光電測(cè)試技術(shù)復(fù)習(xí)資料知識(shí)交流

1、PPT中簡(jiǎn)答題匯總1. 價(jià)帶、導(dǎo)帶、禁帶的定義及它們之間的關(guān)系。施主能級(jí)和受主能級(jí)的定義及符號(hào)。答：價(jià)帶：原子中最外層電子稱為價(jià)電子，與價(jià)電子能級(jí)相對(duì)應(yīng)的能帶稱為價(jià)帶；EV(valence)導(dǎo)帶：價(jià)帶以上能量最低的允許帶稱為導(dǎo)帶；EC(conduction)禁帶：導(dǎo)帶與價(jià)帶之間的能量間隔稱為禁帶。 Eg(gap) 施主能級(jí)：易釋放電子的原子稱為施主，施主束縛電子的能量狀態(tài)。ED(donor)受主能級(jí)：容易獲取電子的原子稱為受主，受主獲取電子的能量狀態(tài)。EA( acceptor )2. 半導(dǎo)體對(duì)光的吸收主要表現(xiàn)為什么？它產(chǎn)生的條件及其定義。 半導(dǎo)體對(duì)光的吸收主要表現(xiàn)為本征吸收。半導(dǎo)體吸收光子的能

2、量使價(jià)帶中的電子激發(fā)到導(dǎo)帶， 在價(jià)帶中留下空穴，產(chǎn)生等量的電 子與空穴，這種吸收過(guò)程叫本征吸收。產(chǎn)生本征吸收的條件：入射光子的能量( h V要大于等于材料的禁帶寬度 Eg3. 擴(kuò)散長(zhǎng)度的定義。擴(kuò)散系數(shù)和遷移率的愛(ài)因斯坦關(guān)系式。 多子和少子在擴(kuò)散和漂移中的作 用。擴(kuò)散長(zhǎng)度：表示非平衡載流子復(fù)合前在半導(dǎo)體中擴(kuò)散的平均深度。擴(kuò)散系數(shù)D (表示擴(kuò)散的難易)與遷移率卩(表示遷移的快慢)的愛(ài)因斯坦關(guān)系式：D=(kT/q)卩 kT/q為比例系數(shù)漂移主要是多子的貢獻(xiàn)，擴(kuò)散主要是少子的貢獻(xiàn)。4. 敘述 p-n 結(jié)光伏效應(yīng)原理。當(dāng) P-N 結(jié)受光照時(shí)，多子( P 區(qū)的空穴， N 區(qū)的電子)被勢(shì)壘擋住而不能過(guò)結(jié)，只

3、有少子( P 區(qū)的電子和 N 區(qū)的空穴和結(jié)區(qū)的電子空穴對(duì))在內(nèi)建電場(chǎng)作用下漂移過(guò)結(jié),這導(dǎo)致在 N 區(qū)有光生電子積累，在 P 區(qū)有光生空穴積累，產(chǎn)生一個(gè)與內(nèi)建電場(chǎng)方向相反的光生電 場(chǎng)，其方向由P區(qū)指向N區(qū)。5. 熱釋電效應(yīng)應(yīng)怎樣解釋？熱釋電探測(cè)器為什么只能探測(cè)調(diào)制輻射？在某些絕緣物質(zhì)中，由于溫度的變化引起極化狀態(tài)改變的現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)。 因?yàn)樵诤愣ü廨椛渥饔孟绿綔y(cè)器的輸出信號(hào)電壓為零， 既熱釋電探測(cè)器對(duì)未經(jīng)調(diào)制的光 輻射不會(huì)有響應(yīng)。6. 簡(jiǎn)述紅外變象管和象增強(qiáng)器的基本工作原理。 紅外變象管：紅外光通過(guò)光電導(dǎo)技術(shù)成象到光電導(dǎo)靶面上， 形成電勢(shì)分布圖象，利用調(diào)制的 電子流使熒光面發(fā)光。象增強(qiáng)器：光

4、電陰極發(fā)射的電子圖像經(jīng)電子透鏡聚焦在微通道板上，電子圖像倍增后在均勻電場(chǎng)作用下投射到熒光屏上。7. 簡(jiǎn)述光導(dǎo)型攝像管的基本結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程基本結(jié)構(gòu)包括兩大部分： 光電靶和電子槍。 工作過(guò)程：通過(guò)光電靶將光學(xué)圖象轉(zhuǎn)變成電學(xué)圖象， 電子槍發(fā)出的電子束對(duì)光電靶進(jìn)行 掃描，將電學(xué)圖象轉(zhuǎn)換成僅隨時(shí)間變化的電信號(hào)(視頻信號(hào))傳送出去。8簡(jiǎn)述一維CCD攝像器件的基本結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程。基本結(jié)構(gòu)：光電二極管陣列，CCD移位存儲(chǔ)器，輸出機(jī)構(gòu)。然后光生電荷工作過(guò)程：光電二極管陣列通過(guò)光電變換作用和光電存儲(chǔ)作用積累光生電荷, 并行地流入CCD移位寄存器，通過(guò)輸出機(jī)構(gòu)串行地轉(zhuǎn)移出去。9敘述半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管的發(fā)光原理

5、半導(dǎo)體激光器發(fā)光原理：PN結(jié)正偏時(shí)結(jié)區(qū)發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，導(dǎo)帶中的電子產(chǎn)生自發(fā)輻射和受激輻射，在諧振腔中形成了光振蕩，從諧振腔兩端發(fā)射出激光。發(fā)光二極管的發(fā)光原理： 發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的 火光。10敘述電光調(diào)制器克爾盒的工作原理當(dāng)非偏振光經(jīng)過(guò)起偏器后變?yōu)槠矫嫫窆?，?dāng)給克爾盒加電壓時(shí)， 通過(guò)它的平面偏振光改變其振動(dòng)方向，在檢偏器光軸方向上產(chǎn)生光振動(dòng)的分量。a)的光學(xué)介質(zhì)11.試述聲光偏轉(zhuǎn)器的工作原理。激光束入射到超聲媒質(zhì)中產(chǎn)生衍射，此衍射光強(qiáng)度和方向隨超聲波強(qiáng)度和頻率的改變而變化，因超

6、聲波與光的相互作用產(chǎn)生的聲光效應(yīng)，就是聲光偏轉(zhuǎn)器的工作原理。PPT中計(jì)算題匯總1一支氦氖激光器(波長(zhǎng)632.8nm )發(fā)出激光的功率為2mw。該激光束的平面發(fā)散角為 Imrad , 激光器的放電毛細(xì)管直徑為1mm。求出該激光束的光通量、發(fā)光強(qiáng)度、光亮度、光出射度。A) = Kffy(2曲(Q = 6K3xO.265x2x10 -0.36加Ml(LW22(1 - cos 6T)i =; = = l.5x(f cd2暫(1 一心硏 2(1-cdsOJMH)厶=必-= 一 Y - = 1.46x 1011 cd / in2dS cos & AS cos g XF cos 0叫032廠4尿汕加

7、腫2. 計(jì)算出300K溫度下?lián)饺?015/cm3硼原子的硅片中電子和空穴的濃度及費(fèi)米能級(jí)，畫(huà)出其 能帶圖。(當(dāng) 300K 時(shí),ni=i.5x1O10/cm 3,Eg=1.12eV)。(k:波耳茲曼常數(shù)，1.38 X 103j/k, 1C約相當(dāng)于6.25 X 10A1個(gè)電子的電量。)為P型半導(dǎo)體，則空穴濃度為p=Na=1015/cm3電子濃度為 n= ni2/ Na=2.25 x105/cm3Na費(fèi)米能級(jí)為 Efp Ei kT In - =E-0.29ev3. (a)求在300K時(shí)，本征硅的電導(dǎo)率；(b)倘若每108硅原子中摻入一淺能級(jí)施主雜質(zhì)原子，求出電導(dǎo)率。(硅的原子數(shù)為5x1022個(gè)/cm

8、3，遷移率 ®=1350cm2/(V s)=4&0cm2/(V )基本電荷e = 1.6 X 10 -19庫(kù)侖4、解：(a) 300艮時(shí).本征硅的電導(dǎo)豐 1 .3 x 10 "" x j ,6 x ID n (IJ50+ 480 ) « 4.4 n 10 * Il on (b)揍朵率1(A 則摻入的施主濃慳為¥ = " y 10 = S，10 114. ( a)具有11級(jí)倍增極的光電倍增管均勻分壓, 陰極入射光的照度為 0.1lx，陰極有效面積為 電子的收集率為0.98,倍增極的電子收集率為(b)設(shè)計(jì)前置放大電路，使輸出的信號(hào)

9、電壓為負(fù)高壓1200V供電。陰極靈敏度為20卩A/lm 2 cm2，各倍增極二次發(fā)射系數(shù)均相等為 4,光 0.95,試計(jì)算倍增系統(tǒng)的放大倍數(shù)和陽(yáng)極電流。200mV,求放大器的有關(guān)參數(shù)，并畫(huà)出原理圖G = 0.9Kx4)m = 2一妙 x 10r陰極 ill 流珥=$*E4 = 20 x 10«2 xlO xQJ =4x10 A陽(yáng)極電流；/.,. =G! = 2.33« x l()ft x 4 x A = d.94mAkathode(陰極),anticathode 邙日極)如圈所示前胃放大吐路Rf = - "二Af) 213QL 0,94整撫常用電阻陰值，姑用zoo

10、n電陽(yáng)5. 有一光電倍增管的光電陰極面積為2cm2,陰極靈敏度為25卩A/lm,倍增系統(tǒng)的放大倍數(shù)為105,陽(yáng)極額定電流為 200 A,求允許的最大光照解；陰様額定電流為兀冷"廠2“0-*叭酗大允許光通莖為p=i-=2xio-y 85cW -llu允許的戢大光聘為E 各小1 %血=4X lft_： h6.光敏電阻R與R. =2 K的負(fù)載電阻串聯(lián)后接于 Vb =12V的直流電源上，無(wú)光照時(shí)負(fù)載上的 輸出電壓為 V1 =20mV有光照時(shí)負(fù)載上的輸出電壓為 V2 =2V。求（1）光敏電阻的暗電阻和亮 電阻值。（2）若光敏電阻的光電導(dǎo)靈敏度 Sg=6x10-6s/lx ,求光敏電阻所受的照度

11、？了1札in-T,芹無(wú)光照時(shí)，負(fù)載上的電壓兒帯1t有光照時(shí)，負(fù)載上的電壓r,-2v負(fù)載上的電流初TA -葉*員載上的電流；3葉“1 ftL1 鳳 2*1"因此光散電阻的暗屯阻因此光敏電阻的亮電吧1 rRy- -2 Mil- = 1)98 kit人1 jr“才：ns*光敏電阻的光電導(dǎo)，考慮暗電流時(shí)*光敏電阻所受的照度°"2M0.16531X6*10 67已知 光敏電阻的暗電阻 FD=10MQ在照度為100IX時(shí)亮電阻R =5k Q,用此光敏電阻控制 繼電器，其原理電路如圖所示，如果繼電器的線圈電阻為4kQ,繼電器的吸合電流為2mA,問(wèn)需要多少照度時(shí)才能使繼電器吸合？

12、如果需要在400IX時(shí)繼電器才能吸合，則此電路需作如何改進(jìn)?+光蝕電咀的光電分若垮世弋電N時(shí)麹度為1001耳時(shí)光敏電阻的光電導(dǎo)靈敏度g=-=!r!= L.W*10'' Er H 此 Jl-ID IDLO*F £ 10*吸合時(shí)的光蛾電阻阻值為吸含賊it瞰屯閤的光電卩為f '" 亠"也4- f 農(nóng) 2 w*na* *光電導(dǎo)圉敬墳與梵嫩電阻材料有關(guān)*所tX輕合時(shí)所需原度為£，Mil.¥r 1.WW |w鼻4QQIx時(shí)才吸鮎it時(shí)的比電導(dǎo)為吐-JE " Sf 00 *a I#"1 - J If 4 S-*光載

13、電阻的袒值1 =“Mr叮 bn *墓攣負(fù)載的邀U載寸fes可弗 jpi f 0,75 kOEj ii Pf'i8下圖是用硒光電池制作照度計(jì)的原理圖，已知硒光電池在100lx照度下，最佳功率輸出時(shí)的Vm =0.3V, m=1.5mA,如果選用100uA表頭作照度指標(biāo)，表頭內(nèi)阻為1k Q ,指針滿刻度值為 100lx，試計(jì)算電阻Ri和咼值。100 圧：F =03(/ =1.57, =100xl0-6m7 m71Z + /, = I, => / , = 1 AmAII.Efra£h(R八 RX人= &=2kaR: =J/A = 2I4Q9下圖為一理想運(yùn)算放大器，對(duì)光電

14、二極管2CU2的光電流進(jìn)行線性放大，若光電二極管未受光照時(shí)，運(yùn)放輸出電壓 Vo =0.6V。在E=100 lx的光照下，輸出電壓 Vi =2.4V。求（1） 2CU2 的暗電流；（2） 2CU2的電流靈敏度。牛-pR, -0 6/ 1.5x10*-04x10'E = 10Mct打=1嚴(yán)上冬=1如RfS ,= Z /E = t2xl0/100 = l 2x10 J/fr £ pQ7=11圖£ =(1 x 10% "10.已知一熱釋電探測(cè)器的D*=1x109cm.Hz1/2W-1、NEP=1x1010W （取 fRHz）,能否決定其光敏面面積？12.用2CU1

15、型光電二極管接受輻射信號(hào)， 如圖所示，已知2CU1的靈敏度S=0.4A/W,暗電流 小于0.2uA,3DG6C的B =50,當(dāng)最大輻射功率為 400uW時(shí)的拐點(diǎn)電壓 Vm=10V,求獲得最大電 壓輸出時(shí)的Re值。若入射輻射功率由400uW減小到350uW時(shí)，輸出電壓的變化量為多少？5.解：因?yàn)闅w一化探測(cè)率宀 h ,所以11.二相驅(qū)動(dòng)CCD象元數(shù)N=1024，若要求最后位仍有 50%的電荷輸出，求電荷轉(zhuǎn)移損失率解：二相CW電板數(shù)：F7 = 2m =2048總轉(zhuǎn)移效奉:if = (1 - c)”囂1 一 HQ = 0,5電流- 0.2歷以暗電流可嘆忽略.曲最大輻肘功率為40WW吋拐點(diǎn)這時(shí)喻出電圧由

16、于5 - IR, -+】注“十R”，所以b）當(dāng)輻射坊率從4O0|iW誠(chéng)小到站0»W時(shí),a = R.d = (Ji + 】)丫卩 士沖 150 + 1) K 0 4 x 50 x O "* x »95 = 0 91 V探測(cè)器光敏兀潮積28+iav10.用2CUI唱光電一扱胃按枚錨射信號(hào).如題（511閨所示°的洱=刃肖規(guī)木輔射功率/J 4（）0 pW時(shí)的拐空電玉g =WV,求獲得誡大電壓軸出時(shí)的局值若入射福射功墾由400 M小到350 gW時(shí)，輸出電壓的變化量是多®?照 由丁最大光電流匚”“ =%和亞=04x40） - IfiO |JlA遠(yuǎn)大于硝3DG6已Sn2CU1的靈敏度片-n JA/W 昭電流小于OJrA, 3DG6C > 12CU1HIn所以600H育效值為伏電壓有效值為功率仃效低為IQVoC2）輸入給放大器的電流為£ * 通童t 19由直直薊變電爼也索定直就工也駄HUtn入盹RU,與直裁負(fù)以上三式聯(lián)必求解.得在交流情況下*應(yīng)有26 * 10 * W?0? r .* Q.70 X 0在取得最人輸出功率的情況卜，應(yīng)肴G