光电检测技术复习一(光电技术基础)
光电检测技术基础
光电检测技术基础
3、杂质半导体 在本征半导体中掺入一定数量的杂质就会使半导 体的导电性能发生显著的变化，使它具有制造晶体 管时所需要的特性，并且因掺入杂质元素的不同， 可形成电子型半导体(N型半导体)和空穴型半导体 (P型半导体)两大类（均成电中性）。
① P型半导体 如果在纯净的硅(或锗)中掺入少量的三价元素硼(或 铝等)，就能得P型半导体，当硼(B)原子占据硅原子的 位置并和四个相邻的硅原子共价结合时，由于硼只有三 个价电子，要从附近硅原子中拿一个价电子来填补，这 祥就在这个砖原子中产生了一个空穴，掺入的每一个硼 原子都产生一个空穴，所以掺杂的半导体中空穴的数目 就大大增加．由于这些杂质原子必须接受一个电子才能 与相邻的四个原子组成共价键，所以三价元素的硼叫做 受主杂质，接受一个电子的杂质原子叫做受主离子。这 种半导体主要是靠空穴导电的，所以也叫空穴型半导体。
光电检测技术基础
共价键中的价电子因受热作用而成为自由电子 的过程称为本征激发或热激发。价电子冲破束缚成 为自由电子后，在其原来的位置上留下了一个空位， 我们称它为空穴．空穴是带正电荷的，可以自由移 动。电子、空穴成对产生。
光电检测技术基础
本征激发使半导体内不断产生电子和空穴，同 时它们又不断地进行着复合。产生和复合这对矛盾 的对立统一，使半导体在一定温度下达到载流子数 目的动态平衡。从而维持了一定数量的自由电子和 空穴这种状态称为热平衡。 必须指出，常温下本征半导体中的电子、空穴 是很少的，因而本征半导体的导电能力是很差的， 所以它不能直接用来制造晶体管。
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如：0.35 m 0.8 m
紫外区 近红外区
光电检测技术基础
二、光辐射的度量（辐射度参数与光度参数） 为了定量分析光与物质相互作用所产生的光电效应， 分析光电敏感器件的光电特性，以及用光电敏感器件进 行光谱、光度的度量计算，常需要对光辐射给出相应的 计量参数和量纲。光辐射的度量方法有两种： 物理（或客观）的计量方法，称为辐射度学计量方 法或辐射度参数，它适用于整个电磁辐射谱区，对辐射 量进行物理的计量； 生理（或主观）的计量方法，以人眼所能见到的光 对大脑的刺激程度来对光进行计量的方法，称为光度参 数。只适用于可见光谱区域，是对光强度的主观评价。
光电测试技术复习资料
PPT 中简答题汇总1. 价带、导带、禁带的定义及它们之间的关系。
施主能级和受主能级的定义及符号。
答：施主能级：易释放电子的原子称为施主，施主束缚电子的能量状态。
受主能级：容易获取电子的原子称为受主，受主获取电子的能量状态。
2. 半导体对光的吸收主要表现为什么？它产生的条件及其定义。
半导体对光的吸收主要表现为本征吸收。
半导体吸收光子的能量使价带中的电子激发到导带，在价带中留下空穴，产生等量的 电子与空穴，这种吸收过程叫本征吸收。
产生本征吸收的条件：入射光子的能量（ h V 要大于等于材料的禁带宽度 曰3. 扩散长度的定义。
扩散系数和迁移率的爱因斯坦关系式。
多子和少子在扩散和漂移中的 作用。
扩散长度：表示非平衡载流子复合前在半导体中扩散的平均深度。
扩散系数D （表示扩散的难易）与迁移率 卩（表示迁移的快慢）的爱因斯坦关系式:D=（kT/q ）卩 kT/q 为比例系数 漂移主要是多子的贡献，扩散主要是少子的贡献。
4. 叙述 p-n 结光伏效应原理。
当 P-N 结受光照时，多子（ P 区的空穴， N 区的电子）被势垒挡住而不能过结，只有少子（ P 区的电子和 N 区的空穴和结区的电子空穴对）在内建电场作用下漂移过结,这导致在 N 区有光生电子积累，在 P 区有光生空穴积累，产生一个与内建电场方向相反的光生电 场，其方向由P 区指向 N 区。
5. 热释电效应应怎样解释？热释电探测器为什么只能探测调制辐射？ 在某些绝缘物质中，由于温度的变化引起极化状态改变的现象称为热释电效应。
因为在恒定光辐射作用下探测器的输出信号电压为零，既热释电探测器对未经调制的 光辐射不会有响应。
6. 简述红外变象管和象增强器的基本工作原理。
红外变象管： 红外光通过光电导技术成象到光电导靶面上，形成电势分布图象，利用调制 的电子流使荧光面发光。
象增强器： 光电阴极发射的电子图像经电子透镜聚焦在微通道板上，电子图像倍增后在均 匀电场作用下投射到荧光屏上。
光电检测技术基础
电 磁光 波学1区 0 nm 1mm 可 紫见 外1光 4区 0n0nm 区 0m480n00nm 0m
红外8区 0n0m1mm
长波(微 区波)区 1mm
太赫兹波是指频率在到10THz范围的电磁波，波长大概在到3mm
范围，介于微波与红外之间. THz, 一百万兆Hz
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二、 电磁波谱与光谱：
2. 1900年,普朗克（Max.Planck)提出了辐射的量子论。 3. 1905年，爱因斯坦（Albert.Einstein)将量子论用于光电效
应之中，提出光子理论。光与物质作用时表现出粒子性。 表现为光的发射、吸收、色散、散射
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二、 电磁波谱与光谱：
电磁波谱及光谱图
射 线(粒 区子)区 1 0n m
第一章光电检测技术基础
光电检测技术
第一章 光电检测技术基础 第二章 光电检测器件 第三章 热电检测器件
第四章 发光与耦合器件 第五章 光电成像器件
第六章 显示器件 第七章 光电检测器件的电路设计
第一章 光电检测技术基础
本章着重介绍三个主要内容： 一、辐射量和光度量的定义及它们之间的换算关系； 二、半导体光电器件的物理基础，如能带理论、PN结理论； 三、光电效应, 如半导体光电导效应和光电发射等。
在第一个方程中，项麦克斯韦称 为位移电流 ，这是他在理论上的一个重大发现，也是他建立 麦克斯韦方程组的关键。
麦克斯韦方程组表明: 空间某处只要有变化的磁场就能激发出涡旋电场 ，而变化的电场又能激发涡旋磁场。交变的电场 和磁场互相激发就形成了连续不断的电磁振荡,即 电磁波。
麦克斯韦方程还说明:电磁波的速度只随介质 的电和磁的性质而变化，这个速度可表示为：
这些是以后各章所述具体光电器件的理论基础，对于正确理解和 掌握各种光电器件的原理、性能和用法是十分重要的。
光电检测考试复习题1
1、光源选择的基本要求有哪些?答：①源发光的光谱特性必须满足检测系统的要求。
按检测的任务不同，要求的光谱范围也有所不同，如可见光区、紫外光区、红外光区等等。
有时要求连续光谱，有时又要求特定的光谱段。
系统对光谱范围的要求都应在选择光源时加以满足。
②光对光源发光强度的要求。
为确保光电测试系统的正常工作，对系统采用的光源的发光强度应有一定的要求。
光源强度过低，系统获得信号过小，以至无法正常测试，光源强度过高，又会导致系统工作的非线性，有时还可能损坏系统、待测物或光电探测器，同时还会导致不必要的能源消耗而造成浪费。
因此在设计时，必须对探测器所需获得的最大、最小光适量进行正确估计，并按估计来选择光源。
③对光源稳定性的要求。
不同的光电测试系统对光源的稳定性有着不同的要求。
通常依不同的测试量来确定。
稳定光源发光的方法很多，一般要求时，可采用稳压电源供电。
当要求较高时，可采用稳流电源供电。
所用的光源应该预先进行月化处理。
当有更高要求时，可对发出光进行采样，然后再反馈控制光源的输出。
④对光源其他方面的要求。
光电测试中光源除以上几条基本要求外；还有一些具体的要求。
如灯丝的结构和形状；发光面积的大小和构成；灯泡玻壳的形状和均匀性；光源发光效率和空间分布等等，这些方面都应该根据测试系统的要求给以满足2、光电倍增管的供电电路分为负高压供电与正高压供电，试说明这两种供电电路的特点，举例说明它们分别适用于哪种情况?答：采用阳极接地，负高压供电。
这样阳极输出不需要隔直电容，可以直流输出，一般阳极分布参数也较小。
可是在这种情况下，必须保证作为光屏蔽和电磁屏蔽的金属筒距离管壳至少要有10～20mm，否则由于屏蔽筒的影响，可能相当大地增加阳极暗电流和噪声。
如果靠近管壳处再加一个屏蔽罩，并将它连接到阴极电位上，则要注意安全。
采用正高压电源就失去了采用负高压电源的优点，这时在阳极上需接上耐高压、噪声小的隔直电容，因此只能得到交变信号输出。
《光电检测技术》考试复习重点
《光电检测》复习精华第一章 光辐射物理基础1、基本光辐射度量单位：J （辐射能）、W （辐射功率）基本光度量单位：lm （光通量）、cd （发光强度）、lx （光照度）2、朗伯余弦定律：辐射源单位面积向某方向单位立体角发射（或反射）的辐射功率，与该方向及表面法线的余弦成正比。
3、基尔霍夫定律：在任一给定温度的热平衡条件下，任何物体的辐出度与其吸收比的比值等于辐射源在它上面的辐照度，该比值与物体的温度和物体被照射的辐射波长有关，与物体本身的性质无关，是物体波长和温度的普适函数。
4、斯忒蕃-玻尔兹曼定律：M b =σT 4.维恩位移定律：λm T=b=2897.8μm ·K5、腔形黑体源一般有三种基本腔形：锥形腔、柱形腔和球形腔。
6、探测目标或识别对象的辐射称为目标辐射，探测目标或识别对象以外的辐射称为背景辐射。
7、受激辐射过程：处于高能态的原子由于受外界光子激发向低能态跃迁而发射光子的过程，称为受激辐射过程。
8、【简答】激光形成过程：①受激吸收；②形成粒子数反转；③受激辐射；④光学谐振腔对受激光辐射的加强作用。
9、激光辐射的四个特点：高方向性、高亮度和高功率辐射密度、高单色性、高相干性。
10、按激光工作物质分：有固体激光器、气体激光器、液体激光器和半导体激光器。
11、光辐射在媒质内传输中，会因插入媒质的表面辐射、内部吸收和散射等过程而衰减。
12、【简答】空间滤波的原理：P40。
13、调制盘按照扫描方式分类，可分为旋转式、圆锥扫描式和圆周平移式三类。
14、【计算】P5215、【简答】吸收比和吸收系数定义有什么差别？P52（P23）。
吸收比：被媒质内部吸收的功率与入射辐射功率的比值。
吸收系数：媒质吸收引起辐射功率减少的相对值dP/P ，与辐射在媒质内传播的距离成正比，即x PP d d α=−，在这里α称为材料的吸收系数。
第二章 光辐射探测器1、依光辐射与物质相互作用原理的不同可把光辐射探测器分为光子探测器和热探测器两大类。
光电检测技术复习总结
3. 极微弱光信号的探测---光子计数的原理 如图所示：
如上图为光子计数器的原理图，当光子入射到光电探测器上时，倍增管的光阴极释放的电子在 管内电场作用下运动至阳极， 在阳极的负载电阻上出现光电子脉冲， 然后经处理把光信号从噪 声中以数字化的方式提取出来。 弱辐射信号是时间上离散的光子流， 因而检测器输出的是自然 离散化的电信号，采用脉冲放大、脉冲甄别和计数技术可以有效提高弱光探测的灵敏度。
2) 光敏电阻的分类：本征光敏电阻和掺杂光敏电阻； N 型半导体的光敏特性 较好，所以一般使用较多的就是 N 型半导体光敏电阻； 3. 光敏电阻应用电路---用光敏电阻设计一个光控电路组成分析： 如图所示就是一个光控开关的控制电路应用； 在图中， 是从 220V 高压接过来的电路， 所以电路可以分为两个部分， 第一部分： 电阻 R、 二极管 VD、 电容 C 组成的半波整流滤波电路；还有第二部分就是 光敏电阻、继电器 J、开关 组成的控制部分； ② 电路功能分析： 光照弱阻值大继电器 J 无法启动灯路电阻小，电流走灯路 灯亮了； 光照强阻值小电流都流过来了继电器 J 启动工作开关常闭了灯灭了 4. 习题： 4.1 光敏电阻有哪些优点：可靠性好 、体积小、灵敏度高、反应速度快、光谱特 性好 4.4 光敏电阻 R 与 Rl=2KΩ 的负载电阻串联后接于 Ub=12V 的直流电源上，无光 照时负载上的输出电压为 U1=20mv，有光照时负载上的输出电压 U2=2v， 求 （1）光敏电阻的暗电阻和亮电阻值； （2）若光敏电阻的光电导灵敏度 Sg=6*10^-6 s/lx，求光敏电阻所受的照度。 解:
n0
在如图所示的光纤传输示意图中，一束光 以 θ0 入射到端面，折射成θ1， 之后在纤 芯内以ψ1 的角度产生全反射，并且以相同的角度反复全反射向前传输，直至从光纤的 另一端射出，这就是光纤的传光原理； 图中的虚线表示入射角θ0 过大而不能产生全反射， 直接溢出了， 这叫光纤的漏光；
光电检测技术复习提纲
《光电检测技术》复习提纲1、光敏电阻和光敏二极管的基本概念，基本应用和两者的区别（测脉搏的电路）；光敏电阻，又称光敏电阻器或光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。
这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。
这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。
光敏二极管，又叫光电二极管是一种能够将光根据使用方式，转换成电流或者电压信号的光探测器。
管芯常使用一个具有光敏特征的PN结，对光的变化非常敏感，具有单向导电性，而且光强不同的时候会改变电学特性，因此，可以利用光照强弱来改变电路中的电流。
一.功能不同：光敏二极管，是利用半导体材料的光特性实现二极管的开关功能。
光敏电阻，是利用半导体材料和其他材料的光特性实现可变电阻的功能。
二.材料不同：虽然有些时候两者用同样的材料如硅，砷化镓，但是光敏电阻的材料范围比光敏电阻的更广。
三.功能的不同决定了主要参数不同：光敏二极管,最高工作电压,暗电流，光电流，光电灵敏度、响应时间、结电容和正向压降等。
光敏电阻，标称电阻值、使用环境温度（最高工作温度）、测量功率、额定功率、标称电压（最大工作电压）、工作电流、温度系数、材料常数、时间常数等。
四.功能的不同决定了结构不同：光敏二极管，两个电极间要求能够形成一个PN 结，而且为了加大导通电流，把一个电极的面积设计的很大，另一个相对很小。
光敏电阻，只需要两个电极就行了。
测量信号的特征:人体信息本身具有不稳定性、非线性和概率特性。
脉搏波的频率属于低频，且信息微弱，噪声强，因而信噪比低。
脉搏波频率范围是0.1~60Hz，主要频率分量一般在20Hz内。
人体手指末端含有丰富的小动脉，它们和其它部位的动脉一样,含有丰富的信息。
测量原理:随着心脏的跳动手指尖的微血管发生相应的脉搏的容积变化，光发射电路发出的特定波长的光透过手指到光电器件，此过程被检测生理量(人体的脉搏)转换成光信号，通过光电器件转换为电信号，送入前级放大电路将信号适当放大，经过滤波电路除去其中的噪声得到需要频率范围内的信号，再将脉搏信号进行放大和后级的处理，通过示波器显示出来，进一步进行观测。
ch2光电检测技术基础
----面元dS在θ方向dΩ体积 角内的的辐通量dΦe 除立体 角的大小dΩ 和此面元在观 测方向上的表观面积 cosθ(dS)。
L d2v dScosd
L d2e e dScosd
dA d
dScos d N
dS
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4、光出射度 M
单位：lm/m2
---- 光源单位时间由单位表 面积辐射出的光量（包括所 有方向） ，或者说单位辐射 面发出的光通量。
余弦定律
I I0cos
I0
θI
△S
LScdodsSIcosL I0cos I0
I I0cos
Scos S
常数
30
可证： M d L
dS
根据亮度 L d2
的定义
dScosd
d2 Ld cS o ds
d d d A
d dS
d
dA r2
rd rsind sindd
r2
d2 Ld co S ssid n d d Ld2c So ssin d2d
钠 (1s2 2s2 2p6 3s1 ) 晶 体 能 带
1s
的能带
绝缘体能带
图1.1.1-3导体内的能带
外加电场时，非满带形成电流；而严格满带不产生电流。
半导体在有限温度时，理论的严格满带会变得不满。
导 带(空) 价 带(满)
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二、能带理论
3. 半导体的导电机制
•导带中的电子
导 带
禁带
电流：电场作用电子的定向运动
一、光的基本性质
光的微粒流学说
牛顿，17世纪:反射、折射
光的波动学说:电磁波
惠更斯，杨氏，麦克斯韦（1860）：干涉、衍射、偏振
光电检测技术复习
第四章 光电导器件
• 工作原理 • 主要特性参数 • 偏置电路和噪声 • 特点与应用
工作原理
• 基于内光电效应（光电导效应） • 暗电流、亮电流、光电流及三者的关系
IP
U L
A
U L
q( nn
p p
)A
qUN L2
(
n
p
)
主要特性参数
• 光电灵敏度 g p Sg E
• 用负载电阻实现电流电压转换
• 用运算放大器实现电流电压转换
光电倍增管的应用
– 负电子亲合势及其特点
光电管与光电倍增管
• 光电管
– 玻壳、光电阴极和阳极组成，真空型和充气型
• 光电倍增管
– 基于外光电效应和二次电子发射效应 – 结构上与光电管的区别：电子光学系统和倍增
级
光电倍增管
• 工作原理 • 典型参数
阴极K
D2
D4
D1
D3
D5
U1 U2 U3
U4 U5
U6
A阳极 μA
I p I0 (e kT 1)
硅光电池
• 特性参数
– 光照特性——开路时、短路时、有限负载时
线性区
IL
Uoc1 Uoc2 Uoc3 Uoc4
Isc1 Isc2
Isc3
E1
U
E2
E3 E4
RL2
Isc4
RL1
硅光电二极管和三极管
• 一般在反向偏压下工作
I
E=0
U
E1
E2 光导工作区
qU
IL I p I0( e kT 1) IP I0 IP SEE
《光电检测技术基础》课件
信息量大
光电检测技术受到环境因素的影响较大，如温度、湿度、光照等，可能导致测量误差。
对环境条件敏感
光电检测设备通常较为昂贵，对于一些小型企业和实验室而言，购置和维护成本较高。
设备成本高
光电检测技术需要专业的知识和技能，操作和维护需要专业人员，限制了其在某些领域的应用。
专业性强
由于获取的信息量大，对数据的解读和分析需要较高的专业水平，增加了使用难度。
光纤传感技术是一种利用光纤作为敏感元件进行测量的技术，具有抗电磁干扰、耐腐蚀、可远程测量等特点。它主要用于测量温度、压力、位移等参数，在石油化工、航空航天、交通运输等领域有广泛应用。
光电检测技术的优缺点分析
05
光电检测技术利用光子与物质的相互作用，能够实现高精度的测量，尤其在光谱分析、激光雷达等领域具有显著优势。
数据解读难度大
通过改进设备结构和材料，降低环境因素对检测结果的影响，提高检测的稳定性和可靠性。
提高稳定性与可靠性
加强光电检测技术与其它相关领域的交叉融合，如物理学、化学、生物学等，拓展其在前沿科学研究中的应用。
多学科交叉融合
通过技术优化和规模化生产，降低光电检测设备的成本，促进其在更广泛领域的推广应用。
光电式传感器的应用非常广泛，例如在自动控制系统中用于检测光束的通断，在测量领域用于检测物体的位置和尺寸，在环保领域用于检测烟尘、水质等。
光电式传感器通常由光电器件、测量电路和机械装置组成，其中光电器件是核心部分，其性能直接影响传感器的测量精度和稳定性。
红外检测技术是一种利用红外辐射进行检测的技术，具有非接触、高精度、高灵敏度等特点。它主要用于测量温度、气体浓度、湿度等参数，在工业生产和科学研究等领域有广泛应用。
显示系统
复习总结
解：S v甲 KW = Se
色温2856K标准钨 W =17.1 lm/W 色温 标准钨K 标准钨 S v甲 = Se /KW =5/17.1= 0.29 A/lm 而乙厂光电器件的光照灵敏度是 S v乙 = 0.4A/lm 则：S v乙 > S v甲
8
2012-3-8
1.11某半导体光电器件的长波限为 某半导体光电器件的长波限为13µm，求其杂质 ， 某半导体光电器件的长波限为 电离能∆Ei。 电离能 。 1.19光电发射材料 2CsSb的光电发射长波限为 光电发射材料K 光电发射材料 的光电发射长波限为 680nm,求该光电发射材料的光电发射阈值。 求该光电发射材料的光电发射阈值。 求该光电发射材料的光电发射阈值 1.20已知某种光电器件的本征吸收长波限为 已知某种光电器件的本征吸收长波限为1.4µｍ， 已知某种光电器件的本征吸收长波限为 ｍ， 计算该材料的禁带宽度。 计算该材料的禁带宽度。
hc 1239 (nm) 解题思路： 解题思路：λL = = Eth Eth
Eth = EA
N型半导体
Eth = Eg + EA
P型半导体
1.11 ∆Ei=Eth=1.24/13=0.095ev 1.19 Eth=1239/680=1.82ev 1.20 Eg=1.239/λL=1.239/1.4=0.886ev
2 .5设某光敏电阻在 设某光敏电阻在100lx的光照下的阻值为 的光照下的阻值为2KΩ，且已 设某光敏电阻在 的光照下的阻值为 ， 知它在90~120lx范围内的 范围内的γ=0.9。试求该光敏电阻在 知它在 范围内的 。 110lx光照下的阻值？ 光照下的阻值？ 光照下的阻值
解：
g =SgEγ
2012-3-8 12
光电检测技术总复习
第五部分 典型应用 （2学时）
1.光电测绘技术（1学时）
①光电准直（0.5学时） ②光电测距 ③光电测角（0.5学时） ④光电自动测图
第45页/共47页
2.微弱信号检测技术（1学时）
① 锁相放大器*（利用相敏检波器） ② 取样积分器（BOXCAR平均器） ③ 光子计数系统
束缚面电荷密度＝自发极化强度 温度低时，自发极化强度大； 温度高时，自发极化强度变小，相当于释放电荷
第34页/共47页
当温度高于某一特定值时，自发极化强度变为 零。此温度称为居里温度。
（二）工作条件
热释电器件工作在交流信号下，或外界环境如 光照不稳定且外界的调制频率
f>1/τ τ为晶体内部自由电荷起中和作用的时间
第38页/共47页
第三部分 检测电路与微机接口 （14学时）
1. 光电信号检测电路设计（重点）
① 缓变光信号检测电路设计 （4学时）
② 交变光信号检测电路设计 （4学时）
③ 光信号检测电路的噪声设计 （2学时）
④ 光信号的放大电路
（2学Байду номын сангаас）
第39页/共47页
第一节 缓变光信号检测电路设计
方法：静态计算
第1页/共47页
第一部分 光电检测技术基础
（2 学时）
概述： （ 0.5学时） 一、 辐射度量与光度量（ 0.3 学时）
二、 半导体物理基础 （1 学时）
三、光电效应
（ 0.2 学时）
第2页/共47页
一、 辐射度量与光度量
（一）光辐射度量 辐射是一种能的形式。它有电磁本质， 又具有量子性质。辐射能及其引起的特性 以能量或有效的物理量来测量。
IK=SK·ΦK （2）爱因斯坦定律（光电发射第二定律）
光电检测技术复习(汇总)
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我的老师说过：光电技术人员应具备不怕黑、不怕冷、不怕密闭的专业素质.
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基本特性 光敏电阻的基本特性参数包括光电特性、 伏安特性、 温度特性、 时间响应、 光谱响应等。 1) 光电特性--电导随光照量变化越大的光敏电阻就越灵敏 定义光敏电阻 γ 值时必须说明其照度范围，否则 γ 值没有实际意义。 光敏电阻的 γ 值反映了在照度范围变化不大或照度 的绝对值较大甚至光敏电阻接近饱和情况下的阻值 与照度的关系。 2) 温度特性 光敏电阻为多数载流子导电的光电器件，具有复杂 的温度特性。 降低或控制光敏电阻的工作温度是提高光敏电阻工作 稳定性的有效方法。这对长波长红外辐射的探测极为 重要。 温度升高导致： 载流子的定向移动性变差，大量的光生载流子热运 动剧烈发生复合。 半导体、光生伏特效应也是此温度特性。 3) 时间响应（惯性，与入射辐射信号的强弱有关）
3
6) 光电二极管与电子二极管的区别？ 光电二极管 流动 电子流向 流动少子，电流弱 加反向偏压， 增大内建电场 电子二极管 流动多子，电流强 加正向偏压，抵消内建电场
问题六 常见器件名称英文缩写全称 PMT： Photo-multiple tube 光电倍增管 APD： Avalanche Photo Diode 雪崩光电二极管 PSD： Position Sensing Detector 光电位置敏感器件 CCD： Charge-coupled Device 电荷耦合元件 CMOS：Complementary Metal Oxide Semiconductor 互补金属氧化物(PMOS 管和 NMOS 管)共同构成的互补型 MOS 集成电路制造工艺
2
增大线宽，而不是长度
4. 光生伏特效应（重点） 1) 光生伏特效应是什么？ 基于半导体 PN 结基础上的一种将光 能转换成电能的效应。当入射辐射作 用在半导体 PN 结上产生本征吸收时， 价带中的光生空穴与导带中的光生电 子在 PN 结内建电场的作用下分开， 并分别向如图 1-11 所示的方向运动， 形成光生伏特电压或光生电流的现象。 2) PN 结形成过程中载流子的流动？ i. P 区空穴为多子，电子为少子，空穴浓度高，N 区相反，在浓度 梯度的牵引下，P 区空穴向 N 区移动，N 区电子向 P 区移动，扩 散过程中伴随着复合； ii. 形成内建电场，方向 N->P，内建电场阻碍扩散运动的进一步进 行，将空穴导向 P 区，电子导向 N 区； iii. 内建电场力 = 扩散力，二者达到动态平衡，中间区域形成少数 载流子移动的区域， 称为耗散区， 为光生载流子的捕捉和探测提 供场所。
光电检测与技术知识点总结
光电检测与技术知识点总结
光电检测是通过光电传感器将光信号转化为电信号进行检测和测量的技术。
1. 光电传感器的分类：
- 光电开关：通过光电传感器的发射器和接收器之间的光束被遮挡或被恢复来触发开关动作。
- 光电传感器：通过光电传感器接收到的光信号的变化来检测目标物体的位置、颜色、形状等信息。
- 光电编码器：通过光电传感器接收到的光信号的脉冲数来测量目标物体的位置、速度等。
2. 光电传感器的原理：
- 光电开关：通过发射器发出的光束被目标物体遮挡或恢复，经过接收器接收后产生电信号，通过比较电信号的强弱来触发开关动作。
- 光电传感器：通过接收器接收到的光信号的强度、频率、相位等来检测目标物体的位置、颜色、形状等信息。
- 光电编码器：通过接收器接收到的光信号的脉冲数来测量目标物体的位置、速度等。
3. 光电传感器的应用领域：
- 工业自动化：用于物体检测、测量、计数等。
- 机器人技术：用于机器人的位置感知、障碍物检测等。
- 电子设备：用于手机、相机等设备的亮度感应、手势识别等。
- 安防监控：用于人体检测、入侵报警等。
4. 光电传感器的特点：
- 非接触式检测：光电传感器不需要与目标物体直接接触，可以在一定距离上进行检测。
- 高精度：光电传感器可以实现微小物体的检测和测量。
- 快速响应：光电传感器的响应时间通常在毫秒级别，适用于高速检测。
- 高稳定性：光电传感器的输出信号稳定，不受环境干扰影响。
以上是光电检测与技术的一些基础知识点总结，希望对您有帮助。
第2章-光电检测技术基础
问题：如何度量光的特性呢？
请看演示
第2章 光电检测技术基础
问题：如何度量光的特性呢？
某液晶显示器的参数： 对比度：350:1 亮度：250cd/m2 ? 响应时间 1ms 分辨率 1024*768 可视角度 -170°- 170° 40瓦的白炽灯泡的光通量为340流明（lm） ? 40瓦的日光灯的光通量为1100流明（lm） ? Lm是什么意思，白炽灯与日光灯为什么不一样？
第2章 光电检测技术基础
各种环境照度值：单位lux ? • 黑夜：0.001—0.02；月夜：0.02—0.3；阴天室 内：5—50；阴天室外：50—500；晴天室内： 100—1000；阅读书刊时所需的照度：50—60； 家用摄像机标准照度：1400。 上述参数代表什么意思？
第2章 光电检测技术基础
立体角 （steradian）
2
定义为：以锥体的基点为球心作一球表面，锥体在球表面上所截取部分 的表面积dS和球半径r平方之比 。
d dS r
2
r sin d d r
2
sin d d
式中，为天顶角；为方位角；d d分别为其增量。立体角的单位 是球面度(sr)
14
第2章 光电检测技术基础
辐亮度 (L)：定义为光源在垂直其辐射传输方向上 单位表面积单位立体角内发出的辐射通量，即
d dA cos dA cos 辐亮度在光辐射的传输和测量中具有重要的作 用，是光源微面元在垂直传输方向辐强度特性的描 述
L
d
2
dI
与dA法线的 夹角
辐射亮度与辐射强度有何区别？ 前者描述面光源，后者描述点光源。 例如对白炽灯，我们只关注作为点光 源的辐射强度，对于天空辐射特性， 希望知道各个部分的辐射特性，因此 用辐亮度。
光电检测复习
光电检测复习第一章1、什么是光电检测：采用不同的手段和方法获取信息，运用光电技术的方法来检验和处理信息，从而实现各种几何量和物理量的测量，称为光电检测。
2、构成：辐射源，光学系统，光电系统，电子学系统，计算机系统第二章1、什么是光电效应？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外光电效应（光电子发射效应）被光激发产生的电子逸出物质表面，形成真空中的电子的现象内光电效应被光激发所产生的载流子（自由电子或空穴）仍在物质内部运动，使物质的电导率发生变化或产生光生电动势的现象内光电效应有：光电导效应、光生伏特效应等2、什么是光电导效应？光电导效应：因光照使半导材料中导带内的电子和价带内空穴浓度增加（即电子—空穴对增加），从而使电导率变大光生伏特效应：光伏现象——半导体材料的“结”效应。
PN 结的形成：扩散（多子）与漂移（少子）相平衡光电池、光电二极管、光电晶体管、光电场效应管、PIN 管、雪崩光电二极管、阵列式光电器件、象限式光电器件、位置敏感探测器（PSD ）、电荷耦合器、光电耦合器件等3、由于载流子迁移率的差别产生受照面与遮蔽面之间的伏特现象称为丹倍效应。
半导体部分遮蔽、部分光照，载流子向遮蔽区扩散；电子迁移率大于空穴迁移率，遮蔽区积累电子+光照区积累空穴；形成光生伏特现象。
4、磁光效应：丹倍效应+载流子的洛伦兹偏转5、半导体对光的吸收半导体吸收光子的能量使价带中的电子激发到导带，在价带中留下空穴，产生等量的电子与空穴，这种吸收过程叫本征吸收。
非本征吸收包括杂质吸收、自由载流子吸收、激子吸收和晶格吸收等。
杂质吸收：杂质能级上的电子（或空穴）吸收光子能量从杂质能级跃迁到导带（空穴跃迁到价带），这种吸收称为杂质吸收。
杂质吸收的波长阈值多在红外区或远红外区。
自由载流子吸收：导带内的电子或价带内的空穴也能吸收光子能量，使它在本能带内由低能级迁移到高能级，这种吸收称为自由载流子吸收，表现为红外吸收。
光电技术期末复习总结
光电技术期末复习总结光电技术期末复习内容第1章光电技术基础1.光的量子性成功的解释了光与物质作用时所引起的光电效应，而光电效应又充分证明了光电量子性。
2.光辐射仅仅是电磁波谱中的一小部分，它包括的波长区域从几纳米到几毫米，即910-m量级。
只有波长为0.38~0.78μm的光才能引起人眼的视感觉，故称为这部分10-~3光为可见光。
3.光辐射的度量（光度参数，辐射度参数）4.热辐射：物体靠加热保持一定温度使内能不变而持续辐射的辐射形式，称为物体热辐射或温度辐射。
凡能发射连续光谱，且辐射是温度的函数体的物体，叫做热辐射体。
（热辐射光谱是连续光谱）5.发光：物体不是靠加热保持温度使辐射维持下去，而是靠外部能量激发的辐射，称为发光。
发光光谱是非连续光谱，且不是温度的函数。
（发光光谱是非连续光谱）6.能够完全吸收从任何角度入射的任意波长的辐射，并且在每一个方向上都能最大限度地发射任意波长辐射能的物体，称为黑体。
7.黑体的吸收系数为1，发射系数也为1。
8.锥状细胞的这种视觉功能称为白昼视觉或明视觉。
9.柱状细胞的这种视觉功能称为夜间视觉或暗视觉。
10.什么是内光电效应和外光电效应?答：被光激发所产生的载流子（自由电子或空穴）仍在物质内部运动，使物质的电导率发生变化或产生光生伏特的现象，称为内光电效应。
而被光激发产生的电子逸出物质表面，形成真空中的电子的现象，称为外光电效应。
11.光电导效应分为哪两类？说明什么是本证光电导效应？答：光电导效应可以分为本证光电导效应和杂质光电导效应两种。
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，产生本证吸收，导带中产生光生自由电子，价带中产生光生自由空穴。
光生电子与空穴使半导体的电导率发生变化。
这种在光的作用下由本证吸收引起的半导体电导率发生变化的现象，称为本证光电导效应。
第2章光电导器件1.光敏电阻在被强辐射照射后，其阻值恢复到长期处于黑暗状态的暗电阻R D所需要的时间将是相当长的。
光电检测与技术知识点总结
光电检测与技术知识点总结一、光电检测基础知识1. 光电效应：光子射入物质时，将能量传递给物质，或者将物质中的粒子激发出来。
前者称为光吸收，后者称为光发射。
2. 光电效应分类：外光电效应、内光电效应和光热效应。
3. 光电效应的应用：光电管、光电倍增管、光电摄像管等。
二、光电检测技术基础1. 光电检测器的分类：根据工作原理，可分为外光电效应检测器、内光电效应检测器和光热效应检测器。
2. 光电检测器的工作特性：光谱响应、频率响应、线性范围、探测率和噪声等。
3. 常用光电检测器：光电二极管、光电晶体管、光电池、光电倍增管等。
三、光电检测系统1. 光电检测系统的基本组成：光源、被测物、光电检测器、信号处理电路和显示设备。
2. 光电检测系统的应用：测量长度、测量角度、测量速度、测量温度等。
3. 光电检测系统的误差来源：光源的不稳定性、光学系统的误差、探测器噪声和信号处理电路的误差等。
四、常用光电检测技术1. 红外线检测技术：利用红外线的热效应，可以测量物体的温度和辐射功率。
红外线传感器有热敏电阻、热电偶等。
2. 激光雷达技术：利用激光的反射和散射，可以测量物体的距离和形状。
常用的激光雷达有脉冲式和连续波式两种。
3. 光纤传感器技术：利用光纤的传光特性，可以测量物体的位移、压力和温度等物理量。
光纤传感器有折射率型、光强调制型和光相位调制型等。
4. 图像传感器技术：利用图像传感器将光学图像转换为电信号，可以测量物体的尺寸和形状。
常用的图像传感器有CCD和CMOS两种。
5. 色彩传感器技术：利用色彩传感器测量物体的颜色和色差，可以应用于颜色识别和颜色检测等方面。
常用的色彩传感器有RGB和CMYK两种。
光电检测技术复习知识点
光电检测技术复习题库
1、光电倍增管的增益？
2、滤波器的频带宽度？
3、相敏检波器的作用？
4、光敏二极管正常工作时需要加什么样的偏压？
5、四项交流信号？
6、光电耦合器件、光电倍增管等器件的缩写符号？
7、绝对黑体？
8、外光电效应中，发射出的光电子最大动能与光强是否有关，为什么？
9、什么是正向偏置电路？什么是反向偏置电路？什么是零伏偏置电路？
10、在外观检测中光源一般有哪几种？对光源的要求是什么？
11、视频信号处理方法？
12、正温度系数？负温度系数？哪些材料是正温度系数？哪些是负温度系数？
13、什么是临界角？
14、光纤中光传播的原理？
15、发光二极管的发光区？
16、什么是光电效应？光电效应的分类？
17、光电导效应？光生伏特效应？掌握光电器件属于那种效应。
18、CCD的工作原理及基本功能？
19、MOS结构表面势与哪些因素有关？是什么样的关系？
20、光纤的数值孔径？
21光电倍增管的结构及原理
22硅光电池的工作原理
23什么叫此病信号
24光电倍增管的构成与工作原理。
25视频信号二值化处理电路主要有几种方法？哪种更精确一些？
26什么是莫尔条纹？用光栅产生的莫尔条纹进行位移测量有哪些特点？
27激光是如何产生的。
产生激光的三个必要条件是什么？
28 在对背景信号空间滤波时，常利用调制盘进行滤波，当调制盘安装在接收机内时，设目
说明怎样才能滤去背景噪声？
29扫描式取样积分器的特点。
+课后习题。
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1
hv Eg
L
hc 1.24 Eg Eg
2) 杂质吸收- P 型/N 型半导体中的施主原子/受主原子吸收足够的光子能量跃入导带/价 带，产生电离，成为自由电子/空穴的过程称为杂质吸收。 由于 Eg>Δ ED 或Δ EA ，因此，杂质吸收的长波长总要长于本征吸收的长波 长。杂质吸收会改变半导体的导电特性，也会引起光电效应。
我的老师说过：光电技术人员应具备不怕黑、不怕冷、不怕密闭的专业素质.
问题六 常见器件名称英文缩写全称 PMT： Photo-multiple tube 光电倍增管 APD： Avalanche Photo Diode 雪崩光电二极管 PSD： Position Sensing Detector 光电位置敏感器件 CCD： Charge-coupled Device 电荷耦合元件 CMOS：Complementary Metal Oxide Semiconductor 互补金属氧化物(PMOS 管和 NMOS 管)共同构成的互补型 MOS 集成电路制造工艺 LED： Light-Emitting Diode 发光二极管 LASER： Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation 光受激发辐 射（激光）
我的老师说过：光电技术人员应具备不怕黑、不怕冷、不怕密闭的专业素质.
第一章 光电技术基础 问题一 光子与电子的区别与联系（见下图）
问题二 p = hν / c , E = hν 问题三 可见光 只有波长为 380nm - 780nm 的光才能引起人眼视觉感，故称之为可见光。 问题四 半导体对光的吸收 1 在紫外情况下很容易产生光电效应，而在红外时结果相反。 dΦ Φdx Φ Φ0ex 中 α 为吸收系数，x 为传播长度，光子的能量不够、吸收 2 2 4π 系数小， ，α 与 λ 成反比，α 对愈短波长的光吸收愈强，比如说：任何材料 c 在紫外波段吸收系数均很大， 材料强吸收； 光子在红外、 远红外很难被光电效应检测到， 一般在红外区域选用具有光热效应的探测器件，如光电偶进行探测。 3 半导体对光的吸收可以分为本征吸收、杂质吸收、晶格吸收等，只有本征吸收和杂 质吸收能够直接产生非平衡载流子， 引起光电效应。 其他吸收都不同程度地把辐射能转 换为热能，使器件温度升高，使热激发载流子运动的速度加快，而不会改变半导体的导 电特性。 1) 本征吸收--（见下图） 半导体价带电子吸收光子能量跃迁进入导带，产生电子-空穴对的现象称 为本征吸收。 只有波长短于入射辐射的才能使器件产生本征吸收，改变本征半导体的导 电特性。 半导体是本征体，本征半导体经 N/P 型掺杂后还能进行本征吸收。 真正的本征半导体是无掺杂的绝缘体，既可以发生本征吸收，也可以发生 杂质吸收。
3
基于内光电效应的一种现象， 基于半导体对应的杂质吸收和本征吸收 非特定位置 光生载流子+自身载流子 多子参与，输出电流大 扩散时间为主，慢 基于 PN 结，耗散区产生 光生载流子 少子参与，输出电流小 （内建电场） 漂移时间为主， 快
6) 光电二极管与电子二极管的区别？ 光电二极管 流动 电子流向 流动少子，电流弱 加反向偏压， 增大内建电场 电子二极管 流动多子，电流强 加正向偏压，抵消内建电场
L
1.24 ED
L
1.24 EA
我的老师说过：光电技术人员应具备不怕黑、不怕冷、不怕密闭的专业素质.
问题五 光电效应—光电类探测基于光电效应 光与物质作用产生的光电效应分为内光电效应与外光电效应两类。 内光电效应是被 光激发所产生的载流子（自由电子或空穴）仍在物质内部运动，使物质的电导率发生变 化或产生光生伏特的现象。 而被光激发产生的电子逸出物质表面， 形成真空中的电子的 现象称为外光电效应。 1. 光电效应产生条件： hν ≥ Eg, ED, EA 2. 光电效应具体表现：光电导、光生伏特、丹培、光磁电、光子牵引效应（其中 光生伏特发生在本征半导体，光生载流子导电，少数载流子参与） 3. 本征光电导效应--在光的作用下由本征吸收引起的半导体电导率的变化现象。 1) 半导体材料的光电导灵敏度 在弱辐射作用下为与材料性质有关的常数，正比于 IΦ,与光电导材料 2 两电极间的长度 l 成反比； 在强辐射作用下不仅与材料的性质有关而且与入射辐射量有关,正比 3/2 于 IΦ1/2，与光电导材料两电极间的长度 l 成反比。 为什么将光敏电阻制造为蛇形/梳状？ 原因： 为了提高光敏电阻的光电导灵敏度 Sg ，要尽可能地缩短光敏电 阻两极间的距离 l。--设计光敏电阻的基本原则 可以增大受光面积，从而提高探测效率。
4
我的老师说过：光电技术人员应具备不怕黑、不怕冷、不怕密闭的专业素质.
行，将空穴导向 P 区，电子导向 N 区； iii. 内建电场力 = 扩散力，二者达到动态平衡，中间区域形成少数 载流子移动的区域， 称为耗散区， 为光生载流子的捕捉和探测提 供场所。 3) 耗散区具备哪些特征（意义）？如何扩大？ i. 特征： 提供了一个空背景用于光生载流子的监测： 耗散区内自身载 流子很少，当光生载流子产生后，易于被捕获和识别； 光生载流子产生后， 在内建电场的作用下快速移动， 形成光 生电流，响应速度最快，为漂移时间，提高了灵敏度； 减少了扩散时间，提高结电电容。 ii. 扩大：耗散区越大越精密 加反向偏压； 产生雪崩效应； 硬件方面：加一层本征层，构成 PIN 型二极管。 （I 层没有 PN 结，本身不是光生伏特器件，但在光作用下可产 生本征吸收，产生光生载流子；同时自身载流子很少，符合耗 散区的要求。 ） 不能太厚，否则导电性不强； 但厚度增加，可以提高响应速度。 4) 为什么光生伏特效应发生在 PN 结中？ i. 背景纯净，可精确探测； ii. 与半导体技术结合在一起处理方便， 与电子技术结合好， 实现了 光电技术的最佳结合； iii. 耗散区有内建电场， 而其他位置载流子移动主要靠梯度扩散， 可 以在耗散区外加双倍电场， 使电子受强电场驱动， 提高响应速度， 符合信息处理的要求。 5) 光电导与光生伏特的异同点？ 光电导 相同点 发生位置 载流子种类 载流子电流 响应时间 光生伏特
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增大线宽，而不是长度
4. 光生伏特效应（重点） 1) 光生伏特效应是什么？ 基于半导体 PN 结基础上的一种将光 能转换成电能的效应。当入射辐射作 用在半导体 PN 结上产生本征吸收时， 价带中的光生空穴与导带中的光生电 子在 PN 结ห้องสมุดไป่ตู้建电场的作用下分开， 并分别向如图 1-11 所示的方向运动， 形成光生伏特电压或光生电流的现象。 2) PN 结形成过程中载流子的流动？ i. P 区空穴为多子，电子为少子，空穴浓度高，N 区相反，在浓度 梯度的牵引下，P 区空穴向 N 区移动，N 区电子向 P 区移动，扩 散过程中伴随着复合； ii. 形成内建电场，方向 N->P，内建电场阻碍扩散运动的进一步进