扬州大学物理学院光电检测复习..

第二章辐射度量和光度量的根本区别光度量是人眼对相应的辐射度量的视觉强度值。

辐射度量并没有考虑人眼的作用。

什么是辐射通量与光通量?辐射通量：在单位时间内通过某一定面积的辐射能称为通过该面积的辐射通量。

而光源在单位时间内辐射的总能量称为光源的辐射通量。

辐射通量也可称为辐射功率（P ）或辐射能流 dt d e φφ=e 单位为瓦光通量：光辐射通量对人眼所引起的视觉强度值。

若在波长λλλd +到间隔内光源的辐射通量为λφd e ，则光通量表示式λλφλλφφλλd v d v e m e m ⎰⎰==780380,,)(k )(k Km 辐射度量与光度量之间的比例系数。

V(λ)为人眼的光谱光视效率。

什么是辐照度与辐射出射度? 辐照度：单位面积内所接受的辐射通量。

表示式为dA d e e φ=E 单位为瓦/米²辐射出射度：辐射体在单位面积内所辐射的通量或功率称为辐射出射度或称为辐射发射度（辐射本领）。

用来度量物体辐射能力的物理量，表示式dA d e e φ=M 单位为瓦/米²什么是人眼光谱光视效能？光辐射对人眼锥状细胞或杆状细胞的刺激程度，是从生理上评价所有的辐射度量与λ,X e 所有的光度参量，',,,X λλv v X 的关系。

λλλ,,)(e m v X V K X =则)()(λλV K K m =称为明视觉光谱光视效能。

什么是费米能级？ F E 等于把一个任意能量的电子加入系统后引起的系统自由能的改变。

费米能级就是一个热力学系统的化学势。

对于半导体而言，在一个简并系统中（如电子），粒子服从费米分布或者波尔兹曼分布，并占据各个量子态E （能级）；这个能量为E 的能级被电子所占有的几率)(E f 是根据费米—狄拉克的统计理论得到的，称为费米—狄拉克分布函数，即kT E E F e E f -+=11)(我们把量子态被占据几率为1/2的能级F E 称为费米能级。

高于费米能级的量子态被占据的概率为很小，能量低于费米能级的量子态被占据的概率为较大。

半导体和金属的接触将会出现何种情况？当两者相互接触时，电子就会从一个物体流向另一个而使两者都带电，并在界面上形成一个电偶层。

I 金属内含有大量的可移动电子，因此可以把偶极层电荷看成表面电荷。

但半导体内载流子数目有限，偶极层电荷必然分布在一个相当深的范围内，即形成一个有一定厚度的空间电荷区。

这个区域习惯被称作没有载流子的耗尽层。

由于半导体边界上存在有空间电荷区，因而在能带图中表现为这一层里的能带弯曲。

与金属接触并恢复平衡后，金属和半导体这一系统有一个费米能级。

在理想情况下，边界上金属的费米能级与半导体带底之间的距离不因接触而发生变化，这个距离称为金属-半导体逸出功，此值由接触材料性质决定。

此外，离边界相当远处，半导体中的能带与费米能级之间的能级差n V q 与接触前值一样。

这些条件决定了金属与半导体接触后会出现一个高为Vs 的势垒，这样的势垒称为肖特基势垒，能引起肖特基势垒的接触称为阻挡接触。

光电导的弛豫时间与光强有何关系？为什么？光照射到样品后，光电导逐渐增加，最后达到定态，光照停止时，光电导在一段时间内逐渐消失，这种弛豫现象表现了光电导对光强反应的快慢。

在直线型光电导的弛豫中，光电流都按指数规律上升和下降，在t=τ时，光电流上升到饱和值的（1-1/e ），上升和下降对称的。

t=τ是光电流的弛豫时间。

直线性光电导的弛豫时间与光强无关。

在非线性光电导下，比较复杂，用21I 1）（b n αβ表示弛豫时间，光照开始后，经过这段时间光电导增加到定态值的tanhl=0.76.而光照停止后，经过这段时间内减少到定态值的一半。

抛物线形光电导的弛豫时间与光强有关。

光强愈高，弛豫时间愈短。

8什么是光电磁效应？有何特点？如果将均匀半导体放在与光传播方向相垂直的磁场中，当半导体受到光照射产生丹倍效应时，则将有洛伦兹力作用于扩散的电子和空穴，使他们向垂直于扩散方向的不同方向偏转。

这种用外加磁场使得光生电子和空穴分开的光生伏特效应就是光电磁效应。

与其他光伏探测器相比，在相当大的范围内，开路电压与光强度成正比。

光电磁效应无电子逸出半导体表面。

第三章1，什么是响应度？响应度（灵敏度）是光电检测器件输出信号与输入辐射功率之间关系的度量。

负电子亲和势光阴极的能带理论结构如何？它们具有哪些特点？如果给半导体的表面作特殊处理，使表面区域能带弯曲，让真空能级降到导带之下，从而使有效地电子亲和势为负值。

特点：A 、高吸收，低反射性质B 、高量子效率，%60%50)(max --=λη，长波限可达9%C 、“冷”电子发射光谱能量分布比较集中，接近高斯分布D 、光谱响应率均匀，即光谱响应曲线比较平坦E 、光谱响应延伸到红外，可达1um 以上F 、热电子发射小，一般只有216/10cm A -G、暗电流小，从室温冷却到-20℃，暗电流下降3个数量级H、在课间、红外区能获得高响应度，紫外区不突出I、工艺复杂，售价昂贵光电倍增管的噪声一般有几种？为什么主要考虑散粒噪声？散粒噪声和负载电阻的热噪声。

因为当选用PMT的热噪声远小于器件固有的散粒噪声时，只要保证负载电阻Ω>>05.0LR，显然，一般负载都比0.05大好多倍，所以主要考虑散粒噪声。

光电倍增管的馈电方法有哪几种？各有何优缺点？阳极接地的负高压接法：阳极信号输出方便，可以直流输出。

但由于阴极屏蔽困难。

阳极输出暗电流和噪声较大阴极接地的正高压接法：这时阳极信号输出必须通过耐压高、噪声小的隔直流电容器，因此只能得到交变信号输出。

但可得到较低的暗电流噪声。

微通道板光电倍增管比一般光电倍增管的优越性有哪些？为什么？这种光电倍增管的尺寸大为缩小，不仅电子渡越时间很短，阳极电流的上升时间几乎将低了一个数量级，且有可能响应更窄的脉冲或更高的频率辐射，因而能够代替一般光电倍增管用于高性能的场合。

光敏电阻易受哪几种噪声的影响？光敏电阻主要表现为什么噪声？热噪声、产生——复合噪声、低频噪声光敏电阻：1/f 噪声7、为什么叫光电池？为什么常用硅光电池和硒光电池光电池是根据光生伏特效应制作的将光能转化成电能的一种最简单的光伏型器件硒光电池因光谱特性与人眼视觉相近，频谱较宽。

硅光电池是目前转化效率最高的。

提高光敏二极管的反向偏压有何好处？是否可无限的提高？为什么？大反偏压的施加，增加了耗尽层的宽度和结电场，在耗尽层中产生的电子-空穴对由于复合较少，在结区强电场的作用下，不必经过复合的扩散过程，就可对电流做出贡献，这显然可以提高光敏二极管的灵敏度。

但是，为了提高灵敏度及响应时间，却不能无限的增大反向电压，因为他还受到PN结表面漏电及反向击穿电压等因素的限制。

9光敏二极管的频率特性主要由什么因素决定？如何提高频率响应？主要由载流子的渡越时间和RC时间常数决定用较短的波长，提高渡越时间减少时间常数RC合理地结面积尽可能大的耗尽层厚度适当加大使用电压减小结结构所造成的分布电容试说出PIN管，雪崩二极管的工作原理和各自特点，为什么PIN管的频率特性比普通光电二极管好？PIN 管原理：在高掺杂P型和N型半导体之间生长一层具有一定厚度（近似于反偏压下的耗尽层厚度）的本征半导体或低掺杂半导体材料（称为I层），使PIN管具有优于耗尽层光敏二极管的高速响应特性。

特点：响应时间很短，在910-S左右；频带很宽，可达10GHz；输出电流小，只有零点几uA至数uA雪崩二极管原理：雪崩光电二极管是利用PN 结在高反向电压下产生的雪崩效应来工作的一种二极管。

特点：它通常工作在很高的反偏电压状态，自身有电流增益，具有响应度高，响应速度快的特点。

噪声大是这种管子目前的一个主要缺点。

原因：由于I 层（高阻）的存在，使击穿电压不再受到基体材料的限制，从而可以选择低电阻的基体材料，减少了串联电阻；使扩散区不会到达基体，从而减少了或者根本不存在少数载流子通过扩散区的扩散时间，提高了响应速度；反偏下，耗尽层较无I 层时要大的多，从而使结电容下降到零点几PF 。

由RC f /1/1==τ，频率响应大幅提高。

与光敏二极管相比，光敏三极管的温度特性如何？为什么？电流的放大系数β随温度的升高而变大。

因此光敏三极管光电流随温度的上升较光敏二极管快，这样在小信号时，由于温度的增加使反向电流ceo I 急剧上升，导致探测性能的极大下降，甚至使得探测器完全失效。

为什么越远离PSD 几何中心位置的光点，其位置检测的误差越大？若以PSD 器件的几何中心O 为原点，光斑中心距原点O 的距离为A x ，则L I I I I x L x L I I L x L I I A A A 21210201,2,2+-=-=+=A 点越是远离几何中心O 点，)(21I I 或便会越小，电流的测量的误差便会增大，导致位置检测的误差越大。

说明光电位器的结构和原理？有何应用？光电位器是利用光敏电阻的制造工艺而制成的一种非机械接触电位器，其结构和等效电路如图所示。

窄光束是光电位器的移动臂。

当窄光束照射光电导时，金属膜电阻、光电导体和电极三者组成桥路。

受到光照部分呈低阻，未受光照部分呈高阻，因此，在金属膜电阻两端加上电压后，随着光束的移动，在外接负载电阻上将会得到可变的电压输出。

第四章热电堆有什么好处？为什么？答：减小了热电偶的响应时间，提高了灵敏度或响应率热电堆由两个或多个热电偶串接组成，各热电偶输出的热电势是互相叠加的。

在相同的温差时，热电堆的开路输出电压Upo 是所有串联热电偶的温差电动势之和；在相同的电信号检测条件下，热电堆能检测到的最小温差是单个热电偶的1/n ，热电堆对温度的分辨能力增强，灵敏度提高，即nS S t =。

热电堆的响应时间常数th th th R C ∝τ要想使热电堆高速化和提高灵敏度两者并存，就要在不改变电阻的情况下改变电容，就要减小热电堆的多晶硅间隔，减小构成膜片材料的厚度来减小热容量即可。

什么是热阻和冷阻？两者之差大好还是小好？为什么？答：热敏电阻在某个温度下的电阻值T R 常称为冷阻；吸收单位功率所引起的温升F R 就称作热阻。

Φ∆=αTR F越大越好，热阻和冷阻相差越大，在接受相同的辐射的情况下，阻值的该变量越大，灵敏度便越高。

怎样理解热释电效应？为什么说热释电探测器只能探测通过调制的光辐射？答：当红外辐射照射到已经极化了的铁电薄片上时，引起薄片温度的升高，因而表面电荷减少，这就相当于“释放”了一部分电荷。

释放的电荷可用放大器转变成输出电压，这就是所谓的热释电效应。

如果红外辐射继续照射，使铁电薄片的温度升高到新的平衡值，表面也就达到了新的平衡浓度。

不再释放电荷，也就不再有输出信号，所以要对光辐射进行调制，使其源源不断地产生输出信号。