光电检测技术与运用复习提纲

1、光电检测技术与运用复习提纲1、光电检测系统的基本结构形式分为：几何光学变换的光电检测方法和物理光 学变换的光电检测方法。2、几何光学变换的机构形式：辐射式、反射式、遮挡式、透射式；3、物理光学变换的光电检测的基本结构：干涉式与衍射式。4、光电检测系统各部分的功能： 光源和照明光学系统：发出的光束作为载体携带被测信息，也可以作为被测对 象被测对象及光学变换：利用各种光学效应，使光束携带上被检测对象的特征 信息种待测信号的光与光电探测器实现合理的匹配，以满足光电转换的需要。光，形成待检测的光信号。光信号的匹配处理：使光源发出的光或产生的携 带各电转换：其主要作用是以光信号为媒质，以光电探测器为手段

2、，将各种经待 测量调制的光信号转换成电信号，以利于采用目前最为成熟的电子技术进行信号 的放大、处理、测量和控制等。电信号的放大与处理：实现对微弱信号的检测； 实现光源的稳定化。存储、显示与控制系统：将处理好的待测量电信号直接经 显示系统显示。5、可见光的范围：380780nm6物体发光有两种基本形式：热辐射及“发光”辐射7、“发光”辐射与热辐射不同，它主要借助其他一些外来激发过程而获得能量， 产生辐射发射。这种发光形式包括：电致发光、光致发光、化学发光、热发光；8、按照光辐射来源不同，将光源分成：自然光源和人造光源。9、辐射效率：在给定入1入2波长范围内，某一辐射发出的辐射通量与产生这 些辐射

3、通量所需的电功率 之比，称为该辐射源在规定光谱范围内的辐射效率；10、在给定入1入2波长范围内，某一辐射体（光源）所发射的光通量与产生这 些光通量所需的电功率之比，就是该光源的发光效率；11、相关色温：对于一般光源，它的颜色与任何温度下黑体辐射的颜色都不相同，这时的光源用相关色温表示，在均匀色度中，如果光源的色坐标点与一温度下黑 体辐射的色坐标接近，则该黑体的温度称为光源的相关色温；12、光源的颜色包含两方面的含义，即色表和显色性。用眼睛直接观察光源时所看到的颜色称为光源的色表。当光源照射物体时，物体呈现的颜色（也就是物 体反射光在人眼内产生的颜色感觉）与该物体在完全辐射体照射下所呈现的颜色

4、的一致性，称为该光源的显色性；1-玻璃板I荧光粉层高介电常数反射层4智箔、玻璃板透明导輯13、交流粉末电致发光光源的工作原理是： 由于电极间距很小，只有几十微米所以在市电电 压的作用下，就可以得到足够高的电场强度，如 E=10V/cm以上。粉末中自由电子在强电场作用下 加速而获得很高的能量，它们撞击发光中心，使 其受激而处于激发态，当激发态复原来为基态时 产生复合发光。由于荧光粉末与电极间有高介电 常数的绝缘层，自由电子并不导走，而是被束缚 在阳极附近，在交流电的负半周时，电极极性变 换，自由电子在高电场作用下向新阳极的方向加 速。使之不断发光。14、LED发光机理：光电二极管是由P型和N型半

5、导体组成的二极管，在 PN结附近N型材料中的多数载流子是电子，P型材料中的多数载流子为空穴，由于电 子浓度不同，载流子扩散运动加强。这样，在 PN结型上，P区由于空穴向N区 扩散运动而带负电荷，N区电子向P区方向的电场，此电场为内建电场，当给发 光二极管的P-N结加正向偏压时，外加电场将削弱内建电场，使空间电荷区变窄， 载流子的扩散运动加强。在P-N结附近产生导带电子与价带空穴复合，电子由高能级跃迁到低能级，电子将多余的能量以发射光子的形式释放出来，产生电致发 光现象815、关于禁带宽度Eg与极限波长入的相关计算（注意能量单位的换算 P24）发光效率发射波长入二hC1240Eg光通量 P电功率

6、 Eg禁带宽度16、LED与LD的比较:LEDLD发光机理LED是利用注入有源区的载流子自 发辐射复合发光LD是受激辐射复合发光结构上LD有光学谐振腔，使产生的光子在 腔内振荡放大LED没有谐振腔。性能上LED没有阈值特性，光谱密度比LD高几个数量级，输出功率小LED有阈值特性，输出光功率 大，光谱密度小，发散角大。优点价格便宜，寿命长相干光17、光电效应：光辐射入射到光电材料时，光电材料发射电子，或者其电导率发 生变化，或者产生感生电动势的现象。18、 光电效应分为内光电效应和外光电效应，具体有光电子发射效应、光电导效应、光生伏特效应、光子牵引效应和光电磁效应。enP19、 光电探测器输出的

7、平均光电流表达式 P33:1 p hv20、 计算丫值（作业中）已知某光敏电阻在500Lx的光照下阻值为550Q而在 700Lx的光照下阻值为450Q,求该光敏电阻在550lx和600lx光照下的阻值。（相关知识P42）.-. ig 1g R- “. lg 550 lg 450王百解* 中 厂二 !-彳寻r = 0.5961呂马一览耳Ig700-lg500半光照为55OK旳.% =护心山虽-询519,53 Q当光照为 600K 时.心3 Q621、光敏电阻输入电路设计中，负载 RL和电源电压Ub是两个关键参数;22、光电池等效电路图及光电池的电流方程式-1)（h）光电池等效电路團23、光电池的

8、应用主要两个方面：一是作为光电探测器件，二是将太阳能转化为 电能；24、硅光电二极管与光电池的比较：硅光电二极管在结构和工作原理上与硅光电池很相似。如果应用于光伏工作模式，机理基本相同，属于PN结型光生伏特效应。制作衬底材料的掺杂浓度光电池高，约为10161019原子数/cm3,而硅光电二极管则为10121013原子数/cm3,电阻率光电池低，约为0.10.01 Q /cm, 而硅光电二极管则为1000Q/cm；光电池在零偏置下工作，硅光电二极管通常 在反向偏置下工作；光电池的光敏面积都比硅光二极管光敏面大得多，因此硅光电二极管的光电流小很多，通常为微安级；25、第四章节作业5、65:如果硅光

9、电池的负载为 R,画出它的等效电路图，写出流过负载 Il的电流方 程及UOc、I sc的表达式，说明其含义（图中标出电流方向）。qV / KTqV / KT| = | p i d = i p _ i s0 (e 一 1) = Se E -1 s0 (e -1)（b）光电池等致电路图Voc与光照度的对数成正比。其中，Se为光电池的光电灵敏度，E为入射光照度，I s0是反向饱和电流，是光电池加反向偏压后出现的暗电流。 当i = 0时，FL=（开路），开路电压 VOC表示：当 Ip Io 时，VcC ： (kT/q)ln(lp/l0)当R. = 0光电流短路电流Isc = I p= Se E 光电池

10、的短路光电流Isc与入射光照度成正比，而开路电压6:写出硅光电二极管的全电流方程，说明各项物理意义qu /KT丨 一I p I D（eqT）Ip :光电流 丨。：暗电流q :电子电荷u :二极管两端的电压 K :玻尔兹曼常数T :器件的绝对温度26、关于爱因斯坦定律的有关计算 P85注意表达式个字母的含义。me :电子能量；Vmax :出射电子的最大速度；：光电子发射体的逸出功；hv:光子能量;27、像管的主要功能是能把不可见光（红外或紫外）图像或微弱光图像通过电子光学透镜直接转换成可见光图像。如变像管、像增强器、X射线像怎强器；28、摄像管是一种把可见光或者不可见光（红外或紫外）图像通过电子

11、束扫描后 转成相应的电信号，通过显示器件再成像的光电成像器件。29、摄像管的基本功能：光电变换；光电信息的积累、储存；扫描输出；30、摄像管的工作原理是：先将输入的光学图象转换电荷图象，然后通过电荷积 累和储存构成电位图象，通过电子束扫描把电位图像读出，形成视频信号输出。31、电荷耦合器件（CCD的特点是以电荷为信号，而与其他大多数器件以电流 或者电压为信号不同，CCD勺基本功能是电荷的储存（耦合）和电荷的转移。因 此CCDT作过程是信号电荷的产生、储存、传输、检测；32、 若光信息加载于非相干光源的光载波的振幅、频率或者相位变化之中，这样 所组成的系统称为非相干检测系统。33、把直接检测光信

12、息的光强，以及检测非相干光调制频率、振幅、相位的方法 统称为非相干检测。34、 直接检测：将携带有待测量的光信号直接入射到探测器光敏面，光检测器响 应于光辐射强度而输出相应的电流或电压。35、 非相干光电信号分为随时间变化的光电信号表示为F（t）和随空间位置而改 变的光电信号表示F（x,y,z）有的还同时随时间改变，表示 F（x,y,z,t）。36、幅值法5种方法的优缺点： 直读法（优点：方法简单；缺点：精度不高） 指零法（优点：光源出射光的不稳定性对测量精度影响小；缺点：精度不高 差动法（优点：可以消除暗电流、背景光的影响，部分消除光源光功率波动引起的误差；缺点：很难保证两个通道的光电探测器

13、的性能一致） 补偿法（优点：对于光源光通量的变化及背景光因素的影响可抵消且受光 电探测器参数的变化及放大器参数变化影响小，较直读法和差动系统测量精 度最高；缺点：频响受到很大限制 开关法（优点：信号检测简单。缺点：运用的范围小）37、 频率法：频率法应用于被测信号呈周期性变化的情况，这时被测信息载荷于 光通量的变化次数或频率的快慢之中，可用测量光通量的波数和频率的方法测出 被测值；（通过测量光通量变化的频率来测量被测参数的方法称为频率测量法）38、 相位测量法：如果载波的光通量被调制成随时间呈周期性变化， 而被测信息 加载于光通量的相位之中，那么检测到这个相位值即能确定被测值，这种方法称 为光

14、通量的相位测量法；39、光学目标：不考虑被测对象的物理本质，只把它们看做与背景间有一定光学 反差的几何形状或者图像景物；40、 空间定位：信号处理的目的确定目标相对基准坐标的角度或位置偏差，称为 空间定位；41、几何中心检测法的定义：通过测量与目标的轮廓分布相对应的像空间轮廓分 布来确定物体的中心位置的方法称为几何中心检测法42、几何中心检测法的主要依据是像分析。43、像分析器的基本工作原理： 将被测物体的光学像相对于假面基准的几何坐 标，变换为通过该基准某一取值样窗口的光通量， 通过检测该光通量的变化来解 调出物体的坐标位置。因此像分析器是一种能将几何形位信息调制到载波光通量上而形成光学调制

15、的调制器，是几何量装换成光学量的G/0变换器，如图，为分 析器的功能示意图，它将物空间的亮度分布量B( x,y,t )或像空间的照度分布量E (x,y,t )变换为光通的变化 (ai,a2,.,t)其中(ai,a2,.,a n)是光通量的调制参量，与被测目标的位置坐标x,y相对应。信号包括含有调制信号的振幅、频率和相位特征,从理论上讲，外差检测能准确44、亮度中心：将物体按辐射能量相等的标准分割为两部分， 其中心位置称为亮 度中心。45、亮度中心法：通过测量与目标物空间的亮度分布相对应的像空间照度分布， 来确定目标能量中心位置的方法称为亮度中心检测法；46、亮度中心检测法主要的处理方式有两种： 一种方式是光学分解，另一种是利 用象限检测器，这些方法的依据都是象限分割。47、相干检测系统：被测信息加载于光频载波的幅度、频率或相位之中的系统称 为相干检测系统。48、光外差检测(掌握概念、原理、原理图)： 概念：光外差检测是利用两束频率不相同的相干光， 在满足波前匹配条件下，在 光电检测器上进行光学混频。检测器的输出是频率为两光波频差的拍频信号，该 检测到这些参量所携带