玉林師院光電子學(xué)期末復(fù)習(xí)

1、玉林師院光電子學(xué)期末復(fù)習(xí)第一章1. 為了衡量光源和光電探測(cè)器的性能，需要對(duì)光輻射進(jìn)行定量描述，故引入輻射度學(xué)與光度學(xué)。2. 光譜光視效率或視見(jiàn)函數(shù):人眼對(duì)各種光波長(zhǎng)的相對(duì)靈敏度.3. 人眼只能感知波長(zhǎng)在0. 380.78 m之間的輻射，故稱這個(gè)波段的光為可見(jiàn)光。（對(duì)綠光最靈敏，紅光、藍(lán)光次之）。4. 光通量 ： 單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某截面的所右光波長(zhǎng)的光能稱為光通量，單位為(流明)。 5. 發(fā)光強(qiáng)度 ：，單位為cd（坎德拉），1 cd=1 Im/sr。發(fā)光強(qiáng)度Iv是光度量中最基本的單位。6. （簡(jiǎn)）鹵鎢循環(huán)的過(guò)程：鹵鎢燈

2、點(diǎn)燃后，高溫下鹵族元素的化合物釋放出溴或碘蒸氣，燈絲蒸發(fā)出的鎢分子在溫度較低的泡殼附近與溴或碘化合，形成的鹵化鎢在燈泡內(nèi)擴(kuò)散。當(dāng)擴(kuò)散到高溫?zé)艚z附近，又分解，使鎢分子又有很高的機(jī)率重新粘在燈絲上。7. （簡(jiǎn)）氣體放電原理：氣體在電場(chǎng)作用下激勵(lì)出電子和離子，成為導(dǎo)電體。離子向陰極、電子向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)，從電場(chǎng)中得到能量，它們與氣體原子或分子碰撞時(shí)會(huì)激勵(lì)出新的電子和離子，也會(huì)使氣體原子受激，內(nèi)層電子躍遷到高能級(jí)。受激電子返回基態(tài)時(shí)，就輻射出光子來(lái)。8. （選）（1）低壓汞燈 ： 主要輻射253.7 nm的紫外光，用作紫外光源。當(dāng)在其管殼外再加一個(gè)管殼，殼內(nèi)壁涂以合適的熒光粉時(shí)

3、，253.7 nm紫外光激發(fā)熒光粉發(fā)出可見(jiàn)光，這就是熒光燈。照明用的日光燈就是熒光燈中的一種。 （2）高壓汞燈：汞蒸氣氣壓為(110) x105 Pa。由于氣體密度大，除了受激原子的輻射發(fā)光，還有電子與離子的復(fù)合發(fā)光，激發(fā)原子與正常原子的碰撞發(fā)光；因而，可見(jiàn)區(qū)的輻射明顯加強(qiáng)，呈帶狀光譜，紅外區(qū)出現(xiàn)弱的連續(xù)光譜。在高壓汞燈外再加一個(gè)熒光殼，就成為高效照明光源。（3）球形超高壓汞燈 ：汞蒸氣氣壓為1 - 20 MPa，電子與離子復(fù)合發(fā)光、激發(fā)原子與正常原子碰撞發(fā)光更加強(qiáng)烈。光譜線較寬，形成連續(xù)背景，可見(jiàn)區(qū)偏藍(lán)，紅外輻射

4、增強(qiáng)。球形超高壓汞燈中，兩電極相距在毫米量級(jí)，如圖1.9所示。球形超高壓汞燈亮度高，是很好的點(diǎn)光源。 （4）氙燈 ：氙燈的發(fā)光材料是惰性氣體氙。高壓和超高壓的惰性氣體放電，氣體原子被激發(fā)到很高的能級(jí)并大量電離。復(fù)合發(fā)光和電子減速發(fā)光大大加強(qiáng)，在可見(jiàn)區(qū)形成很強(qiáng)的連續(xù)光譜。光譜分布與日光最為接近，色溫6 000 K，亮度高，被稱為“小太陽(yáng)”，壽命可達(dá)1 000 h。 氙燈可分為長(zhǎng)弧氙燈（電極間距為15130 cm，細(xì)管形，工作氣壓為105Pa）、短弧氙燈（電極間距在數(shù)毫米量級(jí)，工作氣壓為12 MPa，是很好的

5、日光色點(diǎn)光源，常用于電影放映、彩色攝影、照相制版、模擬日光等場(chǎng)合。）和脈沖氙燈（管內(nèi)氣壓在100 Pa以下，由高壓電脈沖激發(fā)產(chǎn)生光脈沖，在極短的時(shí)間（10-910-12 s）內(nèi)發(fā)出很強(qiáng)的光。脈沖氙燈廣泛用于固體激光器的光泵、照相制版、高速攝影和光信號(hào)源等。）。 9. 激光器一般是由工作物質(zhì)、諧振腔和泵浦源組成的。10. 激光器特點(diǎn)：高亮度、高方向性、高單色性和高度的時(shí)間空間相干性。11. (重點(diǎn))光和原子的三級(jí)躍遷：（1） .受激吸收：處于低能級(jí)E1的原子受到外來(lái)光子（能量）的刺激作用，完全吸收光子的能量而躍遷到高能級(jí)E2的過(guò)程。受激吸收特點(diǎn)：處于低能級(jí)E1的原子

6、受到外來(lái)光子的刺激作用，完全吸收光子的能量而躍遷到高能級(jí)E2的過(guò)程（2）.自發(fā)輻射：高能級(jí)的原子自發(fā)地從高能級(jí)E2向低能級(jí)E1躍遷，同時(shí)放出能量為的光子自發(fā)輻射的特點(diǎn)：各個(gè)原子所發(fā)的光向空間各個(gè)方向傳播，是非相干光。下圖表示自發(fā)輻射的過(guò)程（3）.受激輻射：當(dāng)受到外來(lái)的能量的光照射時(shí)，高能級(jí)E2上的原子受到外來(lái)光的激勵(lì)作用向低能級(jí)E1躍遷，同時(shí)發(fā)射一個(gè)與外來(lái)光子完全相同的光子。受激輻射的特點(diǎn)：當(dāng)外來(lái)激勵(lì)光子能量為高低兩能級(jí)能量差時(shí)，才能發(fā)生受激輻射。受激輻射的光子與外來(lái)光子的特性完全相同， 12. 產(chǎn)生激光的條件：1）合適的工作物質(zhì)（能實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)；具有合適的能級(jí)結(jié)構(gòu)（亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)）2）具有外界

7、泵浦（外界激勵(lì)）3）需要激光諧振腔 4） 起振條件閾值條件G>G05）穩(wěn)定振蕩條件增益飽和效應(yīng)13. 染料激光器的主要優(yōu)點(diǎn)是：輸出激光波長(zhǎng)可以在很寬范圍內(nèi)調(diào)諧；有極好的光束質(zhì)量；激光譜線寬度很窄，可達(dá)10 -50 MHz線寬。14. （空）電子共有化運(yùn)動(dòng)：原來(lái)圍繞一個(gè)原子運(yùn)動(dòng)的電子，現(xiàn)在可能轉(zhuǎn)移到鄰近原子的同一軌道上去。15. （空）能帶：共有化運(yùn)動(dòng)使得本來(lái)處于同一能量的電子發(fā)生了能量的微小差異。它們的勢(shì)能具有晶格的周期性。因此，晶體的能譜在原子能級(jí)的基礎(chǔ)上分裂成能帶。16. （選）（1） N型半導(dǎo)體:摻人施主雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料中，自由電子的濃度將高于空穴的濃

8、度。（2） P型半導(dǎo)體:摻入受主雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料中，空穴的濃度將高于自由電子的濃度。17.PN結(jié)加上正向電壓時(shí)，正向電壓基本上加在結(jié)區(qū)，使勢(shì)壘降低。18. LED（發(fā)光二極管）與LD（半導(dǎo)體激光器）的根本區(qū)別在于：LED沒(méi)有諧振腔，它的發(fā)光基于自發(fā)輻射，發(fā)出的熒光，是非相干光；而LD的發(fā)光基于受激輻射，發(fā)出的是相干光激光。1.4 一支H。-Ne激光器（波長(zhǎng)為632.8 nm）發(fā)出激光的功率為2 mW。該激光束的平面發(fā)散角為1 mrad，激光器的放電毛細(xì)管直徑為1 mm。 求出該激光束的光通量、發(fā)光強(qiáng)度、光亮度、光出射度。 &

9、#160;   若激光束投射在10 m遠(yuǎn)的白色漫反射屏上，該漫反射屏的反射比為0.85，求該屏上 的光亮度。1.7分別說(shuō)明熱輻射光源和氣體放電光源的發(fā)光機(jī)理。二者的主要區(qū)別是什么？  答：熱輻射光源是使發(fā)光物體升溫到足夠高而發(fā)光的光源，這類光源在輻射過(guò)程中不改變自身的原子、分子的內(nèi)部狀態(tài)，輻射光譜是連續(xù)光譜。 氣體放電光源是氣體在電場(chǎng)作用下激勵(lì)出電子和離子，離子向陰極、電子向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)，從電場(chǎng)中得到能量，它們與氣體原子或分子碰撞時(shí)會(huì)激勵(lì)出新的電子和離子，也會(huì)使氣體原子受激，內(nèi)層電子躍遷到高能級(jí)。受激電子返回基態(tài)時(shí)，就輻射出光子

10、來(lái)。 二者的區(qū)別：熱輻射光源在輻射過(guò)程中不改變自身的原子、分子的內(nèi)部狀態(tài)；氣體放電光源是氣體在電場(chǎng)作用下激勵(lì)出電子和離子，受激電子從高能態(tài)返回基態(tài)時(shí)輻射出光子。1.8激光有哪些特點(diǎn)？激光器的基本結(jié)構(gòu)如何？ 答：激光的特點(diǎn)：高亮度、高方向性、高單色性、光度的時(shí)間空間相干性。激光器一般是由工作物質(zhì)、諧振腔和泵浦源組成。1.9試敘述半導(dǎo)體發(fā)光二極管和半導(dǎo)體激光器在結(jié)構(gòu)上的差異，以及各自特性上的差異。 答：LED 與半導(dǎo)體激光器 LD 的主要區(qū)別：LED 沒(méi)有諧振腔，它的發(fā)光基于自發(fā)輻射，發(fā)出的是熒光；而 LD 的發(fā)光基于受激輻射，發(fā)出的是相干光。二者特性的主要區(qū)別： LD LED

11、光譜特性激光；譜線寬度在 nm 量級(jí)熒光；譜線寬度幾十 nm P-I 特性有閾值電流沒(méi)有閾值電流調(diào)制特性調(diào)制頻率到 10GHz調(diào)制頻率 50-140MHz第2章 光輻射的調(diào)劑1. 光輻射調(diào)制是用數(shù)字或模擬信號(hào)（調(diào)制信號(hào)）改變光波波形的幅度、頻率或相位，使其按調(diào)制信號(hào)規(guī)律變化的過(guò)程，可以比非調(diào)制光具有更高的抗干擾能力。2. 光輻射的調(diào)制方法有內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制。外調(diào)制器，比較成熟的有電光調(diào)制、聲光調(diào)制、磁光調(diào)制等。3. （選）（1） .電光效應(yīng)：在外加強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，本來(lái)是各向同性的介質(zhì)也可以產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，而本來(lái)有雙折射性質(zhì)的晶體，它的雙折射性質(zhì)也要發(fā)生變化。（2） .線性電光效應(yīng)（一次電光效應(yīng)）

12、或泡克爾斯效應(yīng)( Pockels)：折射率的改變與所加外電場(chǎng)的大小成正比的電光效應(yīng)。（3） .二次電光效應(yīng)或克爾( Kerr)效應(yīng)：在強(qiáng)電場(chǎng)作用下會(huì)變成光學(xué)各向異性體，且外加電場(chǎng)引起的折射率的改變與電場(chǎng)強(qiáng)度的平方成正比的電光效應(yīng)。3. （空）產(chǎn)生縱向電光效應(yīng)時(shí)，半波電壓：，為KDP負(fù)單軸晶體的光折射率，為電光系數(shù)。4. （空）產(chǎn)生橫向電光效應(yīng)時(shí)，半波電壓：，為KDP負(fù)單軸晶體的光折射率，為電光系數(shù)。5. 因?yàn)楣鈴?qiáng)與光的振幅平方成正比例，所以電光強(qiáng)度調(diào)制也稱為電光振幅調(diào)制。6. 光波導(dǎo)通過(guò)在電光材料（通常是鈮酸鋰）襯底上擴(kuò)散折射指數(shù)較高的一種材料（通常是鈦）構(gòu)成波導(dǎo)。在波導(dǎo)兩

13、邊做上電極，調(diào)制電壓即通過(guò)電極加到光波導(dǎo)上。由于光波導(dǎo)寬度極窄，遠(yuǎn)小于長(zhǎng)度L，所以半波電壓很小，可為幾伏。這種調(diào)制器的頻率可達(dá)100 GHz。在波導(dǎo)的輸入、輸出端，光通過(guò)單模光纖與波導(dǎo)耦合。7. 超聲波是一種縱向機(jī)械應(yīng)力波（彈性波），它在聲光介質(zhì)中傳輸時(shí)會(huì)引起介質(zhì)密度發(fā)生疏密交替的變化，這就使得介質(zhì)折射率也發(fā)生相應(yīng)的變化。8. 聲光效應(yīng)：受超聲波作用的介質(zhì)相當(dāng)于一個(gè)衍射光柵，光柵的間距等于聲波波長(zhǎng)s。當(dāng)光波通過(guò)此介質(zhì)時(shí)，將被光柵衍射。衍射光的強(qiáng)度、頻率、方向等都隨超聲場(chǎng)變化。9. 聲光效應(yīng)分為兩種類型：拉曼一奈斯( Raman - Nath)衍射和布拉格

14、(Bragg)衍射。10. 磁光效應(yīng)主要有法拉第效應(yīng)和克爾效應(yīng)。11. 法拉第效應(yīng)是光波通過(guò)磁光介質(zhì)、平行于磁場(chǎng)方向傳播時(shí)，線偏振光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，稱為磁致旋光。12. （填）磁致旋光的方向決定于磁場(chǎng)方向，而與光的傳播方向無(wú)關(guān)，稱為非互易性。以順著磁場(chǎng)方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，光矢順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的叫右旋(K>0)，對(duì)應(yīng)介質(zhì)稱為正旋體；光矢逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的叫左旋(K<0)，對(duì)應(yīng)介質(zhì)為負(fù)旋體。13. 法拉第效應(yīng)非互易性的直接應(yīng)用是光隔離器，是光通信系統(tǒng)中必不可少的器件。14. 法拉第旋轉(zhuǎn)決定于軸向電流磁場(chǎng)。因而，控制高頻線圈電流，改變軸向信號(hào)磁場(chǎng)強(qiáng)度，就可控制光振動(dòng)面的旋轉(zhuǎn)角，使通過(guò)：的光振幅隨口角

15、的變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)調(diào)制。第3章 光探測(cè)器1.(空)光探測(cè)器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的關(guān)鍵器件。2.(空)光探測(cè)器的物理效應(yīng)主要是光熱效應(yīng)和光電效應(yīng)。3.(空)光熱探測(cè)器對(duì)光輻射的響應(yīng)由兩個(gè)過(guò)程：首先，器件吸收光輻射能量而自身的溫度發(fā)生變化；然后器件再在依賴某種溫度敏感特性把輻射能引起的溫度變化轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，從而達(dá)到光輻射探測(cè)的目的。4.（空）光熱探測(cè)器的特點(diǎn)：在很寬的波長(zhǎng)范圍（從紫外到40µm以上）內(nèi)，其相應(yīng)靈敏度與光波波長(zhǎng)無(wú)關(guān)。5.光電效應(yīng)分為光電導(dǎo)效應(yīng)、光伏效應(yīng)、光電發(fā)射效應(yīng)等。6.本征半導(dǎo)體吸收光子能量使價(jià)帶中的電子激發(fā)到導(dǎo)帶，這一過(guò)程稱為本征吸收。此時(shí)總的載流子

16、濃度就比 熱平衡下的載流子濃度要大，增加的載流子稱為光生載流子.本征吸收只決定于半導(dǎo)體本身的性質(zhì)。產(chǎn)生本征吸收的條件是，入射光子的能量至少要等于材料的禁帶寬度，即，式中，h是普朗克常數(shù)，c是光速，是光波波長(zhǎng)。最小光子能量為：，為長(zhǎng)波限。 7. 摻有雜質(zhì)的半導(dǎo)體在光照下，中性施主的束縛電子可 以吸收光子而躍遷到導(dǎo)帶，同樣，中性受主的束縛空穴亦可以吸收光子而躍遷到價(jià)帶，這種吸收稱為雜質(zhì)吸收. 8. 光照時(shí)多子濃度幾乎不變，少子濃度卻大大增強(qiáng)，故一切半導(dǎo)體光電器件對(duì)光的響應(yīng)是少子的行為.9. 載流子復(fù)合的過(guò)程分為直接復(fù)合和間接復(fù)合兩種。 10. 光電導(dǎo)效應(yīng)：當(dāng)半導(dǎo)體材料受光照時(shí)，由于對(duì)光子的吸收引起

17、載流子濃度的變化，因而導(dǎo)致材料電導(dǎo)率的變化的現(xiàn)象。11. （空）無(wú)光照時(shí)，材料具有一定的電導(dǎo)，稱為暗電導(dǎo)；相應(yīng)地，有光照時(shí)的電導(dǎo)為亮電導(dǎo)。如果外電壓為U，則通過(guò)樣品的電流也有暗電流和亮電流之分。亮電導(dǎo)和暗電導(dǎo)之差稱為光電導(dǎo)，亮電流和暗電流之差稱為光電流。以G表示電導(dǎo)，表示電導(dǎo)率，I表示電流，下表d代表暗，P代表光，不加下標(biāo)時(shí)表示亮。12. 光電導(dǎo)材料從光照開(kāi)始到獲得穩(wěn)定的電流是需要一定時(shí)間的。同樣，當(dāng)光照停止后光電流也是逐漸消失的，這個(gè)過(guò)程稱為光電導(dǎo)張弛過(guò)程，其原因是非平橫載流子的產(chǎn)生與復(fù)合都不是立即完成的。13. 當(dāng)t=時(shí)，n上升到穩(wěn)態(tài)值的0.63，則稱光電導(dǎo)張弛過(guò)程的上升時(shí)間常數(shù)。當(dāng)t=時(shí)

18、，n下降到穩(wěn)態(tài)值的0.37，則稱光電導(dǎo)張弛過(guò)程的下降時(shí)間常數(shù)?？梢?jiàn)，光電導(dǎo)張弛過(guò)程的時(shí)間常數(shù)就是載流子的壽命。14. 載流子的壽命決定了光電導(dǎo)的上限截止頻率（或3dB帶寬），用表示。15. 光伏效應(yīng)：當(dāng)半導(dǎo)體PN結(jié)受光照時(shí)，光子在結(jié)區(qū)（耗盡區(qū)）激發(fā)出電子-空穴對(duì)。在自建電場(chǎng)的作用下，電子流向N區(qū)，空穴流向P區(qū)，使N區(qū)、P區(qū)兩端產(chǎn)生電位差，P端為正，N端為負(fù)。16. 光子所產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)被自建電場(chǎng)分離，空穴流入P區(qū)，電子電子流向N區(qū)，使得耗盡區(qū)寬度變窄，接觸電勢(shì)差減小。此時(shí)，接觸電勢(shì)差和熱平衡時(shí)相比，其減小量即是光生電勢(shì)差。這樣，入射的光能就轉(zhuǎn)變成流過(guò)PN結(jié)的電流，稱為光電流，其方向與PN結(jié)

19、反向飽和電流的方向相同。因此光照下PN結(jié)的電流方程為： 若入射光的輻通量為，光電流靈敏度為S，則光電流為 ：在短路( )的情況下，U=0，得到短路電流為：即短路電流與光電流值相等，與入射光輻通量成正比。 在開(kāi)路( )的情況下，I = 0，得開(kāi)路電壓：和 是光照下PN結(jié)的兩個(gè)重要參量。17. 某些金屬或半導(dǎo)體受到光照時(shí)，物質(zhì)中的電子由于吸收了光子的能量，致使電子逸出物質(zhì)表面，這種現(xiàn)象稱為光電發(fā)射效應(yīng)，又稱外光電效應(yīng)。光電發(fā)射效應(yīng)是真空光電器件中光電陰極的物理基礎(chǔ)。18.金屬材料的電子逸出功是從費(fèi)米能級(jí)算起至真空能級(jí)之間的能量差。對(duì)于半導(dǎo)體光電發(fā)射材料，電子逸出功由兩部分組成：一部分是電子從發(fā)射中

20、心激發(fā)到導(dǎo)帶所需要的最低能量 ，另一部分是從導(dǎo)帶底逸出表面所需的最低能量 ，一般稱為材料的親和勢(shì)。 19.一個(gè)良好的光電發(fā)射體應(yīng)具備的三個(gè)基本條件：光吸收系數(shù)大；光電子在體內(nèi)傳輸過(guò)程中受到的能量損失小，使逸出深度大；表面勢(shì)壘低，使表面逸出幾率大。20.對(duì)于金屬光電發(fā)射材料，光電發(fā)射過(guò)程是：金屬中的電子吸收光子后獲得動(dòng)能，在向表面運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，因碰撞而損失部分能量，到達(dá)表面的電子克服勢(shì)壘而逸出. 21.表面真空能級(jí)位于導(dǎo)帶之上的光電材料屬正電子親和勢(shì)（PEA)類型。 PEA的閾值波長(zhǎng)。但若給半導(dǎo)體的表面作特殊處理，使表面區(qū)域能帶彎曲 ，真空能級(jí)降到導(dǎo)帶之下，從而使電子親和勢(shì)為負(fù)值，經(jīng)這種特殊處理的

21、材料稱作負(fù)電子親和勢(shì)材料(NEA)， NEA的閾值波長(zhǎng)，式中的單位為µm。21.光電探測(cè)器在進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換過(guò)程中，噪聲使探測(cè)器輸出的電流或電壓信號(hào)在平均值附近隨機(jī)地、瞬間幅度不能預(yù)知地起伏。雖然無(wú)法預(yù)先用確知的時(shí)間函數(shù)來(lái)描述噪聲，但噪聲本身是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，能用統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)描述。一般用均方噪聲電流或電壓表示噪聲值的大小。通常把噪聲這個(gè)隨機(jī)的時(shí)間函數(shù)進(jìn)行付里葉頻譜分析，得到噪聲功率隨頻率的變化關(guān)系，即噪聲功率譜。 常見(jiàn)有兩種典型情況：一種是功率譜大小與頻率無(wú)關(guān)的噪聲 ，稱白噪聲；另一種是功率譜與f成反比，稱1/ f噪聲。 22.光探測(cè)器中的噪聲主要有：熱噪聲、散粒噪聲、產(chǎn)生-復(fù)合噪聲、1/

22、f噪聲、溫度噪聲。23.光電探測(cè)器噪聲功率譜分布可用圖表示。 當(dāng)頻率很低時(shí)，1/f噪聲起主導(dǎo)作用; 頻率達(dá)到中間頻率范圍時(shí)，產(chǎn)生-復(fù)合噪聲較顯著; 當(dāng)頻率較高時(shí)，白噪聲占主導(dǎo)地位. 24. (選)當(dāng)光電器件上的電壓一定時(shí)，光電流與入射于光電 器件上的光通量的關(guān)系 I=F() 稱為光電特性，光電流I與光電器件上光照度L的關(guān)系 I=F(L) 稱為光照特性。 光電特性或光照特性的線性度是一重要參數(shù)。線性度是指探測(cè)器的輸出光電流與輸入光的輻通量成比例的程度和范圍。線性區(qū)的下限往往由暗電流和噪聲等因素決定，而上限通常由飽和效應(yīng)或過(guò)載決定。25.(選)光電器件對(duì)功率相同而波長(zhǎng)不同的入射光的響應(yīng)不同，即產(chǎn)生

23、的光電流不同。光電流I或輸出電壓U與入射光波長(zhǎng)的關(guān)系稱為光譜特性。26投射到探測(cè)器響應(yīng)平面上光輻射通量所產(chǎn)生的信號(hào)電流I（或電壓U）等于探測(cè)器無(wú)入射輻射時(shí)探測(cè)器本身的均方根噪聲電流（或電壓）時(shí)的光輻射通量，叫做探測(cè)器的最小可探測(cè)功率，也稱為等效噪聲功率NEP。即 ， 式中稱為信噪比。NEP越小，探測(cè)器能探測(cè)到的最小輻射通量就越低，性能就越好。為了與人們的習(xí)慣一致，通常用NEP的倒數(shù)，即探測(cè)率D作為探測(cè)器探測(cè)能力的指標(biāo)，單位為1/W。探測(cè)率D的表達(dá)式為: D表明探測(cè)單位入射功率時(shí)的信噪比，其值越大越好。27. 對(duì)于矩形光脈沖信號(hào)，其響應(yīng)出現(xiàn)上升沿和下降沿 ，通常用響應(yīng)時(shí)間來(lái)衡量探測(cè)器的惰性。如果

24、方波光信號(hào)頻率過(guò)高，探測(cè)器的響應(yīng)將嚴(yán)重失真。28.熱釋電探測(cè)器是一種新型的光熱探測(cè)器，它是基于熱電晶體的熱釋電效應(yīng)來(lái)探測(cè)輻射能的器件。29.（簡(jiǎn)）光電導(dǎo)器件：利用半導(dǎo)體光電導(dǎo)效應(yīng)制成的光電探測(cè)器。30.（簡(jiǎn)）結(jié)型器件和光電導(dǎo)器件的主要區(qū)別：1）產(chǎn)生光電變化的部位不同。光敏電阻那一部分受光，受光部分電阻就減小；而結(jié)型器件，只有照射到PN結(jié)或結(jié)區(qū)附近的光才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。2）光敏電阻沒(méi)有極性，工作時(shí)必須外加電壓，而結(jié)型光電器件有確定的正負(fù)極，在沒(méi)有外加電壓下也可以把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。3）光敏電阻的光電導(dǎo)效應(yīng)主要依賴于非平衡載流子的產(chǎn)生與復(fù)合運(yùn)動(dòng)，張弛過(guò)程的時(shí)間較長(zhǎng)，頻率響應(yīng)較差；結(jié)型器件的光電效

25、應(yīng)主要依賴于結(jié)區(qū)非平衡載流子中部分在錄制的漂流運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)主要加在結(jié)區(qū)，張弛過(guò)程的時(shí)間相對(duì)較短，因此響應(yīng)速度較快。4）有些結(jié)型光電器件，如光電三極管、雪崩光電二極管等有較大的內(nèi)增益作用，因此，靈敏度較高，也可通過(guò)較大的電流。31.第三象限是反偏壓狀態(tài)，這時(shí)，是普通二極管的反向飽和電流，現(xiàn)在被稱為暗電流（對(duì)應(yīng)于），數(shù)值很小，光電流是通過(guò)器件的主要電流。反偏壓下的工作方式被稱為光電導(dǎo)模式，工作在這一區(qū)域的器件被稱為光敏二極管。32.光電池是一種不需加偏壓的能把光能直接轉(zhuǎn)換成電能的結(jié)型光電器件。33.PIN光電二極管結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：在摻雜濃度很高的P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間夾著一層較厚的高阻本 征半導(dǎo)體I。

26、34.PIN管的工作特點(diǎn)：PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)就基本上全集中于I層，從而使PN結(jié)的 間距拉大，結(jié)電容變小。又因工作在反偏，隨反偏電壓 增大，結(jié)電容變得更小，從而提高了PIN管的頻率響應(yīng). 35.APD（雪崩光電二極管）工作原理：在高的工作電壓約100200V(接 近于反向擊穿電壓)下，結(jié)區(qū)內(nèi)電場(chǎng)極強(qiáng)(>10 5 V/cm)， 光生載流子在這種強(qiáng)電場(chǎng)中得到極大的加速，碰撞晶 格原子使其電離，更多的粒子在電場(chǎng)中再獲能再碰撞 ，引發(fā)出PN結(jié)內(nèi)電流急劇倍增(內(nèi)增益)，即雪崩反應(yīng)使光電流放大。36.光電三極管和普通晶體管類似，也有電流放大作 用。只是它的集電極電流不受基極控制，而是受光控制。工作時(shí)各電極所

27、加的電壓與普通晶體管相同，即需要保證集電極反偏置，發(fā)射極正偏置。37.光電三極管的工作有兩個(gè)過(guò)程：一是光電轉(zhuǎn)換，二是光電流放大。 以3DU型為例: 光照射在集電結(jié)上，產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。由于集電結(jié)反向偏置，光生電子漂移到集電極，空穴流向基區(qū)，這就是 光電流 。光生電動(dòng)勢(shì)使基極與發(fā)射極間電壓升高，于是發(fā)射極便有大量電子經(jīng)基極流向集電極，使光電流得以放大。放大原理與普通晶體管相同， 被放大（晶體管電流放大系數(shù)）倍。 由此可見(jiàn)，光電三極管的光電轉(zhuǎn)換部分 在集-基結(jié)內(nèi)進(jìn)行，而集電極、基極、發(fā)射極又構(gòu)成一個(gè)有放大作用的晶體管 。因此，NPN光電三極管可用圖所示的簡(jiǎn)化模型表示，它由一個(gè)硅光電二極管 和普通晶

28、體管組合而成。 38.控制電路 ：作光控繼電器用的光電三極管工作在亮、暗兩個(gè)狀態(tài)，要求兩個(gè)狀態(tài)下轉(zhuǎn)換的電信號(hào)差別大，使繼電器靈敏而準(zhǔn)確地工作。無(wú)基極引出線的硅光電三極管的突出特點(diǎn)是無(wú)光照時(shí)集電極電流基本為零。故多用作光控繼電器. （1） 電流控制 ：光電三極管的光電流是晶體管的基極電流。在亮、暗情況下光電流顯著改變，使晶體管分別處于飽和、截止?fàn)顟B(tài)，使J動(dòng)作。 （2） 電壓控制 光電三極管與R 1 分壓，控 制晶體管基極電壓，使晶 體管導(dǎo)通或截止。39.光電耦合器是發(fā)光器件和光接收器件組合的一種器件。40. （空）光電管由玻殼、光電陰極和陽(yáng)極三部分組成。41.暗電流一般指各電極都加上正常工作電壓

29、以后，陰 極無(wú)光照時(shí)陽(yáng)極的輸出電流。陽(yáng)極暗電流限制了可測(cè)的直流光通量的最小值，同時(shí)它也是產(chǎn)生噪聲的重要因素 。光電倍增管中產(chǎn)生的暗電流的因素較多，例如，陰極 和靠近于陰極的倍增極的熱電子發(fā)射；陽(yáng)極或其它電極 的漏電；由于極間電壓過(guò)高而引起的場(chǎng)致發(fā)射等。作業(yè)：3.9探測(cè)器的D*=1011cm·Hz1/2·W-1,探測(cè)器光敏器的直徑為0.5cm，用于f=5x103Hz的光電儀器中，它能探測(cè)的最小輻射功率為多少？解：3.10應(yīng)怎樣理解熱釋電效應(yīng)？熱釋電探測(cè)器為什么只能探測(cè)調(diào)制輻射？ 答：熱電晶體的自發(fā)極化矢量隨溫度變化，從而使入射光可引起電容器電容改變的現(xiàn)象成為熱釋電效

30、應(yīng)。由于熱釋電信號(hào)正比于器件的溫升隨時(shí)間的變化率，因此它只能探測(cè)調(diào)制輻射。3.11某測(cè)輻射熱計(jì)的熱導(dǎo)是，吸收系數(shù)為，求吸收5µW輻射功率后產(chǎn)生的溫升。若電阻溫度系數(shù)求吸收輻射所引起的的電阻相對(duì)變化率。3.15光敏電阻用作光控繼電器。如圖給出一個(gè)光控開(kāi)關(guān)電路。光敏電阻為Cds器件。晶體管的值為，繼電器K的吸合電流為10mA,。考慮弱光照情況，計(jì)算繼電器吸合許多大照度？（測(cè)得L=0 lx時(shí)，;L=100 lx時(shí)，,其中）3.17敘述光電池的工作原理以及開(kāi)路電壓、短路電流與光照度的關(guān)系。為什么光電池的輸出與所接的負(fù)載有關(guān)系？  （1）光電池工作原理 光電池是一

31、個(gè)簡(jiǎn)單得PN結(jié)。當(dāng)光線照射PN結(jié)時(shí)，PN結(jié)將吸收入射光子。如果光子能量超過(guò)半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則由半導(dǎo)體能帶理論可知，在PN結(jié)附近會(huì)產(chǎn)生電子和空穴。在內(nèi)電場(chǎng)的作用下，空穴移向P區(qū)，電子移向N區(qū)，使N區(qū)聚集大量的電子而帶上負(fù)電，在P區(qū)聚集大量的空穴而帶上正電。于是在P區(qū)和N區(qū)之間產(chǎn)生了電勢(shì)，成為光生電動(dòng)勢(shì)。如果用導(dǎo)線或電阻把N區(qū)和P區(qū)連接起來(lái)，回路中就會(huì)有光電流I流過(guò)，電流方向是由P區(qū)流向N區(qū)。 （2） 開(kāi)路電壓、短路電流與光照度的關(guān)系光電池的電動(dòng)勢(shì)即開(kāi)路電壓與照度成非線性關(guān)系，在照度光電池的短路電流與照度成線性關(guān)系 （3） 光電池的輸出與所接的負(fù)載有關(guān)系的原因：當(dāng)負(fù)載電阻

32、較大時(shí)，光電流流過(guò)負(fù)載電阻時(shí)，必然使外加電場(chǎng)增大，由于外電場(chǎng)的方向是與內(nèi)電場(chǎng)方向相反，故要削弱內(nèi)電場(chǎng)的強(qiáng)度，從而使光生的電子和空穴不能移過(guò)PN結(jié)，使對(duì)外輸出的光電流減少。3.20 2CR和2DR，2CU和2DU在結(jié)構(gòu)上有何主要區(qū)別？2DU光電二極管增設(shè)環(huán)極的目的是什么？畫(huà)出正確接法的線路圖，使用時(shí)環(huán)極不接是否可用？為什么？  答：硅光電池按基底材料不同分為2CR和2DR 。2CR為N型單晶硅，2DR為P型單晶硅。按襯底材料的不同，硅光電二極管分為2CU和2DU兩種系列。2DU光電二極管增設(shè)環(huán)極的目的是為了減少暗電流和噪聲。  3.21

33、說(shuō)明PIN管、雪崩光電二極管的工作原理和各自特點(diǎn)。PIN管的頻率特性為什么比普通光電二極管好？ 答：（1）PIN管工作原理：PIN管加反向電壓時(shí)，勢(shì)壘變寬，在整個(gè)本征區(qū)展開(kāi)，耗盡層寬度基本上是I區(qū)的寬度，光照到I層，激發(fā)光生電子空穴時(shí)，在內(nèi)建電場(chǎng)和反向電場(chǎng)作用下，空穴向P區(qū)移動(dòng)，電子向N區(qū)移動(dòng)，形成光生電流，通過(guò)負(fù)載，在外電路形成電流。特點(diǎn)：頻帶寬，線性輸出范圍寬。優(yōu)點(diǎn)：1，工作電壓比較低，一般為5V。2，探測(cè)靈敏度比較高；3，內(nèi)量子效率較高；4，響應(yīng)速度快；5，可靠性高；6，PIN管能低噪聲工作。（2）雪崩光電二極管工作原理：當(dāng)光電二極管的PN結(jié)上加相當(dāng)大的反向偏壓時(shí)，在耗盡層內(nèi)將

34、產(chǎn)生一個(gè)很高的電場(chǎng)，它足以使在該強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)產(chǎn)生和漂移的光生載流子獲得充分的動(dòng)能，電子空穴與晶格原子碰撞，將產(chǎn)生新的電子空穴對(duì)。新的電子空穴對(duì)在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，分別向相反的方向運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，又可能與原子碰撞，再一次產(chǎn)生新的電子空穴對(duì)。如此反復(fù)，形成雪崩式的載流子倍增。特性：靈敏度高，響應(yīng)速度快；（3） PIN管的頻率特性比普通光電二極管好的原因：PIN光電二極管在摻雜濃度很高的P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體間夾著一層比較厚的本征半導(dǎo)體I。又由于工作在反偏狀態(tài)，隨著反偏電壓增大，結(jié)電容變得更小，從而提高了PIN光電二極管的頻率響應(yīng)。 第4章 光電成像器件1. 光電成像器件：指能夠輸出圖像信息的

35、一類器件。2. 攝像管：能夠輸出視頻信號(hào)的真空光電管。攝像管按光電變換形式進(jìn)行分類，基本上分為兩類：一類是利用外光電效應(yīng)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的攝像管，稱為光電發(fā)射型攝像管。另一類是利用內(nèi)光電效應(yīng)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的攝像管，統(tǒng)稱為視像管。3. 攝像管的作用是把入射的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為視頻信號(hào)并輸出，它應(yīng)具有三個(gè)基本功能：光電變換、光電信號(hào)存儲(chǔ)和掃描輸出。4. 被攝物經(jīng)物鏡成像在光電靶上。光電靶既能完成光電變換又能存儲(chǔ)信號(hào)。5. 任何一幅圖像都可以分成許多小的像點(diǎn)，通常稱之為像素或像元。6. 在電子束掃描某一像素的瞬間，該像素與電源正極和陰極接成通路。這個(gè)像素（光電二極管結(jié)構(gòu)）的光電流由PN，流過(guò)負(fù)載RL，產(chǎn)生負(fù)極性圖像電壓信號(hào)輸出（信號(hào)閱讀），同時(shí)掃描電子束使P層掃描面的電位降至陰極電位（圖像信號(hào)擦除）。這樣，電子束在從左至右、由上而下地對(duì)正電位圖像的順序掃描中，就把隨空間、時(shí)間而變化的圖像信息轉(zhuǎn)換成隨時(shí)間變化的電信號(hào)，這就是視頻信號(hào)。7. ：電荷耦合器件（）8. 的突出特點(diǎn)：以電荷作為信號(hào)。9. 的基本功能是信號(hào)電荷的產(chǎn)生存儲(chǔ)傳輸和檢測(cè)。10. 在器件的中間是一個(gè)光敏元組成的線