光电技术复习.docx

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光电技术复习

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1.半导体对光的吸收：

本征吸收、杂质吸收、激子吸收、自由载流子吸收、晶格吸收。

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。

其余是光热效应。

2.光生伏特器件的偏置电路：

自偏置电路、零伏偏置、反向偏置

3.热辐射探测器件：

热敏电阻、热电偶探测器、热电堆探测器、热释电器件。

4.光电信息变换和处理：

模拟光电变换和模数光电变换

5.光电倍增管的结构：

（1）入射窗结构：

端窗式和侧窗式

（2）倍增极结构：

聚焦型和非聚焦型。

光窗、光电阴极、电子光学系统（电子透镜）、电子倍增系统和阳极。

6.光敏电阻属于光电导器件，广泛应用于微弱辐射信号的探测领域。

7.CCD的注入方式：

光注入、电注入。

8.

已知禁带宽度Eg求最大波长λmax。

9.光电信息变换的基本形式：

①信息载荷于光源的方式；

②信息载荷于透明体的方式；

③信息载荷于反射光的形式；

④信息载荷于遮挡光的形式；

⑤信息载荷于光学量化器的方式；

⑥光通信方式的信息变换

一类称为模拟量的光电信息变换，例如前4种变换方式；另一类称为数字量的光电信息变换，例如后2种变换方式。

10.光电倍增管：

阴极灵敏度

定义光电倍增管阴极电流Ik与入射光谱辐射通量之比为阴极的光谱灵敏度，并记为

若入射辐射为白光，则以阴极积分灵敏度，IK与光谱辐射通量的积分之比，记为Sk

阳极灵敏度

定义光电倍增管阳极输出电流Ia与入射光谱辐射通量之比为阳极的光谱灵敏度，并记为

若入射辐射为白光，则定义为阳极积分灵敏度，记为Sa

11.黑体：

能够完全吸收从任何角度入射的任何波长的辐射，并且在每一个方向都能最大可能地发射任意波长辐射能的物体称为黑体。

显然，黑体的吸收系数为1，发射系数也为1。

12.

斯忒藩-波尔兹曼定律

W·cm-2·μm-1·K-5

13.热释电效应：

热电晶体材料因吸收光辐射能量而产生温升，导致晶体表面电

荷发生变化的现象。

14.外光电效应：

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成为真空中的自由电子，这种现象称为光电发射效应或称为外光电效应。

15.温差热电效应：

两种材料的金属A和B组成的一个回路时，若两金属连接点的温度存在着差异（一端高而另一端低），则在回路中会有电流产生。

即由于温度差而产生的电位差ΔE。

回路电流I=ΔE/R。

其中R称为回路电阻。

这一现象称为温差热电效应（也称为塞贝克热电效应）（SeebeckEffect）。

16.

灰体：

凡发光系数ε与同温度黑体的发射系数ε之比不与发光波长λ成函数关系的辐射体称为灰体。

灰体的发光系数ε为

17.光生伏特效应：

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。

当入射辐射作用在半导体PN结上产生本征吸收时，价带中的光生空穴与导带中的光生电子在PN结内建电场的作用下分开，形成光生伏特电压或光生电流的现象。

18.光磁电效应：

在半导体上外加磁场，磁场的方向与光照方向垂直，当半导体受光照射产生丹培效应时，由于电子和空穴在磁场中的运动必然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上产生伏特电压，称为光磁电场。

这种现象称为半导体的光磁电效应。

19.

量子流速率：

光源发射的辐射功率是每秒钟发射光子能量的总和。

光源在给定波长λ处,由λ到波长范围内发射的辐射通量dΦe除以该波长λ的光子能量hv，得到光源在该波长λ处每秒钟发射的光子数，称为光谱量子流速率dNe,λ，即

光源在波长λ为0→∞范围内发射的总量子流速率

20.热释电器件的噪声主要有电阻的热噪声、温度噪声和放大器噪声等。

热噪声：

来自晶体的介电损耗和与探测器的并联电阻。

热噪声电压随调制频率的升高而下降

放大器噪声：

来自放大器中的有源元件和无源器件，及信号源的阻抗和放大器输入阻抗之间噪声的匹配等方面

温度噪声：

来自热释电器件的灵敏面与外界辐射交换能量的随机性。

热释电器件的噪声等效功率NEP具有随着调制频率的增加而减小的性质。

21.怎样理解光电倍增管的阴极灵敏度和阳极灵敏度？

二者的区别是什么？

二者有什么关系？

答：

光电倍增管阴极电流与入射光谱辐射通量之比称为阴极灵敏度，阳极电流与入射光谱辐射通量之比称为阳极灵敏度。

阴极灵敏度表征了光电倍增管阴极材料的一次发射能力，而光电倍增管的阳极灵敏度则反应了倍增极材料的二次电子发射能力。

22.像管的结构

基本结构：

由光电阴极、电子光学系统（也称为“电子透镜”）、荧光屏等组成。

光电阴极——涂覆于光窗内壁的光电发射材料薄膜，是像管的光-电转换部分。

电子光学系统——将电子图像成像在荧光屏上。

荧光屏——将电子动能转换成光能，是像管的电-光转换部分。

像管的工作原理

•亮度很低的可见光图像或者人眼不可见的光学图像经光电阴极转换成电子图像；

•电子光学系统将电子图像聚焦成像在荧光屏上，并使光电子获得能量增强；

•荧光屏再将入射到其上的电子图像转换为可见光图像。

23.光生伏特器件有几种偏置电路？

各有什么特点？

答：

光生伏特器件有以下几种偏置电路：

（1）自偏置电路。

特点是光生伏特器件在自偏置电路中具有输出功率，且当负载电阻为最

佳负载电阻时具有最大输出功率。

其缺点在于输出电流或输出电压与入射辐射间的线性关系

很差，在实际测量电路中很少应用。

（2）反向偏置电路。

光生伏特器件在反向偏置状态，PN结势垒区加宽，有利于光生载流子

的漂移运动，使光生伏特器件的线性范围和光电变换的动态范围加宽，被广泛应用于大范围

的线性光电检测与光电变换中。

（3）零伏偏置电路。

光生伏特器件在零伏偏置下，输出的短路电流与入射辐射量成线

性变化关系。

因此，零伏偏置电路是理想的电流放大电路，适合于对微弱辐射信号的检测。

24.雪崩光电二极管是一种p-n结型的光检测二极管，其中利用了载流子的雪崩倍增效应来放大光电信号以提高检测的灵敏度。

PN结在高反向电压下产生的雪崩效

应。

其基本结构常常采用容易产生雪崩倍增效应的Read二极管结构（即N+PIP+型结构，P+一面接收光），工作时加较大的反向偏压，使得其达到雪崩倍增状态；它的光吸收区与倍增区基本一致（是存在有高电场的P区和I区）。

25.硅光电池：

基本结构：

一个大面积的PN结。

硅光电池的工作原理是光生伏特效应.当光照射在硅光电池的PN结区时,会在半导体中激发出光生电子空穴对.PN结两边的光生电子空穴对,在内电场的作用下,属于多数载流子的不能穿越阻挡层,而少数载流子却能穿越阻挡层.结果,P区的光生电子进入N区,N区的光生空穴进入P区,使每个区中的光生电子一空穴对分割开来.光生电子在N区的集结使N区带负电,光生电子在P区的集结使P区带正电.P区和N区之间产生光生电动势.当硅光电池接入负载后,光电流从P区经负载流至N区,负载中即得到功率输出.

基本特性：

光电特性（照度-电流电压特性，照度-负载电阻特性）、光谱特性、频率特性、温度特性。

26.热释电探测器

基本结构：

热释电的基本结构是一个电容器，其电容值很小、阻抗一般可达1010Ω，使用时须采用具有高输入阻抗和低噪声的结型场效应管前置放大器（JFET）。

实际应用中一般将JFET与热释电探测器直接封装在同一个黄铜管内，构成源极跟随器、并进行阻抗变换。

基本原理：

热释电探测器是一个电容器，其输出阻抗极高，故其等效电路可用恒流源来表示。

27.余弦辐射体：

辐射体的辐射强度在空间方向上的分布满足

符合上式规律的辐射体称为余弦辐射体或朗伯体。

28.像增强器的基本结构：

由光电阴极、电子光学系统、电子倍增器以及荧光屏等功能部件组成。

像增强器的工作原理：

电子光学系统和电子倍增器将光电阴极所发射的光电子图像传递到荧光屏，在传递过程中使电子流的能量增强（有时还使电子的数目倍增），并完成电子图像几何尺寸的缩小/放大；荧光屏输出可见光图像，且图像的亮度被增强到足以引起人眼视觉的程度，从而可以在夜间或低照度下直接进行观察。

29.本征光电导灵敏度（Sg）：

光电导探测器的输出量和输入量之比：

Sg=Gp/Φ

30.光电倍增管产生暗电流的原因有哪些？

如何降低暗电流？

答：

产生暗电流的原因主要有：

①欧姆漏电②热发射③残余气体放电④场致发射⑤玻璃壳放电和玻璃荧光

降低暗电流的方法主要有：

①直流补偿②选频和锁相放大③冷却光电倍增管④增加

电磁屏蔽⑤采用磁场把未被照射的光电阴极边缘暗电流的电子散射掉。

31.半导体热敏电阻：

是用对热极很敏感的半导体材料制成的电阻，它的电阻值随温度的变化而剧烈的变化。

32.发光二极管发光机理常分为PN结注入发光与异质结注入发光两种。

33.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。

34.为什么说发光二极管的发光区在PN结的P区？

这与电子、空穴的迁移率有关吗？

答：

对于PN结注入发光的发光二极管，当PN结处于平衡位置时，存在一定的势垒区。

当加正向偏压时，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。

这是因为发光二极管在正向电压的作用下，电子与空穴做相对运动，即电子由N区向P区运动，而空穴向N区运动。

但由于电子的迁移率μN比高空穴的迁移率μP20倍左右，电子很快从N区迁移到P区，因而复合发光主要发生在P区。