光電子技術(shù)第二版答案詳解

1、輻射強(qiáng)度為功率。解：因?yàn)閐dSRcsindd021cos所以|0,ioRcIed2Ie11oI；Rc2S2.如圖所示，設(shè)小面源的面積為A輻射亮度為Le,面源法線與I。的夾角為s；被照面的面積為A,到面源A的距離為I。若c為輻射在被照面A的入射角，試計(jì)算小面源在A上產(chǎn)生的輻射照度。L解：亮度定義：強(qiáng)度定義：IedieArcosrded可得輻射通量：d第1.2題圖在給定方向上立體角為:AscossdAccosc1則在小面源在A上輻射照度為：Ee筌LeAscosscos-c光電子技術(shù)（第二版）答案詳解第一章1.設(shè)在半徑為R的圓盤中心法線上，距盤圓中心為I。處有一個Ie的點(diǎn)源S,如圖所示。試計(jì)算該點(diǎn)源

2、發(fā)射到盤圓的輻射3 .假如有一個按朗伯余弦定律發(fā)射輻射的大擴(kuò)展源（如紅外裝置面對的天空背景），其各處的輻亮度Le均相同，試計(jì)算該擴(kuò)展源在面積為A的探測器表面上產(chǎn)生的輻照度。答：由Led得dddAcosLeddAcosAdcos則輻照度：EeLeI2"22dLeee0.2220eIr4 .霓虹燈發(fā)的光是熱輻射嗎？不是熱輻射。霓虹燈發(fā)的光是電致發(fā)光，在兩端放置有電極的真空充入覆或敏等惰性氣體，當(dāng)兩極間的電壓增加到一定數(shù)值時，氣體中的原子或離子受到被電場加速的電子的轟擊，使原子中的電子受到激發(fā)。當(dāng)它由激發(fā)狀態(tài)回復(fù)到正常狀態(tài)會發(fā)光，這一過程稱為電致發(fā)光過程。6 .從黑體輻射曲線圖可以看出，不

3、同溫度下的黑體輻射曲線的極大值處的波長m隨溫度T的升高而減小。試由普朗克熱輻射公式導(dǎo)出mT常數(shù)O答：這一關(guān)系式稱為維恩位移定律，其中常數(shù)為2.89810-3r?K。普朗克熱輻射公式求一階導(dǎo)數(shù)，令其等于0,即可求的。7 .黑體輻射曲線下的面積等于等于在相應(yīng)溫度下黑體的輻射出射度M試有普朗克的輻射公式導(dǎo)出MW溫度T的四次方成正比，即M常數(shù)T4這一關(guān)系式稱斯特藩-波耳茲曼定律，其中常數(shù)為5.6710-8W/永解答：教材P9,并參見大學(xué)物理相關(guān)內(nèi)容。9 .常用的彩色膠卷一般分為日光型和燈光型。你知道這是按什么區(qū)分的嗎？按色溫區(qū)分。10 vdv為頻率在idv間黑體輻射能量密度，d為波長在d間黑體輻射能量

4、密度。已知v8hvVc3exphvkBT1,試求。解答：C,通過全微分進(jìn)行計(jì)算11如果激光器和微波器分別在入=10w入=500n咻口y=3000MHz輸出一瓦的連續(xù)功率，問每秒鐘從激光上能級向下能級躍遷的粒子數(shù)分別是多少？解答:hCPNPNhv12設(shè)一對激光能級為E和Ei(g2=g),相應(yīng)的頻率為丫(波長為入)，各能級上的粒子數(shù)為n2和m。求(1)當(dāng)y=3000MHzT=300K寸，n2/n尸?(2)當(dāng)入=1wm,T=300K寸，nJn1=?(3)當(dāng)入=1wmn2/n1=0.1溫度T=?。解答:E2E1n2g222ekT,E2E1hv,Cn1g113試證明，由于自發(fā)輻射，原子在E2能級的平均壽

5、命s1A21解答：參見教材P1214焦距f是共焦腔光束特性的重要參數(shù)，試以f表示W(wǎng)0,wz,Rz,V0c0。由于f和w0是一一對應(yīng)的，因而也可以用作為表征共焦腔高%*f1A./0斯光束的參數(shù)，試以w0表示f、wz,Rz,V00o解答：W0W01V0O1l22W0s15今有一球面腔,R=1.5m,R=-1m,L=0.8m。試證明該腔為穩(wěn)定腔；并求出它的等價共焦腔的參數(shù)。解答:g21穩(wěn)定強(qiáng)條件:LR1/R20g1g21,求出和g2為腔參數(shù)。16某高斯光束W0=1.2mm求與束腰相距0.3m,10n口10000®處的光斑W的大小及波前曲率半徑R解答:W0WWz2zff第二章1.何為大氣窗口

6、，試分析光譜位于大氣窗口內(nèi)的光輻射的大氣衰減因素。答：對某些特定的波長，大氣呈現(xiàn)出極為強(qiáng)烈的吸收。光波幾乎無法通過。根據(jù)大氣的這種選擇吸收特性，一般把近紅外區(qū)分成八個區(qū)段，將透過率較高的波段稱為大氣窗口。2 .何為大氣湍流效應(yīng)，大氣湍流對光束的傳播產(chǎn)生哪些影響？答：是一種無規(guī)則的漩渦流動，流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動軌跡十分復(fù)雜，既有橫向運(yùn)動，又有縱向運(yùn)動，空間每一點(diǎn)的運(yùn)動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(亦稱方向抖動)、光束彌散畸變以及空間相干性退化等現(xiàn)象，統(tǒng)稱為大氣湍流效應(yīng)。3 .

7、對于3m晶體LiNbO3,試求外場分別加在x,y和z軸方向的感應(yīng)主折射率及相應(yīng)的相位延遲(這里只求外場加在x方向上)0000解：鋸酸鋰晶體是負(fù)單軸晶體，即nx=ny=n0、nz=ne。它所屬的三方晶系3m點(diǎn)群電光系數(shù)有四個，即丫22、丫13、丫33、丫51。電光系數(shù)矩陣為：22132213033由此可得鋁酸鋰晶體在外加電場后的折射5151002200率橢球方程為:(422Ey15Ez)x2n0通常情況下/I2,12(二22Ey13Ez)y(33Ez)z251(EzyzE*xz)222ExXy1n°ne(1)鋸酸鋰晶體采用45°z切割，沿x軸或y軸加壓，z軸方向通光，即有Ez

8、=Ey=0,且Ex#0。晶體主軸x,y要發(fā)生旋轉(zhuǎn)，上式變?yōu)椋?22(2)xyz二F25iExXZ222ExXy1nxnynz因5iEx1,且光傳播方向平行于Z軸，故對應(yīng)項(xiàng)可為零。將坐標(biāo)軸繞Z軸旋轉(zhuǎn)角度0c得到新坐標(biāo)軸，使橢圓方程不含交叉項(xiàng)，新坐標(biāo)軸取為xcosysin將上式代入2式，取程為：1-2n0可求出三個感應(yīng)主軸變成：nX'Xny'nz'sinx',，z=zcosy'450消除交叉項(xiàng),2122Exx-222En。x'、y'、z'(仍在13n0二n022Ex21 3n。n。22Ex2ne（3）得新坐標(biāo)軸下的橢球方y(tǒng)'2

9、31（4）nez方向上）上的主折射率(5)可見，在x方向電場作用下，花酸鋰晶體變?yōu)殡p軸晶體，其折射率橢球z軸的方向和長度基本保持不變，而x,y截面由半徑為n。變?yōu)闄E圓，橢圓的長短軸方向x'y'相對原來的xy軸旋轉(zhuǎn)了45°,轉(zhuǎn)角的大小與外加電場的大小無關(guān)，而橢圓的長度nx,ny的大小與外加電場Ex成線性關(guān)系。當(dāng)光沿晶體光軸z方向傳播時，經(jīng)過長度為l的晶體后，由于晶體的橫向電光效應(yīng)（x-z）,兩個正交的偏振分量將產(chǎn)生位相差：22（nxny）1n°22Exl（6）若d為晶體在x方向的橫向尺寸，VxExd為加在晶體x方向兩端面間的電壓。通過晶體使光波兩分量產(chǎn)生相位差

10、（光程差/2）(7)所需的電壓Vx,稱為“半波電壓”，以V表示。由上式可得出鋸酸鋰晶體在以（x-z）方式運(yùn)用時的半波電壓表示式：4.一塊45度-z切割的GaAs晶體，長度為L,電場沿z方向，證明縱向運(yùn)用時的相位延遲為2/n3jEL。解：GaAs晶體為各向同性晶體，其電光張量為:z軸加電場時,000634100Ez=E,Ex=E=0。00004100000041晶體折射率橢球方程為:(1)2x2n2匕2n2z-2n241Exy1(2)z軸旋轉(zhuǎn)45度后得新坐標(biāo)軸，方程變?yōu)椋?1Ex'2441Ey'2馬1（3）nn'、y'、z'（仍在z方向上）上的主折射率22

11、q一ny')Ln341EL(5)經(jīng)坐標(biāo)變換，坐標(biāo)軸繞12n可求出三個感應(yīng)主軸x變成：1 3nx'n二n41E2nn1n3ny'n2n41E（4）nz'n縱向應(yīng)用時，經(jīng)過長度為L的晶體后，兩個正交的偏振分量將產(chǎn)生位相差：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？答：當(dāng)光波的兩個垂直分量R,Ey的光程差為半個波長（相應(yīng)的相位差為）時所需要加的電壓，稱為半波電壓。6 .在電光晶體的縱向應(yīng)用中，如果光波偏離z軸一個遠(yuǎn)小于1的角度傳播，證明由于自然雙折射引起的相位延遲為Ln；,2、=n0造1，式中L為晶體長度。2cnee2n。.21ne/2.2解：

12、9;理l，得nnen0ne自然雙折射引起的相位延遲：2Ln：n。叫Lng12cn：7,若取vs=616m/s,n=2.35,fs=10MH?。=0.6328m試估算發(fā)生拉曼-納斯衍射所允許的最大晶體長度Lmah?2氐上LLo4”一解：由公式40計(jì)算。答案：3.523mm8利用應(yīng)變SW聲強(qiáng)Is的關(guān)系，證明一級衍射光強(qiáng)11與入射光強(qiáng)IoI11L2P2n6"-二21s之比為"20cos1s(近似取I1E,I0用公式0解答：.2Ln6P2sin2.2Is、s作近似?9.由布拉格衍射方程直接計(jì)算，答案：sin0b=0.0036310 .一束線偏振光經(jīng)過長L=25cm直徑D=1cm的實(shí)

13、心玻璃，玻璃外繞N=250匝導(dǎo)線，通有電流I=5A取韋爾德常數(shù)為V=0.2510-5()/cm?T,試計(jì)算光的旋轉(zhuǎn)角。解：由公式L和VH計(jì)算。答案：0.3125'11 .概括光纖弱導(dǎo)條件的意義。答：從理論上講，光纖的弱導(dǎo)特性是光纖與微波圓波導(dǎo)之間的重要差別之一。實(shí)際使用的光纖，特別是單模光纖，其摻雜濃度都很小，使纖芯和包層只有很小的折射率差。所以弱導(dǎo)的基本含義是指很小的折射率差就能構(gòu)成良好的光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，而且為制造提供了很大的方便。14 .光纖色散、帶寬和脈沖展寬之間有什么關(guān)系？對光纖傳輸容量產(chǎn)生什么影響？(P802.5.32)答：光纖的色散會使脈沖信號展寬，即限制了光纖的帶寬或傳輸容

14、量。一般說來，單模光纖的脈沖展寬與色散有下列關(guān)系：dL6即由于各傳輸模經(jīng)歷的光程不同而引起的脈沖展寬。單模光纖色散的起因有下列三種：材料色散、波導(dǎo)色散和折射率分布色散。光脈沖展寬與光纖帶寬有一定關(guān)系。實(shí)驗(yàn)表明光纖的頻率響應(yīng)特性H(f)近似為高斯型，如圖2-23所示。H(f)P(f)e(f/fc)2ln2P(0)fc是半功率點(diǎn)頻率。P(fc)10logH(fc)10logPyocp顯然有3dB因此，fc稱為光纖的3dB光帶寬。光纖的色散和帶寬對通信容量的影響:光纖的色散和帶寬描述的是光纖的同一特性。其中色散特性是在時域中的表現(xiàn)形式，即光脈沖經(jīng)過光纖傳輸后脈沖在時間坐標(biāo)軸上展寬了多少；而帶寬特性是

15、在頻域中的表現(xiàn)形式，在頻域中對于調(diào)制信號而言，光纖可以看作是一個低通濾波器，當(dāng)調(diào)制信號的高頻分量通過光纖時，就會受到嚴(yán)重衰減，如圖所示。通常把調(diào)制信號經(jīng)過光纖傳播后，光功率下降一半(即3dB)時的頻率(fc)的大小，定義為光纖的帶寬(B)。由于它是光功率下降3dB(3.33)對應(yīng)的頻率，故也稱為3dB光帶寬。可用下式表不。101gc3dBE0光功率總是要用光電子器件來檢測，而光檢測器輸出的電流正比于被檢測的光功率，于是：101gISSccI201gIBcJ201g匕H-6dB(3.34)P電0I電0P光0從上式中可以看出，3dB光帶寬對應(yīng)于6dB電帶寬。15 .光波水下傳輸有那些特殊問題？答：

16、主要是設(shè)法克服這種后向散射的影響。措施如下：適當(dāng)?shù)剡x擇濾光片和檢偏器，以分辨無規(guī)則偏振的后向散射和有規(guī)則偏振的目標(biāo)反射。盡可能的分開發(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，接收器的快門關(guān)閉，這時朝向接收器的連續(xù)后向散射光便無法進(jìn)入接收器。當(dāng)水下目標(biāo)反射的光脈沖信號返回到接收器時，接收器的快門突然打開并記錄接收到的目標(biāo)信息。這樣就能有效的克服水下后向散射的影響。第三章1.一縱向運(yùn)用的KDP電光調(diào)制器，長為2cni折射率n=2.5,工作頻率為1000kHz試求此時光在晶體中的渡越時間及引起的相位延遲。解：0.167nS渡越時間為：d=nL/c相位延遲

17、因子：imdact1eit(t)tE(t)dt0(-)emntdimd2 .在電光調(diào)制器中，為了得到線性調(diào)制，在調(diào)制器中插入一個/4波片，波片的的軸向如何設(shè)置最好？若旋轉(zhuǎn)/4波片，它所提供的直流偏置有何變化？答：其快慢軸與晶體的主軸x成45角，從而使Ex和Ey兩個分量之間產(chǎn)生/2的固定相位差。3 .當(dāng)電場反向施加時，晶體依次繞z軸旋轉(zhuǎn)90度，或電場同樣，則光軸重合。4如果一個縱向電光調(diào)制器沒有起偏器，入射的自然光能否得到光強(qiáng)度調(diào)制？為什么？解答：不能得到強(qiáng)度調(diào)制。自然光通過電光調(diào)制器后，不能形成固定相位差。5一個PbMoa光調(diào)制器，對He-Ne放光進(jìn)行調(diào)制。已知聲功率R=1W聲光相互作用長度L

18、=1.8mm換能器寬度H=0.8mmM=36.310-15s3/kg,試求PbMo曲光調(diào)制器的布喇格衍射效率?M2PsIisI0計(jì)算可得71.1%6一個駐波超聲場會對布喇格衍射光場產(chǎn)生什么影響？給出造成的頻移和衍射方向。解答:新的光子沿著光的散射方向傳播。根據(jù)動量守恒和能量守恒定律:kskikd，即kskikd（動量守恒）（能量守恒）（能量守恒）一一衍射級相對于入射光發(fā)生頻率移動，根據(jù)光波矢量的定義，可以用矢量圖來表示上述關(guān)系，如圖所示圖1,3-8異常布拉格指射波矢國圖1.3-7正常布拉格桁射披矢圖圖中ksL為聲波矢量，ki鼠二為入射光波矢量。siCkd2fs/c為衍射光波矢量。d因?yàn)閒s,f

19、s在1010Hz以下，u在1013Hz以上，所以衍射光的頻率偏移可以忽略不計(jì)。在上面的等腰三角形中ks2kisinB布拉格條件:sinb2-7和書中推導(dǎo)的布拉格條件相同入射光的布拉格角只由光波長，聲波=0.5L解：由公式22cosBIs"2-2M2L,L02ns40證明不是拉曼-納斯衍射。22cosRHLIsB2M2HL,答案功率為0.195WZ若布喇格帶寬722sf0f叱f=125MHz衍射效率降低多少?B-fs2nvsN用公式223cosBfsvsR計(jì)算。答案：148。長決定。7.用PbMoO晶體做成一個聲光掃描器，取n=2.48,M=37.7510-15s3/kg,換能器寬度H

20、=0.5mm聲波沿光軸方向傳播，聲頻fs=150MHz聲速vs=3.99105cm/s,光束寬度d=0.85cm,光波長證明此掃描器只能產(chǎn)生正常布喇格衍射；為獲得100%勺衍射效率，聲功Ps率應(yīng)為多大？若布喇格帶寬f=125MHz衍射效率降低多少?求可分辨點(diǎn)數(shù)N第四章1比較光子探測器和光熱探測器在作用機(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?yàn)?，光子能量是h,h是普朗克常數(shù)，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，

21、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)動能量，引起探測元件溫度上升，溫度上升的結(jié)果又使探測元件的電學(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的大小沒有直接關(guān)系。原則上，光熱效應(yīng)對光波頻率沒有選擇性。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，所以廣泛用于對紅外線輻射的探測。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

22、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。2總結(jié)選用光電探測器的一般原則。答：用于測光的光源光譜特性必須與光電探測器的光譜響應(yīng)特性匹配；考慮時間響應(yīng)特性；考慮光電探測器的線性特性等。4已知Si光電池光敏面積為510mr2i在1000W/r2光照下，開路電壓u0.5W,光電流i12mA.在(200700)W/m光照下，保證線性電壓輸出的負(fù)載電阻和電壓變化值；(2)如果取反偏壓V=0.3V,求負(fù)載電阻和電壓變化值；(3)如果希望輸出電壓變化量為0.5V,怎么辦？(2)在上面計(jì)算公式中，減去一個反偏電壓再計(jì)算。(3)增大負(fù)載電阻和擴(kuò)大光照變化范圍O(1)Rl0.6UociuOCuOC2.6

23、lnP'P解答：Gp(1)uHM(2)PHfc(3)NEP2hvf5如果Si光電二極管靈敏度為10uA/uW結(jié)電容為10pF,光照功率為5uWf,拐點(diǎn)電壓為10V,偏壓40V,光照信號功率Pt52costW,試求：(1)線性最大輸出功率條件下的負(fù)載電阻；(2)線性最大輸出功率；(3)響應(yīng)截止頻率。，''SPPo2gu2VuSPpo2Gpg1Gu2八GLuHM212Rl，_?hv?，6證明NEP.e.SNRS0PePsnoP.2efisPs第五章5.1 以表面溝道CC汕例，簡述CCDfe荷存儲、轉(zhuǎn)移、輸出的基本原理。CCD勺輸出信號有什么特點(diǎn)？答：構(gòu)成CCD的基本單元是M

24、OS金屬-氧化物-半導(dǎo)體）電容器。正如其它電容器一樣，MOSfe容器能夠存儲電荷。如果MOS吉構(gòu)中的半導(dǎo)體是P型硅，當(dāng)在金屬電極（稱為柵）上加一個正的階梯電壓時（襯底接地），Si-SiO2界面處的電勢（稱為表面勢或界面勢）發(fā)生相應(yīng)變化，附近的P型硅中多數(shù)載流子一一空穴被排斥，形成所謂耗盡層，如果柵電壓Vg超過MOS1體管的開啟電壓，則在Si-SiO2界面處形成深度耗盡狀態(tài)，由于電子在那里的勢能較低，我們可以形象化地說：半導(dǎo)體表面形成了電子的勢阱，可以用來存儲電子。當(dāng)表面存在勢阱時，如果有信號電子（電荷）來到勢阱及其鄰近，它們便可以聚集在表面。隨著電子來到勢阱中，表面勢將降低，耗盡層將減薄，我們

25、把這個過程描述為電子逐漸填充勢阱。勢阱中能夠容納多少個電子，取決于勢阱的“深淺”，即表面勢的大小，而表面勢又隨柵電壓變化，柵電壓越大，勢阱越深。如果沒有外來的信號電荷。耗盡層及其鄰近區(qū)域在一定溫度下產(chǎn)生的電子將逐漸填滿勢阱，這種熱產(chǎn)生的少數(shù)載流子電流叫作暗電流，以有別于光照下產(chǎn)生的載流子。因此，電荷耦合器件必須工作在瞬態(tài)和深度耗盡狀態(tài)，才能存儲電荷。以典型的三相CC兩例說明CCDt荷轉(zhuǎn)移的基本原理。三相CCD是由每三個柵為一組的間隔緊密的MOS吉構(gòu)組成的陣列。每相隔兩個柵的柵電極連接到同一驅(qū)動信號上，亦稱時鐘脈沖。三相時鐘脈沖的波形如下圖所示。在tl時刻，©1高電位，©2、

26、©3低電位。此時（|）1電極下的表面勢最大，勢阱最深。假設(shè)此時已有信號電荷（電子）注入，則電荷就被存儲在d1電極下的勢阱中。t2時刻，©1、（|）2為高電位，03為低電位，則01、02下的兩個勢阱的空阱深度相同，但因01下面存儲有電荷，則小1勢阱的實(shí)際深度比小2電極下面的勢阱淺，01下面的電荷將向02下轉(zhuǎn)移，直到兩個勢阱中具有同樣多的電荷。t3時刻，02仍為高電位，03仍為低電位，而01由高到低轉(zhuǎn)變。此時01下的勢阱逐漸變淺，使小1下的剩余電荷繼續(xù)向小2下的勢阱中轉(zhuǎn)移。t4時刻，02為高電位，01、03為低電位，02下面的勢阱最深，信號電荷都被轉(zhuǎn)移到02下面的勢阱中，這與t

27、1時刻的情況相似，但電荷包向右移動了一個電極的位置。當(dāng)經(jīng)過一個時鐘周期T后，電荷包將向右轉(zhuǎn)移三個電極位置，即一個柵周期（也稱一位）。因此，時鐘的周期變化，就可使CCM的電荷包在電極下被轉(zhuǎn)移到輸出端，其工作過程從效果上看類似于數(shù)字電路中的移位寄存器O電荷輸出結(jié)構(gòu)有多種形式，如“電流輸出”結(jié)構(gòu)、“浮置擴(kuò)散輸出”結(jié)構(gòu)及“浮置柵輸出”結(jié)構(gòu)。其中“浮置擴(kuò)散輸出”結(jié)構(gòu)應(yīng)用最廣泛，。輸出結(jié)構(gòu)包括輸出柵OG浮置擴(kuò)散區(qū)FD復(fù)位柵R、復(fù)位漏RD以及輸出場效應(yīng)管T等。所謂“浮置擴(kuò)散”是指在P型硅襯底表面用V族雜質(zhì)擴(kuò)散形成小塊的n+區(qū)域，當(dāng)擴(kuò)散區(qū)不被偏置，即處于浮置狀態(tài)工作時，稱作“浮置擴(kuò)散區(qū)”。電荷包的輸出過程如下

28、：Vog為一定值的正電壓，在OG電極下形成耗盡層，使。3與FD之間建立導(dǎo)電溝道。在。3為高電位期間，電荷包存儲在。3電極下面。隨后復(fù)位柵R加正復(fù)位脈沖0R,使FD區(qū)與RD區(qū)溝通，因Vrd為正十幾伏的直流偏置電壓，則FD區(qū)的電荷被RD區(qū)抽走。復(fù)位正脈沖過去后FD區(qū)與RD區(qū)呈夾斷狀態(tài)，F(xiàn)D區(qū)具有一定的浮置電位。之后，03轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娢唬?3下面的電荷包通過OG下的溝道轉(zhuǎn)移到FD區(qū)。此時FD區(qū)（即A點(diǎn)）的電位變化量為：C式中，Qd是信號電荷包的大小，C是與FD區(qū)有關(guān)的總電容（包括輸出管T的輸入電容、分布電容等）A至d3"£t4t5ccDt出信號的特點(diǎn)是：信號電壓是在浮置電平基礎(chǔ)上的

29、負(fù)電壓；每個電荷包的輸出占有一定的時間長度To;在輸出信號中疊加有復(fù)位期間的高電平脈沖。據(jù)此特點(diǎn)，對CCD勺輸出信號進(jìn)行處理時，較多地采用了取樣技術(shù)，以去除浮置電平、復(fù)位高脈沖及抑制噪聲。5.2 何謂幀時、幀速？二者之間有什么關(guān)系？答：完成一幀掃描所需的時間稱為幀時T（s）,單位時間完成的幀數(shù)稱為幀速F（幀/s）：F。5.3 用凝視型紅外成像系統(tǒng)觀察30公里遠(yuǎn)，10米X10米的目標(biāo)，若紅外焦平面器件的像元大小是50w$50假設(shè)目標(biāo)像占4個像元，則紅外光學(xué)系統(tǒng)的焦距應(yīng)為多少？若紅外焦平面器件是128X128元，則該紅外成像系統(tǒng)的視場角是多大？10501032答.30103rf/300mm水平及垂

30、直視場角：一一3一01.1950103128d121030036005.5 一目標(biāo)經(jīng)紅外成像系統(tǒng)成像后供人眼觀察，在某一特征頻率時，目標(biāo)對比度為0.5,大氣的MTF為0.9,探測器的MTF%0.5,電路的MTF為0.95,CRT勺MTF為0.5,則在這一特征頻率下，光學(xué)系統(tǒng)的MTFS少要多大？答.0.50.90.50.950.5MTFo0.026MTFo0.245.6 紅外成像系統(tǒng)A的NETD小于紅外成像系統(tǒng)B的NETD,能否認(rèn)為紅外成像系統(tǒng)A對各種景物的溫度分辨能力高于紅外成像系統(tǒng)B,試簡述理由。答：不能。NETDE映的是系統(tǒng)對低頻景物（均勻大目標(biāo)）的溫度分辨率，不能表征系統(tǒng)用于觀測較高空間

31、頻率景物時的溫度分辨性能。5.7 試比較帶像增強(qiáng)器的CCD薄型背向照明CCDffi電子轟擊型CCD器件的特點(diǎn)。答：帶像增強(qiáng)器的CC濡件是將光圖像聚焦在像增強(qiáng)器的光電陰極上，再經(jīng)像增強(qiáng)器增強(qiáng)后耦合到電荷耦合器件（CCD上實(shí)現(xiàn)微光攝像（簡稱ICCD。最好的ICCD是將像增強(qiáng)器熒光屏上產(chǎn)生的可見光圖像通過光纖光錐直接耦合到普通CCDS片上。像增強(qiáng)器內(nèi)光子-電子的多次轉(zhuǎn)換過程使圖像質(zhì)量受到損失，光錐中光纖光柵干涉波紋、折斷和耦合損失都將使ICCD輸出噪聲增加，對比度下降及動態(tài)范圍減小，影響成像質(zhì)量。靈敏度最高的ICCD攝像系統(tǒng)可工作在10-6lx靶面照度下。薄型、背向照明CC潞件克服了普通前向照明CC

32、D勺缺陷。光從背面射入，遠(yuǎn)離多晶硅，由襯底向上進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，大量的硅被光刻掉，在最上方只保留集成外接電極引線部分很少的多晶硅埋層。由于避開了多晶硅吸收，CCD的量子效率可提高到90%,與低噪聲制造技術(shù)相結(jié)合后可得到30個電子噪聲背景的CCD相當(dāng)于在沒有任何增強(qiáng)手段下照度為10-4lx（靶面照度）的水平。盡管薄型背向照明CCD器件的靈敏度高、噪聲低，但當(dāng)照度低于10-6lx（靶面照度）時，只能依賴圖像增強(qiáng)環(huán)節(jié)來提高器件增益，克服CCDM聲的制約。電子轟擊型CC嘴件是將背向照明CCDS作電子轟擊型CCDW“陽極”，光電子從電子轟擊型CCD勺“光陰極”發(fā)射直接“近貼聚焦”到CCDS體上，光電子通過CCDff面進(jìn)入后，硅消耗入射光子能量產(chǎn)生電子空穴對，進(jìn)而發(fā)生電子轟擊半導(dǎo)體倍增，電子轟擊過程產(chǎn)生的噪聲比用微通道板倍增產(chǎn)生的噪聲低得多，與它獲得的3000倍以上增益相比是微不足到的。電子轟擊型CC湍件采用電子從“光陰極”直接射入CC醛體的成像方法，簡化了光子被多次轉(zhuǎn)換的過程，信噪比大大提高，與