長春理工大學(xué)光電檢測填空和簡答(考試必備).doc

B半導(dǎo)體對光的吸收:半導(dǎo)體受光照射時(shí)，一部分光被反射，一部分光被吸收。半導(dǎo)體對光的吸收可分為:本征吸收，雜質(zhì)吸收，激子吸收，自由載流子吸收和晶格吸收。能引起光電效應(yīng)的有：本征吸收、雜質(zhì)吸收。B本征半導(dǎo)體光敏電阻常用于可見光波段的測探，而雜質(zhì)型半導(dǎo)體光敏電阻常用于紅外波段甚至于遠(yuǎn)紅外波段輻射的探測。B半導(dǎo)體激光器發(fā)光原理：受激輻射、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和諧振。C粗光柵和細(xì)光柵：柵距d大于波長的叫粗光柵，柵距d接近于波長的叫細(xì)光柵。C由于電子的遷移率遠(yuǎn)大于空穴的遷移率，因此N型CCD比P型CCD的工作頻率高很多。D丹倍效應(yīng)：由于載流子遷移率的差別產(chǎn)生受照面與遮蔽面之間的伏特現(xiàn)象。F發(fā)生本征吸收的條件:光子能量必須大于半導(dǎo)體的禁帶寬度EgF輻射源：一般由光源及其電源組成，是將電能轉(zhuǎn)化成光能的系統(tǒng)。F發(fā)光效率：由內(nèi)部與外部量子效率決定。F發(fā)光光譜：LED發(fā)出光的相對強(qiáng)度隨波長變化的分布曲線。F發(fā)光二極管基本結(jié)構(gòu)：面發(fā)光二極管和邊發(fā)光二極管。G光電檢測技術(shù):采用不同的手段和方法獲取信息，運(yùn)用光電技術(shù)的方法來檢驗(yàn)和處理信息，從而實(shí)現(xiàn)各種幾何量和物理量的檢測G光電系統(tǒng)組成:輻射源，光學(xué)系統(tǒng)，光電系統(tǒng)，電子學(xué)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)G光于物質(zhì)作用產(chǎn)生的光電效應(yīng)分為：內(nèi)光電效應(yīng)和外光電效應(yīng)。G光電導(dǎo)效應(yīng)：半導(dǎo)體受到光照后，其內(nèi)部產(chǎn)生光生載流子，使半導(dǎo)體中載流子數(shù)量顯著增加而電阻減小的現(xiàn)象。G（本征）光電導(dǎo)效應(yīng):在光的作用下由本征吸收引起的半導(dǎo)體電導(dǎo)率發(fā)生變化的現(xiàn)象G光電導(dǎo)的馳豫，決定了在迅速變化的光強(qiáng)下一個(gè)光電器件能否有效工作的問題。G光生伏特效應(yīng):是基于半導(dǎo)體PN結(jié)基礎(chǔ)上的一種將光能轉(zhuǎn)換成電能的效應(yīng)G光磁電效應(yīng)：在垂直于光照方向與磁場方向的半導(dǎo)體上、下表面上產(chǎn)生伏特電壓。G光子牽引效應(yīng)：在開路的情況下，半導(dǎo)體材料將產(chǎn)生電場，它阻止載流子的運(yùn)動。G光電檢測典型器件:光電導(dǎo)器件，光生伏特器件，光電發(fā)生器件，輻射探測器件，熱釋電器件，光耦合器件和圖像傳感器件。G光敏電阻：在均勻的具有光電效應(yīng)的半導(dǎo)體材料的兩端加上電極便構(gòu)成光敏電阻。G光敏電阻分類：本征半導(dǎo)體光敏電阻、雜質(zhì)型半導(dǎo)體光敏電阻。G光敏電阻的相對光電導(dǎo)隨溫度升高而降低，光電響應(yīng)受溫度影響較大G光敏電阻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則：為了提高光敏電阻的光電導(dǎo)靈敏度Sg，要盡可能地縮短光敏電阻兩電極間的距離L。G光敏電阻的基本特性：光電特性，時(shí)間響應(yīng)，光譜響應(yīng)，伏安特性，噪聲特性。G光敏電阻的光電特性：隨光照量的變化，電導(dǎo)變化越大的光敏電阻就越靈敏。G光敏電阻的噪聲特性：熱噪聲、產(chǎn)生復(fù)合噪聲、低頻噪聲。熱噪聲：光敏電阻內(nèi)的載流子熱運(yùn)動產(chǎn)生的噪聲。低頻噪聲：是光敏電阻再騙置電壓作用下會產(chǎn)生信號光電流，由于光敏層內(nèi)微粒的不均勻，會產(chǎn)生微火花電爆放電現(xiàn)象，這種微火花放電引起的電爆脈沖就是低頻噪聲的來源。G光敏電阻的光譜響應(yīng)：光敏電阻的電流靈敏度與波長的關(guān)系.決定因素:主要有光敏材料禁帶寬度,雜質(zhì)電離能,材料摻雜比與摻雜濃度等G光敏電阻的設(shè)計(jì)的三種基本結(jié)構(gòu)：梳狀，蛇形，刻線結(jié)構(gòu)。G光敏電阻電流與光照強(qiáng)度的曲線：當(dāng)照度很低時(shí)，曲線近似為線形，照度升高，曲線近似為拋物線形。G光生伏特器件：利用光生伏特效應(yīng)制造的光電器件。G光敏二極管的光譜響應(yīng)：以等功率的不同單色輻射波長的光作用于光敏二極管上時(shí)，其響應(yīng)程度或電流靈敏度與波長的關(guān)系。G光電位置敏感器件(PSD)：是基于光生伏特器件的橫向光電效應(yīng)的器件，是一種對入射到光敏面上的光斑位置敏感的光電器件。主要特性：位置檢測特性。近似于線性，但邊緣部分線性較差。G光電倍增管：是一種真空光電發(fā)射器件，主要由入射窗，光電陰極，電子光學(xué)系統(tǒng)，倍增極和陽極等部分構(gòu)成。具有靈敏度高和響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，使它在光譜探測和極微弱快速光信息的探測方面成為首選。G光電倍增管的量子效率、光譜響應(yīng)這兩個(gè)參數(shù)主要取決于光電陰極材料。G光敏晶體管工作原理:光電轉(zhuǎn)換,光電流放大G光耦合器件：將發(fā)光器與光電接收器件組合成一體，制成的具有信號傳輸功能的器件。G光譜分布的兩個(gè)主要參量：峰值波長和發(fā)光強(qiáng)度的半寬度。G光電檢測電路：由光電器件、輸入電路和前置放大器等組成。G光電效應(yīng)：因光照而引起物體電學(xué)特性的改變的現(xiàn)象G光電耦合器件：可以實(shí)現(xiàn)前后級電路隔離的較為有效的器件。J激光產(chǎn)生的基本條件：受激輻射，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和共振腔J交替變化的光信號，必須使所選器件的上限截止頻率大于輸入信號的頻率才能測出輸入信號的變化。M莫爾條紋：當(dāng)兩塊光柵以微小傾角重疊時(shí)，在與刻線大致垂直的方向上。將看到明暗相間的粗條紋。特點(diǎn)：1.位移放大作用。2.誤差平均效應(yīng)。3.輸出信號與光柵位移相對應(yīng)。4.實(shí)現(xiàn)自動控制、自動測量。N能量最高的是價(jià)電子填滿的能帶,稱為價(jià)帶.價(jià)帶以上的能帶基本上是空的,其中最低的帶稱為導(dǎo)帶.價(jià)帶與導(dǎo)帶之間的區(qū)域則稱為禁帶P PN結(jié)：PN結(jié)是將P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)分別對半導(dǎo)體摻雜而成的。一般把P型區(qū)和N型區(qū)之間的過度區(qū)域稱為PN結(jié)。R熱輻射探測器件：基于光輻射與物質(zhì)相互作用的熱效應(yīng)制成的器件。R熱敏電阻：吸收入射輻射后引起升溫而使電阻值改變，導(dǎo)致負(fù)載電阻兩端電壓的變化，并給出電信號的元件?；驹恚喊雽?dǎo)體對光的晶格吸收和激子吸收，不產(chǎn)生載流子，而在不同程度上轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽鹁Ц裾饎蛹觿?，使器件溫度上升，即器件的阻值發(fā)生變化。結(jié)構(gòu)：由熱敏材料制成的厚度為0.01mm左右的薄皮電阻粘合在導(dǎo)熱能力高的絕緣墊襯底上，電阻體兩端蒸發(fā)金屬電極以便與外電路連接，再把襯底與一個(gè)熱容很大、導(dǎo)熱性能良好的金屬連接，構(gòu)成熱敏電阻。R熱電偶：是利用物質(zhì)溫差產(chǎn)生電動勢的效應(yīng)探測入射輻射的。R熱釋電器件：是一種利用熱釋電效應(yīng)制成的熱探測器件。W溫差(澤貝克)熱電效應(yīng)：兩種金屬材料A和B組成一個(gè)回路時(shí)，若兩金屬連接點(diǎn)的溫度存在著差異，則在回路中會有電流產(chǎn)生。X雪崩效應(yīng)：在光敏二極管PN結(jié)上，加相當(dāng)大略低于擊穿電壓的反向偏壓，在結(jié)區(qū)將產(chǎn)生一個(gè)很高的電場，使載流子雪崩倍增，輸出電流迅速增加。X陷阱效應(yīng)：雜質(zhì)能積累非平衡載流子的作用Z只有本征吸收和雜質(zhì)吸收能夠直接產(chǎn)生非平衡載流子，引起光電效應(yīng)Z載流子的運(yùn)動形式：擴(kuò)散運(yùn)動和漂移運(yùn)動。擴(kuò)散運(yùn)動：載流子由熱運(yùn)動造成的從高濃度處向低濃度的遷移運(yùn)動。漂移運(yùn)動:除了熱運(yùn)動以外獲得的附加運(yùn)動。Z雜質(zhì)吸收：N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體吸收足夠能量的光子，產(chǎn)生電離的過程。B半導(dǎo)體光電導(dǎo)效應(yīng)與入射輻射通量的關(guān)系：在弱輻射作用的情況下是線性的，隨著輻射增強(qiáng)，線性關(guān)系變差，當(dāng)輻射很強(qiáng)時(shí)，變?yōu)閽佄锞€關(guān)系。CMOS與CCD比較：1.結(jié)構(gòu)和工作原理：CCD產(chǎn)生圖低噪聲，高性能，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，耗電量大，成本高。CMOS通過X-Y尋址技術(shù)直接從開關(guān)陣列中直接輸出，比CCD快，方便2.制造：CCD要求嚴(yán)格，CMOS制造簡單3.性能：CMOS較CCD信號讀取方式簡單，速度快耗電低，但成像質(zhì)量和靈敏度CCD要優(yōu)于CMOS。D電子運(yùn)動的三個(gè)重要特點(diǎn)：1.電子繞核運(yùn)動2.由于微觀粒子具有粒子與波動的兩重性，所以電子沒有完全確定的軌道3.在一個(gè)原子或由原子組成的系統(tǒng)中，不能有兩個(gè)電子同屬一個(gè)量子態(tài)。F發(fā)光二極管的發(fā)光機(jī)理：是一種注入式電致發(fā)光器件,它由P型和N型半導(dǎo)體組合而成,其發(fā)光機(jī)理常分為PN結(jié)注入發(fā)光與異質(zhì)注入發(fā)光兩種。PN結(jié)注入發(fā)光:PN結(jié)處于平衡狀態(tài)時(shí),存在一定的勢壘區(qū)。當(dāng)加正偏壓時(shí)，PN結(jié)區(qū)勢壘降低，從擴(kuò)散區(qū)注入的大量非平衡載流子不斷地復(fù)合發(fā)光，并主要發(fā)生在P區(qū)。G光電檢測系統(tǒng)的組成及各部分作用：包括輻射源：將電能轉(zhuǎn)換成為光能，得到符合后面光學(xué)系統(tǒng)要求的波段范圍和光強(qiáng)度；光學(xué)系統(tǒng)：將輻射源發(fā)出的光進(jìn)行光學(xué)色散、幾何成像、分束和改變輻射流的傳送方向；光電系統(tǒng)：將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的系統(tǒng)；電子學(xué)系統(tǒng)：對光電系統(tǒng)傳輸過來的電信號進(jìn)行放大；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：包括自動控制、數(shù)據(jù)處理、顯示輸出等G光生伏特效應(yīng)與光電導(dǎo)效應(yīng)的區(qū)別和聯(lián)系：同屬于內(nèi)光電效應(yīng)。區(qū)別：光生伏特效應(yīng)是少數(shù)載流子導(dǎo)電，而光電效應(yīng)是多數(shù)載流子導(dǎo)電的光電效應(yīng)。G光磁電效應(yīng)：半導(dǎo)體外加磁場，磁場方向與光照方向垂直，當(dāng)半導(dǎo)體受光照射產(chǎn)生丹倍效應(yīng)時(shí)，由于電子和空穴在磁場中運(yùn)動會受到洛倫茲力的作用，使它們的運(yùn)動軌跡發(fā)生偏轉(zhuǎn)，空穴向半導(dǎo)體的上方偏轉(zhuǎn)，電子偏向下方。結(jié)果在垂直于光照方向與磁場方向的半導(dǎo)體上、下表面產(chǎn)生伏特電壓，稱光磁電場。G光敏電阻的基本原理：當(dāng)光敏電阻的兩端加上適當(dāng)?shù)碾妷汉蟊阌须娏髁鬟^，可用電流表檢測該電流。改變照射到光敏電阻上的光度量，發(fā)現(xiàn)流過光敏電阻的電流發(fā)生變化，說明光敏電阻的阻值隨照度變化。G光敏二極管與光電池的異同：相同：都是光生伏特效應(yīng)器件。不同：截面積比光電池小，輸出電流普遍比光電池??；電阻率比光電池高；制作襯底材料摻雜濃度比光電池低；光敏二極管在反向偏置電壓下工作而光電池多工作在零偏。G光電位置敏感器件(PSD)工作原理：當(dāng)光束入射到PSD器件光敏層上距中心點(diǎn)的距離為Xa時(shí)，在入射位置上產(chǎn)生于入射輻射成正比的信號電荷，此電荷形成的光電流通過P型層電阻分別由電極1與2輸出。設(shè)P型層的電阻是均勻的，兩電極間的距離是2L，流過兩電極的電流分別為I1和I2，則流過N型層上電極的電流為I0=I1+I2，若以PSD器件的幾何中心點(diǎn)O為原點(diǎn)，光斑中心A距原點(diǎn)O的距離為Xa，則I1=I0(L-Xa)/2L)，I2=I0(L-Xa)/2L)，Xa=(I2-I1)/(I2+I1)L。G光電倍增管的基本特性：1.靈敏度(陰極靈敏度、陽極靈敏度)2.電流放大倍數(shù)(增益)3.暗電流(影響因素:歐姆漏電;熱發(fā)射;殘余氣體放電;場致發(fā)射;玻璃殼放電和玻璃熒光)4.噪聲G光耦合器件的特點(diǎn)：1具有電隔離功能2信號傳輸方式：單向性3具有抗干擾和噪聲的能力4響應(yīng)速度快5實(shí)用性強(qiáng)6既具有耦合特性又具有隔離特性。應(yīng)用：1.電平轉(zhuǎn)換2.邏輯門電路3.隔離方面的應(yīng)用4.晶閘管控制電路G光電檢測器件與熱電檢測器件區(qū)別：1.熱電檢測器件：常用熱釋電探測器、熱敏電阻、熱電偶、熱電堆。響應(yīng)波長無選擇性，響應(yīng)慢。2.光電檢測器件：常用PMT、光電池、光敏二極管。響應(yīng)波長有選擇性，存在截止波長，超過無光譜響應(yīng)，響應(yīng)快。G光學(xué)調(diào)制（調(diào)制盤）的作用：1.避免了直流放大器零點(diǎn)漂移的缺點(diǎn)。2.過濾背景。3.消除探測器和前置放大器的低頻噪聲。4.可以判別輻射信號的幅值和相位。類型：幅度調(diào)制盤、相位調(diào)制盤、頻率調(diào)制盤。G光電導(dǎo)是什么，為什么產(chǎn)生光電導(dǎo)，從半導(dǎo)體理論：光電導(dǎo)效應(yīng)可分為本征光電導(dǎo)效應(yīng)和雜質(zhì)光電導(dǎo)效應(yīng)兩種。本征半導(dǎo)體或雜質(zhì)半導(dǎo)體價(jià)帶中的電子吸收光子能量躍入導(dǎo)帶，產(chǎn)生本征吸收，導(dǎo)帶中產(chǎn)生光生自由電子，價(jià)帶中產(chǎn)生光生自由空穴。光生電子與空穴使半導(dǎo)體的電導(dǎo)率發(fā)生變化。這種在光的作用下由本征吸收引起的半導(dǎo)體電導(dǎo)率發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為本征光電導(dǎo)效應(yīng)。G在微弱輻射作用下，光電導(dǎo)材料的光電靈敏度有什么特點(diǎn)？為什么要把光敏電阻制成蛇形：在微弱輻射下，光電導(dǎo)材料的光電靈敏度是定值，光電流與入射光通量成正比，即保持線性關(guān)系。因?yàn)楫a(chǎn)生好增益系數(shù)的光敏電阻間距需很小，同時(shí)光敏電阻集光面積如果太小就不實(shí)用，因此制成蛇形，既增大了受光面積有減小了極間距。J絕緣體、導(dǎo)體、半導(dǎo)體的能帶情況：一般，絕緣體的禁帶比較寬，半導(dǎo)體與絕緣體相似，但其禁帶比較窄。而導(dǎo)體分兩種，一種是它的價(jià)帶沒有被電子填滿，即最高能量電子只能填充價(jià)帶的下半部分，上半部分空著；一種是它的價(jià)帶與導(dǎo)帶相重疊。N內(nèi)光電效應(yīng)：被光激發(fā)所產(chǎn)生的載流子仍在物質(zhì)內(nèi)部運(yùn)動，使物質(zhì)的電導(dǎo)率發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動勢的現(xiàn)象P PIN型光電二極管的構(gòu)成及I層作用：在高摻雜P型和N型半導(dǎo)體之間生成一層本征半導(dǎo)體材料或低摻雜半導(dǎo)體材料。作用：展寬光電轉(zhuǎn)換的有效工作區(qū)域，提高了量子效率與靈敏度；提高擊穿電壓，即可承受較高的反向偏壓，使線性輸出范圍變寬，而且減少了串聯(lián)電阻和時(shí)間常數(shù)；提高響應(yīng)速度；提高頻率響應(yīng)R熱電偶的工作原理：是利用物質(zhì)溫差產(chǎn)生電動勢的效應(yīng)探測入射輻射的。X雪崩二極管與PIN型光敏二極管和普通二極管的異同：三者都是基于PN結(jié)的結(jié)型光電探測器，工作在伏安特性曲線的第三象限。PIN型光電二極管響應(yīng)頻率高，響應(yīng)速度快，供電電