光电检测技术知识点总结
光电检测知识点总结
光电检测知识点总结辐射度学单位是纯粹物理量的单位，例如，熟悉的物理学单位焦⽿和⽡特就是辐射能和辐射功率的单位，光度学所讨论的内容仅是可见光波的传播和量度，因此光度学的单位必须考虑⼈眼的响应，包含了⽣理因素。
例如，光度学中光点源：照度与距离之间的平⽅反⽐定律扩展源：朗伯源的辐出度与辐亮度间的关系漫反射⾯：漫反射体的视亮度与照度间的关系定向辐射体的曲线彼此不相交；某⼀波长上，温度越⾼，光谱辐出度越⼤；随温度升⾼，曲线峰值对应的波长向短波⽅向移动；波长⼩于λm的部分能量约占25%，波长⼤于λm的能量约占75%；(Wien…s Displacement Law )将普朗克公式对波长λ求微分后令其等于0，则可以得到峰值光谱辐出度所对应的波长λm与绝对温度T的关系。
维恩位移定律(Wien's Displacement Law )当⿊体温度升⾼时，辐射曲线的峰值波长向短波长⽅向移动。
⽅向⽽有不同。
（光谱发射率、半球发射率、⽅向发射率…）发射率不随波长变化且⼩于1的物体称灰体；发射率随波0.48um，太阳地球平均距离1.495x108km，太阳，如果将太阳与地球均近似看出⿊体，求太阳的地球的表⾯温度。
晶体中的电⼦只能处于能带的能级上，且每⼀个能带中都有与原⼦总数相适应的能级数。
价带：绝对零度时，价带为价电⼦占满。
⽽导带中没有电⼦。
4*5*1022/cm3从整体看，热平衡下，电⼦按能量⼤⼩具有⼀定统计分布规Ef，费⽶能级，与温度、半导体材料的导电类型、杂质含量等有关系。
E 的量⼦态的⼏率由指数因⼦所决定?玻⽿兹曼统计和 Boltzmann 统计的主要差别，前者受到Pauli exclusion principle 限制，但在E -Ef >>kT 条件下，泡利原理失去作⽤，两者同⼀；Ef 位于禁带内，且其与导带底或价带顶的距离远⼤于kT ，故导带中的电⼦分布可以⽤电⼦的Boltzmann 分布函数描写；即导带中⼤多数电⼦分布在导带底附近；情况下，导带没有电⼦，价带也没有空⽳，因此不能导电。
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；
光电检测知识点..
第一章名称解释1.光通量2坎德拉3.照度4半导体中的非平衡载流子5绝对黑体6基尔霍夫定律7热噪声8产生-复合噪声91／f噪声知识要点半导体材料的光吸收效应(1)本征吸收(2)杂质吸收2.非平衡载流子浓度载流子复合过程一般有直接复合和间接复合两种。
物体的光谱发射率总等于其光谱吸收比。
也就是强吸收体必然是强发射体。
维恩位移定律指出：当绝对黑体的温度增高时，单色辐出度的最大值向短波方向移动。
光电子发射过程可以归纳为以下三个步骤：(1)物体吸收光子后体内的电子被激发到高能态；(2)被激发电子向表面运动，在运动过程中因碰撞而损失部分能量；(3)克服表面势垒逸出金属表面。
一般光电检测系统的噪声包括三种：(1) 光子噪声包括：信号辐射产生的噪声和背景辐射产生的噪声。
(2)探测器噪声包括：热噪声、散粒噪声、产生-复合噪声、1／f噪声和温度噪声。
(3)信号放大及处理电路噪声在半导体器件中1／f噪声与器件表面状态有关。
多数器件的1/f 噪声在300Hz 以上时已衰减到很低水平，所以频率再高时可忽略不计。
在频率很低时；l／f 噪声起主导作用；当频率达到中间频率范围时，产生-复合噪声比较显著；当频率较高时，只有白噪声占主导地位，其它噪声影响很小了光电探测器的合理选择(1)根据待测光信号的大小，确定探测器能输出多大的电信号，即探测器的动态范围。
(2)探测器的光谱响应范围是否同待测光信号的相对光谱功率分布一致。
即探测器和光源的光谱匹配。
(3)对某种探测器，它能探测的极限功率或最小分辨率是多少—需要知道探测器的等效噪声功率；需要知道所产生电信号的信噪比。
(4)当测量调制或脉冲光信号时，要考虑探测器的响应时间或频率响应范围。
(5)当测量的光信号幅值变化时，探测器输出的信号的线性程度。
第二章名称解释光源的发光效率色温色表显色性相关色温分布温度知识要点选择光源时，应综合考虑光源的强度、稳定性、光谱特性等性能根据斯奇芬-玻尔兹曼定律知，物体只要其温度大于绝对零度，都会向外界辐射能量，其辐射特性与温度的四次方有关气体放电光源具有下述特点；1.发光效率高。
光电检测技术总结
●辐射度量与光度量的区别：辐射度量与光度量。
辐射度量是物理（或客观）的计量方法，它适用于整个电磁辐射谱区，对辐射量进行物理的计量；光度量是生理（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，只适用于可见光谱区域，是对光强度的主观评价。
●凡高于绝对零度的物体都要进行热辐射。
●半导体特性：⑴半导体的电阻温度系数一般是负的，它对温度的变化非常敏感。
⑵半导体的导电性能可能受极微量杂质的影响而发生十分显著的变化。
⑶半导体的导电能力及性质会受热、光、电、磁等外界作用的影响而发生非常重要的变化。
●P、N型半导体特点：在N型半导体中，电子为多数载流子；在P型半导体中，空穴为多数载流子●扩散：载流子因浓度不均匀，无规则热运动而发生的从浓度高的点向浓度低的点运动。
漂移：载流子在外电场的作用下，电子向正电极方向运动，空穴向负电极方向运动称为漂移。
●当光照射到物体上使物体发射电子、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的改变统称为光电效应。
可归纳为两大类⑴物体受光照后向外发射电子的现象称为外光电效应⑵物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部运动，而不会逸出物体外部的现象称为内光电效应●光电导效应是指半导体受光照射后，其内部产生光生载流子，使半导体中载流子数显著增加而电阻减小的现象●光生伏特效应是光照使不均匀半导体或均匀半导体中光生电子和空穴在空间分开而产生电位差的现象●光电发射效应：光敏物质吸收光子后，被激发的电子能逸出光敏物质的表面而在外电场的作用下形成光子流●响应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。
描述的是光电探测器件的光—电转换效能●信噪比（S/N）判断噪声大小常用的参数。
它是在负载电阻上产生的信号功率与噪声功率之比●噪声等效功率（NEP）定义为信噪比为1时，入射到探测器上的辐射通量●探测率D与归一化探测率D *探测率D 定义为噪声等效功率的倒数；归一化探测率D*●光电发射材料应具备的条件⑴光吸收系数大；⑵光电子在体内传输过程中受到的能量损失小，使其逸出深度大；⑶表面势垒低，使表面逸出几率大●光电倍增管的基本结构与原理：光电倍增管主要由光入射窗、光电阴极、电子光学系统、二次发射倍增系统及阳极等部分组成；工作原理1、光子透过入射窗入射到光电阴极K上。
光电检测技术总结
定义：一类能够输出图像信息（图像或视频信号）的 功能器件，也称为光电图像传感器 。 分类：直视型、摄像型。
直视型光电成像器件 具有图像的转换、增强、显示等功能部 件和高真空管壳，通常简称为像管。 摄像型光电成像器件 将二维空间的光强分布（光学图像）转 换为一维时序电信号，不直接输出图像（只有对时序电信号 进行再处理后才可获得目标图像）。
光电检测技术
检测与测量 光电传感器：
基于光电效应，将光信号转换为电信号的一种光电器件 将非电量转换为与之有确定对应关系的电量输出。
光电检测技术：是利用光电传感器实现各类检测。它将被
测量转换成光通量,再将光通量转换成电量，并综合利用信息 传送技术和处理技术，完成在线和自动测量
光电检测系统
像管成像物理过程
1.辐射图像的光电转换: 利用外光电效应.光敏面采用光电发射型材料.发射的 电子流分布正比于人射的辐射通量分布.由此完成辐射 图像转换为电子图像的过程. 2.电子图像增强: 电场加速 或微通道板中二次电子发射. 3电子图像的发光显示 高能电子轰击荧光屏,发出可见光.
光电导效应
定义：光照变化引起半导体材料电导变化的现 象。
——内光电效应
内光电效应产生的自由电子停留在物体内部， 不发生电子逸出。
器件：光敏电阻、由光敏电阻制作的光导管。
分类：本征光电导效应与杂质光电导效应
光敏电阻
利用半导体光电导效应制成的器件称为光电导 器件，也称光敏电阻。 光敏电阻材料：主要是硅、锗和化合物半导体， 例如：硫化镉（CdS），锑化铟（InSb）等。
基本功能：根据自然 光的情况决定是否开 灯。 基本结构：整流滤波 电路；光敏电阻及继 电器控制；触电开关 执行电路 基本原理：光暗时， 光敏电阻阻值很高， 继电器关，灯亮；光 亮时，光敏电阻阻值 降低，继电器工作， 灯关。
光电检测知识点汇总
考试高分笔记基本常识：AEΦPIS =⨯===光照度受光面积光通量输入光功率输出信号光电流电流灵敏度光通量-lm ；照度-lx ；亮度-sb ；光强-cd光敏电阻-正偏，光电二极管-反偏，光电池-没有外加偏置(这里偏置可以理解为器件之外有没有添加电源，)重点简录：1、P33,量子效率，6’ 量子效率 hvP eI //==的光子数每秒入射波长为每秒产生的光电子数λη2、P52(5)，由禁带宽度E g 计算长波限λgg E hc λλc ，νE h ν=⇒==长波限理论值小于实际值原因：1在实际中短波更易被吸收。
2随温度的升高而向短波方向移动3、P52(6)，光敏电阻，10’光电导灵敏度EGS g =d p G G G += (亮电导 = 光电导+暗电导)4、 P75，光电二极管，10’Lb e )G -U (U ΦS GU U G 0max 000=+=)(产生的总电流 = 暗电流 + 光电流)5、P89，放大倍数，10~12’K PI I A ==阴极电流阳极电流n)(εεA σ0=hv e /ηα=详尽考点：Chapter 2电致发光即场致发光，顾名思义，它是固体发光材料在电场激发下发光的一种现象，是将电能直接转化为光能的过程。
具体过程：物质中的原子受到电子轰击，使原子中的电子获得动能，由低能态跃迁到高能态；当它由受激状态回复到正常状态时，就会发出辐射。
知辐射通量求光通量：光通量 = 视见函数*辐射通量*Km (Km 为光视效能，Km=683 lm/W)例题：光谱光视效率V(505nm)=0.40730，波长为505nm 、1mW 的辐射光，其光通量 为0.2782 lm (计算式：0.40730 x 683 lm/W x 1 mW)LED 发光机理 P22 (就是电致发光)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。
光电检测技术 要点
一、光学的基本参数：1、发光强度Iv （发出波长为555nm 的单色辐射，在给定方向上的辐射强度为1/683（Wsr-1）时，在该方向上的发光强度规定为1cd 。
）、光通量Φv （光强度为1cd 的均匀点光源在1sr 内发出的光通量。
）、光照度Ev （单位面积所接受入射光的量 ，lx ，相当于 1平方米面积上接受到1个流明的光通量。
）2、黑体辐射》普朗克辐射定律式中，λ— 波长，m ；T —黑体温度，K ；c1—第一辐射常数，3.742×10-16 W* m2；c2 —第二辐射常数，1.4388×10-2 W*K ；》斯忒藩—玻尔兹曼定律 式中 σ= 5.67×10-12 w/(cm2*K4)，是Stefan-Boltzmann 常数。
》维恩位移定律-峰值光谱辐射出度Mes λm 所对应的波长λm 与绝对温度T 的关系。
例：太阳可以看成黑体，地球上测出其峰值波长为λm=5100Å，则其表面温度和辐出度为多少？二、【1】、平面反射镜：结构简单、使用普遍，故很难精确地用于准直；（对于反射率的不同要求,目前采用镀膜的技术来解决。
薄膜光学）镀膜技术，利用化学方法或真空溅射方法在光学元件上涂敷透明电介质膜或金属膜的技术。
从物理上看，这种结构之所以使R 大增，是由于在各界面上的反射波相位交替变化180°，使得入射面上的各个反射波总是相干加强的。
反射棱镜：调整容易，失调角很小，等腰直角棱镜在准直中使用较多。
雷达反射器：又名角反射器，它是通过金属板材根椐不同用途做成的不同规格的雷达波反射器。
由于角反射器有极强的反射回波特性,所以被广泛应用于军事、船舶遇险救生等领域（1、隐真示假、欺骗迷惑敌人；2、海上遇险救生；3、航道船舶航行安全；）。
龙伯透镜反射器（一种能将入射电磁波聚焦并沿射线原轨迹反射回去的电介质球形装置，属无源干扰伪装器材。
）【2】、 F-P 标准具（干涉装置，分光的工具）为了获得尖锐的干涉条纹,两表面要严格平行,平面度达到(1/20—1/100)波长.F-P 标准具的光强透过率为: T=1/(1+Fsin2(υ/2))等倾干涉、激光器谐振腔。
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）
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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
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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。
光电检测总结
第六章 光电检测系统
直接检测与二次调制
直接检测:无论是相干或非相干光源，都是利用光源发射的光强携带信息。光电 探测器直接把接受到的光强的变化转换为电信号的变化，然后，用解调电路检出
所携带的信息。 二次调制（副载波调制）
x(t)
s(t)
一次调制
二次调制
主要调制方式 x(t)=A cos(w0t+Ф)
振幅调制（AM） 频率调制（FM） 位相调制（PM） 脉码调制（PCM） 波长调制、偏振调制等
的度量。描述的是光电探测器件的光电转换效率。
响应度是随入射光波长变化而变化的
响应度分电压响应率和电流响应率 电压响应率： 光电探测器件输出电压与入射光功率之比
SV
Vo Pi
电流响应率：光电探测器件输出电流与入射光功率之比
SI
Io Pi
２．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
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光电检测系统总结
LIA 的组成 信号通道：交流放大、调制、带通滤波 参考通道：触发、移相、方法驱动 相敏检波：模拟乘法器，电子开关 低通滤波：RC 滤波器。 LIA 特点 要求对入射光束进行斩光或光源调制，适用于调幅光信号的检测； 极窄带高增益放大器，增益可达 1011，带宽窄到 0.0004Hz； 交流－直流信号变换器； 可以补偿光检测中的背景辐射噪声和前置放大器的固有噪声。信噪比改善可达 1000 倍。 克服相位偏移 正交矢量锁相放大器
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光电检测系统总结
MOS 光敏元：构成 CCD 的基本单元是 MOS(金属—氧化物—半导体)结构。
电荷存储
在栅极加正偏压之前，P 型半导体中的空穴（多子）的分布是均匀的。 加正偏压后，空穴被排斥而产生耗尽区，偏压增加，耗尽区向内延伸。 当 UG＞ Uth 时，半导体与绝缘体界面上的电势变得非常高，以致于将半导 体内的电子(少子)吸引到表面，形成一层极薄但电荷浓度很高的反型层。 反型层电荷的存在表明了 MOS 结构存储电荷的功能。 电荷的转移（耦合） 第一个电极保持 10V，第二个电极上的电压由 2V 变到 10V，因这两个电极靠得 很紧(间隔只有几微米)，它们各自的对应势阱将合并在一起。原来在第一个电极 下的电荷变为这两个电极下势阱所共有。 若此后第一个电极电压由 10V 变为 2V，第二个电极电压仍为 10V，则共有的电 荷转移到第二个电极下的势阱中。这样，深势阱及电荷包向右移动了一个位置。
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。
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。
光电检测总结
2.3.:激光测距是光波测距中的一种测距方式，如果光以速度c在空气中传播在A、B两点间往返一次所需时间为t，则A、B两点间距离D可用下列表示。
D=ct/2 式中：D——测站点A、B两点间距离；c——光在大气中传播的速度；t——光往返A、B一次所需的时间。
由上式可知，要测量A、B距离实际上是要测量光传播的时间t，根据测量时间方法的不同，激光测距仪通常可分为脉冲式和相位式两种测量形式。
相位式激光测距仪相位式激光测距仪是用无线电波段的频率，对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算此相位延迟所代表的距离。
即用间接方法测定出光经往返测线所需的时间，如下图所示。
图为相位式激光测距仪测距原理图相位式激光测距仪一般应用在精密测距中。
由于其精度高，一般为毫米级，为了有效的反射信号，并使测定的目标限制在与仪器精度相称的某一特定点上，对这种测距仪都配置了被称为合作目标的反射镜。
若调制光角频率为ω，在待测量距离D上往返一次产生的相位延迟为φ，则对应时间t 可表示为：t=φ/ω将此关系代入上式距离D可表示为：D=1/2 ct=1/2 c·φ/ω=c/(4πf) (Nπ+Δφ)=c/4f (N+ΔN)=U(N+) 式中：φ——信号往返测线一次产生的总的相位延迟。
ω——调制信号的角频率，ω=2πf。
U——单位长度，数值等于1/4调制波长N——测线所包含调制半波长个数。
Δφ——信号往返测线一次产生相位延迟不足π部分。
ΔN——测线所包含调制波不足半波长的小数部分。
ΔN=φ/ω在给定调制和标准大气条件下，频率c/(4πf)是一个常数，此时距离的测量变成了测线所包含半波长个数的测量和不足半波长的小数部分的测量即测N或φ，由于近代精密机械加工技术和无线电测相技术的发展，已使φ的测量达到很高的精度。
为了测得不足π的相角φ，可以通过不同的方法来进行测量，通常应用最多的是延迟测相和数字测相，目前短程激光测距仪均采用数字测相原理来求得φ。
光电检测技术光电检测技术
α = 4πµ / λ
µ
：消光系数 即：若消光系数
µ 是与光波波长无关的常数，则吸收系数 是与光波波长无关的常数，
λ
：光波波长 与波长成正比。 α 与波长成正比。
当不考虑反射损失时，吸收的光通量为： 当不考虑反射损失时，吸收的光通量为：
dΦ = Φ 0 − Φ = Φ 0 (1 − e
二、半导体对光的吸收
在非平衡状态下， 在非平衡状态下，载流子的时间变化率
d∆n = ηN e ,λ + K f ni pi − K f (∆n + ni )(∆p + pi ) dt
= ηN e ,λ − K f (∆n∆p + ∆pni + ∆npi )
讨论结果： 讨论结果： 在弱辐射作用下， （1）在弱辐射作用下，半导体材料的光电导灵敏度 条件： 条件： ∆ n << ni； ∆ p << pi； 本征吸收特点： 本征吸收特点： ∆ n = ∆ p
半导体的消光系数
−αx
)
µ 与光波波长无关。 与光波波长无关。
半导体对光的吸收可分为： 半导体对光的吸收可分为： 本征吸收、杂质吸收、激子吸收、自由载流子吸收、 本征吸收、杂质吸收、激子吸收、自由载流子吸收、晶格吸收
1、能带理论 （1）原子能级与晶体能带 单个原子中的电子是按壳层分布的，只能具有某些分立的能量， 单个原子中的电子是按壳层分布的，只能具有某些分立的能量，这些分立值 在能量坐标上称为能级。晶体中由于原子密集， 在能量坐标上称为能级。晶体中由于原子密集，离原子核较远的壳层常要发生 彼此交叠，与此相对应的能级则扩展为能带。这时， 彼此交叠，与此相对应的能级则扩展为能带。这时，价电子已不再属于那一个 原子了，它可以在能带内自由运动，这种现象称为电子共有化。 原子了，它可以在能带内自由运动，这种现象称为电子共有化。 与价电子能级相对应的能带称为价带，价带以上能量最低的能带称为导带， 与价电子能级相对应的能带称为价带，价带以上能量最低的能带称为导带， 导带底 E0 与价带顶 Ec 之间的能量间隔称为禁带Eg 。其实，一切不允许电子存 之间的能量间隔称为禁带E 其实， 在的能量区域都可称为禁带， 在的能量区域都可称为禁带， 只是由于晶体的物理、 只是由于晶体的物理、化学 性质的变化主耍与价电于有 关，所以我们要着重讨论价 带至导带这一范围内的问题。 带至导带这一范围内的问题。
光电检测技术
如何选择最佳负载：作光电池伏安特性曲线，过Voc和Isc作特性曲线的切线，他们相交与PQ点，连接PQ点和原点O的直线即为最佳负载线。次直线与特性曲线交与PM，最大输出功率PM等于矩形O IM PM VM面积，此时流过负载RM上的电流为IM RM上的压降为VM
1、光电检测基本模型：光发射机（光源、光学系统）---光学信道（大气、光纤、水）---光接收机
2、光电检测技术优缺点：缺点：外界干扰光影响大，使用温度有限 优点：非接触式测量，响应速度快，检测范围宽，应用广。
3、光电效应：当光照射到物体上使物体发射电子，或导电率发生改变，或产生电动势等，这种因光照而引起物体电学性质的改变统称为光电效应。
4、外光电效应：物质受到光照后向外发射电子的现象称为外光电效应。
4.1、本征吸收：半导体材料吸收光电原因，在于光与处于各种状态的电子、晶格原子和杂质原子的相互作用。其中最主要的光吸收是由于光子的作用使电子由价带跃迁到导带而引起的，称为本征吸收；
14.5、PMT 的引起暗电流Id的因素：1）光电阴极和第一倍增极的热电子发射。2）极间漏电流，由于光电倍增管各级绝缘强度不够或极间灰尘放电引起漏电流。3）离子和光电反馈作用；4）场致放射；5）放射性同位素和宇宙射线的影响；
14.6、减少暗电流ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ方法：1）主要是选好PMT的极间电压。2）在阳极回路中加上与暗电流相反的直流成分来补偿；3）在倍增管输出电路中加一选频或锁相放大滤波暗电流;4）利用冷却法减少热电子发射；
工作原理：？？？
29、光电检测电路由光电器件、输入电路、和前置放大器
30、将光电信号转换成0，1数字量的过程称为光电信号的二值化处理。
最新光电检测技术知识点
1、光电效应应按部位不同分为内光电效应和外光电效应，内光电效应包括（光电导）和（光生伏特效应）。
2、真空光电器件是一种基于（外光电）效应的器件，它包括（光电管）和（光电倍增管）。
结构特点是有一个真空管，其他元件都放在真空管中3、光电导器件是基于半导体材料的（光电导）效应制成的，最典型的光电导器件是（光敏电阻）。
4、硅光电二极管在反偏置条件下的工作模式为（光电导），在零偏置条件下的工作模式为（光生伏特模式）。
5、变象管是一种能把各种（不可见）辐射图像转换成为可见光图像的真空光电成像器件。
6、固体成像器件（CCD）主要有两大类，一类是电荷耦合器件（CCD），另一类是（SSPD）。
CCD电荷转移通道主要有：一是SCCD（表面沟道电荷耦合器件）是电荷包存储在半导体与绝缘体之间的界面，并沿界面传输；二是BCCD称为体内沟道或埋沟道电荷耦合器件，电荷包存储在离半导体表面一定深度的体内，并沿着半导体内一定方向传输7、光电技术室（光子技术）和（电子技术）相结合而形成的一门技术。
8、场致发光有（粉末、薄膜和结型三种形态。
9、常用的光电阴极有正电子亲合势光电阴极（PEA）和负电子亲合势光电阴极（NEA），正电子亲和势材料光电阴极有哪些（Ag-O-Cs,单碱锑化物，多碱锑化物）。
10、根据衬底材料的不同，硅光电二极管可分为（2DU）型和（2CU）型两种。
11、像增强器是一种能把微弱图像增强到可以使人眼直接观察的真空光电成像器件，因此也称为（微光管）。
12、光导纤维简称光纤，光纤有（纤芯）、（包层）及（外套）组成。
13、光源按光波在时间，空间上的相位特征可分为（相干）和（非相干）光源。
14、光纤的色散有材料色散、（波导色散）和（多模色散）。
15、光纤面板按传像性能分为（普通OFP）、（变放大率的锥形OFP）和（传递倒像的扭像器）。
16、光纤的数值孔径表达式为，它是光纤的一个基本参数、它反映了光纤的（集光）能力，决定了能被传播的光束的半孔径角17、真空光电器件是基于（外光电）效应的光电探测器，他的结构特点是有一个（真空管），其他元件都置于（真空管）。
光电检测总结全
光电检测技术是以激光、红外、光纤等现代光电子器件作为基础，通过对被检测物体的光辐射，经光电检测器接收光辐射并转换为电信号，由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用信息，或进入计算机处理，最终显示输出所需要的检测物理参数检测：通过一定的物理方式，分辨出被测参量并归属到某一范围带，以此来判别被测参数是否合格或是否存在。
测量：将被测的未知量与同性质的标准量比较，确定被测量对标准量的倍数，并通过数字表示出这个倍数的过程。
光电检测系统组成：光发射机，光学通道，光接收机。
光发射机：分为主动式和被动式。
主动式：光源（或加调制器）被动式：无自身光源，来自被测物体的光热辐射发射。
光学通道：大气、空间、水下和光纤等。
光接收机：收集入射的光信号并加以处理，恢复光载波信息光电检测技术的特点：高精度。
各种检测技术中最高。
如激光干涉仪法检测长度的精度达0.05um/m；光栅莫尔条纹法测角可达0.04秒；用激光测距法测量地球到月球之间距离分辨率可达1m。
高速度。
光电检测以光为介质，用光学方法获取和传递信息是最快的。
远距离，大量程。
光便于远距离传播的介质，适于遥控和遥测，如武器制导，光电跟踪，电视遥测等。
非接触检测。
光照可认为是没有测量力的，也无磨擦，可实现动态测量，效率最高。
寿命长。
光波可永久使用。
具有很强的信息处理和运算能力。
可将复杂信息并行处理。
同时光电方法还便于信息控制和存储，易于实现自动化和智能化。
光电检测基本方法：直接作用法（受被测物理量控制的光通量，经光电接收器转换后由检测机构可直接得到所求被测物理量）、差动测量法（利用被测量与某一标准量相比较，所得差或数值比可反应被测量的大小）、补偿测量法（是用光或电的方法补偿由被测量变化而引起的光通量变化，补偿器的可动元件连接读数装置指示出补偿量值，其大小反应被测量变化大小）和脉冲测量法（测量中将被测量的光通量转换成电脉冲，其参数（脉宽，相位，频率，脉冲数量等）反映被测量的大小）脉冲测量法特点：抗干扰性能好，精度高，直接与计算机相连，易于实现在线测量和自动化控制。
第1章 光电检测技术中的基础知识
（2）空穴扩散电流密度
J
pD
qD
d ( p )
p
dx
Dn和Dp是电子和空穴的扩散系数,式中负号表示空穴扩 散方向由高浓度向低浓度运动。
2、漂移运动
漂移运动是在电场作用下，除了热运动之外获得的 附加运动。 如在外加电场的作用下，电子的电流密度：
（2） 发光强度Iv：点光源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。
I v d v / d
单位：cd ，是国际单位制中七个基本单位之一。 1cd是指光源在给定方向上发出波长为555nm的单 色辐射，且其辐射强度是1/683W/sr。
意义：描述光源发出的光通量在空间一定范围内的分布 值。
cd,lm/sr
nt, cd/m2 lx,lm/m2 lx,lm/m2
I d / d
L d / d dA cos
2
＝ dI / dA cos
辐射出射度 Wm-2 辐射照度 Wm-2
M d / dA
E d / dA
辐射度学与光度学的比较 1、两者的相同点： ①光度量和辐射度量的定义、定义方程是
3、非平衡载流子的产生 产生非平衡载流子的方式：光照、电注入或其他能 量传递方式。 如：光照产生非平衡载流子的过程，如图所示：
n
光照
p
在一般情况下，注入的非平衡载流子浓度比平衡时的多数载流子浓度 小很多，如n型材料，△n≤n0, △p≤n0,满足这个条件称小注入。
4、非平衡少数载流子寿命
有光等外界影响发生时，载流子产生率大于复合率，并最 终平衡；光等外界因素消除时，复合率大于产生率，并最后 趋于平衡。 当给半导体材料去掉外界条件（停止光照）时，由于净复 合的作用，非平衡载流子会逐渐衰减以致消失，最后载流子 浓度恢复到平衡状态时的值。但非平衡载流子不是立刻消失， 而是有一个过程，即他们在导带和价带上有一定的生存时间。 这些非平衡少数载流子在半导体内平均存在的时间称为非平 衡载流子的寿命，简称少子寿命， 用τ 表示。非平衡少数 载流子寿命的衰减规律成指数衰减
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1、光电效应应按部位不同分为内光电效应和外光电效应，内光电效应包括（光电导）和（光生伏特效应）。
2、真空光电器件是一种基于（外光电）效应的器件，它包括（光电管）和（光电倍增管）。
结构特点是有一个真空管，其他元件都放在真空管中3、光电导器件是基于半导体材料的（光电导）效应制成的，最典型的光电导器件是（光敏电阻）。
4、硅光电二极管在反偏置条件下的工作模式为（光电导），在零偏置条件下的工作模式为（光生伏特模式）。
5、变象管是一种能把各种（不可见）辐射图像转换成为可见光图像的真空光电成像器件。
6、固体成像器件（CCD）主要有两大类，一类是电荷耦合器件（CCD），另一类是（SSPD）。
CCD电荷转移通道主要有：一是SCCD（表面沟道电荷耦合器件）是电荷包存储在半导体与绝缘体之间的界面，并沿界面传输；二是BCCD 称为体内沟道或埋沟道电荷耦合器件，电荷包存储在离半导体表面一定深度的体内，并沿着半导体内一定方向传输7、光电技术室（光子技术）和（电子技术）相结合而形成的一门技术。
8、场致发光有（粉末、薄膜和结型三种形态。
9、常用的光电阴极有正电子亲合势光电阴极（PEA）和负电子亲合势光电阴极（NEA），正电子亲和势材料光电阴极有哪些（Ag-O-Cs,单碱锑化物，多碱锑化物）。
10、根据衬底材料的不同，硅光电二极管可分为（2DU）型和（2CU）型两种。
11、像增强器是一种能把微弱图像增强到可以使人眼直接观察的真空光电成像器件，因此也称为（微光管）。
12、光导纤维简称光纤，光纤有（纤芯）、（包层）及（外套）组成。
13、光源按光波在时间，空间上的相位特征可分为（相干）和（非相干）光源。
14、光纤的色散有材料色散、（波导色散）和（多模色散）。
15、光纤面板按传像性能分为（普通OFP）、（变放大率的锥形OFP）和（传递倒像的扭像器）。
16、光纤的数值孔径表达式为，它是光纤的一个基本参数、它反映了光纤的（集光）能力，决定了能被传播的光束的半孔径角17、真空光电器件是基于（外光电）效应的光电探测器，他的结构特点是有一个（真空管），其他元件都置于（真空管）。
18、根据衬底材料的不同，硅光电电池可分为2DR（以P型硅作基底）型和（2CR）型两种。
19、根据衬底材料的不同，硅光点二、三级管可分为2CU和2DU、3CU和3DU20、为了从数量上描述人眼对各种波长辐射能的相对敏感度，引入视见函数V（f）, 视见函数有（明视见函数）和（暗视见函数）。
21、PMT由哪几部分组成？入射窗口D、光子阴极、电子光学系统、电子倍增系统和光电阳极。
22、电子光学系统的作用是：（1）是光阳极发射的光电子尽可能全部汇聚到第一倍增级上，而将其他部的杂散热电子散射掉，提高信噪比。
（2）使阴极面上各处发射的光电子在电子学系统的中渡越时间尽可能相等23、P MT的工作原理1．光子透过入射窗口入射在光电阴极K上2．光电阴极K受光照激发，表面发射光电子3．光电子被电子光学系统加速和聚焦后入射到第一倍增极D1上，将发射出比入射电子数更多的二次电子。
入射电子经N级倍增后，光电子数就放大N次.4．经过倍增后的二次电子由阳极P收集起来，形成阳极光电流I p，在负载R L上产生信号电压0。
22、PMT的倍增极结构有几种形式个有什么特点？（1）鼠笼式：特点结构紧凑，时间响应快。
（2）盒栅式：特点光电子收集率高，均匀性和稳定性较好，但时间响应稍慢些。
（4）百叶窗式，特点：管子均匀性好，输出电流大并且稳定，响应时间较慢。
（5）近贴栅网式，特点：极好的均匀性和脉冲线性，抗磁场影响能力强。
（6）微通道板式，特点：响应速度快，抗磁场干扰能力强，线性好23、什么是二次电子？并说明二次电子发射过程的三个阶段是什么？光电子发射过程的三步骤？答：当具有足够动能的电子轰击倍增极材料时，倍增极表面将发射新的电子。
称入射的电子为一次电子，从倍增极表面发射的电子为二次电子。
二次电子发射3阶段：（1）材料吸收一次电子的能量，激发体内电子到高能态，这些受激电子称为内二次电子。
（2）内二次电子中初速指向表面的那部分像表面运动。
（3）到达界面的内二次电子能量大于表面垒的电子发射到真空中成为二次电子。
光电子发射过程的三步骤：(1) 物体吸收光子后体内的电子被激发到高能态；(2) 被激发电子向表面运动，在运动中因碰撞损失部分能量；(3) 克服表面势垒逸出金属表面。
24、简述Si-PIN光电二极管的结构特点，并说明Si-PIN管的频率特性为什么比普通光电二极管好？p6925、简述常用像增强器的类型？并指出什么是第一、第二和第三代像增强器，第四代像增强器在在第三代基础上突破的两个技术室什么？p130答：1)类型：级联式像增强器、第2代像增强器（微通道板像增强器）、第3代像增强器、X射线像增强器。
2）级联式像增强器由几个分立的单极变像管组合成属于第一代像增强器；微通道板像增强器属于第三代像增强器；第二代像增强其的微通道板结构配以负电子亲和势光电阴极构成第三代像增强器。
3）突破技术：一是管子采用新材料制成的寿命高、高增益、低噪声的无膜MCD；二是NEA光电阴极采用的自动控制门电流，有利于减小强光下达到MCD的电子流，以降低强光下图像模糊效应。
26、什么是光电子技术?光电子技术以什么为特征？光电子技术是：光子技术与电子技术相结合而形成的一门技术。
主要研究光与物质中的电子相互作用及其能量相互转换的相关技术。
以光源激光化、传输光纤化、手段电子化、现代电子学中的理论模式和电子学处理方法光学化为特征：是一门新兴的综合性交叉学科。
27、光源的光谱功率分为哪几种情况？画出每种情况对应的分布图？分为：线状光谱（有若干条明显分割的西线组成）、带状光谱(由一些分开的谱带组成，没个谱袋中包含许多连续谱线)、连续光谱（光源发出的谱线连成一片）、混合光谱（前三种谱线混合而成）28、荧光屏表面蒸镀铝膜的作用是：引走荧光屏上积累的电荷，同时避免光反馈，增加发射光的输出。
29、从传输模式角度考虑，光纤分为：多模光纤和单模光纤。
根据折射率变化规律分为阶跃型和梯度型31、什么是负电子亲和势光电阴极？具有哪些优点？NEA是指：将半导体表面做处理是表面区域能弯曲，真空能级降到导带之下，从而使有效地电子亲和势能变为负值。
优点：1)量子率高；2）光谱响应率均匀，且光谱响应延伸到红外。
3）热电子发射小；4）光子的能量集中32、什么是‘胖0’电荷？什么是‘胖0’工作模式？引入‘胖0’电荷的优缺点？“胖0”电荷的引入：降低了势阱的深度；减小了信号电荷的最大存储量；降低了CCD的动态范围；增大了器件的转移噪声。
P15836、CCD有哪几部分组成，并说明每部分的作用？为什么说CCD是非稳态器件？CCD能否工作，其电极间距为？p1471)电耦合器件组成：信号输入部分、电荷转移部分、信号输出部分。
信号输入部分作用：将信号电荷引入到CCD 的第一个转移栅下的势阱中；电荷转移部分作用：将重复频率相同、波形相同并且彼此间有固定相位关系的多相时钟脉冲分组依次加到CCD转移部分的电极上，是电极按一定规律变化，从而在半导体表面形成一系列分布不对承德陷阱；信号输出部分作用：讲CCD最后一个转移栅下势阱中的信号电荷引出2）CCD是利用在电极下SiO2-半导体界面形成的深耗尽层进行工作的，所以属于非稳态器件3）CCD能否成功工作首先取决于金属电极排列，需找金属栅极间的最佳间隙宽度，一般小于3um37、对于CCD来说电荷注入方式有电注入和光注入，什么是电注入？什么是光注入？p147,148电注入：主要由输入二极管Id和输入栅Ig组成。
可以将信号电压转换为势阱中等效电荷，即给输入栅施加适应的电压，在其下面道题表面形成一个耗尽层。
在滤波、延迟线和存储器应用情况下用电注入。
光注入：摄像器件采取的唯一注入方法。
（P148）光注入过程如下：摄像时光照射到光敏面上，光子被敏元吸收产生电子一空穴对，多数载流子进入耗尽区以外的的衬底，然后通过接地消失，少数载流子便被收集到势阱中成为信号电荷。
当输入栅开启后，第一个转移栅上加以时钟电压时，这些代表光信号的少数载流子就会进入到转移栅的势阱中，完成注入过程。
38、画出ZnCdTe靶的结构图，并说明每层的作用？p138第1层：ZnSe层属于N型半导体，厚50～100nm；无光电效应，其作用是增强对短波光的吸收，提高整个可见光区的灵敏度。
另外它也阻止光生空穴向成象面一边扩散，有提高灵敏度，减小暗电流的作用；第2层：碲化锌和碲化镉的固溶体（Zn x Cd1-x Te），属于P型半导体，厚3～5μm；光电效应主要发生在该层，x值的大小对灵敏度、暗电流和光谱特性都有较大的影响，x值小，灵敏度高，体内暗电流增大，光谱特性的峰值波长向长波方面移动；第3层：无定形三硫化二锑Sb2S3，厚100nm；其作用是减小扫描电子束的电子注入效应，减小暗电流和惰性第1层与第2层之间形成异质结；第2层与第3层之间不形成结。
39、画出CdSe靶的结构图，并说明每层的作用？p138第1层：沉积在玻璃板上的透明的导电层SnO2，作信号电极,属N+；第2层：是N型CdSe层,它与N+型层SnO2构成对空穴的阻挡层；CdSe层是异质结CdSe靶的基体，厚2微米；是完成光电转换的光敏层，其禁带宽度为1.7eV，具有良好的光电导特性；第3层：亚硒酸镉(CdSeO3)层是由CdSe 氧化而成,是一层绝缘体,有利于降低暗电流,但不影响光电灵敏度；第4层：As2S3层是靶的扫描面，是在高空状态下气湘沉积而成，呈玻璃态，厚0.2微米；是一个高阻层，禁带宽度为2.3eV，具有很高的电阻率。
其作用是防止电子进入靶内，形成对电子的阻挡层，并且承担电荷的积累和储存。
40、什么是MCP？简述微通道板（MCP）的工作原理？p130微通道板是由成千上万根直径为15～40µm、长度为0.6～1.6mm的微通道排成的二维列阵，简称MCP。
微通道板（MCP）的工作原理：微通道是一根根的玻璃管，内壁镀有高阻值二次发射材料，具有电阻梯度，施加高电压后，内壁出现电位梯度，光电阴极发出的一次电子轰击微通道的一端，发射出的二次电子因电场加速轰击另一端，再发射二次电子，连续发射二次可得约10的四次方的增益。
41、什么是微通道板（MCP）的自饱和效应？二代像增强器利用该效应解决了什么问题？p130在近聚焦式的MCP位增益中，光电阴极和第一微通道板的间距约为0.3mm，级间电压为150V，第二微通道板和阴极的间距为1.5mm，级间电压为300V，外加偏置电压的变化只改变微通道板上的电压，可以调节总增益第二代像增强器利用它代替电子光学系统，实现电子图像的增强。
在第二代增强器中光电阴极的光电在电场作用下，进入微通道板输入端，经MCP电子倍增加速后达到荧光屏上，输出光学图像。