光电子器件论文.doc

光电子器件姓名：王永东 班级：电子科学与技术1094班 学号：200911911426 手机67）一比较ld与led的异同（从原理、结构、性能、应用等方面说明。）led英文单词的缩写，主要含义：led = light emitting diode，发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。ld为laser disc的缩写，翻译成中文为镭射影碟、激光视盘，这种影像储存媒体是于1980至90年代中流行的用于电视、电影和卡拉ok（主要是卡拉ok的应用）的双面视频光盘。 相同之处：使用的半导体材料相同，结构相似，led和ld大多采用双异质结结构，把有源层夹在p型和n型限制层中间。 不同之处：（1） 原理：ld发射的是受击辐射光，led发射的是自发辐射光。led不需要光学谐振腔，没有阈值，而ld需要，（2） 性能：和ld相比，led输出功率小，光谱较宽，调制频率较低，发散角大，但发光二极管性能稳定，寿命长，输出功率线性范围宽，而且制造工艺简单，价格低廉，（3） 应用：led的主要应用场合时小容量（窄带，短距离通讯系统，如：显示屏、交通讯号显示光源， 而ld主要应用于长距离大容量（宽带）通信系统，如：光纤通信系统的光源，光学测量系统的光源。二比较热电探测器与光子探测器 热电探测器也叫热释电探测器，是利用热电效应做成的探测器，当它吸收了辐射后其温度升高，表面，电荷发生变化，从而可探测辐射能量。 光子探测器，利用外光电效应或内光电效应制成的辐射探测器，也称光电型探测器。探测器中的电子直接吸收光子的能量，使运动状态发生变化而产生电信号，常用于探测红外辐射和可见光。1.原理：（1）热电探测器：第一步是按系统的热力学特性来确定入射辐射所引起的温升，这种分析对各种热电探测器件都适用；第二步是根据温升来确定具体探测器件输出信号的性能。 （2）光子探测器：利用外光电效应制成的光子型探测器是真空电子器件，如光电管、光电倍增管和红外变像管等。这些器件都包含一个对光子敏感的光电阴极，当光子投射到光电阴极上时，光子可能被光电阴极中的电子吸收，获得足够大能量的电子能逸出光电阴极而成为自由的光电子。在光电管中，光电子在带正电的阳极的作用下运动，构成光电流。光电倍增管与光电管的差别在于，在光电倍增管的光电阴极与阳极之间设置了多个电位逐级上升并能产生二次电子的电极（称为打拿极）。从光电阴极逸出的光电子在打拿极电压的加速下与打拿极碰撞，发生倍增效应，最后形成较大的光电流信号。因此，光电倍增管具有比光电管高得多的灵敏度。红外变像管是一种红外-可见图像转换器,它由光电阴极、阳极和一个简单的电子光学系统组成。光电子在受到阳极加速的同时又受到电子光学系统的聚焦，当它们撞击在与阳极相连的磷光屏上时，便发出绿色的光像信号。2. 特性：1）热电探测器：响应率与波长无关，光谱响应范围特别宽，属无选择性探测器； 受热时间常数的制约，响应速度慢，为毫秒级； 2）光子探测器：截止波长较长的半导体光子型探测器，大多数必须在较低温度下 工作同一探测器在室温下的探测率明显低于低温下的探测率。光子效应就对光波频 率表现出选择性，在光子直接与电子相互作用的情况下，其响应速度一般比较快。3. 优缺点：1）热电探测器：优点：不需制冷，在很宽的光谱波段有平坦，在某些领域中光子探测器所不能替代的; 缺点：探测率较低，时间常量较大 2)光子探测器；优点：灵敏度高，探测率较高；缺点：光谱响应范围短，环境影响因素大。三比较ccd和cmos两种成像器件1. 工作原理差异：ccd在工作时，上百万个像素感光后会生成上百万个电荷，所有的电荷全部经过一个“放大器”进行电压转变，形成电子信号，因此，这个“放大器”就成为了一个制约图像处理速度的“瓶颈”，所有电荷由单一通道输出，就像千军万马从一座桥上通过，当数据量大的时候就发生信号“拥堵”，而百万像素高清网络摄像机格式却恰恰需要在短时间内处理大量数据，因此，在安防监控产品中使用单ccd无法满意高速读取高清数据的需要。而cmos则不同，每个像素点都有一个单独的放大器转换输出，因此cmos没有ccd的“瓶颈”问题，能够在短时间内处理大量数据，输出高清影像，因此也能都满足高清网络摄像机的需求。2. iso 感光度差异：由于 cmos 每个像素包含了放大器与a/d转换电路，过多的额外设备压缩单一像素的感光区域的表面积，因此 相同像素下，同样大小之感光器尺寸，cmos的感光度会低于ccd。 成本差异：cmos 应用半 . iso 感光度差异：由于 cmos 每个像素包含了放大器与a/d转换电路，过多的额外设备压缩单一像素的感光区域的表面积，因此 相同像素下，同样大小之感光器尺寸，cmos的感光度会低于ccd。3. 解析度差异：在第一点“感光度差异”中，由于 cmos 每个像素的结构比 ccd 复杂，其感光开口不及ccd大， 相对比较相同尺寸的ccd与cmos感光器时，ccd感光器的解析度通常会优于cmos。不过，如果跳脱尺寸限制，目前业界的cmos 感光原件已经可达到1400万 像素 / 全片幅的设计，cmos 技术在良率上的优势可以克服大尺寸感光原件制造上的困难，特殊是全片幅 24mm-by-36mm 这样的大小。4. 噪点差异：由于cmos每个感光二极体旁都搭配一个 adc 放大器，如果以百万像素计，那么就需要百万个以上的 adc 放大器，虽然是统一制造下的产品，但是每个放大器或多或少都有些微的差异存在，很难达到放大同步的效果，对比单一一个放大器的ccd，cmos最终计算出的噪点就比较多。5. 耗电量差异：cmos的影像电荷驱动方式为主动式，感光二极体所产生的电荷会直接由旁边的电晶体做放大输出；但ccd却为被动式， 必须外加电压让每个像素中的电荷移动至传输通道。而这外加电压通常需要12伏特（v）以上的水平，因此 ccd 还必须要有更精密的电源线路设计和耐压强度，高驱动电压使 ccd 的电量大约是cmos的3到10倍。ccd碍于原理特性，无法与时序电路、控制电路、模拟数字转换等相关芯片电路一同整合封装，而cmos却可以，因此在功能体积上cmos能比ccd更小。cmos光电传感器在节能方面具有很大优势，使得摄像机的体积也就做得更小。6. 成像质量的对比：ccd成像器件制作技术起步早，技术成熟，采用pn结或二氧化硅(sio2)隔离层隔离噪声，所以噪声低，成像质量好。与ccd相比，cmos的主要缺点是噪声高及灵敏度低，因为cmos成像器件集成度高，各光电元件、电路之间距离很近，相互之间的光、电、磁干扰严重，噪声对图像质量影响很大，开始很长一段时间无法进入实用。后来，噪声的问题用有源像素(active pixel)设计及噪声补正线路加以降低。近年，随着cmos电路消噪技术的不断进展，为生产高密度优质的cmos成像器件提