昆明理工大学光电检测简答题范围2014年

简答题1、简述什么是半导体？什么是N型半导体？什么是P型半导体？半导体：电阻率介于导体和绝缘体之间的物质。

N型半导体：由施主能级激发到导带中的电子来导电的半导体，自由电子浓度 > 自由空穴浓度P型半导体：由受主控制材料导电性的半导体自由空穴浓度 > 自由电子浓度2、什么是扩散运动，什么是漂移运动？PN结内电场是怎样形成的？1)扩散运动：电子由高浓度向低浓度的运动2)漂移运动：在外电场作用下，空穴向负极运动，电子向正极运动。

3)PN结电场：P、N型半导体接触的交界处形成PN结，载流子浓度梯度导致电子由N向P运动，空穴由P到N运动，在P和N区留下不可移动的电离受主和电离施主，即形成由N区指向P区的结电场，结电场又对扩散形成抑制最终达到平衡。

3、简述光电导效应与PN结光伏效应的同异点。

相同点：它们都是物体在受到光照时导致其电性能发生改变的现象，都具有光电转换效应。

不同点：PN结光伏效应为PN结受光照所发生的效应，光电导效应无PN结。

4、普朗克辐射公式描述了什么? 普朗克辐射公式与斯忒藩-玻尔兹曼定律、维恩位移定律是什么关系？描述了黑体光谱辐射出射度与波长、热力学温度之间的关系：玻尔兹曼定律则是以普朗克公式为基础由实验确定辐出度和热力学温度T的关系：维恩位移定律也是普朗克公式为基础的推演，绝对黑体温度升高，单色辐出度最大值向短波方向移动。

5、一般测量系统噪声的分类，包括什么噪声1)光子噪声：信号辐射和背景辐射产生的噪声2)探测器噪声：热噪声；散粒噪声；产生-复合噪声；1/f噪声；温度噪声3)信号放大及处理噪声6、探测器噪声有哪几类？大小与哪些因素有关？种类及因素：热噪声： T绝对温度、△f通带宽度、R器件电阻散粒噪声： i平均电流、△f通带宽度产生-符合： i平均电流、总的自由载流子数、载流子寿命、f噪声频 1/f 噪声：平均电流、f频率、△f通带宽度温度噪声：绝对温度、△f通带宽度、器件（热导，热视见常数，热容）7、简述光电发射第一定律及光电发射第二定律，其区别何在？第一定律：光电子的动能随入射光子频率的增加而线性增加第二定律：当辐射的光谱分布不变时，饱和光电流与入射的光通量Φ成正比。

区别：第一定律从微观上描述一个光子激发一个电子的光电效应，第二定律是从宏观上描述一束光照射产生光电流。

8、光电探测器的特性参数有哪些？简述如何合理选择光电探测器1)特性参数：响应率，光谱响应率，等效噪声规律，探测率与比探测率，时间常数，线性，量子效率2)选择应根据以下条件：探测器的动态范围，探测器和光源光谱的匹配度，响应时间或频率的范围，输出信号的线性程度等9、太阳能属于那一类辐射？相当于多少K的黑体辐射？不同光谱比例如何？太阳能属于热辐射源，相当于5900K的黑体辐射紫外区（<0.38um），6.46% 可见区（0.38~0.78um），46.25%红外区（>0.78um），47.29%10、请列出三种对太阳辐射有吸收衰减作用的大气成分。

水汽氧气二氧化碳臭氧一氧化碳甲烷11、简述硅光电池的基本结构和工作原理1)基本结构：PN结构成，基底上以磷或硼作为受光面，分别在基底和光敏面上制作出输出电极，光敏面上镀上二氧化硅保护膜即形成硅光电池。

2)工作原理：光照射PN结时，耗尽层内产生光生载流子，在内建电场的作用下，电子移向P区，空穴移向N区，即产生电动势。

13、简述结型光电器件为何要加反向偏置电压。

反向偏置电压与PN结的内建电场方向一致，增加PN结的势垒高度，使内部的电子和空穴更容易发生漂移运动，提高了频率特性。

14、简述光敏电阻的工作原理，与结型光电器件的主要区别是什么?1)工作原理：无光照时，其电阻很大，电路电流很小，受光照时，光照产生的载流子迅速增加，阻值迅速减小。

在内电场作用下光生载流子沿一定方向运动即形成电流。

2)区别：光敏电阻靠光生电导作用工作，而结型光电原件靠光生伏特效应15、为什么光敏电阻多采用N型半导体？电极间距，受光面大小有何影响？因为N型半导体中的电子的迁移率比P型的空穴迁移率大，与电极间距成反比，与受光面的平方成正比16、什么是雪崩倍增效应？简述工作原理和特性1)雪崩倍增效应：在二极管上加高反向电压，结区产生强电场，光生载流子受到电场加速而活的能量，与晶格原子相撞可使其电离产生新的电子-空穴对。

反复此过程使PN结内电流剧烈增加2)工作原理：光生载流子受强电场加速产生雪崩效以获得电流增益3)主要特征：灵敏度高，响应速度快，噪声等效功率小，反偏电压高17、光电二极管色敏器件（即双结二极管）的结构特征和工作原理，与紫外光电二极管有何相似？1)结构特征：同一个硅板上做出深浅不同的两个PN结，深结对应长波长，浅结对应短波长2)工作原理：根据人眼视觉三色原理，不同结深对不同波长的响应不同3)两个都有浅结，使光生载流子在符合前能被利用18、光电管和光电倍增管的工作原理和基本功能1)光电管：真空型，在阴极阳极之间加电场，光入射到阴极发射出光电子，在被电场加速后阳极接收而形成光电流；充气型，阴极阳极之间加电场，光入射到阴极发射出电子并与气体分子碰撞使其电离被阴阳级收集形成光电陆2)倍增管：阴阳极之间加电场，光入射到阴极发射出电子，被电场加速后汇聚到第一倍增极D1，再被D1与D2之间的电场加速汇聚到D2，直到汇聚到Dn后被阳极接收而产生光电流19、光电倍增管和微通道板光电倍增管结构上的主要区别？1)光电倍增管：光窗、光电阴极和阳极2)微通道板光电倍增管：入射窗口、光电阴极、光学倍增系统和阳极20、光电倍增管的主要噪声有哪些?散粒噪声，热噪声，闪烁噪声21、除光电变换之外有放大作用的光电探测器有哪些？其中结型器件有哪些？1)光电三极管光电倍增管雪崩二极管2)光电三极管雪崩22、什么是热释电效应？简述热释电探测器工作原理及使用注意事项。

1)热释电效应：温度变化引起热释电晶体正负电荷中心发生位移，自发极化强度和面束缚电荷发生变化，两个端面之间出现电压变化2)工作原理：其自发极化强度随温度变化而变化导致面束缚电荷发生变化，温度达到一定值时自发极化变为0，释放一部分电荷3)注意事项：只能测调制辐射不能测恒定辐射23、红外探测器为什么峰值波长越长其工作温度越低？其禁带宽度很窄，高温时有很大的热噪声，使光子与热效应引起的响应无法分辨24、简述像管、摄像管的工作原理和功能1)像管：由光电阴极的光电效应将照射的光转换成电子图像，在经过电子透镜的电场加速，由增强后的电子图像激发荧光屏而产生可见图像摄像管：光电阴极将可见图像转换成对应电荷图像，经电场加速撞击靶产生更多电荷并积累存储电子图像，最后由电子束扫描获取视屏信号2)功能：像管——图像的光电变换摄像管——图像的光电变换，光电信息积累、存储及扫描输出25、什么是光电阴极？负电子亲和势光电阴极材料有什么特点？1)能产生光电发射效应的物体被称为光电发射体，其在光电器件中常用作阴极故称光电阴极2)特点：量子效率高、光谱响应率均匀范围大、热电子发射小、光电子能量集中26、简述CCD的工作原理，二相、三相驱动CCD结构上有什么区别？1)原理：输入部分——将信号电荷引入CCD的第一转移栅下信号转移部分——根据电荷向最小势能方向移动的原理来转移电荷，利用MOS电容器来有规律的控制电极电压，可控制电极下势阱深度，进而控制电荷移动方向。

2)区别：二相CCD的一位里有二个电容器，其阵列电容分为为二组。

三相CCD的一位里有三个电容，阵列分为三组。

27、什么是SCCD？什么是BCCD？为什么说BCCD能提高电荷转移效率？1)SCCD：电荷存储在半导体与绝缘体之间，并沿界面传输的表面沟道器件2)BCCD：电荷存储离半导体有一定具体的体内并沿一定方向传输的体内沟道电荷耦合器件3)BCCD的转移沟道在体内，避免了表面态的影响，而体内密度比表面密度低得多，因而转移率大28、简述SSPD的工作过程。

为什么要以电荷存储方式工作？1)工作过程：给数字移位寄存器加上时钟信号，用一个周期性的起始脉冲S引导每次扫描的开始，移位寄存器就产生依次延迟一拍的采样扫描信号e1~en，使多路开关VT1~VTn依次按顺序闭合、断开，从而把1-N位光电二极管的信号输出。

2)因为电荷存储工作方式下的输出信号比连续工作下的信号大得多29、简述红外分析仪工作原理，工作过程及各部分作用1)工作原理：利用物质在红外波段的吸收特性进行分析2)工作过程：待测气体经采气装置，使之分别通过标准气室和测量气室，用干涉滤光片滤光，分别发出两束红外辐射，红外探测器交替接收两道红外辐射后，发出一个交变电信号，经过电子系统处理，则可以根据输出信号判定待测气体中的某种气体浓度。

30、红外测温仪的工作原理1)原理：利用物体发出的红外波长进行测温2)组成：传感器、测量电路31、什么是热电效应？基于热电效应的探测器有哪些？两种金属接成回路，两个接点处温度不同，回路中会产生电流热电偶型红外探测器热电偶热电堆32、简述热释探测器的基本原理。

同2233、偏振态调制型光纤传感器是怎样测定电流的？根据法拉第旋光效应，由电流所形成的磁场会引起光纤中线偏振光的偏转，通过检测偏转角的大小，就可得到相应的电流值34、太赫兹波是什么？具有哪些特性？为什么对人体是安全的？1)太赫兹波：震荡频率在电磁波普中位于微波段和红外波段之间的电磁波2)特性：透视性、安全性、光谱分辨35、光电导天线发射电磁波的工作原理，与光整流发射有何不同？其发射能量分别从何而来？1)工作原理：光照产生电子-空穴对，被电场加速，载流子以偶极辐射方式发射THz波，光脉冲每照射芯片一次，GaAs光电导偶极天线便辐射出1个脉冲THz电磁波2)区别：光整流为光电效应的逆过程，是二阶非线性过程，入射光为脉冲，利用广场与具有二阶非线性的晶体相互作用产生交变电，从而发射电磁波。