光電檢測(cè)復(fù)習(xí)提綱

1、第一章：光輻射與發(fā)光源2. 光輻射以電磁波形式或粒子（光子）形式傳播的能量，它們可以用光學(xué)元件反射、成像或色散，這種能量及其傳播過(guò)程稱(chēng)為光輻射。一般認(rèn)為其波長(zhǎng)在10nm1mm，或頻率在3´1016Hz3´1011Hz范圍內(nèi)。一般按輻射波長(zhǎng)及人眼的生理視覺(jué)效應(yīng)將光輻射分成三部分：紫外輻射、可見(jiàn)光和紅外輻射。一般在可見(jiàn)到紫外波段波長(zhǎng)用nm、在紅外波段波長(zhǎng)用mm表示。波數(shù)的單位習(xí)慣用cm-1。1. 輻射量 輻射能。輻射能是以輻射形式發(fā)射或傳輸?shù)碾姶挪ǎㄖ饕缸贤狻⒖梢?jiàn)光和紅外輻射）能量。輻射能一般用符號(hào)Qe表示，其單位是焦耳（J）。 輻射通量。輻射通量Fe又稱(chēng)為輻射功率，定義為單

2、位時(shí)間內(nèi)流過(guò)的輻射能量，即 (1.2-1)單位：瓦特（W）或焦耳·秒（J·s）。 輻射出射度。輻射出射度Me是用來(lái)反映物體輻射能力的物理量。定義為輻射體單位面積向半空間發(fā)射的輻射通量，即 (1.2-2)單位：W/m2。輻射強(qiáng)度。輻射強(qiáng)度定義為：點(diǎn)輻射源在給定方向上發(fā)射的在單位立體角內(nèi)的輻射通量，用Ie表示，即 (1.2-3)單位：瓦特·球面度-1（W·sr-1）。由輻射強(qiáng)度的定義可知，如果一個(gè)置于各向同性均勻介質(zhì)中的點(diǎn)輻射體向所有方向發(fā)射的總輻射通量是Fe，則該點(diǎn)輻射體在各個(gè)方向的輻射強(qiáng)度Ie是常量，有 (1.2-4) 輻射亮度。輻射亮度定義為面輻射源在

3、某一給定方向上的輻射通量。如圖2所示。 (1.2-5)式中q是給定方向和輻射源面元法線間的夾角。單位：瓦特/球面度·米2（W/sr·m2）。SqdFdSdW圖2 輻射亮度示意圖顯然，一般輻射體的輻射強(qiáng)度與空間方向有關(guān)。但是有些輻射體的輻射強(qiáng)度在空間方向上的分布滿(mǎn)足 (1.2-6)式中Ie0是面元dS沿其法線方向的輻射強(qiáng)度。符合上式規(guī)律的輻射體稱(chēng)為余弦輻射體或朗伯體。(1.2-6)式代入(1.2-5)式得到余弦輻射體的輻射亮度為 (1.2-7)可見(jiàn)余弦輻射體的輻射亮度是均勻的，與方向角q無(wú)關(guān)。余弦輻射體的輻射出射度為 (1.2-8)輻射照度。在輻射接收面上的輻照度定義為照射在

4、面元dA上的輻射通量與該面元的面積之比。即 (1.2-9)單位：（W/m2）。單色輻射度量 對(duì)于單色光輻射，同樣可以采用上述物理量表示，只不過(guò)均定義為單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)對(duì)應(yīng)的輻射度量，并且對(duì)所有輻射量X來(lái)說(shuō)單色輻射度量與輻射度量之間均滿(mǎn)足 (1.2-10)考點(diǎn)1：(理解)：由輻射通量和輻射強(qiáng)度之間的關(guān)系式(1.2-4)可知，一個(gè)輻射強(qiáng)度為1 W·sr-1的點(diǎn)光源，總輻射通量等于W?，F(xiàn)在假設(shè)有一個(gè)以這個(gè)點(diǎn)光源為球心、半徑為1m的球面包圍這個(gè)點(diǎn)光源，則該球面上的輻射照度為Ee=Ie/R2。這一結(jié)果表明，一個(gè)均勻點(diǎn)光源在空間一點(diǎn)的輻射照度與該光源輻射強(qiáng)度成正比，與距離的平方成反比。（P4）考點(diǎn)

5、2：坎德拉定義：一個(gè)光源發(fā)出頻率為540*1012Hz的單色輻射，若在一給定方向上的輻射強(qiáng)度為(1/683)W/sr時(shí), 則該光源在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度就是1cd.考點(diǎn)3：（理解、分析圖）問(wèn): 點(diǎn)光源均勻發(fā)光(l=500nm), 發(fā)光強(qiáng)度I=100cd,則總光通量Fl = ,總輻射功率為Fe,l = . 答:總光通量Fl = òIdW=4pI =400p(lm), 總輻射功率Fe,l=F,l/683Vl=400p/(683´0.3)=6.1(W)圖3 光譜光視效率曲線8.色溫（考點(diǎn)4）為了表示一個(gè)熱輻射光源所發(fā)出光的光色性質(zhì)，常用到色溫度這個(gè)量，單位為K。色溫度是指在規(guī)定兩波

6、長(zhǎng)處具有與熱輻射光源的輻射比率相同的黑體的溫度。色溫度并非熱輻射光源本身的溫度。由于色溫度是按規(guī)定的兩波長(zhǎng)處的輻射比率來(lái)比較的，所以色溫度相同的熱輻射光源的連續(xù)譜也可能不相似，若規(guī)定的波長(zhǎng)不同，色溫度往往也不相同。至于非熱輻射光源，色溫度只能給出這個(gè)光源光色的大概情況，一般來(lái)說(shuō)，色溫高代表藍(lán)、綠光成分多些，色溫低則表示橙、紅光的成分多些。8007006005004000.00.20.4習(xí) 題11.1 設(shè)在半徑為Rc的圓盤(pán)中心法線上，距盤(pán)圓中心為l0處有一個(gè)輻射強(qiáng)度為Ie的點(diǎn)源S，如圖所示。試計(jì)算該點(diǎn)源發(fā)射到盤(pán)圓的輻射功率。l0SRc第1題圖 解答：因?yàn)椋以诹Ⅲw角內(nèi)的輻射通量全部照在面元上。面

7、元的 根據(jù)立體角定義可知：，這里的，代入上式，得到：解答完畢。1.2 如圖所示，設(shè)小面源的面積為DAs，輻射亮度為L(zhǎng)e，面源法線與l0的夾角為qs；被照面的面積為DAc，到面源DAs的距離為l0。若qc為輻射在被照面DAc的入射角，試計(jì)算小面源在DAc上產(chǎn)生的輻射照度。LeDAsDAcl0qsqc第2題圖解答：因?yàn)椋瞥觯河忠驗(yàn)橥瞥觯鹤詈蟾鶕?jù) 第二章 光輻射的傳播2.1 何為大氣窗口，試分析光譜位于大氣窗口內(nèi)的光輻射的大氣衰減因素。對(duì)某些特定的波長(zhǎng)，大氣呈現(xiàn)出極為強(qiáng)烈的吸收。光波幾乎無(wú)法通過(guò)。根據(jù)大氣的這種選擇吸收特性，一般把近紅外區(qū)分成八個(gè)區(qū)段，將透過(guò)率較高的波段稱(chēng)為大氣窗口。衰減的原因是大

8、氣分子的少量吸收和散射占主導(dǎo)地位的損耗，大氣溶膠的吸收和散射。2.2 何為大氣湍流效應(yīng)，大氣湍流對(duì)光束的傳播產(chǎn)生哪些影響？是一種無(wú)規(guī)則的漩渦流動(dòng)，流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡十分復(fù)雜，既有橫向運(yùn)動(dòng)，又有縱向運(yùn)動(dòng)，空間每一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度圍繞某一平均值隨機(jī)起伏。這種湍流狀態(tài)將使激光輻射在傳播過(guò)程中隨機(jī)地改變其光波參量，使光束質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，出現(xiàn)所謂光束截面內(nèi)的強(qiáng)度閃爍、光束的彎曲和漂移（亦稱(chēng)方向抖動(dòng)）、光束彌散畸變以及空間相干性退化等現(xiàn)象，統(tǒng)稱(chēng)為大氣湍流效應(yīng)。2.5 何為電光晶體的半波電壓？半波電壓由晶體的那些參數(shù)決定？電光晶體加入外電場(chǎng)后，當(dāng)光波的兩個(gè)垂直分量的光程差為半個(gè)波長(zhǎng)（相應(yīng)的相位差為p）時(shí)所需要

9、加的電壓，稱(chēng)為半波電壓。2.10 一束線偏振光經(jīng)過(guò)長(zhǎng)，直徑的實(shí)心玻璃，玻璃外繞匝導(dǎo)線，通有電流。取韋爾德常數(shù)為，試計(jì)算光的旋轉(zhuǎn)角由公式和計(jì)算。答案：0.31252.15 光波水下傳輸有那些特殊問(wèn)題？主要是設(shè)法克服這種后向散射的影響。措施如下：1 適當(dāng)?shù)剡x擇濾光片和檢偏器，以分辨無(wú)規(guī)則偏振的后向散射和有規(guī)則偏振的目標(biāo)反射。2 盡可能的分開(kāi)發(fā)射光源和接收器。采用如圖2-28所示的距離選通技術(shù)。當(dāng)光源發(fā)射的光脈沖朝向目標(biāo)傳播時(shí)，接收器的快門(mén)關(guān)閉，這時(shí)朝向接收器的連續(xù)后向散射光便無(wú)法進(jìn)入接收器。當(dāng)水下目標(biāo)反射的光脈沖信號(hào)返回到接收器時(shí)，接收器的快門(mén)突然打開(kāi)并記錄接收到的目標(biāo)信息。這樣就能有效的克服水下

10、后向散射的影響。第三章 光束的調(diào)制和掃描1.振幅調(diào)制振幅調(diào)制就是載波的振幅隨調(diào)制信號(hào)的規(guī)律而變化的振蕩，簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)幅。若調(diào)制信號(hào)是一時(shí)間的余弦函數(shù)，即 (3.1-2)調(diào)幅波的表達(dá)式為 (3.1-3)調(diào)幅波的頻譜為 (3.1-4)頻譜由三個(gè)頻率成分組成，第一項(xiàng)是載頻分量，第二、三項(xiàng)是稱(chēng)為邊頻分量，如圖1所示。上述分析是單余弦信號(hào)調(diào)制的情況。如果調(diào)制信號(hào)是一復(fù)雜的周期信號(hào)，則調(diào)幅波的頻譜將由載頻分量和兩個(gè)邊頻帶組成。t2wmwc-wm wc wc+wm wAcmaAc/2maAc/2圖1 調(diào)幅波頻譜2.頻率調(diào)制和相位調(diào)制調(diào)頻或調(diào)相就是光載波的頻率或相位隨著調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律而改變的振蕩。因?yàn)檫@兩種調(diào)制

11、波都表現(xiàn)為總相角y(t)的變化，因此統(tǒng)稱(chēng)為角度調(diào)制。對(duì)頻率調(diào)制來(lái)說(shuō)，就是中的角頻率wc隨調(diào)制信號(hào)變化 (3.1-5)則調(diào)制波的表達(dá)式為 (3.1-6)同樣，相位調(diào)制就是 相位角jc隨調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律而變化，則調(diào)相波的表達(dá)式為 (3.1-8)由于調(diào)頻和調(diào)相實(shí)質(zhì)上最終都是調(diào)制總相角，因此可寫(xiě)成統(tǒng)一的形式 (3.1-9)上式按三角公式展開(kāi)，并應(yīng)用得到 (3.1-10)可見(jiàn)，在單頻余弦波調(diào)制時(shí)，其角度調(diào)制波的頻譜是由光載頻與在它兩邊對(duì)稱(chēng)分布的無(wú)窮多對(duì)邊頻組成。顯然，若調(diào)制信號(hào)不是單頻余弦波，則其頻譜將更為復(fù)雜。3. 強(qiáng)度調(diào)制強(qiáng)度調(diào)制使光載波的強(qiáng)度(光強(qiáng))隨調(diào)制信號(hào)規(guī)律變化的激光振蕩，如圖2所示。光束

12、調(diào)制多采用強(qiáng)度調(diào)制形式，這是因?yàn)榻邮掌饕话愣际侵苯禹憫?yīng)其所接收的光強(qiáng)。光束強(qiáng)度定義為光波電場(chǎng)的平方 (3.1-11)于是，強(qiáng)度調(diào)制的光強(qiáng)可表示為 (3.1-12)仍設(shè)調(diào)制信號(hào)是單頻余弦波，則 (3.1-13)I(t)t調(diào)制信號(hào)載波圖2 強(qiáng)度調(diào)制強(qiáng)度調(diào)制波的頻譜可用前面所述的類(lèi)似方法求得，其結(jié)果與調(diào)幅波略有不同，其頻譜分布除了載頻及對(duì)稱(chēng)分布的兩邊頻之外，還有低頻wm和直流分量。以上幾種調(diào)制方式所得到的調(diào)制波都是一種連續(xù)振蕩波，統(tǒng)稱(chēng)為模擬調(diào)制。直接調(diào)制（考點(diǎn)一：理解、熟悉）直接調(diào)制(內(nèi)調(diào)制)主要是把要傳遞的信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)注入半導(dǎo)體光源（激光二極管LD或半導(dǎo)體發(fā)光二極管LED），從而獲得調(diào)制光信

13、號(hào)。是目前光纖通信系統(tǒng)普遍采用的實(shí)用化調(diào)制方法。根據(jù)調(diào)制信號(hào)的類(lèi)型，直接調(diào)制又可以分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制兩種，前者是有連續(xù)的模擬信號(hào)（如電視、語(yǔ)音等信號(hào)）直接接對(duì)光源進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制，后者是用脈沖編碼調(diào)制數(shù)字信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，下面介紹這兩種調(diào)制方法。1.半導(dǎo)體激光器（LD）直接調(diào)制的原理圖3為砷鎵鋁雙異質(zhì)結(jié)注入式半導(dǎo)體激光器的輸出光功率與驅(qū)動(dòng)電流的關(guān)系曲線。圖4所示半導(dǎo)體激光器的光譜特性。10080604020850 950 1050波長(zhǎng)(mm)相對(duì)輻射強(qiáng)度(%)高于閾值低于閾值圖4 半導(dǎo)體激光器的光譜特性10500 50 100 It 150 200驅(qū)動(dòng)電流(mA)輸出功率(mW)圖3半

14、導(dǎo)體激光器的輸出特性圖5所示的是半導(dǎo)體激光器調(diào)制原理以及輸出光功率與調(diào)制信號(hào)的關(guān)系曲線。為了獲得線性調(diào)制，使工作點(diǎn)處于輸出特性曲線的直線部分，必須在加調(diào)制信號(hào)電流的同時(shí)加一適當(dāng)?shù)钠秒娏鱅b，這樣就可以使輸出的光信號(hào)不失真。輸出功率直流偏置調(diào)制信號(hào)輸出光強(qiáng)信號(hào)ttt(b)CLLD調(diào)制信號(hào)直流偏置(a)圖5半導(dǎo)體激光器調(diào)制 (a) 電原理圖；(b) 調(diào)制特性曲線半導(dǎo)體激光器處于連續(xù)調(diào)制工作狀態(tài)時(shí)，無(wú)論有無(wú)調(diào)制信號(hào)，由于有直流偏置，所以功耗較大，甚至引起溫升，會(huì)影響或破壞器件的正常工作。2.半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）的調(diào)制特性LD2LD1LED1LED2LED3LED4I(mW)Pout(mW)1

15、6141210864200 100 200 300 400圖6 LED與LD 的Pout-I曲線比較半導(dǎo)體發(fā)光二極管由于不是閾值器件，它的輸出光功率不像半導(dǎo)體激光器那樣會(huì)隨注入電流的變化而發(fā)生突變，因此，LED的PI特性曲線的線性比較好。圖6示出了LED與LD的PI特性曲線的比較。3.半導(dǎo)體光源的模擬調(diào)制 無(wú)論是使用 LD或LED作光源，都要施加偏置電流Ib，使其工作點(diǎn)處于LD或LED的PI特性曲線的直線段，如圖7所示。其調(diào)制線性好壞與調(diào)制深度m有關(guān)： LEDUb+EcIc已調(diào)光波(a)PoutItIco(b)圖7 模擬信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路激光強(qiáng)度調(diào)制 (a) 驅(qū)動(dòng)電路；(b) LED工作特性4.半導(dǎo)

16、體光源的脈沖編碼數(shù)字調(diào)制如前所述，數(shù)字調(diào)制是用二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)“1”和“0”碼對(duì)光源發(fā)出的光波進(jìn)行調(diào)制。而數(shù)字信號(hào)大都采用脈沖編碼調(diào)制，即先將連續(xù)的模擬信號(hào)通過(guò)“抽樣”變成一組調(diào)幅的脈沖序列，再經(jīng)過(guò)“量化”和“編碼”過(guò)程，形成一組等幅度、等寬度的矩形脈沖作為“碼元”，結(jié)果將連續(xù)的模擬信號(hào)變成了脈沖編碼數(shù)字信號(hào)。然后，再用脈沖編碼數(shù)字信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，其調(diào)制特性曲線如圖8所示。由于數(shù)字光通信的突出優(yōu)點(diǎn)，所以其有很好應(yīng)用的前景。首先因?yàn)閿?shù)字光信號(hào)在信道上傳輸過(guò)程中引進(jìn)的噪聲和失真，可采用間接中繼器的方式去掉，故抗干擾能力強(qiáng)；其次對(duì)數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的線性要求不高，可充分利用光源（LD）的發(fā)光功率

17、；第三數(shù)字光通信設(shè)備便于和脈沖編碼電話終端、脈沖編碼數(shù)字彩色電視終端、電子計(jì)算機(jī)終端相連接，從而組成既能傳輸電話、彩色電視，又能傳輸計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的多媒體綜合通信系統(tǒng)。聲光掃描器的主要性能參量（考點(diǎn)2）聲光掃描器的主要性能參量有三個(gè):可分辨點(diǎn)數(shù)，它決定描器的容量。偏轉(zhuǎn)時(shí)間t，其倒數(shù)決定掃描器的速度。衍射效率hs，它決定偏轉(zhuǎn)器的效率。3.43.7 用PbMoO4晶體做成一個(gè)聲光掃描器，取n=2.48，M2=37.75´10-15s3/kg，換能器寬度H=0.5mm。聲波沿光軸方向傳播，聲頻fs=150MHz，聲速vs=3.99´105cm/s，光束寬度d=0.85cm，光波長(zhǎng)l=

18、0.5mm。 為獲得100%的衍射效率，聲功Ps率應(yīng)為多大？解： ， 答案：0.195W第4章 光輻射的探測(cè)技術(shù)§1 光電探測(cè)器的物理效應(yīng)光電探測(cè)器能把光輻射量轉(zhuǎn)換成另一種便于測(cè)量的物理量的器件。一、光子效應(yīng)和光熱效應(yīng)（考點(diǎn)一）1. 光子效應(yīng)指單個(gè)光子的性質(zhì)對(duì)產(chǎn)生的光電子起直接作用的一類(lèi)光電效應(yīng)。探測(cè)器吸收光子后，直接引起原子或分子的內(nèi)部電子狀態(tài)的改變。光子能量的大小，直接影響內(nèi)部電子狀態(tài)的改變。特點(diǎn)：光子效應(yīng)對(duì)光波頻率表現(xiàn)出選擇性，響應(yīng)速度一般比較快。2. 光熱效應(yīng)探測(cè)元件吸收光輻射能量后，并不直接引起內(nèi)部電子狀態(tài)的改變，而是把吸收的光能變?yōu)榫Ц竦臒徇\(yùn)動(dòng)能量，引起探測(cè)元件溫度上升,

19、溫度上升的結(jié)果又使探測(cè)元件的電學(xué)性質(zhì)或其他物理性質(zhì)發(fā)生變化。特點(diǎn)：原則上對(duì)光波頻率沒(méi)有選擇性，響應(yīng)速度一般比較慢。（在紅外波段上，材料吸收率高，光熱效應(yīng)也就更強(qiáng)烈，所以廣泛用于對(duì)紅外線輻射的探測(cè)。）二、光電發(fā)射效應(yīng)外光電效應(yīng)（器件：光電管、光電倍增管）指光照下,物體向表面以外的空間發(fā)射電子（即光電子）的現(xiàn)象。 -光電發(fā)射體（光陰極）愛(ài)因斯坦方程：為光電子的動(dòng)能，為光電發(fā)射體的功函數(shù)。外光電效應(yīng)條件：“紅限”(截止波長(zhǎng)) （考點(diǎn)二，截止波長(zhǎng)、頻率）截止波長(zhǎng)指的是,單模光纖通常存在某一波長(zhǎng),當(dāng)所傳輸?shù)墓獠ㄩL(zhǎng)超過(guò)該波長(zhǎng)時(shí),光纖只能傳播一種模式(基模)的光,而在該波長(zhǎng)之下,光纖可傳播多種模式(包含高階

20、模)的光。當(dāng)保持電路輸入信號(hào)的幅度不變，改變頻率使輸出信號(hào)降至最大值的0.707倍，或某一特殊額定值時(shí)該頻率稱(chēng)為截止頻率。（考點(diǎn)三：推導(dǎo)）對(duì)本征半導(dǎo)體，設(shè)每秒鐘激發(fā)載流子對(duì)的數(shù)目為N，則， 光電導(dǎo)：DG與每秒鐘所激發(fā)的載流子對(duì)數(shù)N成正比, 即與光功率成正比。光電導(dǎo)效應(yīng)就是光照下探測(cè)器的電導(dǎo)率增大的效應(yīng)，光照越強(qiáng)，光電導(dǎo)越大。 光電流: 電流增量并不等于每秒鐘光激發(fā)的電量 eN, 定義光電導(dǎo)效應(yīng)的電流增益:對(duì)N型半導(dǎo)體，光照時(shí)電子濃度增加量Dn是主要的，有： 五、溫差電效應(yīng)（考點(diǎn)四：溫差電效應(yīng)）當(dāng)兩種不同的配偶材料（可以是金屬或半導(dǎo)體）兩端并聯(lián)熔接時(shí)，如果兩個(gè)接頭的溫度不同，并聯(lián)回路中就產(chǎn)生電動(dòng)

21、勢(shì)，稱(chēng)為溫差電動(dòng)勢(shì)。提高測(cè)量靈敏度若干個(gè)熱電偶串聯(lián)起來(lái)使用熱電堆六、熱釋電效應(yīng)（考點(diǎn)五）熱釋電材料電介質(zhì)一種結(jié)晶對(duì)稱(chēng)性很差的壓電晶體在常態(tài)下具有自發(fā)電極化(即固有電偶極矩)。 熱電體的|決定了面電荷密度的大小，當(dāng)發(fā)生變化時(shí)，面電荷密度也跟著變化。| |值是溫度的函數(shù)溫度升高| |減小。升高到Tc值時(shí),自發(fā)極化突然消失,TC稱(chēng)為居里溫度。熱釋電體表面附近的自由電荷對(duì)面電荷的中和作用比較緩慢，一般在11000秒量級(jí)。熱釋電探測(cè)器是一種交流或瞬時(shí)響應(yīng)的器件。§2 光電探測(cè)器的性能參數(shù)(考點(diǎn)六)一、積分靈敏度R二、光譜靈敏度R三、頻率靈敏度Rf（響應(yīng)頻率fc和響應(yīng)時(shí)間）四、量子效率五、通量閾

22、Pth和噪聲等效功率NEP六、歸一化探測(cè)度D*(讀作D星)七、噪聲七、光電轉(zhuǎn)換定律光輻射量轉(zhuǎn)換為光電流量的過(guò)程光電轉(zhuǎn)換。 D探測(cè)器的光電轉(zhuǎn)換因子式中：探測(cè)器的量子效率基本的光電轉(zhuǎn)換定律： (1)光電探測(cè)器對(duì)入射功率有響應(yīng),響應(yīng)量是光電流。因此,一個(gè)光子探測(cè)器可視為一個(gè)電流源。(2)因?yàn)楣夤β蔖正比于光電場(chǎng)的平方,故常常把光電探測(cè)器稱(chēng)為平方律探測(cè)器?；蛘哒f(shuō),光電探測(cè)器本質(zhì)上一個(gè)非線性器件。例題：(考點(diǎn)7：會(huì)解)例如，若RL=Rg=1M,2,光敏面積為1cm2,則V不能超過(guò)632V，若光敏面積為0.01cm2,則V不允許超過(guò)63V.。(p131)幾種典型的光敏電阻 (P133) 考點(diǎn)8，記。（1）

23、CdS和CdSe低造價(jià)、可見(jiàn)光輻射探測(cè)器光電導(dǎo)增益比較高(103104)響應(yīng)時(shí)間比較長(zhǎng)(大約50ms)（2）PbS近紅外輻射探測(cè)器波長(zhǎng)響應(yīng)范圍在13.4m，峰值響應(yīng)波長(zhǎng)為2m內(nèi)阻（暗阻）大約為1M響應(yīng)時(shí)間約200s（3）InSb在77k下,噪聲性能大大改善峰值響應(yīng)波長(zhǎng)為5m響應(yīng)時(shí)間短（大約50×10-9s）（4）HgxCd1-xTe探測(cè)器化合物本征型光電導(dǎo)探測(cè)器,它是由HgTe和GdTe兩種材料混在一起的固溶體,其禁帶寬度隨組分x呈線性變化。當(dāng)x=0.2時(shí)響應(yīng)波長(zhǎng)為814m,工作溫度77k，用液氮致冷?？键c(diǎn)：光電轉(zhuǎn)換原理，為什么M=1？（考點(diǎn)9） 短路電流和開(kāi)路電壓精確表達(dá)式的推導(dǎo)短

24、路電流和開(kāi)路電壓精確表達(dá)式的推導(dǎo) 短路電流RL=0，則u=0,由（4-102）得: 光電池的短路電流與光功率成線性關(guān)系。光電池作為測(cè)量元件時(shí)，負(fù)載電阻應(yīng)盡量取得小些，使之滿(mǎn)足“短路”條件,從而使光電池成為線性元件.開(kāi)路電壓RL=,i=0,開(kāi)路電壓與光功率成非線性關(guān)系.P139 在室溫（300K）下，(考點(diǎn)10 P146) 例題：已知某Si光電二極管的靈敏度S=0.5.P147頻率響應(yīng)特性影響因素（擴(kuò)散時(shí)間、耗盡層中的漂移時(shí)間、結(jié)電容效應(yīng)），哪兩個(gè)重要，為什么？(考點(diǎn)11 P153) 若mm2，(考點(diǎn)12 P159) 光頻外差探測(cè)有哪些物理量？ P165 4.1 比較光子探測(cè)器和光熱探測(cè)器在作用

25、機(jī)理、性能及應(yīng)用特點(diǎn)等方面的差異。答：光子效應(yīng)是指單個(gè)光子的性質(zhì)對(duì)產(chǎn)生的光電子起直接作用的一類(lèi)光電效應(yīng)。探測(cè)器吸收光子后，直接引起原子或分子的內(nèi)部電子狀態(tài)的改變。光子能量的大小，直接影響內(nèi)部電子狀態(tài)改變的大小。因?yàn)椋庾幽芰渴莌，h是普朗克常數(shù), 是光波頻率，所以，光子效應(yīng)就對(duì)光波頻率表現(xiàn)出選擇性，在光子直接與電子相互作用的情況下，其響應(yīng)速度一般比較快。光熱效應(yīng)和光子效應(yīng)完全不同。探測(cè)元件吸收光輻射能量后，并不直接引起內(nèi)部電子狀態(tài)的改變，而是把吸收的光能變?yōu)榫Ц竦臒徇\(yùn)動(dòng)能量，引起探測(cè)元件溫度上升,溫度上升的結(jié)果又使探測(cè)元件的電學(xué)性質(zhì)或其他物理性質(zhì)發(fā)生變化。所以，光熱效應(yīng)與單光子能量h的大小沒(méi)有

26、直接關(guān)系。原則上，光熱效應(yīng)對(duì)光波頻率沒(méi)有選擇性。只是在紅外波段上，材料吸收率高，光熱效應(yīng)也就更強(qiáng)烈，所以廣泛用于對(duì)紅外線輻射的探測(cè)。因?yàn)闇囟壬呤菬岱e累的作用，所以光熱效應(yīng)的響應(yīng)速度一般比較慢，而且容易受環(huán)境溫度變化的影響。值得注意的是，以后將要介紹一種所謂熱釋電效應(yīng)是響應(yīng)于材料的溫度變化率，比其他光熱效應(yīng)的響應(yīng)速度要快得多，并已獲得日益廣泛的應(yīng)用。4.7 比較直接探測(cè)和外差探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)第5章 光電成像系統(tǒng)§1 固體攝像器件考點(diǎn)1：深刻理解并掌握“電荷耦合器件（CCD）與其他器件相比，最突出的特點(diǎn)用光注入的辦法產(chǎn)生”固體攝像器件的功能：把入射到傳感器光敏面上按空間分布的光強(qiáng)信息

27、（可見(jiàn)光、紅外輻射等），轉(zhuǎn)換為按時(shí)序串行輸出的電信號(hào) 視頻信號(hào)，而視頻信號(hào)能再現(xiàn)入射的光輻射圖像。固體攝像器件主要有三大類(lèi)：電荷耦合器件（Charge Coupled Device，即CCD）互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器（即CMOS）電荷注入器件（Charge Injenction Device，即CID）一、電荷耦合攝像器件電荷耦合器件（CCD）特點(diǎn)）以電荷作為信號(hào)CCD的基本功能電荷存儲(chǔ)和電荷轉(zhuǎn)移CCD工作過(guò)程信號(hào)電荷的產(chǎn)生、存儲(chǔ)、傳輸和檢測(cè)的過(guò)程電荷耦合器件的基本原理（1）電荷存儲(chǔ) 構(gòu)成CCD的基本單元是MOS(金屬-氧化物-半導(dǎo)體)電容器電荷耦合器件必須工作在瞬態(tài)和深度耗盡狀態(tài)（2）電荷轉(zhuǎn)移以三相表面溝道CCD為例表面溝道器件，即SCCD（Surface Channel CCD）轉(zhuǎn)移溝道在界面的CCD器件 體內(nèi)溝道（或埋溝道CCD）即 BCCD（Bulk or Buried Channel CCD）用離子注入方法改變轉(zhuǎn)移溝道的結(jié)構(gòu)，從而使勢(shì)能極小值脫離界面而進(jìn)入襯底內(nèi)部，形成體內(nèi)的轉(zhuǎn)移溝道，避免了表面態(tài)的影響，使得該種器件的轉(zhuǎn)移效率高達(dá)99.999以上，工作頻率可高達(dá)100MHz，且能做成大規(guī)模器件（3）電荷檢測(cè)浮