最新光電檢測期末復(fù)習(xí)

1、精品文檔復(fù)習(xí)題1、光電檢測系統(tǒng)通常主要由 光學(xué)變換、 光電轉(zhuǎn)換、電信號處理 三部分組 成。2、在環(huán)境亮度大于10cd/m2寸,最強的視覺響應(yīng)在光譜藍綠區(qū)間的 555 nm處。3、光電倍增管由光窗、光電陰極、電子光學(xué)系統(tǒng)、電子倍增系統(tǒng)和陽極五個主要部分組成。由于其引入了電子倍增機構(gòu)，因此具有靈敏度高、響應(yīng)時間快等 特點，常被使用。4、FTCCD指的是幀轉(zhuǎn)移型 CCD5、發(fā)光二極管（LED）是一種注入電致發(fā)光器件，他由 P型和N型半導(dǎo)體組合而 成。其發(fā)光機理可以分為 PN結(jié)注入發(fā)光、異質(zhì)結(jié)注入發(fā)光.。6、光電池的PN結(jié)工作在 零偏 狀態(tài),它的開路電壓會隨光照強度的增加而 加。7、對于輻射源來說，

2、光通量（光功率）定義為單位時間內(nèi)向所有方向發(fā)射的可 見光能量。8、激光的形成必須具有 工作物質(zhì)、泵浦源、光學(xué)諧振腔。9、入瞳位于無限遠，物方主光線平行于光軸的光學(xué)系統(tǒng)稱為物方遠心光路,此光路克服了調(diào)焦不準帶來的測量誤差，常用于瞄準、讀數(shù)和精密測量。10、短焦物鏡用于拍近距離物體，焦距越短，視場角越大，因此也稱為廣角物鏡。11、載光電耦合器件既具有 光電耦合 特性,又具有 隔離 特性12、三種典型光子效應(yīng)是指光電發(fā)射效應(yīng)、 光電導(dǎo)效應(yīng) 和 光伏效應(yīng)。13、光敏電阻的工作原理是光照產(chǎn)生 光生載流子、使其電阻值急劇 減小。14、CCD與其它器件相比，最突出的特點是它以 電荷 作為信號、而其他大多 數(shù)

3、器件是以 電流 或者 電壓 作為信號。15、依據(jù)噪聲產(chǎn)生的物理原因,光電探測器的噪聲可大致分為散粒噪聲、熱噪聲 和低頻噪聲三類。16、由于光源發(fā)光的 各向異性 、許多光源的發(fā)光強度在各個方向是不同的。若在光源輻射光的空間某一截面上， 將發(fā)光強度相同的點連線，得到該光源在該 截面的發(fā)光強度曲線，稱為配光曲線 。17、人眼按不同照度下的響應(yīng)可分為明 視覺、 暗 視覺。18、 降壓使用 對于光電測量用的白熾燈光源十分重要， 因為燈泡壽命的延長 將使系統(tǒng)的調(diào)整次數(shù)大為減少，也提高了系統(tǒng)的可靠性。19、出瞳位于像方無限遠處，平行于光軸的像方主光線在無限遠處會聚于出瞳中 心的光路被稱為 像方遠心光路.它用

4、于大地測量中測距、能大大提高測距精度。20、集光鏡將光源成像到聚光鏡的前焦面上，孔徑光闌位于聚光鏡的物方焦面上，組成像方遠心光路，視場光闌被聚光鏡成像到物面上，稱為 遠心柯勒 照明。1、光子效應(yīng)光子效應(yīng)是指單個光子的性質(zhì)對產(chǎn)生的光電子起直接作用的一類光電效應(yīng)。探測器吸收光子后，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。因為光子能量是 h¥,其中h是普朗克常數(shù)，不是光波頻率，所以光子效應(yīng)就對光波頻率表現(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。2、光視效能光視效能描述某一波長的單色光輻射通量可以產(chǎn)生多少相應(yīng)的單

5、色光通量 即光視效能K,定義為同一波長下測得的光通量與輻射通量的比之，即K =二。單位：流明/瓦特（lm/W）。 e ,3、本征光電導(dǎo)效應(yīng)本征半導(dǎo)體價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) 生先生自由電子，價帶中產(chǎn)生先生自由空穴，使得材料的電導(dǎo)率發(fā)生變化的現(xiàn)象。4、響應(yīng)度響應(yīng)度也稱探測靈敏度，定義為光電器件輸出的方均根電壓（或電流）與入射 光通量（或光功率）之比。它描述了光電器件輸出的電信號和輸入的光信號之間 的關(guān)系。5、光伏效應(yīng)半導(dǎo)體受光照，產(chǎn)生電子一空穴對，在結(jié)電場作用下，空穴流向P區(qū)，電子流向N區(qū)，在結(jié)區(qū)兩邊產(chǎn)生勢壘的效應(yīng)。6、熱釋電效應(yīng)熱釋電效應(yīng)是非中心對稱的晶體，自然

6、狀態(tài)下，在某個方向上正負電荷中心 不重合。在晶體表面形成一定量的極化電荷。 但當(dāng)晶體溫度變化時，極化程度下 降，其表面浮游電荷變化緩慢，再次達到極化的電平狀態(tài)前，晶體表面有多余浮 游電荷，這相當(dāng)于釋放出一部分電荷，這種現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)。精品文檔精品文檔1、說出PIN 管、雪崩光電二極管的工作原理和各自特點，為什么PIN 管的頻率特性比普通光電二極管好？PIN快速光電二極管、消除在PN結(jié)外光生載流子的擴散運動時間，在P區(qū)與 N 區(qū)之間插入一層電阻率很大的I 層、耗盡層厚度增加，增大了對光的吸收和光電變換區(qū)域，提高了量子效率。結(jié)電容小，增加了對長波的吸收，提高了長波靈 敏度，可承受較高的反向偏壓

7、，使線性輸出范圍變寬。雪崩光電二極管摻雜濃度均勻，缺陷少，漏電流小，APD的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使它能 承受高的反向偏壓，從而在 PN結(jié)內(nèi)部形成一個高電場區(qū)，結(jié)區(qū)產(chǎn)生的先生載流 子受強電場的加速，將獲得很大的能量，在與原子碰撞時可使原子電離，產(chǎn)生新的電子一空穴對，在往下的過程中重復(fù)此情況，使PN結(jié)的電流急劇增加。特點： APD能提供內(nèi)部增益達一百到一千倍、0.5ns響應(yīng)時間、噪聲功率10-15W 接近 反向擊穿。工作速度更高。PIN管由于增加了 I層，使結(jié)變寬，結(jié)電容減小，因而時間常數(shù)變小，f=1/2 冗RC所以頻率特性好。2、光敏電阻與結(jié)型光電器件有什么區(qū)別？（ 1）產(chǎn)生光電變換的部位不同。光敏電阻不

8、管哪一部分受光，受光部分的電導(dǎo)率就增大；而結(jié)型器件，只有照射到 PN結(jié)區(qū)或結(jié)區(qū)附近的光才能產(chǎn)生光電效應(yīng)， 光在其他部位產(chǎn)生的非平衡載流子，大部分在擴散中被復(fù)合掉，只有少部分通過結(jié)區(qū)，但又被結(jié)電場所分離，因此對光電流基本上沒有貢獻。（ 2）光敏電阻沒有極性，工作時可任意外加電壓；而結(jié)型光電器件有確定的正負極性，但在沒有外加電壓下也可以把光信號轉(zhuǎn)換成電信號。（ 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)合運動，時間常數(shù)較大，頻率響應(yīng)較差；結(jié)型器件的光電效應(yīng)主要依賴于結(jié)區(qū)非平衡載流子中部分載流子的漂移運動，電場主要加在結(jié)區(qū)，弛豫過程的時間常數(shù)（可用結(jié)電容和電阻之積表示）相應(yīng)較小，因此響

9、應(yīng)速度較快。（ 4）光敏電阻內(nèi)增益大。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，也可以通過較大的電流。光電導(dǎo)器件（光敏電阻）和結(jié)型器件相比各有優(yōu)缺點，因此應(yīng)用于不同場合。3、簡述光電探測器的選用原則（1）光電檢測器件必須和輻射信號源及光學(xué)系統(tǒng)在光譜特性上匹配。（2）光電檢測器件的光電轉(zhuǎn)換特性必須和入射輻射能量相匹配。（3） 光電檢測器件的響應(yīng)特性必須和光信號的調(diào)制形式、信號頻率及波形相匹配，以保證得到?jīng)]有頻率失真和良好的時間響應(yīng)。（4） 光電檢測器件必須和輸入電路以及后續(xù)電路在電特性上相互匹配，以保證最大的轉(zhuǎn)換系數(shù)、線性范圍、信噪比以及快速的動態(tài)響應(yīng)等

10、。4、光源選擇的基本要求有哪些?源發(fā)光的光譜特性必須滿足檢測系統(tǒng)的要求。按檢測的任務(wù)不同，要求的光譜范圍也有所不同，如可見光區(qū)、紫外光區(qū)、紅外光區(qū)等等。有時要求連續(xù)光譜，有時又要求特定的光譜段。系統(tǒng)對光譜范圍的要求都應(yīng)在選擇光源時加以滿 足。光對光源發(fā)光強度的要求。為確保光電測試系統(tǒng)的正常工作，對系統(tǒng)采用 的光源的發(fā)光強度應(yīng)有一定的要求。 光源強度過低，系統(tǒng)獲得信號過小，以至無 法正常測試，光源強度過高，又會導(dǎo)致系統(tǒng)工作的非線性，有時還可能損壞系統(tǒng)、 待測物或光電探測器，同時還會導(dǎo)致不必要的能源消耗而造成浪費。 因此在設(shè)計 時，必須對探測器所需獲得的最大、 最小光適量進行正確估計，并按估計來選

11、擇 光源。對光源穩(wěn)定性的要求。不同的光電測試系統(tǒng)對光源的穩(wěn)定性有著不同的要 求。通常依不同的測試量來確定。穩(wěn)定光源發(fā)光的方法很多，一般要求時，可采 用穩(wěn)壓電源供電。當(dāng)要求較高時，可采用穩(wěn)流電源供電。所用的光源應(yīng)該預(yù)先進 行月化處理。當(dāng)有更高要求時，可對發(fā)出光進行采樣，然后再反饋控制光源的輸 出。對光源其他方面的要求。光電測試中光源除以上幾條基本要求外； 還有一 些具體的要求。如燈絲的結(jié)構(gòu)和形狀；發(fā)光面積的大小和構(gòu)成；燈泡玻殼的形狀 和均勻性；光源發(fā)光效率和空間分布等等，這些方面都應(yīng)該根據(jù)測試系統(tǒng)的要求 給以滿足。5、論述光電檢測系統(tǒng)的基本構(gòu)成，并說明各部分的功能 光電檢測系統(tǒng)的基本構(gòu)成框圖如下

12、：存儲計算機(1)光源和照明光學(xué)系統(tǒng)：是光電檢測系統(tǒng)中必不可少的一部分。在許多 系統(tǒng)中按需要選擇一定輻射功率、一定光譜范圍和一定發(fā)光空間、分布的光源， 以此發(fā)出的光束作為載體攜帶被測信息。(2)被測對象及光學(xué)變換：這里所指的是上述光源所發(fā)出的光束在通過這 一環(huán)節(jié)時，利用各種光學(xué)效應(yīng)，如反射、吸收、折射、干涉、衍射、偏振等，使 光束攜帶上被檢測對象的特征信息，形成待檢測的光信號。光學(xué)變換通常是用各 種光學(xué)元件和光學(xué)系統(tǒng)來實現(xiàn)的，實現(xiàn)將被測量轉(zhuǎn)換為光參量(振幅、頻率、相 位、偏振態(tài)、傳播方向變化等)。(3)光信號的匹配處理：這一工作環(huán)節(jié)的位置可以設(shè)置在被檢測對象前面， 也可設(shè)在光學(xué)變換后面，應(yīng)按實

13、際要求來決定。光信號匹配處理的主要目的是為 了更好地獲得待測量的信息，以滿足光電轉(zhuǎn)換的需要。(4)光電轉(zhuǎn)換：該環(huán)節(jié)是實現(xiàn)光電檢測的核心部分。其主要作用是以光信 號為媒質(zhì)，以光電探測器為手段，將各種經(jīng)待測量調(diào)制的光信號轉(zhuǎn)換成電信號 (電 流、電壓或頻率)，以利于采用目前最為成熟的電子技術(shù)進行信號的放大、處理、測量和控制等。(5)電信號的放大與處理：這一部分主要是由各種電子線路所組成。光電 檢測系統(tǒng)中處理電路的任務(wù)主要是解決兩個問題：實現(xiàn)對微弱信號的檢測；實現(xiàn)光源的穩(wěn)定化。(6)存儲、顯示與控制系統(tǒng)：許多光電檢測系統(tǒng)只要求給出待測量的具體 值，即將處理好的待測量電信號直接經(jīng)顯示系統(tǒng)顯示。1、如圖所

14、示，光電倍增管的陰極積分靈敏度SK=30NA/lm ,陽極積分靈敏度Sk =10NA/lm ,陽極暗電流Id=4NA,輸入電路是電阻R = 105C和電容孰=0. aF的并聯(lián)，陰極面積A為80mm2,要求信號電流為Il =10"A ,計算陽極噪聲電流、負載電阻上的噪聲電壓和信噪比解：(1)等效噪聲帶寬和檢測電路的高頻截止頻率分別為51一三 2 25 Hz4 105 101 2fHc = = fe =15.9Hz2 二 RC0 二(2)陽極散粒噪聲電流和負載上的噪聲電壓 散粒噪聲電流Ins =.,；扇1碗二二. 2 1.6 10,9 101 25： 106 2.5 =2.58 104A

15、，30 10熱噪聲電流InT =1.29 10，°、fe =2.0 10,2A總噪聲電流InInT ;/=2.58 10 4A負載上的噪聲電壓UN -INR -2.58 10" 105 = 2.58 1 0“V(3)信噪比SNRAIl I N10-2.58 10上= 0.38 104V2、已知某Si光電二極管的靈敏度為0.5NA/PW ,結(jié)間電導(dǎo)G = 0.01NS (微西)， 轉(zhuǎn)折電壓Uo=10V ,入射光功率從P"=15NW變到P'=25NW ,偏壓Ub = 50V求最大輸出功率時的最佳負載 Rl、輸出電流AI、輸出電壓AU和輸出功率Pl解：初始電導(dǎo)c

16、 S SP 0.5 25 SG0 =G =0.01 =1.26 口 SU010最大輸出時，負載電導(dǎo)U010,GL =G0=1.26 =0.315SUb -U050 -10最佳負載-1Rl =1/Gl = =3.175M'J0.315輸出電壓P -P25 -15U -S =0.5 =15.385VG Gl0.01 0.315電流I =GL U =0.315 15.385 =4.846A輸出功率PL =& AU = 4.846 父 15.385 =74.56 MW3、用Si光電二極管測緩變光輻射，伏安特性曲線如圖1所示，在入射光最大功 率為8W時，屈膝電壓10V,反向偏置電壓為40

17、V, Si光電二極管的靈敏度 S=0.5 仙 A/ nK 結(jié)電導(dǎo)為 0.005求：(1)畫出光電二極管的應(yīng)用電路圖(2)計算二極管的臨界電導(dǎo)(3)計算最大線性輸出時的負載 R。精品文檔解：(2)根據(jù)公式g'u"二gu" SP''SP' gu" g=0.5 8 0.005 1010=0.405(均(3)最大線性輸出下，負載線正好通過 M點(V -u")Gl = g'u"- u"10Gl = g' = 0.405 =0.135V -u" 40 -10_16RL =7.4 106 c

18、Gl4、圖為一理想運算放大器，對光電二極管2CU2的光電流進行線性放大，若光電二極管未受光照時，運放輸出電壓U0=0.6V；在E=100lx的光照下，輸出電壓U1 = 2.4V。求:(1) 2CU2的暗電流ID ；(2) 2CU 2的電流靈敏度Seo解：(1)根據(jù)運算放大器虛短和虛斷原理，由于運算放大器電阻很大，兩輸入端的信號差值很小，近似為零，則流過 R=1.5MC上的電流Io近似為流過2CU2的暗電流為IdID =U0/R =0.6/(1.5 106) -0.4 104A=0.4 口 A(2)當(dāng)受到光照時，2CU2的光電流I p =(U1 一Uo)/R=1.2»ASE=Ip/E=

19、1.2 10-/100 =1.2 10-A/lx p1、熱效應(yīng)較小的光是（ D ）A.紫光； B.紅光； C.紅外； D.紫外。2、對于目視瞄準，為了減輕人眼的疲勞，宜選用（ A ）光源;A.綠光；B.紅光；C.黃光；D.紫光。3、硅光電二極管與硅光電池比較,(B ).A.摻雜濃度低；C.反偏工作；4、照明系統(tǒng)的設(shè)計原則（BC)B.電阻率低；D.光敏面積小A.照度與距離的平方成反比；B.光孔轉(zhuǎn)接原則；C .照明系統(tǒng)的拉赫不變量應(yīng)大于或等于物鏡的拉赫不變量。5、（ C ）是一個參考量，它可視為表征電子占據(jù)某能級 E的幾率標尺A.真空能級；B.價帶底能級；C.費米能級。6、光電倍增管電子光學(xué)系統(tǒng)的

20、作用是（ A B ）A.使下一級的收集率接近于1; B.渡越時間最小；C.產(chǎn)生高壓電場7、噪聲可以采用冷卻等方式降低，“以人為本”為避免在高壓下操作，光電倍 增管采用（C ）接地。A.陰極；B.倍增極；C.陽極； D.陰極和陽極。8、靈敏度最高的光電器件是（B ）.A.光電二極管；B.光敏電阻；C.光電三極管；D.硅光電池。9、下列紅外探測器，屬于熱探測器的是（ABCDE ）.A.測輻射熱計；B.測輻射熱電偶； C.測輻射熱電堆;D.熱釋電探測器；E.高萊管。10、光電效應(yīng)有（ ABCDE ）。A.光電導(dǎo)效應(yīng)；B.光生伏特效應(yīng)；C.光電效應(yīng)；D.光磁電效應(yīng)；E.光子牽引效應(yīng)。11、為了使雪崩光電二極管正常工作，應(yīng)在其 P-N結(jié)上加（A ）。A.高反向偏壓； B.低正向偏壓；C.高正向偏壓；D.低反向偏壓。12、（ B ）的焦距可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化，對于一定距離的物體可以得 到不同放大倍率的像。通常通過軸向移動一個或多個子光組從而改變光學(xué)間隔來 改變焦距。A.廣角物鏡；B.變焦物鏡； C