光电检测技术知识点模板

1 光电效应应按部位不同分为内光电效应和外光电效应 内光电效应包括 光电导 和 光生伏特效应 2 真空光电器件是一种基于 外光电 效应的器件 它包括 光电管 和 光电倍增管 结构特点是有一个真空管 其他元件都放在真空管中 3 光电导器件是基于半导体材料的 光电导 效应制成的 最典型的光电导器件是 光敏 电阻 4 硅光电二极管在反偏置条件下的工作模式为 光电导 在零偏置条件下的工作模式为 光生伏特模式 5 变象管是一种能把各种 不可见 辐射图像转换成为可见光图像的真空光电成像器件 6 固体成像器件 CCD 主要有两大类 一类是电荷耦合器件 CCD 另一类是 SSPD CCD 电荷转移通道主要有 一是 SCCD 表面沟道电荷耦合器件 是电荷包存储在半导体与 绝缘体之间的界面 并沿界面传输 二是 BCCD 称为体内沟道或埋沟道电荷耦合器件 电 荷包存储在离半导体表面一定深度的体内 并沿着半导体内一定方向传输 7 光电技术室 光子技术 和 电子技术 相结合而形成的一门技术 8 场致发光有 粉末 薄膜和结型三种形态 9 常用的光电阴极有正电子亲合势光电阴极 PEA 和负电子亲合势光电阴极 NEA 正 电子亲和势材料光电阴极有哪些 Ag O Cs 单碱锑化物 多碱锑化物 10 根据衬底材料的不同 硅光电二极管可分为 2DU 型和 2CU 型两种 11 像增强器是一种能把微弱图像增强到可以使人眼直接观察的真空光电成像器件 因此 也称为 微光管 12 光导纤维简称光纤 光纤有 纤芯 包层 及 外套 组成 13 光源按光波在时间 空间上的相位特征可分为 相干 和 非相干 光源 14 光纤的色散有材料色散 波导色散 和 多模色散 15 光纤面板按传像性能分为 普通 OFP 变放大率的锥形 OFP 和 传递倒像的扭像 器 16 光纤的数值孔径表达式为 它是光纤的一个基本参数 它反映了光纤的 集光 能力 决定了能被传播的光束的半孔径角 17 真空光电器件是基于 外光电 效应的光电探测器 他的结构特点是有一个 真空管 其他元件都置于 真空管 18 根据衬底材料的不同 硅光电电池可分为 2DR 以 P 型硅作基底 型和 2CR 型两种 19 根据衬底材料的不同 硅光点二 三级管可分为 2CU 和 2DU 3CU 和 3DU 20 为了从数量上描述人眼对各种波长辐射能的相对敏感度 引入视见函数 V f 视见 函数有 明视见函数 和 暗视见函数 21 PMT 由哪几部分组成 入射窗口 D 光子阴极 电子光学系统 电子倍增系统和光电 阳极 22 电子光学系统的作用是 1 是光阳极发射的光电子尽可能全部汇聚到第一倍增级上 而将其他部的杂散热电子散射掉 提高信噪比 2 使阴极面上各处发射的光电子在电子 学系统的中渡越时间尽可能相等 23 P MT 的工作原理 1 光子透过入射窗口入射在光电阴极 K 上 2 光电阴极 K 受光照激发 表面发射光电子 3 光电子被电子光学系统加速和聚焦后入射到第一倍增极 D1 上 将 发射出比入射电子数更多的二次电子 入射电子经 N 级倍增后 光电子数就放大 N 次 4 经过倍增后的二次电子由阳极 P 收集起来 形成阳极光电流 Ip 在负载 RL 上产生信号电压 0 22 PMT 的倍增极结构有几种形式个有什么特点 1 鼠笼式 特点结构紧凑 时间响应快 2 盒栅式 特点光电子收集率高 均匀性 和稳定性较好 但时间响应稍慢些 4 百叶窗式 特点 管子均匀性好 输出电流大并 且稳定 响应时间较慢 5 近贴栅网式 特点 极好的均匀性和脉冲线性 抗磁场影响 能力强 6 微通道板式 特点 响应速度快 抗磁场干扰能力强 线性好 23 什么是二次电子 并说明二次电子发射过程的三个阶段是什么 光电子发射过程的三 步骤 答 当具有足够动能的电子轰击倍增极材料时 倍增极表面将发射新的电子 称入射的电 子为一次电子 从倍增极表面发射的电子为二次电子 二次电子发射 3 阶段 1 材料吸收一次电子的能量 激发体内电子到高能态 这些受激 电子称为内二次电子 2 内二次电子中初速指向表面的那部分像表面运动 3 到达界面的内二次电子能量大 于表面垒的电子发射到真空中成为二次电子 光电子发射过程的三步骤 1 物体吸收光子后体内的电子被激发到高能态 2 被激发电 子向表面运动 在运动中因碰撞损失部分能量 3 克服表面势垒逸出金属表面 24 简述 Si PIN 光电二极管的结构特点 并说明 Si PIN 管的频率特性为什么比普通光电二 极管好 p69 25 简述常用像增强器的类型 并指出什么是第一 第二和第三代像增强器 第四代像增 强器在在第三代基础上突破的两个技术是什么 p130 答 1 类型 级联式像增强器 第 2 代像增强器 微通道板像增强器 第 3 代像增强 器 X 射线像增强器 2 级联式像增强器由几个分立的单极变像管组合成属于第一代像 增强器 微通道板像增强器属于第三代像增强器 第二代像增强其的微通道板结构配以负 电子亲和势光电阴极构成第三代像增强器 3 突破技术 一是管子采用新材料制成的寿命 高 高增益 低噪声的无膜 MCD 二是 NEA 光电阴极采用的自动控制门电流 有利于减小 强光下达到 MCD 的电子流 以降低强光下图像模糊效应 26 什么是光电子技术 光电子技术以什么为特征 光电子技术是 光子技术与电子技术相结合而形成的一门技术 主要研究光与物质中的电 子相互作用及其能量相互转换的相关技术 以光源激光化 传输光纤化 手段电子化 现 代电子学中的理论模式和电子学处理方法光学化为 特征 是一门新兴的综合性交叉学科 27 光源的光谱功率分为哪几种情况 画出每种情况对应的分布图 分为 线状光谱 有若干条明显分割的西线组成 带状光谱 由一些分开的谱带组成 没 个谱袋中包含许多连续谱线 连续光谱 光源发出的谱线连成一片 混合光谱 前三种 谱线混合而成 28 荧光屏表面蒸镀铝膜的作用是 引走荧光屏上积累的电荷 同时避免光反馈 增加发 射光的输出 29 从传输模式角度考虑 光纤分为 多模光纤和单模光纤 根据折射率变化规律分为阶 跃型和梯度型 31 什么是负电子亲和势光电阴极 具有哪些优点 NEA 是指 将半导体表面做处理是表面区域能弯曲 真空能级降到导带之下 从而使有效 地电子亲和势能变为负值 优点 1 量子率高 2 光谱响应率均匀 且光谱响应延伸到 红外 3 热电子发射小 4 光子的能量集中 32 什么是 胖 0 电荷 什么是 胖 0 工作模式 引入 胖 0 电荷的优缺点 胖 0 电荷的引入 降低了势阱的深度 减小了信号电荷的最大存储量 降低了 CCD 的 动态范围 增大了器件的转移噪声 P158 36 CCD 有哪几部分组成 并说明每部分的作用 为什么说 CCD 是非稳态器件 CCD 能否 工作 其电极间距为 p147 1 电耦合器件组成 信号输入部分 电荷转移部分 信号输出部分 信号输入部分作用 将信号电荷引入到 CCD 的第一个转移栅下的势阱中 电荷转移部分作用 将重复频率相同 波形相同并且彼此间有固定相位关系的多相时钟脉冲分组依次加到 CCD 转移部分的电极上 是电极按一定规律变化 从而在半导体表面形成一系列分布不对承德陷阱 信号输出部分 作用 讲 CCD 最后一个转移栅下势阱中的信号电荷引出 2 CCD 是利用在电极下 SiO2 半导体界面形成的深耗尽层进行工作的 所以属于非稳态器 件 3 CCD 能否成功工作首先取决于金属电极排列 需找金属栅极间的最佳间隙宽度 一般小 于 3um 37 对于 CCD 来说电荷注入方式有电注入和光注入 什么是电注入 什么是光注入 p147 148 电注入 主要由输入二极管 Id 和输入栅 Ig 组成 可以将信号电压转换为势阱中等效电荷 即给输入栅施加适应的电压 在其下面道题表面形成一个耗尽层 在滤波 延迟线和存储 器应用情况下用电注入 光注入 摄像器件采取的唯一注入方法 P148 光注入过程如下 摄像时光照射到光敏面 上 光子被敏元吸收产生电子一空穴对 多数载流子进入耗尽区以外的的衬底 然后通过 接地消失 少数载流子便被收集到势阱中成为信号电荷 当输入栅开启后 第一个转移栅 上加以时钟电压时 这些代表光信号的少数载流子就会进入到转移栅的势阱中 完成注入 过程 38 画出 ZnCdTe 靶的结构图 并说明每层的作用 p138 第 1 层 ZnSe 层属于 N 型半导体 厚 50 100nm 无光电效应 其作用是增强对短波光 的吸收 提高整个可见光区的灵敏度 另外它也阻止光生空穴向成象面一边扩散 有提高 灵敏度 减小暗电流的作用 第 2 层 碲化锌和碲化镉的固溶体 ZnxCd1 xTe 属于 P 型半导体 厚 3 5 m 光电效 应主要发生在该层 x 值的大小对灵敏度 暗电流和光谱特性都有较大的影响 x 值小 灵 敏度高 体内暗电流增大 光谱特性的峰值波长向长波方面移动 第 3 层 无定形三硫化二锑 Sb2S3 厚 100nm 其作用是减小扫描电子束的电子注入效应 减小暗电流和惰性 第 1 层与第 2 层之间形成异质结 第 2 层与第 3 层之间不形成结 39 画出 CdSe 靶的结构图 并说明每层的作用 p138 第 1 层 沉积在玻璃板上的透明的导电层 SnO2 作信号电极 属 N 第 2 层 是 N 型 CdSe 层 它与 N 型层 SnO2 构成对空穴的阻挡层 CdSe 层是异质结 CdSe 靶的基体 厚 2 微米 是完成光电转换的光敏层 其禁带宽度为 1 7eV 具有良好的光电 导特性 第 3 层 亚硒酸镉 CdSeO3 层是由 CdSe 氧化而成 是一层绝缘体 有利于降低暗电流 但不影 响光电灵敏度 第 4 层 As2S3 层是靶的扫描面 是在高空状态下气湘沉积而成 呈玻璃态 厚 0 2 微米 是一个高阻层 禁带宽度为 2 3eV 具有很高的电阻率 其作用是防止电子进入靶内 形 成对电子的阻挡层 并且承担电荷的积累和储存 40 什么是 MCP 简述微通道板 MCP 的工作原理 p130 微通道板是由成千上万根直径为 15 40 m 长度为 0 6 1 6mm 的微通道排成的二维列 阵 简称 MCP 微通道板 MCP 的工作原理 微通道是一根根的玻璃管 内壁镀有高阻值二次发射材料 具有电阻梯度 施加高电压后 内壁出现电位梯度 光电阴极发出的一次电子轰击微通道 的一端 发射出的二次电子因电场加速轰击另一端 再发射二次电子 连续发射二次可得 约 10 的四次方的增益 41 什么是微通道板 MCP 的自饱和效应 二代像增强器利用该效应解决了什么问题 p130 在近聚焦式的 MCP 位增益中 光电阴极和第一微通道板的间距约为 0 3mm 级间电压为 150V 第二微通道板和阴极的间距为 1 5mm 级间电压为 300V 外加偏置电压的变化只改 变微通道板上的电压 可以调节总增益 第二代像增强器利用它代替电子光学系统 实现电子图像的增强 在第二代增强器中光电 阴极的光电在电场作用下 进入微通道板输入端 经 MCP 电子倍增加速后达到荧光屏上 输出光学图像 42 以 p 型 N 沟道 MOS 电容器为例 说明势阱存储电荷的原理 第七章 43 什么是光纤面板 简述光纤面板由哪几种玻璃组成 每种玻璃的作用 p197 用多根单光纤经热压工艺而制成真空气密性良好的光纤棒 然后进行切片 抛光而成的一 种可传递光学图像的光纤器件 光纤面板主要由 3 种玻璃组成 芯玻璃 包皮玻璃和光吸玻璃 芯玻璃 是一种高折射率 是光的通路 包皮玻璃为低折射率玻璃 起界面全反射作用 光吸收玻璃是一