09光信《光电检测技术》复习提纲新

摄像管的工作原理： 先将输入的光学图像转换成电荷图像，然后 通过电荷的积累和储存构成点位图像，最后 通过电子束扫描把点位图像读出。
主要性能： 1、光电转换特性 2、光谱响应 3、时间响应特性 4、输出信噪比 5、动态范围 6、图像传递特性 光电导式摄像管（视象管） 结构由 电子枪 和 光电导靶 两大部分 光电发射式摄像管与视像管得比较
I I p I d SE I so (e
qu
KT
1)
I P：光电流 I d暗电流 I so反向饱和电流
外光电效应 当光照射第某种物质中，若入射的光子能量 hv 足够大，那么它和物质中电子相互作用，可 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，能产生光电发射效 应的物体，成为光电射体，在光电管称为光阴极。 光电子发射服从基本规律： 1、光电发射第一定律 当入射辐射的光谱分布不变时，饱和光电流 I 与入射的辐通量φ 成正比。 2、光电发射第二定律 发射的光电子的最大动能随入射光子光频率的增加而线性地增加， 而与人射光的强度无 关。 故又称爱因斯坦定律， 表达式为
Q1 100 % Q0
1. 光电倍增管的工作原理是什么?
(1)当光子照射至光阴极上时，由于光电效应，致使从光阴极表面上逸出相应数目的光电子。由于相邻电极 之间电压逐渐增高，在电场作用下，电子将被加速轰击到第一打拿极上，发射出成倍的二次电子。继而它 们又轰击第二打拿极，依次下去，电子逐级倍增。最后聚集到阳极上的电子数，可达阴极发射电子数的 10 倍。利用外光电效应和二次电子发射相结合即——把微弱的光输入转化为光电子，并使光电子获得倍增的 一种光电探测器件。 工作过程：光子入射到光电阴极上产生光电子。光电子通过电子光纤输入系统进入倍增系统，电子得到倍 增，最后阳极把电子收集起来，形成阳极电流或电压， 2. 光电倍增管的疲劳与衰老的含义,两者的差别是什么? (2)疲劳：在较强的辐射作用下，倍增管灵敏度下降的现象称为疲劳，这是暂时现象，待管子避光存放一段 时间后，灵敏度将会部分或全部恢复过来，当然过度的疲劳可能造成永久的损失。衰老：光电倍增管在正 常使用情况下，随着工作时间的积累，灵敏度也会逐渐下降且不能恢复，将这种现象称为衰老，这是真空 器件特有的现象。 区别：疲劳是暂时的，衰老是永不能恢复灵敏度的。 象管的主要功能是能把不可见（红外或紫外）图像或微弱光图像通过电子光学透镜直接换成可见光图像， 如变象管。像增强管、X 射线像增强器等。 摄像管是一种把可见光或不可见（红外、紫外或 X 射线等）图像通过电子束扫描后转换成相应的电信号， 通过显示器件再成像的光电成像器件。
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开路法开路电压 U 0
mKT I sc I d ln e Id
光电二极管的使用方法，可以得到如下结论： 反向偏压可以减小结电容， 从而有最小的电路时间常数， 适合于脉冲和高频条时光的探测之 用。但这种解法存在暗电流的干扰，不宜测量微弱的恒定光和低速调试光。与此相反。短路 法使光电流输出信号中不出现暗电流，所以非常适宜于恒定和和低速微弱光的测量。 全电流方程
I I p－I d I p I s 0 (eqU / KT 1) Se E I s 0 (eqU / KT 1)
当光电池外接负载电阻 RL 后， 负载电 阻 RL 上所得电压和电流在特性曲线 转弯点时，电流和电压乘积为最大， 光电池输出功率为最大。可以看出： 负载电阻愈小，光电池工作愈接近短 路状态线iong 整理
图 2-9
交流粉末场致发光屏
1- 玻璃板 2- 荧光粉层 3- 高介电常数反射层 4- 铝箔 5- 玻璃板 6- 透明导电层 由于发光屏两电极间距离很小，所以在微小电压的作用下，就可得到足够高的电场强度。粉 层中自由电子在强电场作用下加速而获得很高的能量， 它们撞击发光中心， 使其受激发而处 于激发态。 当激发态复原为基态时产生复合发光。 由于荧光粉与电极之间有高介电常数的绝 缘层，自由电子并不导走，而是被束缚在阳极附近，在交流电的负半周时，电极极性变换， 自由电子在高电场作用下向新阳极的方向， 也就是向正半周时相反的方向加速， 这样重复上 述过程，使之不断发光。 交流粉末场致发光屏优点：光发射角大，光线柔和，寿命长，功耗小，发光响应速度快，不 发热；缺点：发光亮度低，驱动电压高和老化快。 LED 发光机理 当给发光二极管的 P-N 结加正向电压时, 外加电场将削弱内建电场，使空间电荷区变窄， 载流子的扩散运动加强。由于电子迁移率总是远大于空穴的迁移率，因此电子由 N 区扩散 到 P 区是载流子扩散运动的主体。当导带中的电子与价带中的空穴复合时，电子由高能级 跃迁到低能级，电子将多余的能量以发射光子的形式释放出来，产生电致发光现象。 。 伏安特性 在正向电流为 1 mA 时,器件导通电压为 0. 7 ～0. 8 V ；反向电流为 0. 1 mA 时, 反向击穿 电压大于或等于 2 V LED 与 LD 的比较 1.LED 是利用注入有源区的载流子自发辐射复合发光 LED 发光机理 结构上 性能上 优点 LED 是利用注入有源区的载流子自 发辐射复合发光 LD 有光学谐振腔， 使产生的光子在 腔内振荡放大 LED 没有阈值特性 , 光谱密度比 LD 高几个数量级 , 价格便宜，寿命长 LD LD 是受激辐射复合发光 LED 没有谐振腔。 LED 有阈值特性，输出光功率 小,发散角大。 相干光
光生伏特效应是半导体材料吸收光能后，在 PN 结上产生电动势的效应 第一象限正偏压，Id 本来就很大， 所以光电流 Ip 不起重要作用。第 三象限反向偏压，这时 Id＝Is0， 它是普通二极管中的反向饱和电 流，现在称为暗电流（对应于光照 度 E＝0） ，数值很小，这时的光电 流 （等于 I-Is0） 是流过探测器的主 要电流，对应于光导工作模式。在 第四象限中，外偏压为 0，流过探 测器的电流仍为反向光电流。 随着 光功率的不同，出现明显的非线 性。 这时探测器的输出通过负载电 阻 RL 上的电压或流过 RL 上的电 流来体现，因此称为光伏工作模 式。
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eN e e P (t ) P t h h
IP
式中 P 为入射光辐射的平均功率。
输出的光电流与入射平均光功率成正比，光电流也与光电场强度的平方成正比。 热噪声(又称电阻噪声或白噪声)凡有功耗电阻的元件都有热噪声，它来源于电阻内部自由 电子或电荷载流子的不规则的热运动。 散粒噪声 是一种由电子或光生载流子的粒子性所引起的噪声。 光电导效应： 在光照情况下， 物质内部原子释放的电子留在内部而使物体的导电性能增加 （电 导率发生变化） ，电阻值减小的现象。 光敏电阻的光电特性和光照指数
光电效应 光照射到物体表面上使物体发射电子、或导电率发生变化、或产生光电动势等，这种因光照 而引起物体电学特性发生改变统称为光电效应 在光辐射作用下，电子逸出材料表面，产生光电子发射称为外光电效应，或光电子 发射效应； 电子并不逸出材料表面的为内光电效应。光电导效应、光生伏特效应及光磁电效应 均属于内光电效应。 光电探测器输出的平均光电流表达式
1 2 meVmax h W 2
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式中，me 为光电子的质量；
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Vm ax 为出射光电子的最大速度；v 为光频率； W 为发射体材料的逸出功。
光电倍增管主要由光入射窗、光电阴极、电子光学系统、倍增极和阳极等部分组成。 光入射窗、1）光入射通道 2）短波阈值 光电阴极、1) 光电转换能力 2) 长波波长阈值 3) 决定整管灵敏度 电子光学系统、1）收集率接近于 1 2）渡越时间零散最小 倍增极 倍增 阳极 收集最末一级倍增极发射出来的二次电子，向外电路输出电流。
光电二极管与光电三极管的伏安特性比较 1、 在相同照度下，光电三极管的光电流比硅电光二极管大的多，光电三极管的光电流在毫 安级，硅电光二极管的光电流在微安级； 2、 在零偏置时，光电三极管没有电流输出而光电二极管有电流输出。 3、 工作电压较低时，输出光电流与入射光强成非线性关系。 4、 在一定的偏压下，光电三极管的光电特性不如光电二极管好，在较强的光照下，光电流 与照度不成线性关系。 P75 需要补充
I P ( ) S gU 或I P () S gUE
式中，Sg 是光电导灵敏度，与光敏电阻材料有关；U 为外加电源电压；Φ 为入射光通量；E 为入射光照度。 为 0.5～1 之间的系数，弱光照射时， ＝1，IP 与Φ 有良好的线性关系， 即线性光电导；强光照射时， ＝0.5，即抛物线性光电导。
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光电检测系统是以光信息变换为基础的，把待测量通过光信号变换为电量来进行测量的。 光电检测系统各部分的功能： （1）光源和照明光学系统： （2）被测对象及光学变换： （3）光信号的匹配处理（4）光 电转换： （5）电信号的放大与处理： （6）存储、显示与控制系统：
几何光学变换的光电检测的基本结构：辐射式、反射式、遮挡式、透射式。 物理光学变换的光电检测的基本结构：干涉式与衍射式。 热辐射的光谱是连续的，发光谱是不连续的 光源的分类 按照光波在时间、空间上的相位特征，一般将光源分成相干光源、非相干光源还有低相干光 源。 按照发光机理，光源又可以分成热辐射光源、气体发光光源、固体发光光源和激光器四种。 辐射效率 在给定λ 1~λ 2 波长范围内，某一辐射发出的辐射通量与产生这些辐射通量所需的电功率 之比，称为该辐射源在规定光谱范围内的辐射效率， 即 在给定λ 1~λ 2 波长范围内，某一辐射体（光源）所发射的光通量与产生这些光通量所需 的电功率之比，就是该光源的发射效率，即 将各矢量的端点连起来，就得到光源在该截面上的发光强度分布曲线，也称配光曲线. 光源的颜色包含两方面的含义，即色表和显色性。 用眼睛直接观察光源时所看到的颜色称为光源的色表 当光源照射物体时，物体呈现的颜色（也就是物体反射光在人眼内产生的颜色感觉）与该物 体在完全辐射体照射下所呈现的颜色的一致性，称为该光源的显色性。 场致发光光源是固体在电场的作用下将电能直接转换为光能的发光现象，也称为电致发光。 3 种形态：结形电致发光、粉末电致发光、薄膜电致发光。 ·交流粉末电致发光的工作原理