光电检测简答题

1、什么么是探测器的光谱灵敏度？为什么测量光什么么是探测器的光谱灵敏度？为什么测量光 谱灵敏度的系统一般需要单色仪？谱灵敏度的系统一般需要单色仪？ P41P41 即光谱响应率。探测器在波长为即光谱响应率。探测器在波长为 的单色光的单色光 照射下，输出电压照射下，输出电压Vs()Vs()与电流与电流Is()Is()与入射与入射 的单色辐通量的单色辐通量 之比。之比。 单色仪的使用是为了得到单色辐射通量。单色仪的使用是为了得到单色辐射通量。 a.a.同种半导体材料的杂质电离能同种半导体材料的杂质电离能EdEd或或EaEa比本征半导体的比本征半导体的 电离能电离能EgEg小得多，所以它的长波限比本征探测

2、器的长波限长小得多，所以它的长波限比本征探测器的长波限长 得多。得多。 b.b.在非本征探测器中，杂质原子的浓度远比基质原子的浓度在非本征探测器中，杂质原子的浓度远比基质原子的浓度 低得多。在常温下杂质原子束缚的电子或空穴已被热激发成低得多。在常温下杂质原子束缚的电子或空穴已被热激发成 自由态作为暗电导率的贡献量。这时长波光照在它上面已无自由态作为暗电导率的贡献量。这时长波光照在它上面已无 束缚电子或束缚空穴供光激发用，即光电导束缚电子或束缚空穴供光激发用，即光电导为零或很微为零或很微 弱。为使杂质光电导探测器正常工作，必须降低它的使用温弱。为使杂质光电导探测器正常工作，必须降低它的使用温 度

3、，使热激发载流子浓度减小，才能增加光激发载流子浓度，度，使热激发载流子浓度减小，才能增加光激发载流子浓度， 以提高相对电导率以提高相对电导率dd。 为什么杂质光电导探测器为什么杂质光电导探测器 a a 常用于中远红外探测；常用于中远红外探测；b b 通常必须在低温条件下通常必须在低温条件下 工作？工作？P73P73 为什么由发光二极管与光电二极管构成的光电耦合器件的为什么由发光二极管与光电二极管构成的光电耦合器件的 电流传输比小于电流传输比小于1，而由发光二极管与光电三极管构成的，而由发光二极管与光电三极管构成的 光电耦合器件的电流传输比大于等于光电耦合器件的电流传输比大于等于1？ 答：光电耦

4、合器件中发光二极管的发光电流为答：光电耦合器件中发光二极管的发光电流为IF，接收器，接收器 件光电二极管产生的光电流可用件光电二极管产生的光电流可用 表示，其中表示，其中是与是与 发光二极管的发光效率、光电二极管的增益及二者之间距发光二极管的发光效率、光电二极管的增益及二者之间距 离等参数有关的系数，称为光激发效率。离等参数有关的系数，称为光激发效率。 一般一般比较低，比较低， 所以所以IF一般要大于一般要大于Ic。当接收器件采用光电三极管时，由于。当接收器件采用光电三极管时，由于 光电三极光电三极 管本身具有电流放大作用，因此输出光电流大于等于发光管本身具有电流放大作用，因此输出光电流大于等

5、于发光 电流，也即其电流传输比大于等于电流，也即其电流传输比大于等于1。（光电二极管输出。（光电二极管输出 光电流在光电流在A数量级，而光电三极管的输出光电流在数量级，而光电三极管的输出光电流在mA数数 量级。）量级。） FC II 激光有哪些特点？激光器的基本结激光有哪些特点？激光器的基本结 构如何？构如何？ P63 答：特点：良好的单色性，优良的答：特点：良好的单色性，优良的 方向性，高亮度，相干性好。方向性，高亮度，相干性好。 基本结构：工作物质、谐振腔、泵基本结构：工作物质、谐振腔、泵 浦源。浦源。 试叙述半导体发光二极管和半导体激光器在试叙述半导体发光二极管和半导体激光器在 结构上的

6、差异，以及各自特性上的差异。结构上的差异，以及各自特性上的差异。 P65 P67 答：在结构上，半导体激光器以正向外加电答：在结构上，半导体激光器以正向外加电 源作为泵浦源，以两个晶体解理面作谐振腔。源作为泵浦源，以两个晶体解理面作谐振腔。 而半导体发光二极管没有谐振腔。在特性而半导体发光二极管没有谐振腔。在特性 上，上，LD是受激辐射引起，发出相干光，而是受激辐射引起，发出相干光，而 LED是自发辐射，发出荧光。是自发辐射，发出荧光。 光伏探测器的频率响应特性明显优于光电导探测器。试从光伏探测器的频率响应特性明显优于光电导探测器。试从 光电导效应和光伏效应的机理上加以解释。光电导效应和光伏效

7、应的机理上加以解释。 答：从器件的光答：从器件的光-电响应过程来分析。光电导探测器的工电响应过程来分析。光电导探测器的工 作机理：半导体材料受光照时，由于对光子的吸收引起载作机理：半导体材料受光照时，由于对光子的吸收引起载 流子浓度的变化，导致材料电导率变化。当光照到探测器流子浓度的变化，导致材料电导率变化。当光照到探测器 上时，光生载流子数增加。开始时，产生的载流子数大于上时，光生载流子数增加。开始时，产生的载流子数大于 复合的载流子数，但随着载流子浓度的增加，复合机会增复合的载流子数，但随着载流子浓度的增加，复合机会增 多，经过一段时间后产生和复合才会达到动态平衡，载流多，经过一段时间后产

8、生和复合才会达到动态平衡，载流 子浓度达到稳定值。同样，光照停止后，光生载流子的消子浓度达到稳定值。同样，光照停止后，光生载流子的消 失也需要时间，这种弛豫过程用响应时间来描述，在忽略失也需要时间，这种弛豫过程用响应时间来描述，在忽略 外电路时间常量的影响时，光电导探测器的响应时间等于外电路时间常量的影响时，光电导探测器的响应时间等于 光剩载流子的平均寿命。一般为毫秒量级。光剩载流子的平均寿命。一般为毫秒量级。 光伏探测器的工作机理：光照时产生的光生电子光伏探测器的工作机理：光照时产生的光生电子- 空穴向结区扩散，由于结区内建电场的作用被分空穴向结区扩散，由于结区内建电场的作用被分 离，并在离

9、，并在PN结两边出现光生电动势，入射光能就结两边出现光生电动势，入射光能就 转变为电能。同样忽略外电路时间常量时，光伏转变为电能。同样忽略外电路时间常量时，光伏 探测器的光电响应时间包括光生载流子扩散到结探测器的光电响应时间包括光生载流子扩散到结 区的时间和光生载流子在电场作用下通过结区的区的时间和光生载流子在电场作用下通过结区的 漂移时间一般光敏面很薄，使得扩散时间（约为漂移时间一般光敏面很薄，使得扩散时间（约为 10-9s量级）和漂移时间（约为量级）和漂移时间（约为10-11s量级）远小量级）远小 于载流子寿命。所以光伏探测器比用相同材料做于载流子寿命。所以光伏探测器比用相同材料做 的光电

10、导探测器响应更快，和响应时间成反比的的光电导探测器响应更快，和响应时间成反比的 响应频率可以达到几百兆赫，甚至上吉赫，而光响应频率可以达到几百兆赫，甚至上吉赫，而光 电导探测器则最多只能达到几兆赫的量级。电导探测器则最多只能达到几兆赫的量级。 说明说明PIN管、雪崩光电二极管的工作原理和各自特点。管、雪崩光电二极管的工作原理和各自特点。PIN 管的频率特性为什么比普通光电二极管好？管的频率特性为什么比普通光电二极管好？ 答：（一）答：（一）PIN光电二极管光电二极管 工作原理：工作原理：PIN光电二极管是一种快速光电二极管，是在掺光电二极管是一种快速光电二极管，是在掺 杂浓度很高的杂浓度很高的

11、P型半导体和型半导体和N型半导体之间夹着一层较厚的型半导体之间夹着一层较厚的 高阻本征半导体高阻本征半导体I，其基本原理与光电二极管相同。光生载流，其基本原理与光电二极管相同。光生载流 子在内建电场下的漂移运动。但由于其结构特点，如下图所子在内建电场下的漂移运动。但由于其结构特点，如下图所 示，示，PIN具有其独特的特性。具有其独特的特性。 特点：特点：结电容小，频率响应高，频带宽，可达结电容小，频率响应高，频带宽，可达10GHz； 可承受较高的反向电压，线性输出范围宽；可承受较高的反向电压，线性输出范围宽；量子效率较高；量子效率较高； 不足是输出电流很小，约在微安量级。不足是输出电流很小，约

12、在微安量级。 （二）雪崩光电二极管（二）雪崩光电二极管（APD） 工作原理：利用工作原理：利用PN结在高反向电压下产生的雪崩效应来结在高反向电压下产生的雪崩效应来 工作的。如下图所示。工作的。如下图所示。APD工作电压很高，约工作电压很高，约100200V， 接近反向击穿电压。结区内电场极强，光生载流子在这种接近反向击穿电压。结区内电场极强，光生载流子在这种 电场中得到了极大的加速，同时与晶格原子发生碰撞产生电场中得到了极大的加速，同时与晶格原子发生碰撞产生 电离，产生更多的电子空穴对。新生的电子空穴对在强电电离，产生更多的电子空穴对。新生的电子空穴对在强电 场作用下重复这一过程，形成结电流的

13、雪崩效应。场作用下重复这一过程，形成结电流的雪崩效应。 特点：灵敏度高；电流增益大，可达特点：灵敏度高；电流增益大，可达102103；响应速度；响应速度 特别快，硅和锗特别快，硅和锗APD带宽可达带宽可达100GHz 2、PIN光电二极管频率特性比普通光电二极管好的原因：光电二极管频率特性比普通光电二极管好的原因： PIN光电二极管光电二极管PN结间距离大，结电容很小。由于工作在结间距离大，结电容很小。由于工作在 反偏状态，随着反偏电压的增大，结电容变得更小，从而反偏状态，随着反偏电压的增大，结电容变得更小，从而 提高了提高了PIN光电二极管的频率响应。光电二极管的频率响应。 光伏探测器与光电

14、导探测器相比较有何不同光伏探测器与光电导探测器相比较有何不同? ? (1)(1)产生光电变换的部位不同，光电导探测器是均值型，光产生光电变换的部位不同，光电导探测器是均值型，光 无论照在它的哪一部分，受光部分的电导率都要增大，而光无论照在它的哪一部分，受光部分的电导率都要增大，而光 伏探测器是结型，只有到达结区附近的光才产生光伏效应。伏探测器是结型，只有到达结区附近的光才产生光伏效应。 （2 2）光电导探测器没有极性，工作时必须外加偏压，而光）光电导探测器没有极性，工作时必须外加偏压，而光 伏探测器有确定的正负极，不需外加偏压也可以把光信号变伏探测器有确定的正负极，不需外加偏压也可以把光信号变

15、 为电信号。为电信号。 （3 3）光电导探测器的光电效应主要依赖于非平衡载流子中）光电导探测器的光电效应主要依赖于非平衡载流子中 的多子产生与复合运动，弛豫时间较大，同此，响应速度慢，的多子产生与复合运动，弛豫时间较大，同此，响应速度慢， 频率响应性能较差。而光伏探测器的光伏效应主要依赖于结频率响应性能较差。而光伏探测器的光伏效应主要依赖于结 区非平衡载流子中的少子漂移运动，弛豫时间较小，因此，区非平衡载流子中的少子漂移运动，弛豫时间较小，因此， 响应速度快，频响响应特性好。响应速度快，频响响应特性好。 CCD为什么称为电荷耦合器件？为什么称为电荷耦合器件？ 电荷电荷器件中的信息是以电荷形式出现器件中的信息是以电荷形式出现 的，不同于其他探测器的的，不同于其他探测器的“电流电流”或或“电电 压压” 耦合耦合器件内部信息的传递是通过势阱器件内部信息的传递是通过势阱 的藕合完成的，完