光电检测考试题
第一章光电检测应用中的基础知识
1、分别解释光电导效应、光生伏特效应、光电发射效应。
答：（1）光电导效应：当半导体材料受到光照时，由于吸收光子使其中的载流子浓度增大，导致材料的电导率增大。（2）光生伏特效应：在PN结光伏器件中，当光投向P区时，在近表面层内激发出电子-空穴对，其中电子将扩散到PN 结区并被结电场拉到N区，同时空穴将进入P区，若P层的厚度小于电子的扩散长度，光子也可能穿透P区到达N区，激发出电子-空穴对，这些光生载流子被结电场分离后，空穴流入P区，电子流入N区，在结区两边参生势垒。（3）光电发射效应：也称外光电效应，就是在光的作用下，物体内部的电子逸出物体表面向外表发射的现象。
2、光电探测器特性参数有哪些。
答：①响应率②光谱响应率③等效噪声率④探测率与比探测率⑤时间常数⑥线性⑦量子效率
3、光电探测系统的噪声有哪几类。
答：可分三类：（1）光子噪声：①信号辐射产生的噪声②背景辐射产生的噪声；（2）探测器噪声：①热噪声②散粒噪声③产生-复合噪声④1/f噪声⑤温度噪声；（3）信号放大及处理电路噪声；
4、光辐射探测器的几种噪声，并分别解释。
答：①热噪声：载流子热运动引起的电流起伏或电压起伏；②散粒噪声：随机起伏所形成的噪声；③产生-复合噪声：在外加电压下，电导率的起伏使输出电流中出现产生-复合噪声；④1/f噪声：噪声的功率谱近似与频率成反比；⑤温度噪声：由于器件本身温度变化引起的噪声。
5、如何合理选择光电探测器。
答：①根据待测光信号的大小，确定探测器的动态范围；②探测器和光源的光谱匹配；③须知道探测器的等效噪声功率，所产生电信号的信噪比；④测量调制或脉冲光信号时，要考虑探测器的响应时间或频率响应范围；⑤当测量的光信号幅值变化时，探测输出信号线性程度。除此之外，还需考虑其稳定性、测量精度、测量方式等因素。
6、光电效应分为哪几种，分别解释。
答：光电效应分为内光电效应和外光电效应，内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。发生在物体表面上的光电转换称为外光电效应；发生在物体内部，特别是半导体内部载流子产生效应，称为内光电效应。
第二章光电检测中的常用光源
1．解释自发辐射，受激吸收，受激辐射的概念。
答：1）自发辐射：原子开始处于高能态E
2
，自发地从高能态跃迁至低能态且
E 1，并发射频率为v=(E
2
-E
1
)/h的光子。 2）受激吸收：原子开始处于低能态，
在1个频率为v=(E
2-E
1
)/h的入射光子激发下，原子吸收了这个光子，跃迁至高
能态。 3）受激辐射：原子开始处于高能态，在1个频率为v=(E
2-E
1
)/h的入射
光子激发下，原子从高能态跃迁至低能态，并发射2个完全相同的光子。2．激光产生的必要条件有哪些？
答：条件有：①粒子数反转：在热平衡条件下，原子按能级服从玻耳兹曼分
布，有n
1>>n
2
。但在非平衡态，就有可能使原子数按能级分布反转为n
1
< 2 ，这 种分布即粒子数反转。②光泵：将原子从低能态抽运至高能态的过程。③谐振腔：谐振腔两个端面一是全反射，另一面是部分透射。只有沿着轴向来回反射的光子，才可能在腔内反射多次，不断受激辐射，使光子等比放大。从部分反射镜端出射一束极强的，指向性和单色性极好的激光束。 3．什么是激励？ 答：激励是从外界吸收能量，使原子系统的原子不断从低能态跃迁至高能态能级以实现粒子数反转的过程。（又称“激发”，“抽运”和“泵浦”） 4．说明激光器的结构，并解释每一部分作用。 答：激光器是由工作物质，谐振腔，泵浦源3个部分组成。作用：①工作物质：组成原子具有亚稳态能级结构且产生粒子数反转的物质。②谐振腔：受激辐射通过谐振腔使得辐射能量放大。而受激和经过放大的辐射通过部分透射的平面镜输出到腔外，产生激光。③泵浦源：是激光器的能量源泉，利用泵浦源能量将工作物质中的粒子从低能态激发到高能态，实现粒子数反转。 5．和普通光源相比，激光的特点有哪些？ 答：①单色性：谱线宽度越窄，单色性越好。激光的单色性比普通光高1010倍。②方向性：普通光源的光是均匀射向四面八方的，而激光器的发射角很小，即方向性好。③亮度：激光器由于发光面小，发射角小，因此可获得高的光谱福亮度。与太阳光相比，高出几个乃至十几个数量级。④相干性：激光器的发光过程是受激辐射，单色性好，发射角小，因此有很好的空间相干性。 6．按工作介质可以将激光器分为哪几类，每一类的工作物质是什么？ 答：按工作介质，激光器可分为气体激光器，固体激光器，染料激光器和半导体激光器。工作物质：①气体激光器：氦氖激光器的工作物质为氦气和氖气组成；氩离子激光器的工作物质为氩气；二氧化碳激光器的工作物质是二氧化碳。 ②固体激光器：工作物质为具有特殊能力的高质量的光学玻璃或光学晶体，其里面掺入具有发射激光能力的金属离子。③染料激光器：工作物质为染料。④半导体激光器：工作物质为半导体。 第三章结型光电器件 1、什么是光生伏特效应？ 答：PN结受光照照射时，就会在结区产生电子--空穴对，受内建电场的作用，空穴顺着电场运动，电子逆电场运动，最后在结区两边产生一个与内建电场方向相反的光生电动势，这就是光生伏特效应。 2、光照下的PN结有哪几种工作模式？分别说明。 答：①如果工作在零偏置的开路状态，PN结型光电器件产生光生伏特效应，这种工作原理称光伏工作模式。 ②如果工作在反偏置状态，无光照射时结电阻很大，电流很小；有光照时，结电阻变小，电流变大，而且流过它的光电流随照度变化而变化。这种状态称为光电导工作模式。 3、硅光电池的基本结构。 答：硅光电池按基底材料的不同，分为2DR型和2CR型。2DR型硅光电池是以P型硅作基底，2CR型光电池则是以N型硅作基底，然后在底上扩散磷（或硼）作为受光面。构成PN结后，分别在基底和光敏面上制作输出电极，在光敏面上涂上二氧化碳做保护膜，即成硅光电池。 4、硅光电池的工作原理。 答：硅光电池是一个大面积的光电二极管，它可把入射到它表面的光能转化为电能。当有光照时，入射光子将把处于介带中的束缚电子激发到导带，激发出的电子--空穴对在内电场作用下分别漂移到N型区和P型区，当在PN结两端加 负载时就有一光生电流流过负载。硅光电池的等效电路如下图，图中I p为恒流源流出与入射光照成正比的电流，D为等效二极管，R sh为动态结电阻，R s是串 联电阻，C j是结电容，R L 为负载电阻，I L 为流过负载电阻的电流，进一步简化等 效电路如下右图，其中R sh=dU/dI,R sh越大越好。 5、硅光电池的特性参数有哪些？ 答：①伏安特性，表示输出电流和电压随负载电阻变化的曲线。 ②光谱特性，表示在入射光能量保持一定的条件下，光电池所产生的短 路电流与入射光波长之间的关系，一般用相对响应度表示。 ③频率特性，对于结型光电器件，由于载流子在PN结区内的扩散、漂移， 产生与复合都要有一定时间，所以当光照变化很快时，光电流就滞后于光照变化，光电池接收正弦型光照时常用频率特性曲线表示。 ④温度特性，主要指光照射光电池时对开路电压U oc与短路电流I sc随温 度变化的情况，光电池的温度特性曲线。 6、硅光电二极管是基于PN 结的什么效应而工作的？通常在什么条件下工作？ 答：硅光电二极管和光电池一样，都是基于PN 结的光伏效应而工作的，它主要用于可见及红外光谱区，硅光电二极管通常在反偏置条件下工作，也可用在零配置状态。 7、硅光电二极管与光电池的异同点有哪些？ 答：同：硅光电二极管的结构和工作原理与硅电池相似，且都是基于PN 结的光伏效应而工作的。 异：①就制作衬底材料的掺杂浓度而言，光电池较高，而硅光电二极管掺杂浓度低。②光电池的电阻率低③光电池在零偏置下工作，而硅光电二极管通常在反向偏置下工作④一般说来，光电池的光敏面面积都比硅光电二极管的光敏面大得多，因此硅光电二极管的光电流小得多，通常在微安级。 8、硅光电二极管的工作原理。 答：①硅光电二极管通常是用在反偏的光电导工作模式，它在无光照条件下，若给PN 结加一个适当的反向电压，则反向电压加强了内建电场，使PN 结空间电荷区拉宽，势垒增大。 ②当硅光电二极管被光照时，在结区产生的光生载流子将被加强了的内建电场拉开，光生电子被拉向N 区，光生（伏）空穴被拉向P 区，于是形成以少数载流子漂移运动为主的光电流。显然，光电流比无光照时的反向饱和电流大得多，如果光照越强，表示在同样的条件下产生的光生载流子越多，光电流就越大。 ③当硅光电二极管与负载电阻R L 串联时，则在R L 的两端便可得到随光照度变 化的电压信号，从而完成了将光信号转换 9、硅光电三极管集电极电流受哪些因素控制？ 答：硅光电三极管集电极电流不只是受基极电路的电流控制，还受光的控制。 10、硅光电三极管的工作原理。 答：以NPN 为例，工作时需要保证集电结反偏置，发射结正偏置。由于集电结反偏，在结区内有很强的内建电场。对于3DU 而言，内建电场方向是c 到b ，如果有光照到集电结上，在内建电场作用下，光激发产生的光生载流子中的电子流向集电极，空穴流向基极，相对于外界向基极注入一个控制电流b p I I =。当基极没有引线时，此时集电极电流为c b E I I Ip ES βββ=*=*=，所以光电转换部分是在集电结区进行的。原理上可看成一个硅光电二极管与普通晶体管结合而成。 第四章 光电导器件 1、解释光电导效应，光敏电阻是利用哪种光敏效应制作而成的器件？ 答：光电导效应是当材料受到光辐射后，材料的电导率发生变化的现象。光敏电阻是用光电导体制成的光电器件，又称光电导管。 2、光敏电阻结构？ 答：光敏电阻是在一块均质光电导体两端加上电极，贴在硬质玻璃、云母、高频瓷或其他绝缘材料基板上，两端接有电极引线，封装在带有窗口的金属或塑料外壳内而成的。 3、光敏电阻有哪几类？试分别说明。 答：光敏电阻分为两类--本征型光敏电阻和掺杂型光敏电阻。前者只有当入射光子能量hν等于或大于半导体材料的禁带宽度Eg时才能激发一个电子--空穴对。在外加电场作用下形成光电流，能带结构如图（a）表示，后者如图（b）所示的n型半导体，光子的能量hν只要等于或大于ΔE时，就能把施主能级上的电子激发到导带而成为导电电子，在外加电场作用下形成电流。 4、哪种类型的光敏电阻使用较多，为什么？ 答：从原理上说，P型、N型半导体均可制成光敏电阻，但由于电子的迁移率比空穴大，而且N型半导体材料制成的光敏电阻性能较稳定，特性较好，故目前大都使用N型半导体光敏电阻。 5、光敏电阻的工作原理。 答：光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器，使用时两电极可加直流电压，也可加交流电压。无光照时，光敏电阻的阻值很大，电路中电流很小。接受光照产生的光生载流子迅速增加。它的阻值急剧减少。在外电场作用下光生载流子沿一定方向运动，在电路形成电流，光生载流子越多电流越大。 6、名词解释：暗电阻、暗电流、亮电阻、亮电流。 答：①光敏电阻在室温条件下，在全暗后经过一定时间测量的电阻值，称为暗电阻，此时流过电阻的电流称为暗电流。 ②光敏电阻在一定照度下的阻值，称为该光照下的亮电阻，此时流过电阻的电流称为亮电流。光电流和暗电流之和称为亮电流。 7、什么是前历效应？有哪几种？分别解释。 答：前历效应是指光敏电阻的响应特性与工作前的“历史”有关的一种现象。前历效应有：暗态前历效应与亮态前历效应之分。 ①暗态前历效应是指光敏电阻测试或工作前处于暗态，当它突然受到光照后表现为暗态。前历越长，光电流上升越慢。一般情况下，工作电压越低，光照度越低，则暗态前历效应就越严重。 ②亮态前历效应是指光敏电阻测试或工作前已处于亮态，当照度与工作时所需达到的照度不同时，所出现的一种滞后现象。 8、光敏电阻易受哪几类噪声影响？ 答：光敏电阻主要易受以下三种噪声影响： ①产生--复合噪声：频率在100Hz和接近1000Hz之间 ②1/f噪声：频率低于100Hz ③热噪声：频率在1000Hz以上 9、光敏电阻与结型器件相比有哪些区别？ 答：区别主要有以下几个方面： ①产生光电变换的部位不同。光敏电阻不管哪一部分受光，受光部分的电导率就增大；而结型器件，只有照射到PN结区或结区附近的光才能产生光电效应。 ②光敏电阻没有极性，工作时可任意外加电压，而结型光电器件有确定的正负极性，但在没有外加电压下也可以把光信号转换成电信号。 ③光敏电阻的光电导效应主要依赖于非平衡载流子的产生与复合运动，时间常数较大，频率响应较差；结型器件的光电效应主要依赖于结区非平衡载流子中部分载流子的漂移运动，电场主要加在结区，弛豫过程的时间常数相应较小，因此响应速度快。 ④有些结型光电器件，如光电三极管、雪崩光电二极管等有较大的内增益作用，因此灵敏度较高，也可通过较大的电流。 10、试分析图4-21所示路灯自动控制电路工作原理。 答：当光线很弱时，光敏电阻阻值很大，与光敏电阻并联的路灯电阻相对较小，因而流过继电器线圈的电流很小，达不到启动要求，继电器不能工作；电路中的电流几乎全部通过路灯，于是路灯点亮。当环境照度逐渐变大时，光敏电阻阻电器的电流足以使继电器J工作，动触点由常闭位置跳到常开位置，与电源断开，自动熄灭。 11、光敏电阻常用来制作光控开关 第五章真空光电器件 1.真空光电是基于外光电效应的光电探测器。 2.解释光电阴极概念： 答：能够产生光电发射效应的物体称为光电发射体，光电发射体常用作阴极，故又称光电阴极。 3.说明光电发射和二次电子发射两者有哪些不同?简述光电倍增管的工作原理？ 答:（1）不同点：光电发射一般情况下，十个光子也就是能激发出一个电子而已。二次电子发射，则有可能一个电子激出2~10个电子，因此具有放大电流的功能，而光电发射则是把光子转化成为电子，但这个转化率即量子效率，一般会低于20%。 （2）光电倍增管的工作原理:①光子透过入射窗口入射到光电阴极K上；②光电阴极受光照激发，表面发射光电子；③光电子被电子光学系统加速和聚焦后 上，倍增极将发射出比入射电子数目更多的二次电子，入入射到第一倍增极D 1 射电子经N级倍增极倍增后，光电子数目就放大N次；④经过倍增后的二次电子 上产生信号电压U。 由阳极P收集起来，形成阳极光电流Ip，在负载R L 4、光电倍增管中的倍增极有哪几种？每一种主要特点是什么？ 答：①鼠笼式：结构紧凑，时间响应快 ②盒栅式：光电子收集高，均匀性稳定性好，时间响应稍慢。 ③直流聚焦式：时间响应很快，线性好 ④百叶筒式：均匀想好，输出电流大并且稳定，时间较慢 ⑤近贴栅网式：均匀性好，脉冲线性，抗磁场影响力强 ⑥微通道板式：响应速度极快，抗磁场干扰能力强，线性好 5、光电倍增管产生暗电流的原因有哪些？ 答：①在低压时，暗电流由漏电流决定。②电压较高时，主要是热电子发射。 ③电压再大，导致发射和残余气体离子发射，使暗电流急剧增加，发生自持放点。 6.光电倍增管由哪几部分组成？简述没部分作用？ 答：共有以下五个部分组成： ①入射窗口：光窗是入射光的通道，光窗材料对光的吸收与波长有关，波长越大，吸收越多，所以倍增管光谱特性的短波决定于光窗材料。 ②光电阴极：能够产生光电效应。 ③电子光学系统；电子光学系统是指阴极到倍增系统一倍之间的电极空间，包括光电阴极，聚焦极，加速极及第一倍增极。 ④电子倍增极：倍增系统是由多倍增极组成的综合体，每个倍增极都是由二次电子倍增材料构成的，具有使一次电子倍增的能力。决定整管灵敏度最关键部分。⑤阳极：收集收集从末级倍增极发射出的二次电子。 7.列举两种光电倍增管的应用： 答：①光谱测量：可用来测量光源在波长范围内的辐射功率 ②极微弱光信号的探测—光子技术：由于光电倍增管的放大倍数很高，所以常用于光子计数，但当测量的光照微弱到一定水平时，探测器本身噪声偏大，所以光子计数器一般用于测量小于10-14w的连续微弱辐射。 第六章真空成像器件 1、光电成像器件足够输出图像信息的一类器件，包括真空成像器件和固体成像器件两大类。 2、真空成像器件根据管内有无扫描机构又分为像管和摄像管。 3、像管和摄像管的主要功能？ 答：（1）像管主要功能是把不可见辐射图像或微弱光图像通过光电阴极和电子光学关系转换成可见光图像，它又分成像管和像增强器两大类。 （2）摄像管是把可见光或不可见辐射的二维图像通过光电靶和电子束扫描后转换成相应的一维视频信号，通过显示器件再成像。 4、固体成像器件的工作原理。 答：固体成像器件不像真空器件那样需用电子束在高真空度的管内进行扫描，只要通过某些特殊结构求电路读出电信号然后通过显示器件再成像。 5、简述像管结构和工作原理。 答：结构：像管由光电阴极、电子透镜、荧光屏3个基本部分组成。 原理：光电阴极能把一些辐射图像或亮度低的图像转换成电子图像，而经电子光学系统对电子施加强电场，使电子获得能量，因而能将光电阴极传出的电子束加速并聚焦成像在荧光屏上，在荧光屏的作用下高速电子图像转换成可见光图像。 第七章固体成像器件 1、固体成像器件有两大类，分别是电荷耦合器件CCD和自扫描二极管列阵SSPD。 2、电荷耦合器件的突出特点是以电荷作为信号而不是以电流或电压工作为信号 3、电荷耦合器件与MOS管的工作原理有何区别 答：MOS晶体管是利用在电极下的半导体表面形成的反型层进行工作的。 一半导体界面形成的深耗层进行工作的，属非稳态器件CCD是利用在电极下SiO 2 4、CCD有哪几部分组成？简述每部分作用 答：CCD有3部分组成：信号输入部分，电荷转移部分和信号输出部分。 作用：①信号输入部分：将信号电荷引入到CCD的第一个转移棚下的势阱中。 ②电荷转移部分：使电极上的电压按一定规律变化，从而在半导体表 面形成一系列分布不对称的势阱。 ③输出部分：见CCD最后一个转移柵下势阱中的信号电荷引出 5、CCD按结构可分为线阵CCD和面阵CCD 6、按接受光谱CCD摄像机可分为：可见光CCD，红外光CCD，X射线CCD和紫外线CCD。 7、描述CCD的主要性能参数有哪些？简单说明 答：①电荷转移效率和转移损失率：表征CCD器件性能好坏的一个重要参数 ②光谱响应率和干涉效应 ③分辨率和调制传递函数：极限分辨率为空间采样频率的一半 ④动态范围：表征器件能在多大照度范围内正常工作 ⑤暗电流和噪声：当信号电荷转移时，暗电流的加入会引起噪声或干扰 8、试说明光电二极管列阵的结构形成和工作原理 答：结构形式：一种是普通光电二极管列阵，另一种是自扫描光电二极管列阵SSPD 工作原理：（1 :如右图，当一束光照到光电二极管的光敏面 上时，光电流为I P，可知，光电二极管的光电流与入射光的照度和光敏 （2）电荷存储工作方式:如右图所示，电荷存储工作过程可分为下3个步骤: ①准备过程：闭合开关S，光电二极管的结电容C d充电，充电稳定后，PN 结上电压为电源电压U c，此时结电容C d上电荷为Q=C d U c ②曝光过程：打开开关S，让光照在光电二极管上。由于光电流和暗电流存 在，结电容缓慢放电。若K断开时间为T S ，那么C d 上释放的电荷为△Q=（I P +I D）*T S 。室温下，暗电流可以忽略，即△S。结电容上电压为 U cd=U c- Q C d ? 。 ③在充电过程：经过Ts积分后，闭合S，C d 再次充电，电压达到U c， U R,max=U c-U cd 9、列举固体摄像管的3个应用，并做简单说明 答：①文字阅读与图像识别：工作时，将纸张或图像放在传送带上，线阵CCD 光敏无排列的方向与纸或图像运动方向垂直。光学镜头把数字或图像聚焦在光敏元上，当传送带运动时，CCD成像器即可以逐行扫描的方式将图像读出，最后显示处理。 ②图形轮廓测绘系统：它是通过计算机光敏面上物象所占光敏元的个数。然后根据单个光敏元的个数，然后根据单个光敏元的尺寸及光学系统的放大率换算而得到被测图形尺寸的。 ③光谱检测中的应用：目前它已应用于原子发射和吸收光谱、拉曼光谱、萤光光谱等方面的检测。 第八章红外辐射与红外探测器 1、说明红外探测器的定义和工作时的物理过程分别是怎样的？ 答：（1）红外探测器是能将红外辐射能转换为电能的光电器件，它是红外探测系统的关键部件，也称红外传感器。 （2）红外探测器工作的物理过程是：当器件吸收辐射通量时产生温升，温升引起材料各种有赖于温度的参数的变化，监测其中一种性能的变化可以探知辐射的存在和强弱 2、红外辐射的物理本质如何，它与温度有何关系 答：红外辐射的物理本质是热辐射。物体温度越高，辐射出来的红外线越多，辐射出的能量就越强。 3、解释什么是红外辐射源。 答：当物质温度高于绝对零度时，就有红外线向周围空间辐射出来，有红外辐射的物体就可视为红外辐射源 4、常见的红外探测器有两大类：热探测器和光子探测器 5、说明热探测器的工作原理及它进行光电转换的过程是怎样的? 答：（1）工作原理：热探测器是利用探测元件吸收入射的红外辐射能量而引起温升，在此基础上借助各种物理效应把温升转变成电量的一种探测器； （2）它进行光电转换的过程分为两步：第一步是探测器吸收红外辐射引起温升，这一步对各种热探测器都一样；第二步是利用热探测器某些温度效应把温升转变成电量的变化。 6、说明光子型红外探测器的工作原理及分类 答：光子型红外探测器是利用某些半导体材料在红外辐射下产生光电效应，使材料的电学性质发生变化。通过测量电学性质的变化来确定红外辐射的强弱。 按工作原理分为：外光电探测器和内光电探测器。内光电效应分为：光电导探测器、光生伏特探测器、光磁电探测器。 7、试比较热电探测器和光子探测器的优缺点 答：（1）热电探测器： 优点：响应率与波长无关，属于无选择探测器，可在室温下工作。 缺点：①受热时间常数（热惯性）的制约，响应速度比较慢 ②热探测器的探测率比光子探测器的峰值探测率低 （2）光子探测器： 优点：①灵敏度高②响应速度快③相应频率高 缺点：①一般需要在低温下工作②探测波段较窄 8、说明红外测温的特征及测温原理 答：（1）特征：①反应速度快 ②灵敏度高 ③属于非接触测温 ④准确度高 ⑤几乎适合所有温度场合 （2）红外测温原理：全辐射测温测量物体所辐射出来的全波段辐射能量以得到物体的温度，红外测温原理是斯忒藩-玻尔兹曼定律，即 M eB =σ*4T 。 第9章 光导纤维与光纤传感器 1、光纤由纤芯、包层以及外套组成 2、光纤按照折射率变化规律可分为阶跃型和梯度型两种 3、说明光纤的传光原理 答：当光纤以较小的入射角1?（其中1? 4、什么是数值孔径NA ？它的物理意义是什么？ 答：光纤的数值孔径NA 是光纤的一个基本参数，决定了能被传播的光束的半孔径角的最大值C θ，反映了光纤的集光能力。NAmax=1 5、光纤的耦合方式有几种，分别解释。 答：可分为强耦合和弱耦合两种： （1）光纤强耦合是光纤纤芯间形成直通，传输模直接进入耦合臂。 （2）光纤弱耦合是通过光纤的弯曲，或使其耦合处成锥状。于是，纤芯中的部分传导模变成包层模，再由包层模进入耦合臂中的纤芯，形成传导模。 6、按光纤在检测系统所起作用，光纤传感器可分为那几类？ 答：①功能型：光线本身既是传输介质又是传感器 ②非功能型：光纤只是信息传输介质，而传感器要采用其它元件来进行光电转换 7、功能型与非功能型传感器原理及区别 答：（1）功能型：利用光纤本身的传输特征受被测物理量的作用而发生变化，使光纤中波导光的属性（光强、相位、偏振态、波长等）被调制成这一特点而构成的一类传感器；（2）非功能型：是在光纤的端面或两根光纤中间放置机械式或者光学式的敏感元件来感受被测物理量的变化，从而使透射光或者反射光强度随之变化。二者区别：非功能型需要用敏感元件来感受被测量的变化 8、光纤传感器的基本组成除光纤之外，还有光源和光电元件 第十章太赫兹波的产生和检测 1、何为太赫兹波？ 答：THZ（1012HZ）辐射通常指在0.1-10THZ（波长在30um-3mm）之间的电磁 波，其波段在微波和红外光之间，属于远红外波段。 2、太赫兹成像的应用有哪些？ 答：①THZ雷达技术可进行敏感探测 ②THZ频带的特征吸收谱线分析物质成分 ③THZ成像技术可对人体或物品进行无损成像 ④THZ成像技术对生物分子的进一步研究起推动作用 ⑤THZ时域光谱成像技术对水分动态的变化特征测量非常有用 ⑥THZ成像技术可以对半导体材料或超导材料物理特性的分布特征进行 研究等。 硅光电池特性测试实验报告 系别：电子信息工程系 班级：光电08305班 组长：祝李 组员：贺义贵、何江武、占志武 实验时间：2010年4月2日 指导老师：王凌波 2010.4.6 目录 一、实验目的 二、实验内容 三、实验仪器 四、实验原理 五、注意事项 六、实验步骤 七、实验数据及分析 八、总结 一、实验目的 1、学习掌握硅光电池的工作原理 2、学习掌握硅光电池的基本特性 3、掌握硅光电池基本特性测试方法 4、了解硅光电池的基本应用 二、实验内容 1、硅光电池短路电路测试实验 2、硅光电池开路电压测试实验 3、硅光电池光电特性测试实验 4、硅光电池伏安特性测试实验 5、硅光电池负载特性测试实验 6、硅光电池时间响应测试实验 7、硅光电池光谱特性测试实验 设计实验1：硅光电池光控开关电路设计实验 设计实验2：简易光照度计设计实验 三、实验仪器 1、硅光电池综合实验仪 1个 2、光通路组件 1只 3、光照度计 1台 4、2#迭插头对（红色，50cm） 10根 5、2#迭插头对（黑色，50cm） 10根 6、三相电源线 1根 7、实验指导书 1本 8、20M 示波器 1台 四、实验原理 1、硅光电池的基本结构 目前半导体光电探测器在数码摄像﹑光通信﹑太阳电池等领域得到广泛应用，硅光电池是半导体光电探测器的一个基本单元，深刻理解硅光电池的工作原理和具体使用特性可以进一步领会半导体PN结原理﹑光电效应理论和光伏电池产生机理。 零偏反偏正偏 图 2-1. 半导体PN结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区 图2-1是半导体PN结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区，当P型和N型半导体材料结合 光电检测技术试题及答案 光电检测技术试题及答案1、光电器件的基本参数特性有哪些? (响应特性噪声特性量子效率线性度工作温度) @响应特性分为电压响应度电流响应度光谱响应度积分响应度响应时间频率响应 @噪声分类：热噪声散粒噪声产生-复合噪声 1/f噪声信噪比S/N 噪声等效功率NEP 2、光电信息技术是以什么为基础，以什么为主体，研究和发展光电信息的形成、传输、接收、变换、处理和应用。 (光电子学光电子器件) 3、光电检测系统通常由哪三部分组成 (光学变换光电变换电路处理) 4、光电效应包括哪些 外光电效应和内光电效应) 外光电效应：物体受光照后向外发射电子——多发生于金属和金属氧化物。内光电效应：物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部而不会逸出物体外部——多发生在半导体。 内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。 光电导效应：半导体受光照后，内部产生光生载流子，使半导体中载流子数显著增加而电阻减少的现象。 光生伏特效应：光照在半导体PN结或金属—半导体接触面上时，会在PN结或金属—半导体接触的两侧产生光生电动势。 5、光电池是根据什么效应制成的将光能转换成电能的器件，按用途可分为哪几种? (光生伏特效应太阳能光电池和测量光电池) 6、激光的定义，产生激光的必要条件有什么? ( 定义：激光是受激辐射的光放大粒子数反转光泵谐振腔) 7、热释电器件必须在什么样的信号的作用下才会有电信号输出? (交变辐射) 8、 CCD是一种电荷耦合器件，CCD的突出特点是以什么作为信号，CCD的基本功能是什么? (电荷 CCD的基本功能是电荷的存储和电荷的转移。) 9根据检查原理，光电检测的方法有哪四种。 (直接作用法差动测量法补偿测量法脉冲测量法) 10、光热效应应包括哪三种。 (热释电效应辐射热计效应温差电效应) 11、一般PSD分为两类，一维PSD和二维PSD，他们各自用途是什么? 第一章： 1.试述光电成像技术对视见光谱域的延伸以及所受到的限制。 答:[1]电磁波的波动方程该方程电磁波传递图像信息物空间和像空间 的定量关系，通过经典电磁场理论可以处理电磁波全部的成像问题 [2]收到的限制：当电磁波的波长增大时，所能获得的图像分辨力将显著降低。 对波长超过毫米量级的电磁波而言，用有限孔径和焦距的成像系统所获得的 图像分辨力将会很低。因此实际上己排除了波长较长的电磁波的成像作用。 目前光电成像对光谱长波阔的延伸仅扩展到亚毫米波成像。除了衍射造成分辨力下降限制了将长波电磁波用于成像外， 用于成像的电磁波也存在一个短波限。通常把这个短波限确定在X 射线(Roentgen射线)与y 射线(Gamma射线)波段。 这是因为波长更短的辐射具有极强的穿透能力，所以，宇宙射线难以在普通条件下聚焦成像。 2.光电成像技术在哪些领域得到广泛的应用？光电成像技术突破了人眼的哪些限制？答：[1]应用：(1)人眼的视觉特性(2)各种辐射源及目标、背景特性(3)大气光学特性对辐射传输的影响(4)成像光学系 统(5)光辐射探测器及致冷器(6)信号的电子学处理(7)图像的显示 [2]突破了人眼的限制: (1)可以拓展人眼对不可见辐射的接受能力(2)可以拓展人眼对微弱光图像的探测能力(3)可以 捕捉人眼无法分辨的细节(4)可以将超快速现象存储下来 3.光电成像器件可分为哪两大类？各有什么特点？ 答：[1]直视型：用于直接观察的仪器中，器件本身具有图像的转换、增强及显示等部分，可直接显示输出图像，通常 使用光电发射效应，也成像管.[2]电视型：于电视摄像和热成像系统中。器件本身的功能是完成将二维空间的可见光 图像或辐射图像转换成一维时间的视频电信号使用光电发射效应或光电导效应，不直接显示图像. 4.什么是变像管？什么是像增强器？试比较二者的异同。 答：[1]变像管：接收非可见辐射图像，如红外变像管等，特点是入射图像和出射图像的光谱不同。[2]像增强器：接 收微弱可见光辐射图像，如带有微通道板的像增强器等，特点是入射图像极其微弱，经过器件内部电子图像能量增强 后通过荧光屏输出人眼能够正常观看的光学图像。[3]异同、相同点：二者均属于直视型光电成像器件。不同点：主要 是二者工作波段不同，变像管主要完成图像的电磁波谱转换，像增强器主要完成图像的亮度增强。 5.反映光电成像系统光电转换能力的参数有哪些？ 答：[1]转换系数（增益）[2]光电灵敏度（响应度）－峰值波长，截止波长 6.光电成像过程通常包括哪几种噪声？ 答：主要包括：(1)散粒噪声(2)产生一复合噪声(3)温度噪声(4)热噪声(5)低频噪声(1/f噪声)(6)介质损耗噪声(7)电 荷藕合器件(CCD)的转移噪声 第二章: 光电探测技术实验报告 班级：08050341X 学号：28 姓名：宫鑫 实验一光敏电阻特性实验 实验原理: 光敏电阻又称为光导管,是一种均质的半导体光电器件,其结构如图(1)所示。由于半导体在光照的作用下,电导率的变化只限于表面薄层,因此将掺杂的半导体薄膜沉积在绝缘体表面就制成了光敏电阻，不同材料制成的光敏电阻具有不同的光谱特性。光敏电阻采用梳状结构是由于在间距很近的电阻之间有可能采用大的灵敏面积,提高灵敏度。 实验所需部件: 稳压电源、光敏电阻、负载电阻（选配单元）、电压表、 各种光源、遮光罩、激光器、光照度计（由用户选配） 实验步骤: 1、测试光敏电阻的暗电阻、亮电阻、光电阻 观察光敏电阻的结构,用遮光罩将光敏电阻完全掩 盖,用万用表测得的电阻值为暗电阻 R暗,移开遮光罩，在环境光照下测得的光敏电阻的 阻值为亮电阻，暗电阻与亮电阻之差为光电阻，光 电阻越大，则灵敏度越高。 在光电器件模板的试件插座上接入另一光敏电阻， 试作性能比较分析。 2、光敏电阻的暗电流、亮电流、光电流 按照图(3)接线，电源可从+2~+8V间选用，分别在暗光和正常环境光照下测出输出电压V暗和V亮则暗电流L暗=V暗/R L,亮电流L亮=V亮/R L，亮电流与暗电流之差称为光电流，光电流越大则灵敏度越高。 分别测出两种光敏电阻的亮电流，并做性能比较。 图（2）几种光敏电阻的光谱特性 3、伏安特性: 光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系。 按照图(3)分别测得偏压为2V、4V、6V、8V、10V、12V时的光电流，并尝试高照射光源的光强，测得给定偏压时光强度的提高与光电流增大的情况。将所测得的结果填入表格并作出V/I曲线。 注意事项: 实验时请注意不要超过光电阻的最大耗散功率P MAX, P MAX=LV。光源照射时灯胆及灯杯温度均很高，请勿用手触摸，以免烫伤。实验时各种不同波长的光源的获取也可以采用在仪器上的光源灯泡前加装各色滤色片的办法，同时也须考虑到环境光照的影响。 思考题及其答案 习题01 一、填空题 1、通常把对应于真空中波长在（0.38m μ）范围内的电磁辐 μ）到（0.78m 射称为光辐射。 2、在光学中，用来定量地描述辐射能强度的量有两类，一类是（辐射度学量），另一类是(光度学量)。 3、光具有波粒二象性，既是（电磁波），又是（光子流）。光的传播过程中主要表现为（波动性），但当光与物质之间发生能量交换时就突出地显示出光的（粒子性）。 二、概念题 1、视见函数：国际照明委员会（CIE）根据对许多人的大量观察结果，用平均值的方法，确定了人眼对各种波长的光的平均相对灵敏度，称为“标准光度观察者”的光谱光视效率V(λ),或称视见函数。 2、辐射通量：辐射通量又称辐射功率，是辐射能的时间变化率，单位为瓦(1W=1J/s)，是单位时间内发射、传播或接收的辐射能。 3、辐射亮度：由辐射表面定向发射的的辐射强度，除于该面元在垂直于该方向的平面上的正投影面积。单位为(瓦每球面度平方米) 。 4、辐射强度：辐射强度定义为从一个点光源发出的，在单位时间内、给定方向上单位立体角内所辐射出的能量，单位为W／sr(瓦每球面度)。 三、简答题 辐射照度和辐射出射度的区别是什么？ 答：辐射照度和辐射出射度的单位相同，其区别仅在于前者是描述辐射接 收面所接收的辐射特性，而后者则为描述扩展辐射源向外发射的辐射特性。 四、计算及证明题 证明点光源照度的距离平方反比定律，两个相距10倍的相同探测器上的照度相差多少倍？答： 2 22 4444R I R I dA d E R dA d E R I I ===∴=ππφπφφπφ＝的球面上的辐射照度为半径为又＝的总辐射通量为在理想情况下，点光源设点光源的辐射强度为ΘΘ ()1 2222222221 122 12 11001001010E E L I E L I L I L I E R I E L L L L =∴====∴= =ΘΘ又的距离为第二个探测器到点光源， 源的距离为设第一个探测器到点光 习题02 一、填空题 1、物体按导电能力分（绝缘体）（半导体）（导体）。 2、价电子的运动状态发生变化,使它跃迁到新的能级上的条件是（具有能向电子提供能量的外力作用）、（电子跃入的那个能级必须是空的）。 3、热平衡时半导体中自由载流子浓度与两个参数有关：一是在能带中（能态的分布），二是这些能态中（每一个能态可能被电子占据的概率）。 4、半导体对光的吸收有（本征吸收）（杂质吸收）（自由载流子吸收）（激子吸收）（晶格吸收）。半导体对光的吸收主要是（本征吸收）。 二、概念题 1、禁带、导带、价带： 光电检测实验报告 实验名称：硅光电池特性测试实验实验者： 实验班级： 实验时间： 指导老师：宋老师 一：实验目的 1、学习掌握硅光电池的工作原理 2、学习掌握硅光电池的基本特性 3、掌握硅光电池基本特性测试方法 4、了解硅光电池的基本应用 二、实验内容 1、硅光电池短路电路测试实验 2、硅光电池开路电压测试实验 3、硅光电池光电特性测试实验 4、硅光电池负载特性测试实验 5、硅光电池光谱特性测试实验 三、实验仪器 1、硅光电池综合实验仪 1个 2、光通路组件 1只 3、光照度计 1台 4、2#迭插头对（红色，50cm） 10根 5、2#迭插头对（黑色，50cm） 10根 6、三相电源线 1根 7、实验指导书 1本 8、20M 示波器 1台 四、实验步骤 1、硅光电池短路电流特性测试： （1）组装好光通路组件，将照度计显示表头与光通路组件照度计探头输出正负极对应相连（红为正极，黑为负极），将光源调制单元J4与光通路组件光源接口使用彩排数据线相连。 （2）“光照度调节”调到最小，连接好光照度计，直流电源调至最小，打开照度计，此时照度计的读数应为0。 （3）“光源驱动单元”的三掷开关BM2拨到“静态”，将拨位开关S1拨上，S2，S3，S4，S5，S6，S7均拨下。 （4）按图2-11所示的电路连接电路图 （5）记录下此时的电流表读数I即为硅光电池短路电流。 图2-11 硅光电池短路电流特性测试 2、硅光电池开路电压特性测试 （1）组装好光通路组件，将照度计显示表头与光通路组件照度计探头输出正负极对应相连（红为正极，黑为负极），将光源调制单元J4 与光通路组件光源接口使用彩排数据线相连。 （2）“光照度调节”调到最小，连接好光照度计，直流电源调至最小，打开照度计，此时照度计的读数应为0。 （3）“光源驱动单元”的三掷开关BM2拨到“静态”，将拨位开关S1拨上，S2，S3，S4，S5，S6，S7均拨下。 （4）按图2-12所示的电路连接电路图 （5）记录下此时电压表的读数u即为硅光电池开路电压。 图2-12 硅光电池开路电压特性测试 3、硅光电池伏安特性测试 （1）组装好光通路组件，将照度计显示表头与光通路组件照度计探头输出正负极对应相连（红为正极，黑为负极），将光源调制单元J4与光通路组件光源接口使用彩排数据线相连。 （2）“光照度调节”调到最小，连接好光照度计，直流电源调至最小，打开照度计，此时照度计的读数应为0。 （3）“光源驱动单元”的三掷开关BM2拨到“静态”，将拨位开关S1拨上，S2，S3，S4，S5，S6，S7均拨下。 （4）电压表档位调节至2V档，电流表档位调至200uA档，将“光照度调节”旋钮逆时针调节至最小值位置。 1、响应度 响应度（或称灵敏度）：是光电检测器输出信号与输入光功率之间关系的度量 2、信噪比 是负载电阻上信号功率与噪声功率之比 3、光电效应 光电效应：光照射到物体表面上使物体的电学特性发生变化 4、亮电流 光敏电阻两端加电压（直流或交流）。无光照时，阻值很大，电流（暗电流）很小；光照时，光生载流子迅速增加，阻值急剧减少，在外场作用下，光生载流子沿一定方向运动，形成亮电流 5、光电信号的二值化处理 将光电信号转换成“0”或“1”数字量的过程称为光电信号的二值化处理 6、亮态前历效应 (亮态前历效应是指光敏电阻测试或工作前处于亮态，当照度与工作时所要达到的照度不同时，所出现的一种滞后现象 7、热释电效应 在某些绝缘物质中，由于温度的变化引起极化状态改变的现象称为热释电效应 8、暗态前历效应 暗态前历效应是指光敏电阻测试或工作前处于暗态，当它突然受到光照后表现为暗态前历越长，光电流上升越慢 9、坎德拉(Candela,cd) 发光频率为540×10Hz的单色辐射，在给定方向上的辐射强度为1/683Wsr-1时，在该方向上的发光强度为1cd 10、外光电效应 当光照射某种物质时，若入射的光子能量hv足够大，它和物质中的电子相互作用，致使电子逸出物质表面，这种现象称为光电发射效应，又称外光电效应。 11、量子效率 一定波长的光子入射到光电阴极时，该阴极所发射的光电子数与入射的光子数之比值 12、象增强管 把微弱的辐射图像增强到可使人直接观察的真空光电成像器件。 13、本征光电导效应 本征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，使得材料的电导率发生变化的现象 1、光电器件的基本参数特性有哪些? （响应特性噪声特性量子效率线性度工作温度） 响应特性分为电压响应度电流响应度光谱响应度积分响应度响应时间频率响应 噪声分类：热噪声散粒噪声产生-复合噪声1/f噪声信噪比S/N 噪声等效功率NEP 2、光电信息技术是以什么为基础，以什么为主体，研究和发展光电信息的 形成、传输、接收、变换、处理和应用。 （光电子学光电子器件） 3、光电检测系统通常由哪三部分组成 （光学变换光电变换电路处理） 4、光电效应包括哪些 外光电效应和内光电效应） 外光电效应：物体受光照后向外发射电子——多发生于金属和金属氧化物。 内光电效应：物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部而不会逸出物体外部——多发生在半导体。 内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。 光电导效应：半导体受光照后，内部产生光生载流子，使半导体中载流子数显著增加而电阻减少的现象。 光生伏特效应：光照在半导体PN结或金属—半导体接触面上时，会在PN结或金属—半导体接触的两侧产生光生电动势。 5、光电池是根据什么效应制成的将光能转换成电能的器件，按用途可分为 哪几种？ （光生伏特效应太阳能光电池和测量光电池） 6、激光的定义，产生激光的必要条件有什么？ （定义：激光是受激辐射的光放大粒子数反转光泵谐振腔） 7、热释电器件必须在什么样的信号的作用下才会有电信号输出？ （交变辐射） 8、CCD是一种电荷耦合器件，CCD的突出特点是以什么作为信号，CCD的 基本功能是什么？ （电荷CCD的基本功能是电荷的存储和电荷的转移。） 9根据检查原理，光电检测的方法有哪四种。 （直接作用法差动测量法补偿测量法脉冲测量法） 10、光热效应应包括哪三种。 （热释电效应辐射热计效应温差电效应） 11、一般PSD分为两类，一维PSD和二维PSD，他们各自用途是什么？ （一维PSD主要用来测量光点在一维方向的位置；二维PSD用来测定光点在平面上的坐标。） 12、真空光电器件是基于什么效应的光电探测器，它的结构特点是有一个真空管，其他元件都在真空管中，真空光电器件包括哪两类。 （外光电效应光电管光电倍增管） 二、名词解释 1、响应度 （响应度（或称灵敏度）：是光电检测器输出信号与输入光功率之间关系的度量。）2、信噪比 （是负载电阻上信号功率与噪声功率之比） 《光电检测技术》考试大纲 一、课程性质 专业基础课。 二、适用科学 仪器科学与技术、光学工程(包括专业型硕士：仪器仪表工程、光学工程)。 三、试卷结构 基础知识占60％，应用能力占40％。 四、参考书目 教材：徐熙平、张宁编著，光电检测技术及应用，机械工业出版社，2016 参考：雷玉堂主编，光电检测技术，中国计量出版社，2009 王庆有主编，光电传感应用技术，机械工业出版社，2011 五、考试内容与基本要求 第一章绪论 [考试要求]光电检测技术及特点、光电检测系统的组成。 [考试内容]光电检测技术、光电检测系统的组成。 第二章光电检测技术基础 [考试要求] 辐射度量和光度量的基本概念，半导体的物理基础，半导体对光的吸收，各类光电效应概念，光电器件的基本参数。 [考试内容] 辐射度量和光度量的基本概念 半导体物理基础：半导体特性、能带、半导体导电结构、载流子的运动， PN结、半导体对光的吸收； 内光电效应：光电导效应、光生伏特效应； 外光电效应； 光电器件常用的各种基本参数。 第三章光电检测器件 [考试要求]光电导器件、光生伏特器件、光电发射器件、热辐射探测器件、热释电器件、光电耦合器件和图像传感器件等各种光电传感器的结构、工作原理、 特性参数和使用方法，关键参数计算等。 [考试内容]光电导器件：光敏电阻； 光生伏特器件：光敏二极管、硅光电池、光敏晶体管、光电位置敏感器件； 光电发射器件：光电倍增管； 热辐射探测器件：热敏电阻、热电偶、热电堆； 热释电器件：工作原理，居里温度，热释电器件优点； 光耦合器件：定义、原理、如何用光耦合器件组成简单的逻辑电路？ 图像传感器：电荷耦合器件、CMOS图像传感器、红外热成像、图像的增强 与变像。 第四章半导体发光管与激光器 [考试要求] 发光二极管、激光器等常用光源的工作原理、特性及其应用。 [考试内容]发光二极管：发光机理、应用； 半导体激光器：发光机理、结构； 几种典型的激光器：气体激光器、固体激光器结构。 第五章辐射信号检测 [考试要求] 辐射信号检测的方法，如直接检测、光外差检测、基于几何光学方法的光电信息变换检测、温度检测、莫尔条纹检测，并结合实际举例说明了如何 使用调制盘检测、投影放大法、光三角法、光扫描法、光焦点法等进行长、 宽尺寸测量的原理、结构，典型信号检测的优缺点。 [考试内容]直接探测法：光学系统、调制盘； 光外差探测法：探测原理、光外差探测的特性； 几何光学方法的光电信息变换：长、宽、位移、速度； 莫尔条纹特点及特性参数计算。 第六章光电检测系统典型电路 [考试要求] 常用的光电传感器如光敏电阻、光敏二极管、CCD电荷耦合器件等对应的典型电路，并举例说明了使用可编程逻辑器件进行CCD驱动的方法，视 频信号的二值化处理方法，光电信号常用的辨向处理和细分电路。 [考试内容]光敏电阻的变换电路：基本偏置、恒流电路、恒压电路； 光生伏特器件的偏置电路：反偏、零偏； CCD器件驱动电路：驱动电路时序方法、可编程器件产生驱动时序； 视频信号二值化处理电路：阈值法、微分法； 常用的光电信号辨向处理与细分电路。 第七章微弱信号检测 光电检测试验报告 专业：应用物理学 姓名：叶长军 学号：10801030125 指导教师：王颖 实验时间：2011.4 重庆理工大学光电信息学院 实验一 光敏电阻特性实验 实验原理: 利用具有光电导效应的半导体材料制成的光敏传感器叫光敏电阻。光敏电阻采用梳 状结构是由于在间距很近的电阻之间有可能采用大的灵敏面积,提高灵敏度。 内光电效应发生时，光敏电阻电导率的改变量为： p n p e n e σμμ?=???+??? ，e 为 电荷电量，p ?为空穴浓度的改变量，n ?为电子浓度的改变量，μ表示迁移率。当两端加上电压U 后，光电流为：ph A I U d σ=??? 式中A 为与电流垂直的表面，d 为电极间的间距。在一定的光照度下，σ?为恒定的值，因而光电流和电压成线性关系。 光敏电阻的伏安特性如图1-2所示，不同的光照度可以得到不同的伏安特性，表明 电阻值随光照度发生变化。光照度不变的情况下，电压越高，光电流也越大，光敏电阻的工作电压和电流都不能超过规定的最高额定值。 图1-2光敏电阻的伏安特性曲线 图1-3 光敏电阻的光照特性曲线 实验仪器: 稳压电源、光敏电阻、负载电阻（选配单元）、电压表、各种光源、遮光罩、激光器、光照度计（做光照特性测试，由用户自备或选配） 实验步骤: 1. 测试光敏电阻的暗电阻、亮电阻、光电阻 观察光敏电阻的结构,用遮光罩将光敏电阻完全掩盖,用万用表欧姆档测得的电阻值为 暗电阻R 暗,移开遮光罩，在环境光照下测得的光敏电阻的阻值为亮电阻R 亮，暗电阻 与亮电阻之差为光电阻，光电阻越大，则灵敏度越高。 在光电器件模板的试件插座上接入另一光敏电阻，试作性能比较分析。 2. 光敏电阻的暗电流、亮电流、光电流 按照图1-5接线，分别在暗光及有光源照射下测出输出 电压暗和U 亮，电流L 暗=U 暗/R,亮电流L 亮=U 亮/R ，亮电流 与暗电流之差称为光电流，光电流越大则灵敏度越高。 3. 光敏电阻的伏安特性测试 按照上图接线，电源可从直流稳压电源+2~+12V 间选用， 每次在一定的光照条件下，测出当加在光敏电阻上电压 为 +2V ；+4V ；+6V ；+8V ；+10V ；+12V 时电阻R 两端的电压U R ， 第一次作业 1、光电检测技术有何特点？光电检测系统的基本组成是怎样的？ 答：光电检测技术是将光学技术与现代技术相结合，以实现对各种量的测量，它具有如下特点：（1）高精度，光电测量是各种测量技术中精度最高的一种。（2）高速度，光电检测以光为媒介，而光是各种物质中传播速度最快的，因此用光学方法获取和传递信息的速度是最快的。（3）远距离、大量程，光是最便于远距离传递信息的介质，尤其适用于遥控和遥测。（4）非接触式测量，不影响到被测物体的原始状态进行测量。 光电检测系统通过接收被测物体的光辐射，经光电检测器件将接收到的光辐射转换为电信号，再通过放大、滤波等电信号调理电路提取有用信息，经数模转换后输入计算机处理，最后显示，输出所需要的检测物理量等参数。 2、什么是能带、允带、禁带、满带、价带和导带？绝缘体、半导体、导体的能带情况有何不同？ 答:晶体中电子所能具有的能量范围，在物理学中往往形象化地用一条条水平横线表示电子的各个能力值，能量愈大,线的位置愈高,一定能量范围内的许多能级（彼此相隔很近）形成一条带,称为能带。其中允许被电子占据的能带称为允带。允带之间的范围是不允许电子占据的，称为禁带。在晶体中电子的能量状态遵守能量最低原理和泡利不相容原理，晶体最外层电子壳层分裂所形成的能带称为价带。价带可能被电子填满也可能不被填满，其中被填满的能带称为满带。半导体的价带收到光电注入或热激发后，价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带，空带中存在电子后即成为导电的能带--导带。 对绝缘体和半导体，它的电子大多数都处于价带，不能自由移动，但是热，光等外界因素的作用下，可以少量价带中的电子越过禁带，跃迁到导带上去成为载流子。 绝缘体和半导体的区别主要是禁的宽度不同。半导体的禁带很窄，绝缘体的禁带宽一些，电子的跃迁困难的多，因此，绝缘体的载流子的浓度很小。导电性能很弱。实际绝缘体里，导带里电子不是没有，并且总有一些电子会从价带跃迁到导带，但数量极少，所以，在一般情况下，可以忽略在外场作用下他们移动所形成的电流。但是，如果外场很强，束缚电荷挣脱束缚而成为自由电荷，则绝缘体就会被“击穿”而成导体。 6.什么是外光电效应和内光电效应,他们有那些应用 答：在光照下，物体向表面以外的空间发射电子（即光电子）的现象称为外光电效应。物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部运动而不逸出物质的现象称为内光电效应，内光电效应又可分为光电导效应和光伏特效应。 外光电效应可用于制造光电管和光电倍增管。 内光电效应中光电导效应可用于制造光敏电阻、光生伏特效应可用于制造光电二级管、光电池、光电三级管等。 第二次作业 1.光电检测器件中常见的噪声有那些， 答：光电检测器件中常见的几种噪声为：热噪声，散粒噪声，产生-复合噪声，I/f噪声，温度噪声等 （1）热噪声，为载流子无规则的热运动造成的噪声。 （3）散粒噪声，噪声所呈现的起伏就像射出的散粒无规则的落在靶子上呈现出的一样随机起伏。 （3）产生-复合噪声，在半导体中一定温度下或者在一定光照下载流子不断的产生-复合，尽管在平衡状态下载流子产生和复合的平均数是一定的，但其瞬间载流子的产生和复合是有起伏的，在外加电压下，电导率的起伏使输出电流中带有产生-复合噪声 光电检测技术课程作业及答案(打印版) 思考题及其答案 习题01 一、填空题 1、通常把对应于真空中波长在（0.38m μ）范围内的电磁辐 μ）到（0.78m 射称为光辐射。 2、在光学中，用来定量地描述辐射能强度的量有两类，一类是（辐射度学量），另一类是(光度学量)。 3、光具有波粒二象性，既是（电磁波），又是（光子流）。光的传播过程中主要表现为（波动性），但当光与物质之间发生能量交换时就突出地显示出光的（粒子性）。 二、概念题 1、视见函数：国际照明委员会（CIE）根据对许多人的大量观察结果，用平均值的方法，确定了人眼对各种波长的光的平均相对灵敏度，称为“标准光度观察者”的光谱光视效率V(λ),或称视见函数。 2、辐射通量：辐射通量又称辐射功率，是辐射能的时间变化率，单位为瓦(1W=1J/s)，是单位时间内发射、传播或接收的辐射能。 3、辐射亮度：由辐射表面定向发射的的辐射强度，除于该面元在垂直于该方向的平面上的正投影面积。单位为(瓦每球面度平方米) 。 4、辐射强度：辐射强度定义为从一个点光源发出的，在单位时间内、给定方向上单位立体角内所辐射出的能量，单位为W／sr(瓦每球面度)。 三、简答题 辐射照度和辐射出射度的区别是什么？ 答：辐射照度和辐射出射度的单位相同，其区别仅在于前者是描述辐射接 收面所接收的辐射特性，而后者则为描述扩展辐射源向外发射的辐射特性。 四、计算及证明题 证明点光源照度的距离平方反比定律，两个相距10倍的相同探测器上的照度相差多少倍？答： 2 22 4444R I R I dA d E R dA d E R I I ===∴=ππφπφφπφ＝的球面上的辐射照度为半径为又＝的总辐射通量为在理想情况下，点光源设点光源的辐射强度为ΘΘ ()1 2222222221 122 12 11001001010E E L I E L I L I L I E R I E L L L L =∴====∴= =ΘΘ又的距离为第二个探测器到点光源， 源的距离为设第一个探测器到点光 习题02 一、填空题 1、物体按导电能力分（绝缘体）（半导体）（导体）。 2、价电子的运动状态发生变化,使它跃迁到新的能级上的条件是（具有能向电子提供能量的外力作用）、（电子跃入的那个能级必须是空的）。 3、热平衡时半导体中自由载流子浓度与两个参数有关：一是在能带中（能态的分布），二是这些能态中（每一个能态可能被电子占据的概率）。 4、半导体对光的吸收有（本征吸收）（杂质吸收）（自由载流子吸收）（激子吸收）（晶格吸收）。半导体对光的吸收主要是（本征吸收）。 二、概念题 1、禁带、导带、价带： 光电探测技术 实验报告 班级：10050341 学号：05 姓名：解娴 实验一光敏电阻特性实验 一、实验目的 1.了解一些常见的光敏电阻的器件的类型； 2.了解光敏电阻的基本特性； 3.测量不同偏置电压下的光敏电阻的电压与电流，并作出V/A曲线。 二、实验原理 伏安特性显示出光敏电阻与外光电效应光电元件间的基本差别。这种差别是当增加电压时，光敏电阻的光电流没有饱和现象，因此，它的灵敏度正比于外加电压。 光敏电阻与外光电效应光电元件不同，具有非线性的光照特性。各种光敏电阻的非线性程度都是各不相同的。 大多数场合证明，各种光敏电阻均存在着分析关系。这一关系为 式中，K为比例系数；是永远小于1的分数。 光电流的增长落后于光通量的增长，即当光通量增加时，光敏电阻的积分灵敏度下降。 这样的光照特性，使得解算许多要求光电流与光强间必需保持正比关系的问题时不能利用光敏电阻。 光照的非线性特性并不是一切光敏半导体都必有的。目前已有就像真空光电管—样，它的光电流随光通量线性增大的光敏电阻的实验室试样。光敏电阻的积分灵敏度非常大，最近研究出的硒—鎘光敏电阻达到12A／lm，这比普通锑、铯真空光电管的灵敏度高120，000倍。 三、实验步骤 1、光敏电阻的暗电流、亮电流、光电流 按照图1接线，电源可从+2V～+8V间选用，分别在暗光和正常环境光照下测出输出电压V暗和V亮。则暗电流L暗=V暗/RL,亮电流L亮=V亮/RL，亮电流与暗电流之差称为光电流，光电流越大则灵敏度越高。 2、伏安特性 光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系即为伏安特性。按照图1接线，分别测得偏压为2V、4V、6V、8V、10V时的光电流，并尝试高照度光源的光强，测得给定偏压时光强度的提高与光电流增大的情况。将所测得的结果 填入表格并做出V/I曲线。 图1光敏电阻的测量电路 偏压2V4V6V8V10V12V 光电阻I 四、实验数据 实验数据记录如下： 光电流： E/V246810 U/V0.090.210.320.430.56 I/uA1427.54255.270.5 暗电流：0.5uA 实验数据处理： 光电检测技术期中考试试卷 2014 一．选择题（20分） 1．对于费米能级，以下说法不正确的是（ ） A 一个平衡的系统只能有唯一一个费米能级 B 电子占据率为时所对应的能级 C p 型半导体材料费米能级靠近价带顶 D n 型半导体材料费米能级靠近价带顶 2．负电子亲和势阴极和正电子亲和势比较有重要差别，参与发射的的电子（ ） A 不是冷电子，而是热电子 B 不是热电子，而是冷电子 C 既是冷电子，又是热电子 D 既不是冷电子，也不是热电子 3．下列器件按照响应速度由快到慢的顺序，正确的是（ ） A PIN 光电二极管 PN 结光电二极管 光电三极管 光敏电阻 B PIN 光电二极管 光敏电阻PN 结光电二极管 光电三极管 C 光电三极管 PIN 光电二极管 光敏电阻PN 结光电二极管 D PN 结光电二极管 光电三极管 PIN 光电二极管 光敏电阻 4．下列探测器的光－电响应时间，由少数载流子的寿命决定： （ ） A 光电导探测器 B 光电二极管 C 光电倍增管 D 光电倍增管 5．对于光敏电阻，下列说法不正确的是( ) A 弱光照下，光电流与照度之间具有良好的线性关系 B 光敏面做成蛇形，有利于提高灵敏度 C 光敏电阻光谱特性的峰值波长，低温时向短波方向移动 D 光敏电阻具有前历效应 6．下列光源中哪一种光源，可作为光电探测器在可见光区的积分灵敏度测量标准光源：（ ） A 氘灯 B 低压汞灯 C 色温2856K 的白炽灯 D 色温500K 的黑体辐射器 7．当黑体的温度升高时，其峰值光谱辐射出射度所对应的波长的移动方向为（ ） A.向短波方向移动 B.向长波方向移动 C.不移动 D.均有可能 8．表中列出了几种国外硅APD 的特性参数 根据表中数据，要探测830nm 的弱光信号，最为合适的器件是 （ ） A C30817E B C30916E C C30902E D C30902S 9．已知甲、乙两厂生产的光电器件在色温2856K 标准钨丝灯下标定出的灵敏度分别为uW uA S e /5=， lm A o S v /4.=，则甲乙两厂中光电器件灵敏度比较结果正确的是（ ） A. 甲场灵敏度高 B. 乙场灵敏度高 C. 甲乙两场灵敏度一样高 D. 无法比较 长春理工大学 光电信息综合实验一实验总结 名：赵儒桐 学号：S1******* 专业：信息与通信工程学院：电子信息工程2016年5月20号 实验一：光电基础知识实验 1、实验目的 通过实验使学生对光源，光源分光原理，光的不同波长等基本概 念有具体认识。 2、实验原理 本实验我们分别用了普通光源和激光光源两种。普通光源光谱 为连续光谱，激光光源是半导体激光器。在实验中我们利用分光三棱镜可以得到红橙黄绿青蓝紫等多种波长的光辐射。激光光源发射出来的是波长为630 纳米的红色光。 3、实验分析 为了找到光谱需要调节棱镜，不同的面对准光源找出光谱，棱镜的不同面对准光源产生的光谱清晰度不同，想要清晰的光谱就需要通过调节棱镜获得。 实验二：光敏电阻实验 1、实验目的 了解光敏电阻的光照特性，光谱特性和伏安特性等基本特性。 2、实验原理 在光线的作用下，电子吸收光子的能量从键和状态过渡到自由状态，引起电导率的变化，这种现象称为光电导效应。光电导效应是半导体材料的一种体效应。光照越强，器件自身的电阻越小。光敏电阻无极性，其工作特性与入射光光强，波长和外加电压有关。 3、实验结果 当 光敏电阻的工作电压（Vcc ）为+5V 时，通过实验我们看出来 改变光照度的值，光源的电流值是发生变化的。光照度增加电流值也 是增加的。测得实验数据如表2-1 : 光敏电阻光照特性实验数据 光照度 （Lx ） 20 40 60 80 100 120 140 160 180 电流mA 0.37 0.52 0.68 0.78 0.88 1.00 1.07 1.18 1.24 表2-1光敏电阻光照特性实验数据 得到的光敏电阻光照特性实验曲线: 光敏电阻伏安特性实验数据 型号：G5528 电压 （U ） 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 照度 （Lx ） 50 电流 （mA 0 0.05 0 .11 0. 17 0.2 4 0.29 0.35 0 1.42 0. 48 0.5 4 0.6 100 电流 （mA 0 0.09 0 .19 0. 28 0.3 3 0.48 0.58 0 .67 0. 77 0.8 7 0.95 150 电流 （mA 0.12 0 .24 0. 37 0.4 9 0.62 0.74 0.87 0. 98 1.1 2 1.19 通过实验我们看出光敏电阻的光电流值随外加电压的增大而增 大，在光照强度增大的情况下流过光敏电阻的电流值也是增大的， 得 到 数据如表2-2。 光敏电阻光照特性实验曲线 图2.1 1 1、举例说明你说知道的检测系统的工作原理。 （1）光电检测技术在工业生产领域中的 应用：在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定 位“ · （2）光电检测技术在日常生活中的应 用： 家用电器一一数码相机、数码摄像机：自动对焦一红外测距传感器自动 感应灯：亮度检测一光敏电阻 空调、冰箱、电饭煲：温度检测一热敏电阻、热电偶遥 控接收：红外检测一光敏二极管、光敏三极管可视对 讲、可视电话：图像获取一面阵CCD 医疗卫生一一数字体温计：接触式一热敏电阻，非接触式一红外传感器办公 商务一一扫描仪：文档扫描一线阵CCD 红外传输数据．红外检测一光敏二极管、光敏三极管 （3）光电检测技术在军事上的应用：夜 视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距 仪：可精确的定位目标 光电检测技术应用实例简介点钞机 （1）激光检测一激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字，会使荧光字产生一定波长的激光，通过对此激光的检测可辨别钞票的真假。山于仿制困难，故用于辨伪很准确。 （2）红外穿透检测一红外信号的检测红外穿透的工作原理是利用人民币的纸张比较坚固、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高，因而对红外信号的吸收能力较强来辨别钞票的真假。人民币的纸质特征与假钞的纸质特征有一定的差异，用红外信号对钞票进行穿透检测时，它们对红外信号的吸收能力将会不同，利用这一原理，可以实现辨伪。 （3）荧光反应的检测一荧光信号的检测荧光检测的工作原理是针对人民币的纸质进行检测。一一人民币采用专用纸张制造（含85％以上的优质棉花）《假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造，经漂白处理后的纸张在紫外线（波长为365nm的蓝光）的照射下会出现荧光反应（在紫外线的激发下衍射出波长为420一460nm的蓝光），人民币则没有荧光反应。 所以，用紫外光源对运动钞票进行照射并同时用硅光电池检测钞票的荧光反映，可判别钞票真假。 复习题 1、光电检测系统通常主要由光学变换、光电转换、电信号处理三部分组成。 2、在环境亮度大于10cd/m2时,最强的视觉响应在光谱蓝绿区间的555 nm处。 3、光电倍增管由光窗、光电阴极、电子光学系统、电子倍增系统和阳极五个主要部分组成。由于其引入了电子倍增机构，因此具有灵敏度高、响应时间快等特点，常被使用。 4、FTCCD指的是帧转移型 CCD 5、发光二极管(LED)是一种注入电致发光器件，他由P型和N型半导体组合而成。其发光机理可以分为__ PN结注入发光_、_异质结注入发光__。 6、光电池的PN结工作在零偏状态，它的开路电压会随光照强度的增加而增加。 7、对于辐射源来说，光通量（光功率）定义为单位时间内向所有方向发射的可见光能量。 8、激光的形成必须具有工作物质、泵浦源、光学谐振腔。 9、入瞳位于无限远，物方主光线平行于光轴的光学系统称为物方远心光路，此光路克服了调焦不准带来的测量误差，常用于瞄准、读数和精密测量。 10、短焦物镜用于拍近距离物体，焦距越短，视场角越大，因此也称为广角物镜。 11、载光电耦合器件既具有光电耦合特性，又具有隔离特性 12、三种典型光子效应是指光电发射效应、光电导效应和光伏效应。 13、光敏电阻的工作原理是光照产生光生载流子，使其电阻值急剧减小。 14、CCD与其它器件相比，最突出的特点是它以电荷作为信号，而其他大多数器件是以电流或者电压作为信号。 15、依据噪声产生的物理原因,光电探测器的噪声可大致分为散粒噪声、热噪声和低频噪声三类。 16、由于光源发光的各向异性，许多光源的发光强度在各个方向是不同的。若在光源辐射光的空间某一截面上，将发光强度相同的点连线，得到该光源在该截面的发光强度曲线，称为配光曲线。 17、人眼按不同照度下的响应可分为明视觉、暗视觉。 18、降压使用对于光电测量用的白炽灯光源十分重要，因为灯泡寿命的延长将使系统的调整次数大为减少，也提高了系统的可靠性。 19、出瞳位于像方无限远处，平行于光轴的像方主光线在无限远处会聚于出瞳中心的光路被称为像方远心光路，它用于大地测量中测距，能大大提高测距精度。 20、集光镜将光源成像到聚光镜的前焦面上，孔径光阑位于聚光镜的物方焦面上， 南昌大学物理实验报告 学生姓名： 学号： 专业班级:材料12４班 实验时间：10时０0分 第十一周 星期四 座位号：2８ 一、 实验名称: 光电效应 二、 实验目的: １、通过实验深刻理解爱因斯坦的光电效应理论，了解光电效应的基本规律; 2、掌握用光电管进行光电效应研究的方法; 3、学习对光电管伏安特性曲线的处理方法,并用以测定普朗克常数。 三、实验仪器： 光电效应测试仪、汞灯及电源、滤色片、光阑、光电管、测试仪 四、实验原理: １、 光电效应与爱因斯坦方程 用合适频率的光照射在某些金属表面上时，会有电子从金属表面逸出，这种现象叫做光电效应,从金属表面逸出的电子叫光电子。为了解释光电效应现象，爱因斯坦提出了“光量子"的概念，认为对于频率为γ的光波,每个光子的能量为E h ν=,其中 h ＝6.62６ s J ??-3410为普朗克常数。 按照爱因斯坦的理论,光电效应的实质是当光子和电子相碰撞时,光子把全部能量传递给电子,电子所获得的能量，一部分用来克服金属表面对它的约束，其余的能量则成为该光电子逸出金属表面后的动能。爱因斯坦提出了著名的光电方程: 21 2h m W νυ=+ (1) 式中, 为入射光的频率,m 为电子的质量， 为光电子逸出金属表面的初速度，W 为被 光线照射的金属材料的逸出功,1/2mv 2 为从金属逸出的光电子的最大初动能。 由（1）式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能必然也越大，所以即使阴极不加电压也会有光电子落入阳极而形成光电流，甚至阳极电位比阴极电位低时也会有光电子落到阳极,直至阳极电位低于某一数值时,所有光电子都不能到达阳极,光电流才为零.这个相对于阴极为负值的阳极电位0U 被称为光电效应的截止电压。 显然，有 ｅu ０－１/2m ｖ2 =０ (2） 代入上式即有 0h eU W ν=+ （3） 由上式可知，若光电子能量h ＋ Ｗ,则不能产生光电子。产生光电效应的最低频率是 ０ ＝W ／ｈ，通常称为光电效应的截止频率。不同材料有不同的逸出功，因而 也不同.由 《光电检测》题库 一、填空题 1.光电效应分为内光电效应和外光电效应，其中内光电效应包括 和。 2.对于光电器件而言，最重要的参数是、和。 3.光电检测系统主要由光电器件、和等部分组成。 4.为了取得很好的温度特性，光敏二极管应在较负载下使用。 5.光电倍增管由阳极、光入射窗、电子光学输入系统、和等构成。 6.光电三极管的工作过程分为和。 7.激光产生的基本条件是受激辐射、和。 8.检测器件和放大电路的主要连接类型有、和 等。 https://www.doczj.com/doc/777545530.html,D的基本功能是和。 10.已知本征硅材料的禁带宽度E g=1.2eV，则该半导体材料的本征吸收长波限为。 11. 非平衡载流子的复合大致可以分为和。 12.在共价键晶体中，从最内层的电子直到最外层的价电子都正好填满相应的能带，能量最高的是填满的能带，称为价带。价带以上的能带，其中最低的能带常称为，与之间的区域称为。 13.本征半导体在绝对零度时，又不受光、电、磁等外界条件作用，此时导带中没有，价带中没有，所以不能。 14.载流子的运动有两种型式，和。 15. 发光二极管发出光的颜色是由材料的决定的。 16. 光电检测电路一般情况下由、、组成。 17. 光电效应分为内光电效应和效应，其中内光电效应包括和，光敏电阻属于效应。 18.导带和价带中的电子的导电情况是有区别的，导带愈多，其导电能力愈强；而价带的愈多，即愈少，其导电能力愈强。 19.半导体对光的吸收一般有、、、和这五种形式。 20. 光电器件作为光电开关、光电报警使用时，不考虑其线性，但要考虑。 24.半导体对光的吸收可以分为五种，其中和可以产生光电效应。 22.光电倍增管由阳极、光入射窗、电子光学输入系统、和等构成，光电倍增管的光谱响应曲线主要取决于材料的性质。 23.描述发光二极管的发光光谱的两个主要参量是和。硅光电池特性测试实验报告
光电检测技术试题及答案
光电测试考试资料整理
光电探测技术实验报告
光电检测技术课程作业及答案(打印版)
光电检测实验报告(2)硅光电池
光电检测名词解释题集
光电检测技术期末试卷试题大全
《光电检测技术》考试大纲
光电检测实验报告
《光电检测期末复习题》
光电检测技术课程作业及答案(打印版)
光电探测实验报告
光电检测技术考试试卷
光电实验报告.
光电检测习题解答
光电检测期末复习
实验报告_光电效应实验
《光电检测技术题库》
相关主题
文本预览