南京理工大学-光电检测技术总结汇编

习题01一、填空题1、通常把对应于真空中波长在（0.38m μ）到（0.78m μ ）范围内的电磁辐射称为光辐射。

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）。

4、光量Q ：⎰dt φ，s lm ∙。

5、光通量φ：光辐射通量对人眼所引起的视觉强度值，单位：流明lm 。

6、发光强度I ：光源在给定方向上单位立体角内所发出的光通量，称为光源在该方向上的发光强度，ωφd d /，单位：坎德拉)/(sr lm cd 。

7、光出射度M ：光源表面单位面积向半球面空间内发出的光通量，称为光源在该点的光出射度，dA d /φ,单位：2/m lm 。

8、光照度E ：被照明物体单位面积上的入射光通量，dA d /φ，单位：勒克斯lx 。

9、光亮度L ：光源表面一点的面元dA 在给定方向上的发光强度dI 与该面元在垂直于给定方向的平面上的正投影面积之比，称为光源在该方向上的亮度，)cos /(θ∙dA dI ，单位：2/m cd。

10、对于理想的散射面，有Ee= Me 。

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e φ：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、辐射强度e I ：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)。

4、辐射出射度e M ：辐射体在单位面积内所辐射的通量，单位为2/m W。

5、辐射照度e E ：单位面积内所接收到的辐射通量，单位为2/m W 。

6、辐射亮度e L ：由辐射表面给定方向发射的辐射强度，除于该面元在垂直于给定方向的平面上的正投影面积。

单位为)/(2sr m W ∙。

7、光谱响应度：探测器在波长为λ的单色光照射下，输出电压或电流与入射的单色光功率之比。

8、朗伯定律：发光体在各方向上的辐射亮度一致，有θcos o e I I =。

9、光学多普勒效应：运动物体能改变入射于其上的光波频率。

10、黑体：是一个理想的余弦辐射体，其亮度与方向无关。

11、积分响应度：光电探测器输出的电流或电压与入射总通量之比。

12、光的发生一般有两种方式，温度辐射和发光。

三、简答题1、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通量，而后者则为描述扩展辐射源向外发射的辐射通量。

2、何为余弦辐射体？余弦辐射体的主要特征是什么？答：假设辐射亮度e L 不随方向而发生变化，且θcos ∝eI ，有θcos o e I I =，满足该条件的光源为余弦辐射体。

其辐射出射度e M 在数值上是亮度e L 的π倍。

3、什么是光电阴极材料的负电子亲和势,为什么具有负电子亲和势的光电阴极材料有较高的量子效率且光谱范围能向红外区扩展？电子亲和势：导带底上的电子向真空逸出时所需的最低能量，数值上等于真空能级（真空中静止电子能量）与导带能级c E 之差。

负电子亲和势：真空能级降到导带之下，从而使有效的电子亲和势为负。

因为光吸收系数大；光电子在体内传输过程中受到的能量损失小，使其逸出；表面热垒低，使表面逸出几率大。

因为没有表面势垒的阻挡，所以都能有效地逸出表面，因而使得光谱范围向红外区扩展。

四、计算及证明题证明点光源的辐射照度与距离平方成反比定律，两个相距10倍的相同探测器上的照度相差多少倍？ 222.4444I Id d I I R E E dA R dA R R ϕπϕϕϕπππ=∴=== 设点光源的辐射强度为在理想情况下，点光源的总辐射通量为＝又半径为的球面上的辐射照度为＝()121212212222212221010010010L L I I I I I L L E E E E E R L L L L ==∴====∴= 设第一个探测器到点光源的距离为，第二个探测器到点光源的距离为 又 又由于 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）。

5、光电探测器的主要作用是光信号转换成电信号。

6、本征吸收的条件：光子能量必须大于半导体的禁带宽度g E ，g E h >ν,()m E E h c gg μλ24.10=⋅=。

7、光电检测的核心为光电传感器。

8、可用作干涉光源的有He-Ne 激光和钠光。

9、作为一个完整的检测系统应包括信息的获得、变换、处理和显示几个部分，因此，光电检测系统由光电检测器件、输入电路、前置放大器等三部分组成。

10、检测以光信息的变换为基础，它有两种基本工作原理，将光信号转换成电信号，将电信号转换成所需检测物体的信息参数。

11、良好的光电发射材料，光吸收系数要大，有一定的电导率，溢出深度要小，材料的溢出功要小。

二、概念题1、禁带、导带、价带：禁带：晶体中允许被电子占据的能带称为允许带，允许带之间的范围是不允许电子占据的，此范围称为禁带。

导带：价带以上能量最低的允许带。

价带：与价电子能级相对应的能带称为价带。

价带不一定是满带。

2、热平衡状态：在一定温度下，激发和复合两种过程形成平衡，称为热平衡状态，此时载流子浓度为某一稳定值。

3、强光注入、弱光注入：强光注入：光生载流子浓度n ∆远大于热激发电子浓度i n ，光生空穴浓度p ∆远大于热激发空穴浓度i p 。

弱光注入：光生载流子浓度n ∆远小于热激发电子浓度i n ，光生空穴浓度p ∆远小于热激发空穴浓度i p 。

4、非平衡载流子寿命τ：非平衡载流子从产生到复合之前的平均存在时间。

三、简答题1、掺杂对半导体导电性能的影响是什么？答：半导体中不同的掺杂或缺陷都能在禁带中产生附加的能级，价带中的电子若先跃迁到这些能级上然后再跃迁到导带中去，要比电子直接从价带跃迁到导带容易得多。

因此虽然只有少量杂质，却会明显地改变导带中的电子和价带中的空穴数目，从而显著地影响半导体的电导率。

2、为什么空穴的迁移率比电子的迁移率小？答：迁移率与载流子的有效质量和平均自由时间有关。

由于空穴的有效质量比电子的有效质量大，所以空穴的迁移率比电子的迁移率小。

四、计算题1、 本征半导体材料Ge 在297K 下其禁带宽度E g =0.67(eV)，现将其掺入杂质Hg ，锗掺入汞后其成为电离能E i =0.09(eV)的非本征半导体。

试计算本征半导体Ge 和非本征半导体锗汞所制成的光电导探测器的截止波长。

解：()()()()()()m m m E m m m E i g μμμλμμμλ778.1309.024.124.1851.167.024.124.10201======2、某种光电材料的逸出功为1eV ，试计算该材料的红限波长。

（普朗克常数h ＝6.626×10-34(J.s)，光速C ＝2.998×108(m/s)，电子电量e ＝1.6×10-19库仑） 解：()()()m m m ch c μμμϕϕνλ24.1124.124.10000===== 习题03一、概念题1、光电效应：当光照射到物体上使物体发射电子、或电导率发生变化，或产生光生电动势等，这种因光照而引起物体电学特性的改变统称为光电效应。

2、光电发射第一定律：也称斯托列托夫定律。

当入射光的频谱成分不变时，光电阴极的饱和光电发射电流I K 与被阴极所吸收的光通量φK 成正比。

3、光电发射第二定律：也称爱因斯坦定律。

发射出光电子的最大动能随入射光频率的增高而线性增大，而与入射光的光强无关。

4、光电效应分为内光电效应和光电发射效应。

5、内光电效应分为光电导效应和光生伏特效应。

光电导效应为光敏电阻；光生伏特效应为光电二极管、光电三极管和光电池。

6、光电导效应：探测微弱信号，光谱响应范围宽。

7、光生伏特效应：暗电流小，噪声低，响应速度快，光电特性呈线性，受温度影响小。

8、光电发射效应为光电倍增管（PMT ）。

9、用光电法测量某高速转轴（15000r/min ）的转速时，最好选用PMT 。

10、若要检测脉宽为710-s 的光脉冲，应选用PIN 型光电二极管、光敏电阻。

11、光敏电阻的光电导灵敏度和时间特性与温度和照度有关。

12、光生伏特效应的主要特点：1光照在不均匀半导体或半导体和金属结合的接触面时，会在接触面的两侧产生电位差；2只有本征吸收所激发的光生载流子才能引起光伏效应，而非本征吸收所激发的不可以。

13、丹培效应：由于载流子迁移率的差别产生受照面与遮光面之间的伏特现象。

14、光磁电效应：当半导体受光照射产生丹培效应时，由于电子和空穴在磁场中的运动会受到洛伦兹力的作用，使它们的运动轨迹发生偏转，空穴向半导体的上方偏转，电子偏向下方。

结果在垂直于光照方向与磁场方向的半导体上、下表面上产生伏特电压，称为光磁电场。

15、光子牵引效应：当光子与半导体中的自由载流子作用时，光子把动量传递给自由载流子，自由载流子将顺着光线的传播方向做相对于晶格的运动。

在开路的情况下，半导体将产生电场，它阻止载流子的运动。

二、简答题1、外光电效应和内光电效应的区别是什么？答：外光电效应是物质受到光照后向外发射电子的现象，而内光电效应是物质在受到光照后产生的光电子只在物质内部运动而不会逸出物质外部。

2、光电导效应：分为本征光电导效应与杂质光电导效应。

本征半导体或杂质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，价带中产生光生空穴。

光生电子与空穴使半导体的电导率发生变化。

3、雪崩二极管的工作原理。

雪崩光电二极管为具有内增益的一种光生伏特器件。

它利用光生载流子在强电场内的定向运动产生雪崩效应，以获得光电流的增益。

在雪崩过程中，光生载流子在强电场的作用下进行高速定向运动，具有很高动能的光生电子或空穴与晶格原子碰撞，使晶格原子电离产生二次电子-空穴对；二次电子-空穴对在电场作用下获得足够的动能，又使晶格原子电离产生电子-空穴对，此过程像“雪崩”似的继续下去。