光电显示技术

光电显示技术复习

第一章绪论

一、显示的概念:对信息的表示。

二、名词翻译:

LED 发光二极管(light emitting diode)

LCD 液晶显示器(liquid crystal display)

CRT 阴极射线管(cathode ray tube)

ITO纳米铟锡氧化物（Indium Tin Oxide ）

TFT-LCD薄膜晶体管液晶显示器（Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display）

OLED有机发光二极管（Organic Light Emitting Diode）

PDP等离子显示器(Plasma display panel)

三、光电显示器件分类:

(1)直观型:把显示设备上出现的视觉信息直接观看的方式称为直观型

电子束型：采用适当的电路控制真空管内的电子束，使其在荧光屏上激发

荧光粉发光形成图像或文字。CRT

平板型：厚度小于显示屏对角线尺寸的1/4,如LCD，PDP。优点是使用上

方便，大型、小型、微型都很适用可在有限面积上容纳最大信息

量，且适于大批量生产。

数码显示器件：小型电子设备中显示0~9或A~Z的显示器件。LED，体

积小，耗电少。

(2)投影型:由显示设备或者光控装置所产生的比较小的光信息经过一定的光学系统放大投射到大屏幕后收看的方式称为投影型。

前投式：类似电影，用于公共场合。

背投式：从投射光反方向观看屏幕透射光，适于家用。

(3)空间成像型:采用某种光学手段在空间形成可供观看的方式。

主动发光型

被动显示型LCD

四、光的基本特性

(1)光通量：Φ（lm）单位时间发出的光量。

(2)光照度：E（lx=lm/m2）单位受光面积上所接受的光通量。

E=dΦ/dS

(3)发光强度：I（cd=lm/sr）光源在给定方向的单位立体角辐射的光通量。 I=dΦ/dω

(4)亮度：L（cd/m2）垂直于传播方向单位面积上的发光强度。

L=dΦ/(dS*cosθ*dω)

五、三基色原理

三基色：红绿蓝

混合：红+绿=黄；绿+蓝=青；红+蓝=紫；红+绿+蓝=白

六、显示器的主要性能指标

(1)像素:构成图像的最小面积。

(2)亮度:从给定方向上观察的任意表面的单位投影面积上的发光强度。

(3)亮度均匀性:反映显示器件在不同展示区域所产生的亮度的均匀性。

(4)对比度和灰度

对比度:画面上最大亮度和最小亮度之比。

灰度:画面上亮度的等级差别。

(5)分辨率:单位面积像素的数量。

(6)清晰度和分辨力

清晰度:人眼能察觉到的图像细节清晰的程度。用光栅高度（帧高）范围内能分辨的等宽度黑白条纹（对比度为100%）数目或电视扫描行数来表示。（如果在竖直方向能分辨250对黑白条纹，就称垂直清晰度为500线）。

分辨力：人眼观察图像清晰程度的标志。用图像小投影点的个数表示（如800*600表示600条线，每条线800个投影点）

（7）发光颜色：可用发射谱线或显示光谱的峰值及带宽或用色度坐标表示。显示器件的颜色显示能力，包括颜色的种类、层次和范围。（全真彩色色，红绿蓝各256灰度级，256*256*256=≈16M）

（8）余辉时间：荧光粉的发光，从电子轰击停止后起到亮度减小到电子轰击时稳定亮度的1/10所经历的时间。

（9）解析度：图片在1英寸长度上小投影点的数量，分为水平解析度和垂直解析度。解析度越高，图像越清晰。

（10）收看距离：收看距离可以用绝对值表示，也可以用与画面高度H的比值表示。电视2m

（11）周围光线环境：观看者所在的水平照度及照明装置。

（12）图像的数据率：一定时间内，一定速度下，显示系统能将多少单元的信息转换成图形或文字并显示出来。单位bps=bit/s

第二章阴极射线管显示技术（CRT，cathode ray tube）一、CRT显示器的基本结构和工作原理

（1）CRT显像管

①电子枪（核心）：产生高速电子束，以轰击荧光屏上的荧光粉发光。

②偏转线圈：分水平偏转线圈和垂直偏转线圈，使高速电子束发生偏移。

③荫罩：和玻壳，电子枪是彩色显像管的三大部件。选色电极，作用是令电子束轰击特定的荧光体。。

④荧光粉层：被高速电子轰击，荧光粉的分子受激发光，有余辉特性。

⑤玻璃外壳：透明性高，能耐受真空并能吸收从内部发射的X射线。（2）工作原理

经典的CRT显像管使用电子枪发射高速电子，经过垂直和水平的偏转线圈控制高速电子的偏转角度，最后高速电子轰击屏幕上的磷光物质使其发光。通过电压调节电子枪发射电子束的功率，就会在屏幕上形成明暗不同的光点，形成各种图案和文字。

注：黑白和彩色CRT的最大区别是有无荫罩。

二、扫描方式：（大题）

（1）文字几图像都是由像素点构成的，使这些点顺次显示的方法称为扫描。

（2）光栅扫描方式：由扫描产生的水平线称为扫描线，垂直方向上从左上向右下。

顺序扫描（逐行扫描）

隔行扫描（飞越扫描）把一帧画分成两场扫描，第二场扫描偶

顺序扫描方式隔行扫描方式

行扫描

1 3 5 7

2 4 6 1

奇数场偶数场

隔行扫描方式描述:把一帧画面分成两场来扫描，第一场扫描基数行，第二场扫描偶数行，如图二。在第七行扫过一半时，基数场扫描结束，偶数场扫描开始。故第七行的后一半挪到偶数场开始时扫描，这样就会在光栅上端的中点开始结果使偶数行正好插在奇数行之间，两场组成了一幅完整光栅。如图三要实现各行扫描，就应该保证偶数场的扫描行准确地插在奇数场的扫描行之间，否则就会出现并行现象，使图像质量下降。背

三、点距和栅距

１、点距（孔状荫罩式显像管）

（１）定义：荧光屏上两个邻近的同色荧光点的直线距离，即两个红色（绿蓝）像素单元之间的距离。单位：mm

（２）点距越小，显示器显示图形越清晰细腻。常见显示器点距：。

（3）用显示区域的宽和高分别除以点距，可得显示器的垂直方向和水平方向最多可显示的点距。

2、栅距（阴栅式显像管）

（1）定义：磷光栅条之间的距离。常见：。（无像素）

（2）优点：使用多年不变形，画质不下降；透过更多的光线，高亮度和对比度，图像色彩鲜艳、逼真、自然。

四、视频带宽

1、定义：每秒钟电子枪扫描过图像点的个数，以MHz为单位。

2、带宽越高，显示器电路可以处理的频率范围越大，显示器性能越好。高的带宽能处理更高的频率，信号失真越小，显示的图像质量越好，反映了显示器的解像能力。

3、计算方法：带宽=垂直刷新率×（垂直分辨率÷）×（水平分辨率÷）=水平分辨率×垂直分辨率×垂直刷新率×目测不考

第三章液晶显示器(LCD,liquid Crystal display)

一、液晶

在某一温度范围内，从外观上看属于具有流动性的液体，同时又具有光学双折射性的晶体。

液晶是白色浑浊的黏性液体，分子形状为棒状。

二、液晶的晶相:向列相，胆甾相，近晶相

(1)向列相：（丝状相）最为广泛

分子重心杂乱无序，可在三维范围内移动可流动性

长轴近似平行单轴正性，介电各向异性（外加电场可改变排列状态）

优点：黏度小、富于流动性、对外界作用相当敏感。

zai

(2)胆甾相：（螺旋相）

可看作由向列相平面重叠而成，一个平面内分子互相平行，逐次平面的分子方向成螺旋式。单轴负性

向列相液晶与胆甾相液晶可以互相转换（加旋光材料或消旋光材料）。 (3)近晶相：（层状相、脂状相）

? 指向矢：表示液晶分子的平均排列方向 n

Cholesteric 相液晶的分子排列。

分子分层排列，层内电子互相平行。

高度有序，黏度大，分子不宜转动，响应速度慢，不宜作显示器件。

三、液晶的分类

(1)热致液晶:把某些有机物加热熔解，由于加热破坏了结晶晶格，形成的液晶称为热致液晶。

热致液晶在一定的温度范围内才呈液晶态，这一温度范围称液晶的相温度。低于其下限为晶体，高于其上限为透明液体。目前液晶显示器件中都采用热致液晶。

(2)溶致液晶:有些材料在溶剂中，处于一定的浓度区间时产生液晶，称溶致液晶。

四、液晶的特点

低压微功耗平板型结构被动显示型④显示信息量大

⑤易于彩色化⑥无电磁辐射⑦寿命长

五、电光效应

液晶分子在某种排列状态下，通过施加电场，将向着其他排列状态变化，液晶的化学性质也随之变化，称液晶的电气光学效应，简称电光效应。

五、构造(图，大题)、显像原理

典型LED结构截面 LED显像原理

（1）结构：（方便记忆）

将设有透明电极的两块玻璃基板用环氧类黏合剂以4～6m间隙进行封合，并把液晶封入其中而成，与液晶相接的玻璃基板表面有使液晶分子取向的膜，一侧玻璃基板内面与像素相对应，设有三基色彩色滤光片。

（2）液晶的物理性质：通电时导通，排列有序，使光线容易通过。

（3）显示原理：

液晶本身不发光，故在显示屏两边都设有作为光源的灯管，而在液晶显示屏背面有一块背光板和反光膜。背光板提供均匀的背景光源。背光板发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万水晶液滴的液晶层。液晶层中

的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。在玻璃板与液晶材料之间有透明电极，电极分为行和列，在行与列的交叉点上，通过改变电压而改变液晶的旋光状态，液晶材料的作用类似于一个个小的光阀。在液晶材料周边是控制电路部分和驱动电路部分。

LCD 是把液晶灌入两个列有细槽的平面之间。这两个平面上的槽互相垂直（相交成90°）。而位于两个平面之间的分子被强迫进入一种90°扭转的状态。由于光线顺着分子的排列方向传播，所以光线经过液晶时也被扭转90°。此时，由于液晶前后的两块偏振片方向垂直，所以正好光可以透过。

但当液晶上加一个电压时，分子便会重新垂直排列，使光线能直射出去，而不发生任何扭转。因为偏振方向垂直，此时光线正好无法通过第二块偏振片，处于光线阻断状态。

六、驱动方式

静态，动态，有源矩阵，光束扫描

七、分类

（1）扭曲向列型（TN ）90° （2）超扭曲向列型（STN ）180°

（3）薄膜晶体管型（TFT ，thin film transistor ）

第四章发光二极管显示技术(LED,light emitting diode)

一、发光效率

e i c

ηηηη=

i η为 PN

结少子的注入效率，

c η为在势垒区少子与多子的复合效率，e η为外部出光效率二、结构没有找见三、驱动

(1)直流驱动：阻、容降压，加一个稳压二极管，向LED 供电。

(2)恒流驱动：驱动LED 的正向电流（恒流源）值相同时，各LED 的发光强度就比较相近。晶体管的输出特性具有恒流性质，故可用晶体管来驱动LED 。

(3)脉冲驱动：利用人眼的视觉暂留特性，采用数字脉冲反复开关LED 驱动器的方法就是脉宽调制驱动法。

调光方式：系统只要改变数字式脉冲宽度，即可改变输出电流，从而调

节LED 的亮度。

优点：可提供高质量白光、应用简单、效率高。缺点：电磁干扰。

(4)串行传输和并行传输:目前广为采用的主要为串行控制技术。

并行数据传输: 多个数据位同时在设备之间传输。几位二进制数就需要几个通道。

串行数据传输:每个时钟仅传送一位数据。只有一个二进制数传输通道。 (5)γ校正技术：对色度曲线的选择。

分为模拟校正和数字校正。对于线性关系， γ=1。

Glass Substrate 玻璃衬

底

ITO 纳米铟

锡金属氧化

物 EML Cathode 阴极

HTL 空穴传输层 Light out

双层结构

Glass Substrate ITO EML 网元管理层(Element Management Layer

Cathode

ETL 电子传输层双层结构

Light out

四、有机发光二极管（OLED ，organic light emitting diode ）自发光

(1)分类及特点

小分子聚合物LED （有机染料和颜料为发光材料）

原理：阴极注入电子，阳极注入空穴，在有机层内传输。第一层：传输层：电子空穴的复合，激发发光层中的分子产生单重态激子，辐射跃迁而发光。

高分子聚合物LED （共轭高分子为发光材料）（2）OLED 基本结构（大题） EML 是什么双层器件结构

双层有机膜结构，

有效地解决电子和空穴的复合区远离电极和平衡载流子注入速率问题，使有机EL （电致发光）的研究进入了一个新阶段。他们的器件结构也叫DL-A 型双层结构。

主要特点: 发光层材料具有电子传输性，需要加入一层空穴传输材料去调节空穴和电子注入到发光层的速率，这层空穴传输材料还起着阻挡电子的作用，使注入的电子和空穴在发光层处发生复合。

DL-A 型双层EL 器件结构图 DL-B 型双层EL 器件结构图

如果发光层材料具有空穴传输性质，就需要使用DL-B 型双层结构，即需要加入电子传输层以调节载流子的注入速率，使注入的电子和空穴是在发光层处复合。

三层器件结构

由空穴传输层（HTL ）、电子传输层（ETL ）和将电能转化成光能的发光层组

Glass Substrate ITO EML Cathode Light out HTL ETL 三层结构

成。HTL负责调节空穴的注入速度和注入量, ETL负责调节电子的注入速度和注入量。

优点:

使三层功能层各行其职，对于选择材料和优化器件结构性能十分方便，是目前有机EL器件中最常采用的器件结构之一。

第五章等离子显示技术(PDP，Plasma display panel)一、等离子体:

由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，是物质存在的第四态。

二、显示原理

1、发光过程(图见P83)

（1）预备放电：给扫描/维持电极和维持电极之间加上电压，使单元内的气体开始电离，形成放电的条件。

（2）开始放电：接着给数据电极与扫描/维持电极之间加上电压，单元内的离子开始放电。

（3）放电发光与维持发光：去掉数据电极上的电压，给扫描/维持电极和维持电极之间加上交流电压，使单元内形成连续放电，从而可以维持发光。

（4）消去放电：去掉加到扫描/维持电极之间的交流信号，在单元内变成弱的放电状态，等待下一个帧周期放电发光的激励信号。

2、两种实现彩色显示的交流 PDP结构（大题）

（1）对向放电式

可见光可见光

对向放电式表面放电式两个电极分别做在相对放置的底板上，这种结构放电时荧光粉受离子轰击会使发光性能变差，因此难以实现实用的彩色显示，同时，荧光粉淀积在MgO绝缘层上也使驱动电压不稳定。

（2）表面放电式：表面放电式结构避免了上述缺点，显示电极位于同一侧的底板上，放电也在同侧电极间进行。

三、特点

（1）高亮度和对比度

（2）纯平面图像无扭曲

（3）超薄设计，超宽视角。

（4）具有齐全的输入接口，可以驳市面上几乎所有的信号源。

（5）良好的防电磁干扰功能。

（6）环保无辐射

（7）散热性能好，低噪声。

（8）采用电子寻址方式，图像失真小

（9）采用帧驱动方式，消除了行间闪烁和图像大面积闪烁。

（10）图像惰性小，重显高速运动物体不会产生拖尾等缺陷。

四、性能指标

等离子显示器件的性能指标主要指它的空间分辨率，颜色分辨率和扫描频率。

空间分辨率：用像素点的大小或水平与垂直方向像素点的乘积表示。42英寸分辨率应达到1024*768.

颜色分辨率：每一个像素点应该有多少种颜色，由一个像素点的二进制的位数决定。

扫描频率必须要达到一定的值才不会闪烁。

PDP的使用注意事项（不要求）

（1）PDP的表面玻璃不能承受太大或太小大气压力，更不能有意外重压。

（2）发热量大，PDP彩电的背板上装有多组风扇用于散热，注意使用环境。

（3）发光发热元件向外辐射使得不能在机内解决接收电视节目信号，对输入的视频信号接线要求较高。

五、子场驱动技术

PDP单元的状态只有两种，要么“点亮”要么“熄火”，PDP要实现灰度显示时就需要采用特殊的方法——子场驱动法。

把一个显示场分为 n 个子场，每一子场维持时间不同，产生不同的亮度。不同子场的组合产生不同亮度的积分效应，在视网膜上感受到辐射不同的强度。某一单元的亮度由各子场维持显示时间的组合确定。

各子场内的维持时间有一定的关系，以256级灰度为例，各子场维持时间之比采用二进制方式，如1:2:4:8:16:32:64:l28，只需8个子场分割就可以实现一个视场的256级灰度显示。一个彩色像素有R、G、B三基色放电单元，每一单元的基色都可产生 256 级不同的亮度，故一个彩色像素共可表现出 2563 种颜色，约为1677万种不同色彩。

P88 图子场的3个阶段示意图

一子场维持结束后进入下一子场，重复上述过程，直至该场约束。

上述每子场先进行选址然后全子场同时进入维持的方式、选址占用了大量的时间，使用于维持的时间减少，不利于实现高亮度显示，这是要对ADS 工作方式进行改进的原因之一。

以640×480彩色像素的彩色PDP实现256级灰度为例，一个电视场在时间内分为8个子场，每一子场先进行逐行扫描选址，每行的扫描时间约为3μs，在此时间内，根据图像数据由A，Y电极对该行单元进行选址。全屏所有的行均选址完后，同时进行维持放电。

第六章激光显示技术（LDT,Laser display technology）一、电光调制

电光调制的物理基础是光电效应。光电效应是指物质的折射率因外加电场而发生变化的一种效应。可做成光调制器件、光偏转器件和电光滤波器件。

线性光电效应（普克尔Pockel效应）：折射率随外加电场呈线性变

化。

分类

二次光电效应：（科尔Kerr效应）：折射率随外加电场平方成比例变化。

二、声光调制

超声波是一种弹性波，在介质中传播时，引起介质疏密程度交替变化，折射率也发生变化。

所以超声波可看成是超声光栅，光栅常数等于声波波长。

入射光进入介质时被光栅衍射，且衍射光的强度、频率、方向都受超声场影响。即为声光调制的原理。

三、优点

（1）高方向性和空间相干性

（2）高单色性和时间相干性

（3）高亮度和光子简并度

第八章大屏幕显示技术

一、途径

（1）采用单元显示器件按矩阵排布构成大屏幕显示。

（2）将直视型或背投式显示器按纵、横矩阵排列构成多影像系统，或称“电视拼接墙”，简称“电视墙”。

二、要求

（1）图像亮度：图像浅显，层次分明，优美逼真。

（2）保证足够的图像对比度和灰度等级：一般有30：1的对比度。

（3）清晰度：用分辨力表示，分辨力越高，大屏幕图像越清晰。

三、多媒体大屏幕显示墙（HDTV，High Definition Television）

(1)组成

普通电视输入变换部分；计算机信号线输入变换部分；低压差分信号电平转换电路；HDTV信号分割器。

(2)关键技术

①HDTV信号分割技术

从输入端到处理终端采用全数字处理，所达到的信噪比和清晰度显著优于用模拟方法连接的系统。

②可编程逻辑器件

整个系统的控制核心。

③VGA→HDTV数字变换技术

采用DSP技术，将计算机信号VGA、SVGA、XGA变换成HDTV的１９２０×１０８０格式显示，克服变换成PAL制或NTSC制显示带来的清晰度严重下降问题解决普通背投式电视机不能显示计算机信号的问题。

④普通电视逐行扫描变换技术

⑤大屏幕拼接处理器技术（电视墙控制技术）

功能是将一个完整的图像信号划分成N块后分给N个视频显示单元，用多个普通视频显示单元组成一个超大屏幕动态图象显示屏。

⑥拼接控制技术

大屏幕墙的拼接系统：大屏幕投影墙、投影机阵列、控制系统。

拼接控制技术：硬件拼接技术、软件拼接技术、硬件与软件相结合的拼接技术。

光电检测总结

第一章概论 1.检测技术的概念与分类。定义：确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作检测技术分类按工作原理：机械式阻抗式电量式光电式辐射式按工作方式：接触式，非接触式按工作物质：电量式，非电量式 2.光电检测技术特点，光电检测系统组成。特点：光电检测技术以激光、红外、光纤等现代光电器件为基础，通过对载有被检测光学变换电路处理第二章基础知识电磁波谱图

i o V P V S 光谱光视效率函数器件的基本特性参数响应特性噪声特性量子效率线性度工作温度一、响应特性１．响应度（或称灵敏度）：是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。响应度是随入射光波长变化而变化的响应度分电压响应率和电流响应率电压响应率：光电探测器件输出电压与入射光功率之比电流响应率：光电探测器件输出电流与入射光功率之比２．光谱响应度：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．４．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. 上升时间：入射光照射到光电探测器后，光电探测器输出上升到稳定值所需要的时间。下降时间：入射光遮断后，光电探测器输出下降到稳定值所需要的时间。５．频率响应：光电探测器的响应随入射光的调制频率而变化的特性称为频率响应

二、噪声特性在一定波长的光照下光电探测器输出的电信号并不是平直的，而是在平均值上下随机地起伏，它实质上就是物理量围绕其平均值的涨落现象用均方噪声来表示噪声值大小噪声的分类及性质外部干扰噪声:人为干扰噪声的和自然干扰噪声。人为干扰：电子设备的干扰噪声。如焦距测量仪在日光灯下，人的走动对干涉仪的光程影响。自然干扰：雷电、太阳等。如光电导盲器在太阳下内部噪声:人为噪声和固有噪声两类。人为噪声：如工频交流电（50Hz)、测试仪器的散热风扇引起的光路变化。固有噪声：散粒噪声、热噪声、产生-复合噪声、1/f噪声、温度噪声光电探测器常见的噪声热噪声：载流子无规则的热运动造成的噪声。热噪声存在于任何电阻中，热噪声与温度成正比，与频率无关，热噪声又称为白噪声。散粒噪声：入射到光探测器表面的光子是随机的，光电子从光电阴极表面逸出是随机的，PN结中通过结区的载流子数也是随机的。散粒噪声也是白噪声，与频率无关。散粒噪声是光电探测器的固有特性，对大多数光

光电检测技术试题及答案

光电检测技术试题及答案光电检测技术试题及答案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NEP 2、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?

光电检测技术——棱镜式光谱仪原理

第十二章光谱检测原理及应用（光谱学与光谱分析）光谱仪器是光电仪器的重要组成部分。它是用光学原理，对物质的结构和成份等进行测量、分析和处理的基本设备，具有分析精度高、测量范围大，速度快等优点。它广泛应用于冶金、地质、石油、化工、医药卫生、环境保护等部门；也是军事侦察、宇宙探索、资源和水文探测等必不可少的遥感设备。 §12—1 棱镜式光谱仪原理一．光谱棱镜的分光原理 1．棱镜色散公式 1665年牛顿发现了光的色散现象，他令一束平行的白光通过一块玻璃棱镜，在棱镜后的屏幕上得到一条彩色光带。这就是最原始的色散模型。如图12－1所示是通光棱镜主截面的光路图。它是一个顶角为α的等腰三角形棱镜。光束的入射方向和出射方向的夹角θ为偏向角。折射定律为 n 0Sini 1=n Sini 1' n 0Sini 2'= n Sini 2 如果棱镜置于空气中，n 0≈1，则（1 Sini 1=n Sini 1' Sini 2'= n Sini 2 ----------(2) 如图可见 α= i 1'+ i 2 ----------(3) θ=（i 1- i 1'）+（i 2'- i 2） = i 1+ i 2'-( i 1'+ i 2) = i 1+ i 2'-α ----------(4) 将折射角与入射角的关系式（2）代入上式得 αθ-+=)sin arcsin(21i n i αα-??? ? ????????-+=)sin 1arcsin(sin arcsin 11i n n i ----------(5) 由（5）式可见，对于α角已定的光谱棱镜，当入射角i 1不变时，偏向角θ是折射率n 的函数。又因为n 是波长λ的函数，所以θ随波长的不同而不同。一束白光经棱镜后，各波图12－1

光电显示技术期末复习资料

光电显示技术期末复习资料第一章绪论 (2) 1、光电显示器件有哪些分类？ (3) 2、表征显示器件的主要性能指标有哪些? (3) 3、简述色彩再现原理。 (3) 4、人眼的视觉特性 (3) 5、简述人眼的视觉原理。 (4) 第二章液晶显示技术（LCD） (4) 1、简述液晶的种类与特点。 (4) 2、简述热致液晶分类和特点。 (5) 3、试述液晶显示器的特点。 (5) 4、什么是液晶的电光效应？ (5) 5、LCD显示产生交叉效应的原因是什么? 用什么方法克服交叉效应? (5) 6、液晶有哪些主要的物理特性？ (5) 7、简述TFT-LCD的工作原理。 (6) 8、简述TN-LCD的基本结构及工作原理。 (6) 9、液晶显示器驱动方法有哪几种方式？ (7) 10、液晶显示控制器有哪些特性？ (7) 11、自然光和偏振光的区别是什么？简述偏振光的分类及线偏振光的特点。 (7) 12、LCD结构和显示原理。 (7) 第四章发光二极管LED和有机发光二极管OLED显示技术 (10) 1、简述有机发光二极管显示器发光过程。 (10) 2、以ITO阳极－空穴传输层－发光层－电子传输层－金属阴极结构OLED为例说明每一功能层的作用，并简述其工作原理。 (10) 3、简述影响OLED发光效率的主要因素和提高发光效率的措施。 (11) 4、OLED如何实现彩色显示? (11) 5、简述LED工作原理。 (11) 6、简述LED驱动方式。 (12) 7、OLED的结构与工作原理。 (12) 8、OLED的特点有哪些？ (12) 第六章激光显示技术（LDT） (12) 1、激光具有哪些特性？ (13) 2、激光用于显示具有哪些优势？ (13) 第七章新型光电显示技术 (13) 1、场致发射显示（FED）结构及工作原理 (13) 2、真空荧光显示器（VFD）结构及工作原理 (14) 第八章大屏幕显示技术 (14) 1、DLP特点及工作原理 (14) 2、LCOS特点及工作原理 (15)

光电检测技术

光电检测技术总结经过一学期的光电检测技术课程的学习，我们大致上了解了光电检测技术有许多方面的知识，按照传感器、转换电路、检测装置划分排列。接下来我们来仔细探讨一下究竟有什么值得我们学习的。首先是光电技术的定义。何为光电技术？光电检测技术是以激光、红外、光纤等现代光电子器件作为基础，通过对被检测物体的光辐射，经光电检测器接收光辐射并转换为电信号，由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用信息，或进入计算机处理，最终显示输出所需要的检测物理参数。其中检测和测量有一些不同的地方：检测：通过一定的物理方式，分辨出被测参量并归属到某一范围带，以此来判别被测参数是否合格或是否存在。测量：将被测的未知量与同性质的标准量比较，确定被测量对标准量的倍数，并通过数字表示出这个倍数的过程。而光电检测技术的应用存在在生活中的每一个部分。比如人的视觉功能，人眼是一个直径为23mm的近似球体，眼球前方横径为11mm的透明角膜具有屈光作用，角膜后的虹膜中央有称为瞳孔的圆孔，它可以扩大或缩小以调节进入眼球的光亮。虹膜后的水晶体相当于光学系统中的透镜，其直径为9mm。在眼球的后方有视网膜，这是光学细胞和杆状细胞，它们和视网膜上的其他细胞组成的微小感光单元。这些感光单元接收光刺激后转化为神经冲动，经视神经传导到大脑的高级视觉中枢，从而产生亮度和彩色的感觉，同时也形成有关物体状和大小的判断。因此，人眼是一个高灵敏度、高分辨率和极为复杂而精巧的光传感器。正好光学仪器是人眼的视觉扩展，通过利用光辐射的各种现象和特性，摄取信息实现控制的有力工具，它是人类视觉参与下才能工作的。光学仪器一共在人类视觉上做出了以下的扩展：1、时间上扩展，可以通过摄像机记录过去的样子；2、空间上的扩展，通过地球卫星观看世界个地的样貌；3、识别能力的扩展，通过放大镜和显微镜我们能够观测到人眼看不见的细微东西。光电检测系统由哪些东西组成？典型的光电仪器包括了精密机械、光学系统、光电信号传感器、电信号处理器和运算控制计算机以及输出显示设备等环节。各种环节分别实现各自的职能，组成光、机、电的综合系统。一个典型的光电检测系统的组成由辐射源开始，依次为传输媒质、检测目标、光学系统、光点检测器件、信息处理、输出设备。其中辐射源通过传输媒质由对象空间进入到光电系统。

光电检测技术知识点

1、光电效应应按部位不同分为内光电效应和外光电效应，内光电效应包括（光电导）和（光生伏特效应）。 2、真空光电器件是一种基于（外光电）效应的器件，它包括（光电管）和（光电倍增管）。结构特点是有一个真空管，其他元件都放在真空管中 3、光电导器件是基于半导体材料的（光电导）效应制成的，最典型的光电导器件是（光敏电阻）。 4、硅光电二极管在反偏置条件下的工作模式为（光电导），在零偏置条件下的工作模式为（光生伏特模式）。 5、变象管是一种能把各种（不可见）辐射图像转换成为可见光图像的真空光电成像器件。 6、固体成像器件（CCD）主要有两大类，一类是电荷耦合器件（CCD），另一类是（SSPD）。CCD电荷转移通道主要有：一是SCCD（表面沟道电荷耦合器件）是电荷包存储在半导体与绝缘体之间的界面，并沿界面传输；二是BCCD称为体内沟道或埋沟道电荷耦合器件，电荷包存储在离半导体表面一定深度的体内，并沿着半导体内一定方向传输 7、光电技术室（光子技术）和（电子技术）相结合而形成的一门技术。 8、场致发光有（粉末、薄膜和结型三种形态。 9、常用的光电阴极有正电子亲合势光电阴极（PEA）和负电子亲合势光电阴极（NEA），正电子亲和势材料光电阴极有哪些（Ag-O-Cs,单碱锑化物，多碱锑化物）。 10、根据衬底材料的不同，硅光电二极管可分为（2DU）型和（2CU）型两种。 11、像增强器是一种能把微弱图像增强到可以使人眼直接观察的真空光电成像器件，因此也称为（微光管）。 12、光导纤维简称光纤，光纤有（纤芯）、（包层）及（外套）组成。 13、光源按光波在时间，空间上的相位特征可分为（相干）和（非相干）光源。 14、光纤的色散有材料色散、（波导色散）和（多模色散）。 15、光纤面板按传像性能分为（普通OFP）、（变放大率的锥形OFP）和（传递倒像的扭像器）。 16、光纤的数值孔径表达式为，它是光纤的一个基本参数、它反映了光纤的（集光）能力，决定了能被传播的光束的半孔径角 17、真空光电器件是基于（外光电）效应的光电探测器，他的结构特点是有一个（真空管），其他元件都置于（真空管）。

光电显示技术实验讲义

实验一有机发光器件（OLED）参数测量一、实验目的： 1.了解有机发光显示器件的工作原理及相关特性； 2.掌握OLED性能参数的测量方法；二、实验原理简介： 1979年，柯达公司华裔科学家邓青云（Dr. C. W. Tang）博士发现黑暗中的有机蓄电池在发光，对有机发光器件的研究由此开始，邓博士被誉为OLED之父。 OLED (Organic Light Emitting Display，中文名有机发光显示器）是指有机半导体材料和发光材料在电场驱动下，通过载流子注入和复合导致发光的现象。OLED用ITO透明电极和金属电极分别作为器件的阳极和阴极，在一定电压驱动下，电子和空穴分别从阴极和阳极注入到电子和空穴传输层，电子和空穴分别经过电子和空穴传输层迁移到发光层，并在发光层中相遇，形成激子并使发光分子激发，后者经过辐射弛豫而发出可见光。辐射光可从ITO一侧观察到，金属电极膜同时也起了反射层的作用。图1：OLED结构示意图与LCD相比，OLED具有主动发光，无视角问题，重量轻，厚度小，高亮度，高发光效率，发光材料丰富，易实现彩色显示，响应速度快，动态画面质量高，使用温度范围广，可实现柔软显示，工艺简单，成本低，抗震能力强等一系列的优点。如果一个有机层用两个不同的有机层来代替，就可以取得更好的效果：当正极的边界层供应载流子时，负极一侧非常适合输送电子，载流子在两个有机层中间通过时，会受到阻隔，直至会出现反方向运动的载流子，这样，效率就明显提高了。很薄的边界层重新结合后，产生细小的亮点，就能发光。如果有三个有机层，分别用于输送电子、输送载流子和发光，效率就会更高。

为提高电子的注入效率，OLED阴极材料的功函数需尽可能的低，功函数越低，发光亮度越高，使用寿命越长。可以使用Ag 、Al 、Li 、Mg 、Ca 、In等单层金属阴极，也可以将性质活泼的低功函数金属和化学性能较稳定的高功函数金属一起蒸发形成合金阴极。如Mg: Ag（10: 1），Li:Al (0.6%Li)，功函数分别为3.7eV和3.2eV，合金阴极可以提高器件的量子效率和稳定性，同时能在有机膜上形成稳定坚固的金属薄膜。此外还有层状阴极和掺杂复合型电极。层状阴极由一层极薄的绝缘材料如LiF, Li2O，MgO，Al2O3等和外面一层较厚的Al组成，其电子注入性能较纯Al电极高，可得到更高的发光效率和更好的I-V特性曲线。掺杂复合型电极将掺杂有低功函数金属的有机层夹在阴极和有机发光层之间，可大大改善器件性能，其典型器件是ITO/NPD/AlQ/AlQ（Li）/Al，最大亮度可达30000Cd/m2，如无掺Li层器件，亮度为3400Cd/m2。为提高空穴的注入效率，要求阳极的功函数尽可能高。作为显示器件还要求阳极透明，一般采用的有Au、透明导电聚合物（如聚苯胺）和ITO导电玻璃，常用ITO玻璃。载流子输送层主要是空穴输送材料（HTM）和电子输运材料(ETM)。空穴输送材料（HTM）需要有高的热稳定性，与阳极形成小的势垒，能真空蒸镀形成无针孔薄膜。最常用的HTM均为芳香多胺类化合物，主要是三芳胺衍生物。TPD：N，N′-双（3-甲基苯基）-N，N′-二苯基-1，1′-二苯基-4，4′-二胺NPD: N，N′-双（1-奈基）-N，N′-二苯基-1，1′-二苯基-4，4′-二胺。电子输运材料(ETM)要求有适当的电子输运能力，有好的成膜性和稳定性。ETM一般采用具有大的共扼平面的芳香族化合物如8-羟基喹啉铝（AlQ），1，2，4一三唑衍生物（1，2， 4-Triazoles，TAZ）,PBD，Beq2，DPVBi等，它们同时又是好的发光材料。 OLED的发光材料应满足下列条件： 1）高量子效率的荧光特性，荧光光谱主要分布400-700nm可见光区域。 2）良好的半导体特性，即具有高的导电率，能传导电子或空穴或两者兼有。 3）好的成膜性，在几十纳米的薄层中不产生针孔。 4）良好的热稳定性。按化合物的分子结构，有机发光材料一般分为两大类： 1) 高分子聚合物，分子量10000-100000，通常是导电共轭聚合物或半导体共轭聚合物，可用旋涂方法成膜，制作简单，成本低，但其纯度不易提高，在耐久性，亮度和颜色方面比小分子有机化合物差。 2) 小分子有机化合物，分子量为500-2000，能用真空蒸镀方法成膜，按分子结构又分为两类：有机小分子化合物和配合物。有机小分子发光材料主要为有机染料，具有化学修饰性强，选择范围广，易于提纯，量子效率高，可产生红、绿、蓝、黄等各种颜色发射峰等优点，但大多数有机染料在固态时存在浓度淬灭等问题，导致发射峰变宽或红移，所以一般将它们以低浓度方式掺杂在具有某种载流子性质的主体中，主体材料通常与ETM和HTM层采用相同的材料。掺杂的有机染料，应满足以下条件： a. 具有高的荧光量子效率 b. 染料的吸收光谱与主体的发射光谱有好的重叠，即主体与染料能量适配，从主体到染料能有效地能量传递； c. 红绿兰色的发射峰尽可能窄，以获得好的色纯；

光电探测技术实验报告

光电探测技术实验报告班级：08050341X 学号：28 姓名：宫鑫

实验一光敏电阻特性实验实验原理: 光敏电阻又称为光导管,是一种均质的半导体光电器件,其结构如图(1)所示。由于半导体在光照的作用下,电导率的变化只限于表面薄层,因此将掺杂的半导体薄膜沉积在绝缘体表面就制成了光敏电阻，不同材料制成的光敏电阻具有不同的光谱特性。光敏电阻采用梳状结构是由于在间距很近的电阻之间有可能采用大的灵敏面积,提高灵敏度。实验所需部件: 稳压电源、光敏电阻、负载电阻（选配单元）、电压表、各种光源、遮光罩、激光器、光照度计（由用户选配）实验步骤: 1、测试光敏电阻的暗电阻、亮电阻、光电阻观察光敏电阻的结构,用遮光罩将光敏电阻完全掩盖,用万用表测得的电阻值为暗电阻 R暗,移开遮光罩，在环境光照下测得的光敏电阻的阻值为亮电阻，暗电阻与亮电阻之差为光电阻，光电阻越大，则灵敏度越高。在光电器件模板的试件插座上接入另一光敏电阻，试作性能比较分析。 2、光敏电阻的暗电流、亮电流、光电流按照图(3)接线，电源可从+2~+8V间选用，分别在暗光和正常环境光照下测出输出电压V暗和V亮则暗电流L暗=V暗/R L,亮电流L亮=V亮/R L，亮电流与暗电流之差称为光电流，光电流越大则灵敏度越高。分别测出两种光敏电阻的亮电流，并做性能比较。图（2）几种光敏电阻的光谱特性 3、伏安特性: 光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系。按照图(3)分别测得偏压为2V、4V、6V、8V、10V、12V时的光电流，并尝试高照射光源的光强，测得给定偏压时光强度的提高与光电流增大的情况。将所测得的结果填入表格并作出V/I曲线。注意事项: 实验时请注意不要超过光电阻的最大耗散功率P MAX, P MAX=LV。光源照射时灯胆及灯杯温度均很高，请勿用手触摸，以免烫伤。实验时各种不同波长的光源的获取也可以采用在仪器上的光源灯泡前加装各色滤色片的办法，同时也须考虑到环境光照的影响。

《光电检测技术》考试大纲

《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

光电显示技术课程标准

广州康大职业技术学院《光电显示技术》课程标准一、基本信息适用对象：应用电子技术专业学生制定时间：2010年6月学分：3 学时：56 课程代码：所属系部：自动化系制定人：吴闽批准人：陶廷甫二、课程的目标 1、专业能力目标（1）掌握光电显示技术的基本原理，各种显示器件的驱动方法，相应的电路技术、特性与应用。（2）从工程技术应用的角度出发，使学生掌握常见半导体光电器件的工作原理,理解半导体光电器件中的基本物理概念。（3）了解半导体光电器件的发展水平，为后读课程学习和工程的实践应用打下基础。 2、方法能力目标（1）通过本课程的学习，应使学生对光电子技术中的基本概念、基本技术和基本器件有比较全面、系统的认识。（2）培养学生分析和解决工程技术问题的能力，为进一步学习相关专业课程打下基础。 3、社会能力目标（1）灵活运用已学理论知识，分析问题和解决问题的能力；（2）敢为人先、勇于创新的开拓精神。（3）学习和掌握最新专业知识的能力。三、整体教学设计思路 1、课程定位本课程重点介绍电子显示技术及其在各领域的应用，对现有的电子显示技术进行了全面的讲解和比较，重点介绍了液晶显示；等离子体显示；发光二极管显示；激光显示等显示技术，并介绍了与显示技术有关的人眼生理学、光度学、色度学及显示系统参数、图像质量评价等内容。主要内容

有：绪论；视觉特性与光度学、色度学原理；显示系统的要求与图象质量评价；真空阴极射线管显示技术；液晶显示；等离子体显示；电致发光显示；发光二极管显示；激光显示；投影显示等。 2、课程开发思路激光器的发明，解决了光频载波的产生问题，从此电子技术的各种基本概念几乎都移植到了光频段，电子学与光学之间的鸿沟在概念上消失了，产生了光频段的电子技术，即光电子技术。当然由于波段不同，电子学波段和光频段在相应器件的结构上完全不同。尽管如此，从电子学频段扩展的意义上讲，光电子技术就是电子技术在光频段的开拓和发展；从技术发展的角度上讲，光电子技术也是电子技术与光学技术相结合的产物。为了使这门课程的教学达到预定的能力目标，在课程教学内容的选取上，从使用者的角度出发，坚持理论联系实际，以技术应用为主，着眼于提高学生选择正确的光电器件、解决实际工程中检测项目的目的来实施教学。四、教学内容 1．学时分配

光电检测技术考试试卷

光电检测技术期中考试试卷 2014 一．选择题（20分） 1．对于费米能级，以下说法不正确的是（） A 一个平衡的系统只能有唯一一个费米能级 B 电子占据率为0.5时所对应的能级 C p 型半导体材料费米能级靠近价带顶 D n 型半导体材料费米能级靠近价带顶 2．负电子亲和势阴极和正电子亲和势比较有重要差别，参与发射的的电子（） A 不是冷电子，而是热电子 B 不是热电子，而是冷电子 C 既是冷电子，又是热电子 D 既不是冷电子，也不是热电子 3．下列器件按照响应速度由快到慢的顺序，正确的是（） A PIN 光电二极管 PN 结光电二极管光电三极管光敏电阻 B PIN 光电二极管光敏电阻PN 结光电二极管光电三极管 C 光电三极管 PIN 光电二极管光敏电阻PN 结光电二极管 D PN 结光电二极管光电三极管 PIN 光电二极管光敏电阻 4．下列探测器的光－电响应时间，由少数载流子的寿命决定：（） A 光电导探测器 B 光电二极管 C 光电倍增管 D 光电倍增管 5．对于光敏电阻，下列说法不正确的是( ) A 弱光照下，光电流与照度之间具有良好的线性关系 B 光敏面做成蛇形，有利于提高灵敏度 C 光敏电阻光谱特性的峰值波长，低温时向短波方向移动 D 光敏电阻具有前历效应 6．下列光源中哪一种光源，可作为光电探测器在可见光区的积分灵敏度测量标准光源：（） A 氘灯 B 低压汞灯 C 色温2856K 的白炽灯 D 色温500K 的黑体辐射器 7．当黑体的温度升高时，其峰值光谱辐射出射度所对应的波长的移动方向为（） A.向短波方向移动 B.向长波方向移动 C.不移动 D.均有可能 8．表中列出了几种国外硅APD 的特性参数根据表中数据，要探测830nm 的弱光信号，最为合适的器件是（） A C30817E B C30916E C C30902E D C30902S 9．已知甲、乙两厂生产的光电器件在色温2856K 标准钨丝灯下标定出的灵敏度分别为uW uA S e /5=， lm A o S v /4.=，则甲乙两厂中光电器件灵敏度比较结果正确的是（） A. 甲场灵敏度高 B. 乙场灵敏度高 C. 甲乙两场灵敏度一样高 D. 无法比较

南京理工大学-光电检测技术总结汇编

习题01 一、填空题 1、通常把对应于真空中波长在（0.38m μ）到（0.78m μ ）范围内的电磁辐射称为光辐射。 2、在光学中，用来定量地描述辐射能强度的量有两类，一类是（辐射度学量），另一类是(光度学量)。 3、光具有波粒二象性，既是（电磁波），又是（光子流）。光的传播过程中主要表现为（波动性），但当光与物质之间发生能量交换时就突出地显示出光的（粒子性）。 4、光量Q ：?dt φ，s lm ?。 5、光通量φ：光辐射通量对人眼所引起的视觉强度值，单位：流明lm 。 6、发光强度I ：光源在给定方向上单位立体角内所发出的光通量，称为光源在该方向上的发光强度，ωφd d /，单位：坎德拉)/(sr lm cd 。 7、光出射度M ：光源表面单位面积向半球面空间内发出的光通量，称为光源在该点的光出射度，dA d /φ,单位：2/m lm 。 8、光照度E ：被照明物体单位面积上的入射光通量，dA d /φ，单位：勒克斯lx 。 9、光亮度L ：光源表面一点的面元dA 在给定方向上的发光强度dI 与该面元在垂直于给定方向的平面上的正投影面积之比，称为光源在该方向上的亮度，)cos /(θ?dA dI ，单位：2/m cd 。 10、对于理想的散射面，有Ee= Me 。二、概念题 1、视见函数：国际照明委员会（CIE ）根据对许多人的大量观察结果，用平均值的方法，确定了人眼对各种波长的光的平均相对灵敏度，称为“标准光度观察者”的光谱光视效率V (λ),或称视见函数。 2、辐射通量e φ：是辐射能的时间变化率，单位为瓦 (1W=1J/s)，是单位时间内发射、传播或接收的辐射能。 3、辐射强度e I ：从一个点光源发出的，在单位时间内、给定方向上单位立体角内所辐射出的能量，单位为W ／sr(瓦每球面度)。 4、辐射出射度e M ：辐射体在单位面积内所辐射的通量，单位为2/m W 。 5、辐射照度e E ：单位面积内所接收到的辐射通量，单位为2/m W 。 6、辐射亮度e L ：由辐射表面给定方向发射的辐射强度，除于该面元在垂直于给定方向的平面上的正投影面积。单位为)/(2sr m W ?。 7、光谱响应度：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。 8、朗伯定律：发光体在各方向上的辐射亮度一致，有θcos o e I I =。 9、光学多普勒效应：运动物体能改变入射于其上的光波频率。 10、黑体：是一个理想的余弦辐射体，其亮度与方向无关。 11、积分响应度：光电探测器输出的电流或电压与入射总通量之比。

光电测试技术考试版

1、光电测试技术的发展，从功能上来看具有什么特点： 1、从静态测量向动态测量发展； 2、从逐点测量向全场测量发展； 3、从低速测量向高速测量发展，同时具有存储和记录功能。 2、测量中应遵循的原则：阿贝原则，封闭原则 3、人眼进行调焦的方法中最简单、最常用的是清晰度法和消视差法。人眼的对准不确定度和调焦不确定度最简便最常用的调焦方法是清晰度法和消视差法。清晰度法是以目标与比较标志同样清晰为准。调焦不确定度是由于存在几何焦深和物理焦深所造成的。消视差法是以眼睛在垂轴平面上左右摆动也看不出目标和标志有相对横移为准的。用望远镜调焦的目的是提高精度、准确度 4、光电对准按功能原理分类： a) 光度式：普通光度式、差动光度式 b) 相位式:光度式的基础上加入一个调制器即成为相位式 5、关于光具座：测量焦距时使用玻罗板 6、分辨率测试技术有几种判据？ ? 瑞利（Rayleigh ）判据认为，当两衍射斑中心距正好等于第一暗环的半径时，人眼刚能分辨开这两个像点，这时两衍射斑的中心距为 ? 道斯（Dawes ）判据认为，人眼刚能分辨两个衍射像点的最小中心距为 ? 斯派罗（Sparrow ）判据认为，当两个衍射斑之间的合光强刚好不出现下凹时为刚可分辨的极限情况，两衍射斑之间的最小中心距为例：假设汽车两盏灯相距r =1.5m ，人的眼睛瞳孔直径D=4mm ，问最远在多少米的地方，人眼恰好能分辨出这两盏灯? 1－平行光管 2－透镜夹持器 3－测量显微镜 4－测微目镜 5－导轨 1 2 3 4 5 0'1.22 1.22f F D σλλ==0 1.02F σλ=00.947F σλ=

光电检测课程总结

1.光电检测技术的特点高精度：从地球到月球激光测距的精度达到1米。高速度：光速是最快的。远距离、大量程：遥控、遥测和遥感。非接触式检测：不改变被测物体性质的条件下进行测量。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。数字化和智能化：强的信息处理、运算和控制能力。 2.简述本征吸收、杂质吸收。本征吸收:电子从价带激发到导带引起的吸收称为本征吸收, 当一定波长的光照射到半导体上时，电子吸收光后能从价带跃迁入导带，显然，要发生本征吸收，光子能量必须大于半导体的禁带宽度Eg。杂质吸收:由光纤材料的不纯净而造成的附加吸收损耗 (二章38-43)3.外光电效应、内光电效应、光伏效应外光电效应：固体受光照后从其表面逸出电子的现象称为光电发射效应或外光电效应。当金属或半导体受到光照射时，其表面和体内的电子因吸收光子能量而被激发，如果被激发的电子具有足够的能量，足以克服表面势垒而从表面离开，产生了光电子发射效应。被光逸出的电子称为光电子,基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。内光电效应：物质受到光辐射的作用后，内部电子能量状态产生变化，但不存在表面发射电子的现象。 (二章57）光伏效应：又称光生伏特效应，是指由内建电场形成势垒，此势垒将光照产生的电子空穴对分开，从而在势垒两侧形成电荷堆积，产生光生电动势的效应。 (二章91-112)4.简述光电探测器的特性参数。响应特性、噪声特性、量子效率、线性度、工作温度响应度（或称灵敏度）：是光电探测器输出信号与输入光功率之间关系的量度。描述的是光电探测器件的光电转换效率(响应度是随入射光波长变化而变化的,响应度分电压响应率和电流响应率)[电压响应度:光电探测器件输出电压与入射光功率之比;电流响应度:光电探测器件输出电流与入射光功率之比;光谱响应度：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;积分响应度：检测器对各种波长光连续辐射量的反应程度;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(上升时间：入射光照射到光电探测器后，光电探测器输出上升到稳定值所需要的时间。下降时间：入射光遮断后，光电探测器输出下降到稳定值所需要的时间。);频率响应：光电探测器的响应随入射光的调制频率而变化的特性称为频率响应] 噪声特性:在一定波长的光照下光电探测器输出的电信号并不是平直的，而是在平均值上下随机地起伏，它实质上就是物理量围绕其平均值的涨落现象[光电探测器常见的噪声：热噪声、散粒噪声、产生-复合噪声、1/f噪声] 工作温度：工作温度就是指光电探测器最佳工作状态时的温度。光电探测器在不同温度下，性能有变化。 5.光子器件和热电器件的区别光子器件：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。热电器件：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，响应慢，一

光电检测技术课程作业及答案(打印版)

思考题及其答案习题01 一、填空题 1、通常把对应于真空中波长在（0.38m μ）范围内的电磁辐 μ）到（0.78m 射称为光辐射。 2、在光学中，用来定量地描述辐射能强度的量有两类，一类是（辐射度学量），另一类是(光度学量)。 3、光具有波粒二象性，既是（电磁波），又是（光子流）。光的传播过程中主要表现为（波动性），但当光与物质之间发生能量交换时就突出地显示出光的（粒子性）。二、概念题 1、视见函数：国际照明委员会（CIE）根据对许多人的大量观察结果，用平均值的方法，确定了人眼对各种波长的光的平均相对灵敏度，称为“标准光度观察者”的光谱光视效率V(λ),或称视见函数。 2、辐射通量：辐射通量又称辐射功率，是辐射能的时间变化率，单位为瓦(1W=1J/s)，是单位时间内发射、传播或接收的辐射能。 3、辐射亮度：由辐射表面定向发射的的辐射强度，除于该面元在垂直于该方向的平面上的正投影面积。单位为(瓦每球面度平方米) 。 4、辐射强度：辐射强度定义为从一个点光源发出的，在单位时间内、给定方向上单位立体角内所辐射出的能量，单位为W／sr(瓦每球面度)。三、简答题辐射照度和辐射出射度的区别是什么？答：辐射照度和辐射出射度的单位相同，其区别仅在于前者是描述辐射接

收面所接收的辐射特性，而后者则为描述扩展辐射源向外发射的辐射特性。四、计算及证明题证明点光源照度的距离平方反比定律，两个相距10倍的相同探测器上的照度相差多少倍？答： 2 22 4444R I R I dA d E R dA d E R I I ===∴=ππφπφφπφ＝的球面上的辐射照度为半径为又＝的总辐射通量为在理想情况下，点光源设点光源的辐射强度为ΘΘ ()1 2222222221 122 12 11001001010E E L I E L I L I L I E R I E L L L L =∴====∴= =ΘΘ又的距离为第二个探测器到点光源，源的距离为设第一个探测器到点光习题02 一、填空题 1、物体按导电能力分（绝缘体）（半导体）（导体）。 2、价电子的运动状态发生变化,使它跃迁到新的能级上的条件是（具有能向电子提供能量的外力作用）、（电子跃入的那个能级必须是空的）。 3、热平衡时半导体中自由载流子浓度与两个参数有关：一是在能带中（能态的分布），二是这些能态中（每一个能态可能被电子占据的概率）。 4、半导体对光的吸收有（本征吸收）（杂质吸收）（自由载流子吸收）（激子吸收）（晶格吸收）。半导体对光的吸收主要是（本征吸收）。二、概念题 1、禁带、导带、价带：

光电检测原理与技术

一填空题20分，每空1分 1波长在__________-的是红外辐射。通常分为_______、_______和远红外三部分 2辐射体的辐射强度在空间方向上的分布满足公式_________________,式中I e 0是面元 dS 沿其法线方向的辐射强度。符合上式规律的辐射体称为__________,也称为朗伯体。 3光辐射普遍形式的波动方程t J t P t E E ??-??-=??+???? μ μμε22220中，方程右边两项分别由________与________引起。 4 KDP 晶体沿z 轴加电场时，由________变成了双轴晶体，折射率椭球的主轴绕________轴旋转了45度角，此转角与外加电场的大小______，其折射率变化与电场成_______。 5 KDP 晶体横向运用条件下，光波通过晶体后的相位差包括两项：其中一项与外加电场无关，是由晶体本身__________引起的；另一项为电光效应_________。 6考虑到声束的宽度，当光波传播方向上声束的宽度L 满足条件___________,会产生多级衍射，否则从多级衍射过渡到单级衍射。 7要用激光作为信息的载体，就必须解决如何将信息加到激光上去的问题，这种将信息加载于激光的过程称为调制，光束调制按其调制的性质可分为______、______、______及强度调制等。 8依据噪声产生的物理原因,光电探测器的噪声可大致分为________、________和________三类。二简答题，共30分，每题6分 1光电探测器性能参数包括哪些方面。 2 光子效应和光热效应。 3 请简要说出InSb 和PbS 光敏电阻的特性。 4 为什么说光电池的频率特性不是很好? 5 直接光电探测器的平方律特性表现在哪两个方面? 三推导证明，共10分，每题5分 1 已知热电晶体极板面积为A ，热电系数为β，负载电阻为R L ，热敏元件的吸收系数为α，热导为G ，且温度变化规律为t i Te T T ω?+?=0。证明热释电探测器的电压灵敏度为()() 222211H c L u G R A R τωτωαβω++=。 2已知光电二极管的反偏压V 及最大入射光功率P ，器件的暗电导为g,临界电导为g ’，器件光点转换灵敏度为S ，证明合理的负载电阻为：SP g SP g g V R L ''1-???? ??-=。（画出线性化处理后的伏安特性曲线）四分析、计算题，共40分，每题10分 1 已知热敏器件的受光面为100mm 2,频率响应范围Δf 为1H Z ，器件初始温度为300K ，发射率为ε为100%，试推导并估算此热敏探测器的最小可探测光功率。（σ=5.67×10-12J/cm 2K 4,k B =1.38×10-23J/K ） 2输入信号U in 经过二极管整流后，输出信号为U ou =KU in ，现有一按正弦规律变化的经过隔直处理后的调幅输入信号为：U in =（1+msin Ωt ）sin ωt,其中的m 为调制度，Ω为调制频率，ω为载波频率，经过二极管整形后并按傅里叶级数展开，得到:

传感器与检测技术总结材料

《传感器与检测技术》总结：王婷婷学号：14032329 班级：14-11

传感器与检测技术这学期通过学习《传感器与检测技术》，懂得了很多，以下是我对这本书的总结。第一章概述传感器的作用是：传感器是各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件，具有不可替代的重要作用。传感器的定义：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。传感器的组成：被测量量---敏感元件---转换元件----基本转换电路----电量输出传感器的分类：按被测量对象分类（部系统状态的部信息传感器{位置、速度、力、力矩、温度、导演变化}、外部环境状态的外部信息传感器{接触式[触觉、滑动觉、压觉]、非接触式[视觉、超声测距、激光测距）；按工作机理分类（结构型{电容式、电感式}、物性型{霍尔式、压电式}）；按是否有能量转换分类（能量控制型[有源型]、能量转换型[无源型]）；按输出信号的性质分类（开关型[二值型]{接触型[微动、行程、接触开关]、非接触式[光电、接近开关]}、模拟型{电阻型[电位器、电阻应变片]，电压、电流型[热电偶、光电电池]，电感、电容型[电感、电容式位置传感器]}、数字型{计数型[脉冲或方波信号+计数器]、代码型 [回转编码器、磁尺]}）。传感器的特性主要是指输出与输入之间的关系。当输入量为常量，或变化极慢时，称为静态特性；输出量对于随时间变化的输入量的响应特性，这一关系称为动态特性，这一特性取决于传感器本身及输入信号的形式。可以分为接触式环节（以刚性接触形式传递信息）、模拟环节（多数是非刚性传递信息）、数字环节。动态测量输入信号的形式通常采用正弦周期（在频域）信号和阶跃信号(在时域)。传感器的静态特性：线性度（以一定的拟合直线作基准与校准曲线比较% 100max ??=Y L L δ）、迟滞、重复性、灵敏度（K0=△Y/△X=输出变化量/输入变化量 =k1k2···kn ）和灵敏度误差（rs=△K0/K0×100%、稳定性、静态测量不确定性、其他性能参数：温度稳定性、抗干扰稳定性。传感器的动态特性：传递函数、频率特性（幅频特性、相频特性）、过渡函数。 0阶系统：静态灵敏度；一阶系统：静态灵敏度，时间常数；二阶系统：静态灵敏度，时间常数，阻尼比。传感器的标定：通过各种试验建立传感器的输入量与输出量之间的关系，确定传感器在不同使用条件下的误差关系。国家标准测力机允许误差±0.001%，省、部一级计量站允许误差±0.01%，市、企业计量站允许误差±0.1%，三等标准测力机、传感器允许误差±（0.3～0.5）%，工程测试、试验装置、测试用力传感器允许误差±1%。分为静态标定和动态标定。第二章位移检测传感器测量位移常用的传感器有电阻式、电容式、涡流式、压电式、感应同步器式、磁栅式、光电式。参量位移传感器是将被测物理量转化为电参数，即电阻、电容或电感等。发电型位移传感器是将被测物理量转换为电源性参量，如电动势、电荷等。属于能量转换型传感器，这类传感器有磁电型、压电型等。电位计的电阻元件通常有线绕电阻、薄膜电阻、导塑料（即有机实心电位计）等。电位计结构简单，输出信号大，性能稳定，并容易实现任意函数关系。其缺点是要求输入能量大，电刷与电阻元件之间有干摩擦，容易磨损，产生噪声干扰。线性电位计的空载特性：x K x l R R R x == ，KR----电位计的电阻灵敏度（Ω/m ）。电