光电技术重点(齐鲁工业大学理学院).doc

制作人：跳跳 第一章1. 光电技术最基本的理论是光的波粒二象性，即光以电磁波形式传播的粒子。2. 光辐射的度量方法：物理（客观）的计量方法，称为辐射学计量方法或辐射度参数，适用于整个电磁辐射谱区。生理（主观）的计量方法，称为宽度参数，适用于可见光。3. 黑体：能够完全吸收从任何角度入射的任意波长的辐射，并且每个方向上都能最大限度的发射任意波长辐射的物体。4. 光辐射的度量方法：辐射度参数，光度参数5. 两种发射辐射能量的方式：热辐射，发光6. 测色温代表炽热物体的温度（2亮温度，3辐射温度）7. 半导体对光的吸收：1本征吸收（半导体价带电子吸收光子能量跃迁入导带，产生电子-空穴对的现象为本征吸收）2杂质吸收（n、p型杂质半导体吸收足够能量的光子，产生电离的过程）3激子吸收4自由载流子吸收5晶格吸收。345-为热效应引起8. 仅有本征吸收和杂质吸收能直接产生非平衡载流子，引起光电效应。9. 光电效应：内光电效应-光电导效应（多数载流子导电，包括本征光电导效应和杂质光电导效应），光声伏特效应（少数载流子导电，是基于半导体PN结基础上的一种将光能转换成电能的效应），丹培效应，光磁电导效应，光子牵引效应。 外光电效应（光电发射效应）：当物质中的电子吸收足够高的光子能量，电子将逸出物质表面称为真空中的自由电子。光电能量转换的基本关系：hv=1/2mv02 +Eth10.半导体的光电导效应与入射辐射通量的关系：在弱辐射作用下是线性的，随着辐射的增强，线性关系破坏，当辐射很强时，变为抛物线关系。第二章 光电导器件1.光电导效应：某些物质吸收光子能量产生本征吸收或杂志吸收，从而改变物质电导率的现象2.光电导器件或光敏电阻：利用光电导效应的材料可以制成电导率随入射光度量变化的器件3.光敏电阻：本征型半导体光面电阻（常用于可见光波段探测），杂质型半导体光敏电阻（常用于红外，远红外波段辐射探测） N型掺杂-电子移动比空穴快4.光面电阻设计的基本原则：为了提高光敏电阻的光电导灵敏度Sg，要尽可能地缩短光敏电阻两极间距离L5.光敏电阻的基本特性：光电特性，伏安特性，温度特性，时间相应，噪声特性，光谱响应6.光敏电阻应用实例：照明灯的光电控制电路，火焰探测报警器，照相机电子快门。7.Pbs光敏电阻：近红外波段最灵敏的光电导器件。在2um附近的红外辐射的探测灵敏度很高。常用于火灾领域的探测。第三章 光声伏特器件1.光声伏特器件是利用光声伏特效应制造的光电敏感器件2.具有光声伏特效应的半导体材料：si,Ge锗,Se硒,GaAs砷化镓3.Si硅光声伏特器件具有制造工艺简单，成本低特点4.硅光电二极管（反偏）工作在反向电压下5.PIN型光电二极管作用：提高了响应速度6.光电二极管基本特性：光电二极管灵敏度，光谱响应（以等功率的不同单色辐射波长的光作用于光电二极管时，其响应程度或电流灵敏度占波长的关系），时间响应，噪声。7.工作原理：雪崩光电二极管是具有内增益的一种光声伏特器件。硅光电池是一种不需要加偏置电压就能把光能转换成电能的PN结光电器件。8. 光电三极管 工作原理：一是光电转换，二是放大。 特性：伏安特性，时间响应，温度特性，光谱响应9. 光声伏特器件组合件（测位置）是在一块硅片上制造出按一定方式排列的具有相同光电特性的光声伏特阵列。10. 4象限光声伏特器件组合件，具有2维位置检测的功能。11. 楔环阵列组合件用于光学功率谱探测的阵列光电器件组合件。12. 色敏光声伏特器件：是根据人眼视觉的三原色原理，利用不同结深PN结光电二极管对不同波长光谱灵敏度的差别，实现对彩色光源或物体颜色的测量。13. 光电位置敏感器件（PSD）：测位置。是基于光声伏特器件的横向效应的器件，是一种对入射到光敏面上的光电位置敏感的光电器件。14. PSD：一维PSD器件-主要用来测光斑在一维方向上的位置或位置移动量 二维PSD器件-主要用来测光斑在平面二维方向上的位置14. PN结型光声伏特器件一般有自偏置电路，反向偏置电路，零伏偏置电路。15. 反向偏执电路的输出特性IL=Ip+Id U0=Ubb-ILRL第四章 光电发射器件1.光电发射器件是基于外光电效应的器件，它包括真空光电二极管，变像管，光电倍增管，像增强器，真空电子束摄像管2.光电发射阴极是光电发射器件的重要部件。他是吸收光子能量发射光电子的部件。3.光电倍增管的基本原理：光电倍增管是一种填空光电发射器件，它由光入射窗，光电阴极，电子光学系统，倍增极，阳极组成。4.光电倍增管的基本特性：灵敏度，电流放大倍数，暗电流，噪声，伏安特性，线性，疲劳与衰老5.光电倍增管的典型应用：1光谱探测领域的应用（发射光谱仪，吸收光谱仪）2时间分辨荧光免疫分析中的应用。第五章 热辐射探测器件1.热辐射探测器件是基于光辐射与物质相互作用的热效应而制成的器件。2.热电传感器件是将入射到器件上的辐能转换成热能，然后再把热能转换成电能的器件。3.热敏电阻：凡吸收入射辐射后引起温升，而使电压值改变，导致负载电阻两端电压的变化，并给出电信号的器件4.热敏R包括：1由金属材料组成的热敏电阻具有正温度系数；2由半导体材料组成的热敏电阻具有负温度特性5.热电偶工作原理：利用物质温差产生电动势的效应探测入射辐射的。6.温差热电偶（温差电位差大小与材料有关）铂Pt，Rh合金组成测量-200到1000，测量准确度1/1007.辐射热电偶：测量辐射能的热电偶8.热电堆的灵敏度：St=nS n为PN结个数或热电偶对数。S为热电偶灵敏度热电材料敷在绝缘层上，把这些热电偶串接或并接起来构成热电堆。9. 热释电器件是一种利用热释电效应制成的热探测器件。10. 热释电器件为什么不能工作在直流状态？如果辐射持续作用在热释电器件上，表面电荷将达到新的平衡，不再释放电荷，也不再有电压信号输出；即热释电器件在恒定辐射作用的情况下，输出电压信号为零，只有在交变辐射作用下才会有信号输出。11. 为什么热释电器件的工作温度不能在居里点？热释电器件是在居里点以下利用极化强度与温度T的关系制造热敏探测器件。当温度为居里温度时，自发极化消失，极化强度为0，此时无法制成热释电器件。第6章 发光器件与光电耦合器件1.1907年首次发现半导体二极管在正向偏置的情况下发光。2. LED中的PN结发光区在P区，异质结发光区在N区。3. 发光二极管工作需要加正向偏置电压。4. 光电耦合器件：将发光器与光电接收器组合成一体，制成的具有信号传输功能的器件。主要特征：传输特性，隔离特性，抗干扰性。应用：1电平转换2逻辑门电路3隔离方面4光电开关5光电可控硅在控制电路中的应用 5. 光电转换电路分为（一）模拟光电变换电路-简单变换电路，具有温度补偿的变换电路，差分式光电变换电路，光外差式光电变换电路。（二）模-数光电变换电路-激光干涉测位移，莫尔条纹测位移。6. 调制：使光载波新号的一个或几个特征参数按被传送信息的特征变化，以实现信息检测传送目的方法7. 光电信息、调制的分类：1按时空状态分（时间调制，空间调制，时空混合调制）2按载波波形和调制方式分（直流载波调制，交变再拨调制）6.2 为什么发光二极管必须在正向电压下才能发光？反向偏置的发光二极管能发光吗？ 答：由于LED的发光机理是非平衡载流子即电子与空穴的扩散运动导致复合发光，因此要求有非平衡载流子的相对运动，使电子由N区向P区运动，而空穴由P区向N区运动。在不加偏加或加反向偏压的情况下，PN结内部的漂移运动占主要优势，而这种少子运动的结果是电子与空穴的复合几率小，而且表现在数量上也是很微弱的，不足以使LED发光。因此，要使LED发光，必须加正向偏压。6.11 光电耦合器件在电路中的信号传输作用与电容的隔直传交作用有什么不同？ 答：首先，光电耦合器件的信号传输是以光信息的形式进行的，这与电容利用电流或电压传输信号不同；其次，光电耦合器件可以将输入端的直流信号转换为光信号进行传输，而电容具有隔直作用，无法传输直流信号；再次，对于交流信号，光电耦合器件将其调制为同频率光信号传输，对不同频率的信源均无过滤作用，而电容传输交流信号时会表现出随频率不同而变化的阻抗（也即过滤），无法传输低频信号；最后，在抗干扰和抑噪方面，光电耦合器件比电容要好。第7章 光电信息变换1. 将光学信息变换为电学信息的设备或系统成为光电信息变换器。2. 根据光信变换电路输出信号与信息的函数关系分为模拟光电变换1234和模数光电变换563. 光电信息变换的基本形式：1信息载荷于光源的方式。（全辐射测温，进行钢水温度的探测，光谱分析，火灾报警，武器制导，夜视观察，成像测量）2信息载荷于透明体的方式3信息载荷于反光镜（电视摄像，文字识别，激光测距，激光制导）4信息载荷于遮挡光（光电计数，光控开关，主动式防盗系统）5信息载荷于光学量化器的方式（精密尺寸测量，角度测量，精密机床加工的自动控制）6光通信方式的信息变换。4. 通过检测漫反射系数可检测物体表面的粗糙度和疵病，利用信息载荷于反光镜。5. 调制信号的调解 1直线律检波（二极管的检波特性，调幅信号的调解）2相敏检波（条复波进行调解）第8章 图像信息光电变换1. 完成图像信息光电变换功能的器件称为光电图像传感器。2. 将一幅图像分割成若干像素的方法：超正析像管。3. 利用电子束扫描光电阴极的方法：分割。4. 扫描方式：逐行扫面，隔行扫描。5. 我国现行电视制式（PAL制式）的主要参数：宽高比=4/3;场频f1=15625HZ；每帧扫描625行；隔行扫描；场周期T=20ms；图像载频带宽6.5MHz6. CCD（电荷耦合器件）基本类型：1表面沟道CCD器件/SCCD(信号电荷包存储在半导体与绝缘体之间的界面，并沿界面进行转移的器件)2体沟道或埋沟道器件/BCCD（信号点荷