴极的饱和光电发射电流Ik与被阴极所吸收的光通量ΦK成正比。
第二规律：发射出光电子的最大动能随入射光频率达的增高而线性地增大，而与入射光的光强无关
第三规律：光照射某一给东金属或物质时，无论光强度如何，如果入射光的频率小于这一金属的红限V0，就不会产生光电子发射
光电发射的瞬时性：
2、光导电效应：指固体受光照而改变电导率
原理：电导率正比于载流子浓度及其迁移率的乘积。
因此凡是能激发出载流子的入射光都能产生光电导。
入射光可使电子从价带激发到导带，因而同时增加电子和空穴的浓度，也可使电子跃迁发生在杂质能级与某一能带之间，因而增加电子和空穴的浓度，前者是本征光电导，后者是杂质光电导，都属于光电导。
3、光生伏特效应：指的是由光照引起电动势的现象
原理：在这些界面（PN结、金属和半导体接触界面、不同半导体材料制成的异质结界面、金属---绝缘体---半导体组成系统的界面）处存在着一个空间电荷区，其中有很强的电场，称为自建电场。
光照产生的电子空穴对，在自建电场作用下运动，就形成光生伏特效应。
4、热释电效应：指的是某些晶体的电极化强度随温度变化而释放表面吸附的部分电荷。
原理：在晶体表面上总电矩的正负端容易吸附异性电荷，当温度变化时，由于计划强度的改变而释放出表面吸附的部分电荷。
5、电磁感应调制基本原理
在激磁线圈中加入交变电流，则铁心两端产生交变磁场，在永磁铁作用下挡片产生左右摆动，对光束进行调整，其调制频率是激磁电流交变频率的两倍
6、磁光调制基本原理(采用磁光效应实现光偏振调制)
P39页
磁光效应指的是介质或者晶体在磁场作用下，其光学性质发生变化的各种现象。
7、掌握激光产生原理与条件，并能够推导出激光输出与谐振频率
产生条件：光增益和光反馈
产生原理：
8、掌握扭曲向列型液晶显示器与等离子显示器工作原理。
扭曲向列型液晶显示器工作原理：当对排列好的液晶盒施加电压时，从某一阀值电压Vth起，液晶分子的长轴开始向电场方向倾斜。
而且，施加电压大于2Vth时，大部分分子发生长轴与电场方向平行的再排列，90度的旋光性消失，在这种情况下，与没有施加电压的情况正好相反，使平行偏振片间的光透过，而使垂直偏振片间的光遮断、等离子显示器工作原理：在真空放电胞中封入放电气体，放电胞内壁涂覆的荧光体发红、绿、蓝三原色光。
对放电胞施加电压，放电胞中发生气体放电，产生等离子体，等离子体产生的紫外线照射荧光体，产生可见光。
9、掌握光电倍增管组成结构及工作原理。
光电倍增管组成：光窗、光电阴极、电子光学系统、电子倍增系统、阳极
工作原理：是利用二次电子发射现象制成的。
当高速电子打击金属表面，动能被金属吸收，改变了金属电子能量的状态，使有些电子从金属表面逸出。
当高速电子有足够大的速度时，由它产生的二次电子流很可能比它的一次电子流还大，这时任何一个一次电子不只从金属中放出一个电子，而是几个二次电子。
10、掌握电荷耦合器（CCD）组成与显示原理。
电荷耦合器组成：MOS光敏元、移位寄存器、电荷转移栅组成
显示原理：CCD可以把光信息转换成电脉冲信号，而且每个脉冲只反映一个光敏元的受光情况，脉冲幅度的高低反映该光敏元受光照的强弱，输出脉冲的顺序可以反映光敏元的位置，这样就起到了图像传感的作用。
11、掌握ROM光盘存储原理及批量生产工艺。
光盘是一种圆盘状的信息存储器件。
它利用受调制的细束激光改变盘面介质不同位置处的光学性质，记录下待存储的数据。
当用激光束照射介质表面时，依靠各信息点处光学特性的不同提取出被存信息。
批量生产工艺：是压制的，不是刻录的。
就是做一张金属母盘，用光盘压制机压制。
速度非常快，成本也很便宜。
但是金属母盘的成本很高，所以只适用于批量生产。
12、掌握四种基本的干涉仪工作原理，如MZ干涉仪、Sagnac干涉信等。
13、光纤种类与产生原因，并掌握光纤损耗存在的原因。
光纤分类：按光在光纤中的传输模式可分为：单模光纤和多模光纤
按最佳传输频率窗口分：常规型单模光纤和色散位移型单模光纤
按折射率分布情况分：阶跃折射率分布光纤和渐变折射率分布光纤光纤损耗存在原因：
光纤附加损耗
光纤的附加损耗一般由辐射损耗和应用损耗构成。
其中辐射损耗是由于光纤拉制工艺、光纤直径、椭圆度的波动、套塑层温度变化的胀缩和涂层低温收缩导致光纤微弯所致;应用损耗是由于光纤的张力、弯曲、挤压造成的宏弯和微弯所引起的损耗。
光纤结构不完善，如由光纤中有气泡、杂质，或者粗细不均匀，特别是芯-包层交界面不平滑等，光线传到这些地方时，就会有一部分光散射到各个方向，造成损耗。
这种损耗是可以想办法克服的，那就是
要改善光纤制造的工艺
光纤的散射损耗
光纤内部的散射，会减小传输的功率，产生损耗。
光纤材料在加热过程中，由于热骚动，使原子得到的压缩性不均匀，使物质的密度不均匀，进而使折射率不均匀。
这种不均匀在冷却过程中被固定下来，它的尺寸比光波波长要小。
光在传输时遇到这些比光波波长小，带有随机起伏的不均匀物质时，改变了传输方向，产生散射，引起损耗。
另外，光纤中含有的氧化物浓度不均匀以及掺杂不均匀也会引起散射，产生损耗。
光纤弯曲产生的辐射损耗
光纤是柔软的，可以弯曲，可是弯曲到一定程度后，光的传输途径发生改变。
由传输模转换为辐射模，使一部分光能渗透到包层中或穿过包层成为辐射模向外泄漏损失掉，从而产生损耗。
14、掌握直接探测与相干探测原理及相应的优缺点。
直接探测信号光直接入射到光电探测器的光敏面上，探测器只响应入射光辐射的强度，无论是相干光还是非相干光，其系统只能解调出由光强度调制所形成的信息，不涉及光辐射的相干性质，因而又称为非相干探测。
优点：
缺点：装置简单，光源必须为相干光源或非相干光源，只能探测光频率（光强）
相干探测.信号光和参考光同时入射到探测器的光敏面上，形成光的干涉图样，光电探测器响应两光束的干涉光场，其输出信号不仅与入射光波的强度（或振幅）有关，还与频率和相位等其他波动参数有关。
优点：探测能力强、转换增益高、信噪比高、滤波性好、稳定性和可靠性高
缺点：装置复杂，光源必须为相干光源。