长春理工大学光电检测填空和简答考试必备

1、光谱响应，伏安特性，噪声特性。受激辐射、 粒子数 G 光敏电阻的光电特性： 随光照量的变化， 电导变化越大的光敏电阻就越灵敏。栅距d大于波长入的叫粗G光敏电阻的噪声特性：热噪声、产生复合噪 声、低频噪声。 热噪声 ：光敏电阻内的载流子 热运动产生的噪声。 低频噪声 ：是光敏电阻再 骗置电压作用下会产生信号光电流， 由于光敏 层内微粒的不均匀， 会产生微火花电爆放电现 象，这种微火花放电引起的电爆脉冲就是低频 噪声的来源。G 光敏电阻的光谱响应： 光敏电阻的电流灵敏是将电 度与波长的关系 .决定因素 ：主要有光敏材料禁B 半导体对光的吸收 : 半导体受光照射时，一 部分光被反射， 一部分光被吸收

2、。 半导体对光 的吸收可分为 : 本征吸收，杂质吸收，激子吸 收，自由载流子吸收和晶格吸收。 能引起光 电效应的有 ：本征吸收、杂质吸收。B 本征半导体光敏电阻常用于可见光波段的 测探，而杂质型半导体光敏电阻常用于红外波 段甚至于远红外波段辐射的探测。B 半导体激光器发光原理： 反转和谐振。C 粗光栅和细光栅： 光栅，栅距d接近于波长 入的叫细光栅。C 由于电子的迁移率远大于空穴的迁移率， 因 此N型CCD比P型CCD的工作频率高很多。D 丹倍效应：由于载流子迁移率的差别产生受 照面与遮蔽面之间的伏特现象。F 发生本征吸收的条件 :光子能量必须大于半 导体的禁带宽度 EgF 辐射源： 一般由光

3、源及其电源组成， 能转化成光能的系统。F 发光效率：由内部与外部量子效率决定。F 发光光谱： LED 发出光的相对强度随波长 变化的分布曲线。F 发光二极管基本结构： 面发光二极管和边发 光二极管。G 光电检测技术 :采用不同的手段和方法获取 信息，运用光电技术的方法来检验和处理信 息，从而实现各种几何量和物理量的检测G 光电系统组成 :辐射源，光学系统，光电系 统，电子学系统，计算机系统G 光于物质作用产生的光电效应分为：内光 电效应和外光电效应。G 光电导效应：半导体受到光照后，其内部 产生光生载流子， 使半导体中载流子数量显著 增加而电阻减小的现象。G (本征)光电导效应：在光的作用下由

4、本征 吸收引起的半导体电导率发生变化的现象G 光电导的驰豫，决定了在迅速变化的光强 下一个光电器件能否有效工作的问题。G 光生伏特效应 ：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G 光磁电效应：在垂直于光照方向与磁场方 向的半导体上、下表面上产生伏特电压。G 光子牵引效应：在开路的情况下，半导体 材料将产生电场，它阻止载流子的运动。G 光电检测典型器件 ：光电导器件，光生伏特 器件， 光电发生器件， 辐射探测器件， 热释电 器件，光耦合器件和图像传感器件。G 光敏电阻：在均匀的具有光电效应的半导 体材料的两端加上电极便构成光敏电阻。G 光敏电阻分类：本征半导体光敏电阻、杂质型

5、半导体光敏电阻。G 光敏电阻的相对光电导随温度升高而降低， 光电响应受温度影响较大G 光敏电阻结构设计的基本原则： 为了提高光 敏电阻的光电导灵敏度 Sg，要尽可能地缩短 光敏电阻两电极间的距离 L。G 光敏电阻的基本特性： 光电特性， 时间响应，带宽度 ,杂质电离能 ,材料掺杂比与掺杂浓度等 G 光敏电阻的设计的三种基本结构： 梳状， 蛇 形，刻线结构。G 光敏电阻电流与光照强度的曲线： 当照度很 低时， 曲线近似为线形， 照度升高， 曲线近似 为抛物线形。G 光生伏特器件： 利用光生伏特效应制造的光 电器件。G 光敏二极管的光谱响应： 以等功率的不同单 色辐射波长的光作用于光敏二极管上时，

6、 其响 应程度或电流灵敏度与波长的关系。G 光电位置敏感器件 (PSD)： 是基 于光生伏特 器件的横向光电效应的器件， 是一种对入射到 光敏面上的光斑位置敏感的光电器件。主要特性 ：位置检测特性。 近似于线性， 但边 缘部分线性较差。G 光电倍增管： 是一种真空光电发射器件， 主 要由入射窗， 光电阴极， 电子光学系统， 倍增 极和阳极等部分构成。 具有灵敏度高和响应速 度快等特点， 使它在光谱探测和极微弱快速光 信息的探测方面成为首选。G 光电倍增管的量子效率、 光谱响应这两个参 数主要取决于光电阴极材料。G 光敏晶体管工作原理 ：光电转换 ,光电流放大G 光耦合器件： 将发光器与光电接收

7、器件组合 成一体，制成的具有信号传输功能的器件。G 光谱分布的两个主要参量： 峰值波长和发光 强度的半宽度。G 光电检测电路： 由光电器件、 输入电路和前 置放大器等组成。G 光电效应：因光照而引起物体电学特性的改 变的现象G 光电耦合器件：可以实现前后级电路隔离 的较为有效的器件。J 激光产生的基本条件： 受激辐射， 粒子数反 转和共振腔J 交替变化的光信号， 必须使所选器件的上限 截止频率大于输入信号的频率才能测出输入 信号的变化。M 莫尔条纹： 当两块光栅以微小倾角重叠时， 在与刻线大致垂直的方向上。 将看到明暗相间 的粗条纹。 特点 ： 1.位移放大作用。 2.误差平 均效应。 3.输

8、出信号与光栅位移相对应。 4.实 现自动控制、自动测量。N 能量最高的是价电子填满的能带 ,称为价带 . 价带以上的能带基本上是空的 ,其中最低的带 称为导带 .价带与导带之间的区域则称为禁带 P PN 结： PN 结是将 P 型杂质和 N 型杂质分 别对半导体掺杂而成的。一般把 P 型区和 N 型区之间的过度区域称为 PN 结。R 热辐射探测器件： 基于光辐射与物质相互作 用的热效应制成的器件。R 热敏电阻： 吸收入射辐射后引起升温而使电 阻值改变， 导致负载电阻两端电压的变化， 并 给出电信号的元件。 基本原理 ：半导体对光 的晶格吸收和激子吸收， 不产生载流子， 而在 不同程度上转变为热

9、能，引起晶格震动加剧， 使器件温度上升，即器件的阻值发生变化。结构 ：由热敏材料制成的厚度为 0.01mm 左右 的薄皮电阻粘合在导热能力高的绝缘垫衬底 上，电阻体两端蒸发金属电极以便与外电路连 接，再把衬底与一个热容很大、 导热性能良好 的金属连接，构成热敏电阻。R 热电偶：是利用物质温差产生电动势的效应 探测入射辐射的。R 热释电器件： 是一种利用热释电效应制成的 热探测器件。W 温差 （ 泽贝克 ） 热电效应：两种金属材料 A 和 B 组成一个回路时，若两金属连接点的温 度存在着差异，则在回路中会有电流产生。X 雪崩效应： 在光敏二极管 PN 结上， 加相当 大略低于击穿电压的反向偏压，

10、 在结区将产生 一个很高的电场， 使载流子雪崩倍增， 输出电 流迅速增加。X 陷阱效应： 杂质能积累非平衡载流子的作用 Z 只有本征吸收和杂质吸收能够直接产生非 平衡载流子，引起光电效应Z 载流子的运动形式：扩散运动和漂移运动。 扩散运动：载流子由热运动造成的从高浓度处 向低浓度的迁移运动。漂移运动 :除了热运动以外获得的附加运动。 Z 杂质吸收： N 型半导体和 P 型半导体吸收足 够能量的光子，产生电离的过程。B 半导体光电导效应与入射辐射通量的关系： 在弱辐射作用的情况下是线性的， 随着辐射增 强，线性关系变差， 当辐射很强时， 变为抛物 线关系。C MOS 与 CCD 比较：1.结构和

11、工作原理： CCD 产生图低噪声， 高性能， 但结构复杂， 耗电量 大，成本高。 CMOS 通过 X-Y 寻址技术直接 从开关阵列中直接输出，比 CCD 快，方便 2. 制造： CCD 要求严格， CMOS 制造简单 3.性 能：CMOS较CCD信号读取方式简单，速度 快耗电低，但成像质量和灵敏度 CCD 要优于 CMOS。D 电子运动的三个重要特点：1. 电子绕核运动2.由于微观粒子具有粒子与波动的两重性，所以电子没有完全确定的轨道3.在一个原子或由原子组成的系统中， 不能有两个电子同属一 个量子态。F 发光二极管的发光机理： 是一种注入式电致 发光器件 ,它由 P 型和 N 型半导体组合而

12、成 , 其发光机理常分为 PN 结注入发光与异质注入 发光两种。 PN 结注入发光 :PN 结处于平衡状 态时 ,存在一定的势垒区。当加正偏压时，PN结区势垒降低， 从扩散区注入的大量非平衡载 流子不断地复合发光，并主要发生在P 区。G 光电检测系统的组成及各部分作用： 包括辐 射源：将电能转换成为光能， 得到符合后面光 学系统要求的波段范围和光强度；光学系统： 将辐射源发出的光进行光学色散、几何成像、 分束和改变辐射流的传送方向； 光电系统： 将 光信号转换成电信号的系统； 电子学系统： 对 光电系统传输过来的电信号进行放大； 计算机 系统： 包括自动控制、 数据处理、 显示输出等 G 光生

13、伏特效应与光电导效应的区别和联系： 同属于内光电效应。 区别： 光生伏特效应是少 数载流子导电， 而光电效应是多数载流子导电 的光电效应。G 光磁电效应： 半导体外加磁场， 磁场方向与 光照方向垂直， 当半导体受光照射产生丹倍效 应时，由于电子和空穴在磁场中运动会受到洛 伦兹力的作用，使它们的运动轨迹发生偏转， 空穴向半导体的上方偏转， 电子偏向下方。 结 果在垂直于光照方向与磁场方向的半导体上、 下表面产生伏特电压，称光磁电场。G 光敏电阻的基本原理： 当光敏电阻的两端加 上适当的电压后便有电流流过， 可用电流表检 测该电流。改变照射到光敏电阻上的光度量， 发现流过光敏电阻的电流发生变化，

14、说明光敏 电阻的阻值随照度变化。G 光敏二极管与光电池的异同： 相同：都是光 生伏特效应器件。不同：截面积比光电池小， 输出电流普遍比光电池小；电阻率比光电池 高；制作衬底材料掺杂浓度比光电池低； 光敏 二极管在反向偏置电压下工作而光电池多工 作在零偏。G 光电位置敏感器件 (PSD) 工作原理：当光束 入射到 PSD 器件光敏层上距中心点的距离为 Xa 时，在入射位置上产生于入射辐射成正比 的信号电荷，此电荷形成的光电流通过 P 型 层电阻分别由电极 1 与 2 输出。设 P 型层的 电阻是均匀的，两电极间的距离是2L,流过两电极的电流分别为11和I2 ,则流过N型层 上电极的电流为 I0=

15、I1+I2 ，若以 PSD 器件的 几何中心点 O 为原点，光斑中心 A 距原点 O 的 距 离 为 Xa ， 则 I1=I0(L-Xa)/2L)，I2=I0(L-Xa)/2L) ， Xa=(I2-I1)/(I2+I1)L 。G 光电倍增管的基本特性：1.灵敏度 (阴极灵敏度、阳极灵敏度 )2.电流放大倍数 (增益)3.暗 电流(影响因素 :欧姆漏电 ;热发射;残余气体放 电;场致发射 ;玻璃壳放电和玻璃荧光 )4.噪声G 光耦合器件的特点： 1 具有电隔离功能 2 信 号传输方式：单向性 3 具有抗干扰和噪声的能 力 4 响应速度快 5 实用性强 6 既具有耦合特性 又具有隔离特性。应用 ：

16、1 .电平转换 2.逻辑门电路 3.隔离方面的 应用 4.晶闸管控制电路G 光电检测器件与热电检测器件区别：1.热电检测器件： 常用热释电探测器、 热敏电阻、 热 电偶、热电堆。响应波长无选择性，响应慢。 2.光电检测器件：常用PMT 、光电池、光敏二极管。响应波长有选择性，存在截止波长， 超过无光谱响应，响应快。G 光学调制(调制盘)的作用： 1. 避免了直流 放大器零点漂移的缺点。 2.过滤背景。 3.消除 探测器和前置放大器的低频噪声。 4.可以判别 辐射信号的幅值和相位。 类型：幅度调制盘、 相位调制盘、频率调制盘。G 光电导是什么，为什么产生光电导，从半 导体理论：光电导效应可分为本

17、征光电导效应 和杂质光电导效应两种。 本征半导体或杂质半 导体价带中的电子吸收光子能量跃入导带， 产 生本征吸收， 导带中产生光生自由电子， 价带 中产生光生自由空穴。 光生电子与空穴使半导 体的电导率发生变化。 这种在光的作用下由本 征吸收引起的半导体电导率发生变化的现象， 称为本征光电导效应。G 在微弱辐射作用下，光电导材料的光电灵 敏度有什么特点？为什么要把光敏电阻制成 蛇形：在微弱辐射下， 光电导材料的光电灵敏 度是定值， 光电流与入射光通量成正比， 即保 持线性关系。因为产生好增益系数的光敏电阻 间距需很小， 同时光敏电阻集光面积如果太小 就不实用， 因此制成蛇形， 既增大了受光面积

18、 有减小了极间距。J 绝缘体、导体、半导体的能带情况：一般， 绝缘体的禁带比较宽，半导体与绝缘体相似， 但其禁带比较窄。 而导体分两种， 一种是它的 价带没有被电子填满， 即最高能量电子只能填 充价带的下半部分， 上半部分空着； 一种是它 的价带与导带相重叠。N 内光电效应： 被光激发所产生的载流子仍在 物质内部运动， 使物质的电导率发生变化或产 生光生电动势的现象P PIN 型光电二极管的构成及 I 层作用：在高 掺杂 P 型和 N 型半导体之间生成一层本征半 导体材料或低掺杂半导体材料。 作用：展宽光 电转换的有效工作区域， 提高了量子效率与灵 敏度；提高击穿电压， 即可承受较高的反向偏 压，使线性输出范围变宽， 而且减少了串联电 阻和时间常数； 提高响应速度； 提高频率响应 R 热电偶的工作原理： 是利用物质温差产生电 动势的效应探测入射辐射的。X 雪崩二极管与 PIN 型光敏二极管和普通二 极管的异同： 三者都是基于 PN 结的结型光电 探测器，工作在伏安特性曲线的第三象限。PIN 型光电二极管响应频率高，响应速度快， 供电电压低