光电检测知识点..

第一章

名称解释 1.光通量 2坎德拉 3.照度

4半导体中的非平衡载流子 5绝对黑体 6基尔霍夫定律 7热噪声

8产生-复合噪声 91／f噪声

知识要点

半导体材料的光吸收效应 (1)本征吸收 (2)杂质吸收

2.非平衡载流子浓度

载流子复合过程一般有直接复合和间接复合两种。

物体的光谱发射率总等于其光谱吸收比。也就是强吸收体必然是强发射体。

维恩位移定律指出：当绝对黑体的温度增高时，单色辐出度的最大值向短波方向移动。

光电子发射过程可以归纳为以下三个步骤：

(1)物体吸收光子后体内的电子被激发到高能态；

(2)被激发电子向表面运动，在运动过程中因碰撞而损失部分能量； (3)克服表面势垒逸出金属表面。

一般光电检测系统的噪声包括三种：

(1) 光子噪声 包括：信号辐射产生的噪声和背景辐射产生的噪声。

(2)探测器噪声 包括：热噪声、散粒噪声、产生-复合噪声、1／f噪声和温度噪声。

(3)信号放大及处理电路噪声

在半导体器件中1／f噪声与器件表面状态有关。多数器件的1/f 噪声在300Hz以上时已衰减到很低水平，所以频率再高时可忽略不计。

在频率很低时；l／f 噪声起主导作用；当频率达到中间频率范围时，产生-复合噪声比较显著；当频率较高时，只有白噪声占主导地位，其它噪声影响很小了

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光电探测器的合理选择

(1)根据待测光信号的大小，确定探测器能输出多大的电信号，即探测器的动态范围。

(2)探测器的光谱响应范围是否同待测光信号的相对光谱功率分布一致。即探测器和光源的光谱匹配。

(3)对某种探测器，它能探测的极限功率或最小分辨率是多少—需要知道探测器的等效噪声功率；需要知道所产生电信号的信噪比。

(4)当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，探测器输出的信号的线性程度。

第二章 名称解释

光源的发光效率 色温 色表 显色性 相关色温 分布温度

知识要点

选择光源时，应综合考虑光源的强度、稳定性、光谱特性等性能

根据斯奇芬-玻尔兹曼定律知，物体只要其温度大于绝对零度，都会向外界辐射能量，其辐射特性与温度的四次方有关

气体放电光源具有下述特点；

1.发光效率高。比同瓦数的白炽灯发光效率高2～10倍。 2.由于不靠灯丝发光，电极可以做得牢固紧凑耐震、抗冲击。 3.寿命长。一般比白炽灯寿命长2～10倍。 4.光色适应性强，可在较大范围内选择。

激光产生的必要条件——粒子数反转、光泵、谐振腔

按工作物质分类，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等。

氙灯分为长弧氙灯、短弧氙灯和脉冲氙灯三种

试述卤钨灯的工作原理和发光二极管工作原理

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第三章 名称解释 光生伏特效应 雪崩倍增效应

知识要点

半导体结型光电器件按结的种类不同，可分为PN结型，PIN结型和肖特基结型等

PN结光伏效应两种工作模式:光伏工作模式和光电导工作模式

光照下PN结，当PN结上加有反偏压时，暗电流随反向偏压的增大有所增大，最后等于反向饱和电流I0，而光电流Ip几乎与反向电压的高低无关。

光电池是一个PN结，根据制作PN结材料的不同，光电池有硒光电池，硅光电池、砷化镓光电池和锗光电池四种。

光电池的开路电压Voc随着温度的升高而减小，短路电流Isc随着温度的升高而增大，但增大比例很小

硅光电二极管的结构和工作原理与硅光电池相似，不同的地方是：①就制作衬底材料的掺杂浓度而言，光电池较高，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。

试述硅光电三极管与硅光电二极管特性比较

一般光电二极管与运算放大电路的连接方式有三种方式，(1)电流放大型 (2)电压放大型 (3)阻抗变换型 三种电路各有优缺点，但都适用于光功率很小的场合

PIN光电二极管因有较厚的I层，因此具有以下四点优点: a).使PN结的结间距离拉大，结电容变小。

b).由于内建电场基本上全集中于I层中，使耗尽层厚度增加，增大了对光的吸收和光电变换区域，量子效率提高了。

c）增加了对长波的吸收，提高了长波灵敏度，

d）可承受较高的反向偏压，使线性输出范围变宽。

PSD光电位置传感器有以下特点：①对光斑的形状无严格要求，只与光的能量重心有关；②光敏面无死区，可连续测量光斑位置，分辨率高，一维PSD可达0.2μm；③可同时检测位置和光强；PSD器件输出总电流与入射光强有关，所以从总光电流可求得相应的入射光强。

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使用PSD时的注意事项： (1)注意与光源的光谱匹配

(2)注意所加电压不宜太大也不能太小，以免影响PSD的响应频率。 (3)注意使用PSD时的环境温度 (4)注意位置测量误差范围

半导体色敏器件，它由在同一块硅片上制造两个深浅不同的PN结构成，其中PD2为深结，它对长波长的光响应率高；PD1为浅结，它对波长短的光响应率高。

第4章 光电导器件 名称解释 暗电流 亮电流 光电流

知识要点

光敏电阻 噪声主要有三种：产生-复合噪声，热噪声和1/f 噪声

频率低于100Hz时以l/f 噪声为主，频率在100Hz和接近1000Hz之间以产生-复合噪声为主，频率在1000Hz以上以热噪声为主

第5章 真空光电器件 名称解释 光照灵敏度 色光灵敏度 光谱灵敏度

光电倍增管的暗电流 知识要点

光电阴极一般分为透射型与反射型两种

负电子亲和势材料制作的光电阴极与正电子亲和势材料光电阴极相比具有以下四点特点：a.量子效率高 b 光谱响应率均匀 c.热电子发射小 d.光电子的能量集中

负电子亲和势材料表面区域能带弯曲，真空能级降到导带之下 。正电子亲和势材料真空能级位于导带之上

光电倍增管主要由入射窗口、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。

试述光电倍增管的工作原理

光电倍增管的暗电流决定了光电倍增管的极限灵敏度。

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暗电流来源可归纳为三类：阴极或其他零件的热发射、极间欧姆漏电、残余气体以及场致发射等的再生效应，

光电倍增管在低电压时，暗电流由漏电流决定； 电压较高时，主要是热电子发射；电压再大，则导致场致发射和残余气体离子发射，使暗电流急剧增加，甚至可能发生自持放电

高压分压电路的接地方式 多数情况下采用阳极接地、阴极接负高压方式。此方案消除了外部电路与阳极之间的电压差，便于电流计或电流—电压转换运算放大器直接与光电倍增管相连接。但在这种阳极接地的方案中，由于靠近光电倍增管玻壳的金属支架或磁屏蔽套管接地，它们与阴极和倍增极之间存在比较高的电位差，结果会使某些光电子打到玻壳内侧，产生玻璃闪烁现象，从而导致噪声的显著增加

光电倍增管选择负载电阻时要注意三点：

(1)在频响要求比较高的场合，负载电阻应尽可能小一些。

(2)当输出信号的线性要求较高时，选择的负载电阻应使信号电流在它上面产生的压降在几伏以下。

(3)负载电阻应比放大器的输入阻抗小得多。

在测量中，要正确使用光电倍增管，应该注意如下几点 1.阳极电流要小于lμA，以减缓疲劳和老化效应。

2.分压器中流过的电流应大于阳极最大电流的1000倍，但是不应过分加大，以免发热。

3.高压电源的稳定性必须达到测量精度的10倍以上。电压的纹波系数一般应小于0.001%。

4.阴极和第一倍增极之间、末级倍增极和阳极之间的级间电压应设计得与总电压无关。

5.用运算放大器作光电倍增管输出信号的电流电压变换，可获好的信噪比和线性度。

6.电磁屏蔽时最好使屏蔽筒与阴极处于相同电位。

7.光电倍增管使用前应接通高压电源，在黑暗中放置几小时。不用时应贮存在黑暗中。

8.光电倍增管的冷却温度一般取-20℃。

第六章真空成像器件

知识要点

像管包括变像管和像增强器,都具有光谱变换、图像增强和成像的功能。

变像管是一种能把各种不可见辐射图像转换成可见光图像的真空光电成像器件。

像增强器是能把微弱的辐射图像增强到人眼可直接观察的真空光电成像器件，因

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