光电探测与信号处理期末复习资料总结
光电探测与信号处理期末复习资料总结
一、主要的光源（1）1、热辐射源 太阳白炽灯2、气体放电光源 汞灯 氙灯 空心极灯 氘灯 利用气体放电原理制成的光源称为气体放电光源。
制作时在灯中充入发光用的气体，如氢、氦、氘、氙、氪等，或金属蒸气，如汞、镉、钠、铟、铊、镝等。
在电场作用下激励出电子和离子，气体变成导电体。
当离子向阴极、电子向阳极运动时，从电场中得到能量，当它们与气体原子或分子碰撞时会激励出新的电子和离子。
由于这一过程中有些内层电子会跃迁到高能级，引起原子的激发，受激原子回到低能级时就会发射出可见辐射或紫外、红外辐射。
这样的发光机制被称为气体放电原理。
气体放电光源具有下列共同的特点：（1）发光效率高。
比同瓦数的白炽灯发光效率高2~10倍，因此具有节能的特点；（2）结构紧凑。
由于不靠灯丝本身发光，电极可以做得牢固紧凑，耐震、抗冲击；（3）寿命长。
一般比白炽灯寿命长2~10倍；（4）光色适应性强，可在很大范围内变化。
3、固体发光源 场致发光:固体在电场的作用下将电能直接转换为光能的发光现象，也称电致发光,其有三种形态：粉末场致发光源薄膜场致发光源结型场致发光源（二极管）LED 的特性参数 (1)量子效率。
发光二极管一般用量子效率来表示表征器件这一性能的参数就是外量子效率，表示如下，其中， NT 为器件射出的光子数。
4、激光器 1.气体激光器：氦-氖激光器、 氩离子激光器、 二氧化碳激光器2.固体激光器3.染料激光器4.半导体激光器（2）光源的颜色 光源的颜色包含了两方面的含义，即色表和显色性。
色表：用眼睛直接观察光源时所看到的颜色，称为光源的色表。
显色性：当用这种光源照射物体时，物体呈现的颜色与该物体在完全辐射体照射下所呈现的颜色的一致性，称为该光源的显色性。
光源选择的基本要求：光源发光强度，稳定性及其它方面的要求；光源发光光谱特性的要求。
二、光电二极管1、正常运用时，光电二极管要加反向电压，Rsh 很大，Rs 很小，所以图b 中的V 、Rsh 、Rs 都可以不计，因而有图c 的形式；图d 又是从图c 简化来的，因为Cf 很小，除了高频情况要考虑它的分流作用外，在低频情况下，它的阻抗很大，可不计。
华中科技大学《光电探测》10.1光电信号处理资料
●一个光电探测系统的极限探测能力往往由探测 系统的噪声所限制。 在精密测量、通讯、自动控制、核探测等领域 ，减小和消除噪声是十分重要的问题，是提高 光电系统性能指标的关键。
●噪声是一种随机信号，它实质上就是物理量
围绕其平均值的涨落现象。
电阻的热噪声
●所以研究噪声一般采用长周期测定其均方值( 即噪声功率 )的方法，在数学上用随机量的起 伏方差来计算。 ●由于噪声是一种独立的平稳的随机过程， 因此，在任何时刻它的幅度及相位都是不可 预先知道的，即是随机的。 但每一种噪声都遵从独立的平稳的随机过程 的共同的统计规律。
（1）噪声电压幅值的大小vn（t）服从一定 的统计分布规律 由于噪声电压在任何时刻都是一个连续的随机 变量。因此，可以根据统计得出它的概率密 度函数 f（x）。 实验表明，大多数噪声（如热噪声、散粒噪声） 其瞬时值的概率密度函数符合正态分布。即：
f ( x) 1 2 e
( x a )2 2 2
= 0 ，即 vn ： (t ) 0
T 0 2 vn (t ) dt
σ 2为噪声电压的均方值，即 ：
x
2 2
lim 1 T T
vn (t )
2 2 vn En
噪声电压的瞬时值
噪声功率的大小， 电压作用在 1Ω的电阻上的噪声功 率的大小， En方均根值代表了噪声电压的有效值。 电阻上的噪声功率的大小。 In代表了噪声电流的有效值
光电探测与信号处理
第10章 光电信号处理
第10章
光电信号处理
前置放大器电路设计 ——低噪声
显示 存储 传输 控制
目标 + 背景
光学 系统
调 制
探测器
偏置 电路
前 置 放大器
光电检测复习资料..
光电检测复习资料..简答题1、光电探测器常见的噪声有哪⼏类？分别简要说明。
（1）热噪声：由载流⼦热运动引起的电流起伏或电压起伏成为热噪声，热噪声功率与温度有关( 2)散粒噪声：随机起伏所形成的噪声(3)产⽣--复合噪声：载流⼦浓度起伏引起半导体电导率的起伏，在外加电压下，电导率的起伏是输出电流中带有产⽣--复合噪声(4)1/f噪声：这种噪声功率谱近似与频率成反⽐(5)温度噪声：是由于器件本⾝温度变化引起的噪声2、光电⼆极管与⼀般⼆极管相⽐有什么相同点和不同点？相同点：都是基于PN结的光伏效应⽽⼯作的不同点：（1）就制作衬底材料的掺杂浓度⽽⾔，⼀般⼆极管要⽐光电⼆极管浓度较⾼（2）光电⼆极管的电阻率⽐⼀般⼆极管要⾼（3）普通⼆极管在反向电压作⽤时处于截⽌状态，只能流过微弱的反向电流，光电⼆极管是在反向电压作⽤下⼯作的，（4）光电⼆极管在设计和制作时尽量使PN结的⾯积相对较⼤，以便接收⼊射光。
3、简述光电三极管的⼯作原理。
光电三极管的⼯作原理分为两个过程：⼀是光电转换；⼆是光电流放⼤。
就是将两个pn结组合起来使⽤。
以NPN型光电三极管为例，基极和集电极之间处于反偏状态，内建电场由集电极指向基极。
光照射p区，产⽣光⽣载流⼦对，电⼦漂移到集电极，空⽳留在基极，使基极与发射极之间电位升⾼，发射极便有⼤量电⼦经基极流向集电极，最后形成光电流。
光照越强，由此形成的光电流越4、简述声光相互作⽤中产⽣布喇格衍射的条件以及布喇格衍射的特点。
产⽣布喇格衍射条件：声波频率较⾼，声光作⽤长度L较⼤，光束与声波波⾯间以⼀定的⾓度斜⼊射。
特点：衍射光各⾼级次衍射光将互相抵消，只出现0级和+1级（或 1级）衍射光，合理选择参数，并使超声场⾜够强，可使⼊射光能量⼏乎全部转移到＋1级（或－1级）5、什么是热释电效应？热释电器件为什么不能⼯作在直流状态？热释电效应：热释电晶体吸收光辐射温度改变，温度的变化引起了热电晶体的⾃发极化强度的变化，从⽽在晶体的特定⽅向上引起表⾯电荷的变化，这就是热释电效应。
光电检测技术与应用期末考试复习资料
26、 外差检测：a、外差检测增益高，b、微弱光线下，外差检测表现出十分高的转换 增益，c、光外差检测方式具有天然检测微弱信号的能力。 27、 外差检测输出电流包含有信号光的振幅、 频率和相位的全部信息， 这是直接检测所 做不到的。 28、 信噪比用来衡量其质量的好坏，其灵敏度的高低与此密切相关。 29、 直接检测方法不能改善输入信噪比。 30、 对应检测电路的不同工作状态，频率特性可有不同的简化形式。 31、 在保证所需检测灵敏度的前提下获得最好的线性不失真和频率不失真是光电检测 电路设计的两个基本要求。 32、 检测电路频率特性的设计包括：a、确定信号的频谱分布，b、确定多级光电检测 电路的允许通频带宽和上限截止频率，c、确定单级检测电路的阻容参数。 33、 光敏电阻与其他半导体光电器件相比，有以下特点：a、光谱响应范围宽，b、工 作电流大，可达数毫安，c、所测的光电强度范围宽，即可测弱光也能侧强光。d、灵敏 度高，e、无选择极性之分，使用方便。 34、 硅光电二极管与硅光电池相比，前者掺杂浓度低。 35、 光生伏特效应是指光照射在半导体 PN 结或金属和半导体的接触面上时，会在 PN 结或金属半导体接触面上产生光生电动势的现象，属于内光电效应。 36、 光电检测电路设计的原则： 保证光电器件和后续电路的最佳工作状态， 基本要求： a、灵敏的光电转换能力，b、快速的动态响应能力，c、最佳的信号检测能力，d、长期 工作的稳定性和可靠性。 37、 条形码识别：a、要求建立一个光学系统，b、要求一个接受系统能够采集到光点 运动时打在条形码条符上反射回来的反射光，c、要求一个电子电路将接受到的光信号 不失真的转换成电脉冲。 38、 L=（1） （2） （ 3） （4）第一个括号是目标辐射特性及大气透过率对作用距离的影响， 第二和第三个括号是表示光学系统及检测器特性对作用距离的影响，第四个括号是信息 处理系统对作用距离的影响。 39、 φ=Ad/f²，增大视场角φ时，可增ห้องสมุดไป่ตู้检测器面积或减小光学系统的焦距，这两个方 面对检测系统的影响都是不利的：a、增加检测器的面积意味着增大系统的噪声，b、减 小焦距使系统的相对孔径加大，这也是不允许的，另一方面视场角增大后引入系统的背 景辐射也增加，使系统灵敏度下降。 40、 硅光电池的负载特性：a、光电流在弱光下与光照度呈线性关系，b、光照增加到 一定条件时光电流趋于饱和，c、负载大的时候更易出现 饱和，要获得较大的线性度负载不能太大。
光电技术期末复习总结
辐射度量 辐射能 辐射通量或 辐射功率 辐射照度 辐射出度 辐射强度 辐射亮度 符号 单位 光度量 光能 光通量 光照度 光出射度 发光强度 光亮度
光谱光视效率
符号
单位
Qe
Φe
J
W
QV
ΦV
lm • s
lm
lx = lm• m−2
lm • m −2
Ee
Me
W / m2
W / m2
W / sr
M e ,s , λ =
2 πc h
2
λ5 (e
hc λkT
− 1)
式中， 为波尔兹曼常数 为波尔兹曼常数； 为普朗克常数 为普朗克常数； 为 式中，k为波尔兹曼常数；h为普朗克常数；T为 绝对温度； 为真空中的光速 为真空中的光速。 绝对温度；c为真空中的光速。
(3)斯忒藩-波尔兹曼定律 (3)
光电池
最佳负载电阻
Ropt U m (0.6 ~ 0.7)U oc = = Im SΦe,λ
Um =(0.6~0.7)Uoc
负载电阻所获得的最大功率为 Pm= Im Um=(0.6~0.7)UocIp 光电池的最大光电转换效率
Pm ηm = = Φe (0.6 ~ 0.7)qU oc ∫ ληΦe,λ (1 - e -αd )dλ hc ∫ Φe,λ dλ
光生伏特效应是基于半导体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，形成光生伏特电压或光 生电流的现象。 光伏探测器与光电导 探测器的区别： 一，二，三
硅光电二极管
A.光电二极管的全电流方程 光电二极管的全电流方程
光电检测考前复习资料 - 副本
考前复习要点第一章绪论1、光电检测系统的主要组成部分；辐射源，光信号处理，被测对象，光学转换，光电传感转换电路，电信号处理2、电磁波谱的范围？光电检测分析的是哪一部分？0.32-100um3、光电探测的分类按携载信息光源，按被探测光源光谱，按显示方式，按接收方法第二章光电器件的物理基础1、光的波粒二象性；2、光度量与辐射度量的区别；辐射度量适合整个电磁波谱能量计算3、辐射度量的五个基本参量；4、基本概念：辐射体，立体角，朗伯源；5、视见函数；6、光通量、发光强度、光照度、光出射度、光亮度7、半导体的基本特性；热敏性，光敏性，掺杂性8、能带理论；禁带，价带，导带9、本征半导体、N型半导体、P型半导体10、PN结的形成过程用图示表示11、外光电效应、内光电效应、光热效应材料受光照后，光子能量和晶格相互作用，振动加剧，温度升高，材料性质发生变化第三章光电检测器件1、光子检测器件与热电检测器件的特点响应波长有选择性，响应快2、光电检测器件的性能参数灵敏度，光谱灵敏度，频率灵敏度，量子效率，通量阈和噪声等效功率，归一化探测度3、噪声参数热噪声，散粒噪声，闪烁噪声4、外光电效应的典型器件光电管与光电倍增管的工作原理、基本特点5、光电发射材料的特点6、光电导效应器件光敏电阻的工作原理基本特点7、光生伏特效应器件光电池与光电二极管的工作原理基本特点第四章热电检测器件1、热辐射引起的热探测器的温度ΔT的求解？2、热电偶的工作原理基本特点接受入射辐射后引起温度升高，产生温差电势。
自发电型传感器，检测范围广，1800℃以上，符合国际计量委员会标准3、热敏电阻的工作原理基本特点、材料特性接受入射辐射后引起温度改变使电阻改变，导致电压变化。
灵敏度高，体积小，适宜动态测量，适于远距离测量和控制，阻值和温度非线性，稳定性和互换性差4、热敏电阻辐射热计的工作原理；5、热释电探测器的工作原理、基本结构极化随温度改变的现象为热释电现象。
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；
光电技术期末复习知识分享
光电技术期末复习知识分享第⼀章光辐射与光源1.1辐射度的基本物理量1.辐射能Qe：⼀种以电磁波的形式发射，传播或接收的能量。
单位为J（焦⽿）。
2辐射通量Φe：⼜称为辐射功率Pe，是辐射能的时间变化率，单位为W（⽡），是单位时间内发射，传播或接收的辐射能，Φe=dQe/dt(J/S焦⽿每秒)3辐射强度Ie：点辐射源在给定⽅向上单位⽴体⾓内的辐射能量单位为W/sr（⽡每球⾯度）Ie=dΦe/dΩ.4辐射照度Ee：投射在单位⾯积上的辐射能量，Ee=dΦe/dA单位为（W/㎡⽡每平⽅⽶）。
dA是投射辐射通量dΦe的⾯积元。
5辐射出射度Me：扩展辐射源单位⾯积所辐射的通量，即Me=dΦ/dS。
dΦ是扩展源表⾯dS在各⽅向上（通常为半空间360度⽴体⾓）所发出的总的辐射通量，单位为⽡每平⽅⽶（W/㎡）。
6，辐射亮度Le：扩展源表⾯⼀点处的⾯元在给定⽅向上单位⽴体⾓，单位投影⾯积内发出的辐射通量，单位为W/sr*㎡(⽡每球⾯度平⽅⽶)。
7光谱辐射量：也叫光谱的辐射量的光谱密度。
是辐射量随波长的辐射率。
光辐射量通量：Φe（λ）：辐射源发出的光在波长为λ处的单位波长间隔内的辐射通量。
Φe（λ）=dΦe/dλ单位为W/um或W/nm。
1.2 明视觉光谱光视效率V（λ）：视觉主要由⼈眼视⽹膜上分布的锥体细胞的刺激所引起的。
（亮度⼤于3cd/m2，最⼤值在555nm处）暗视觉光谱光视效率：视觉主要由⼈眼视⽹膜上分布的杆状细胞刺激所引起的。
（亮度⼩于0.001cd/m2，最⼤值在507nm 处）按照⼈眼的视觉特性V(λ)来评价的辐射通量Φe即为光通量Φv：Φv=Km780380Φe(λ)V(λ)dλ式中Km为名视觉的最⼤光谱光谱光视效率函数，也成为光功当量。
国际实⽤温标理论计算值Km为680lm/W。
光度量中最基本的单位是发光强度单位——坎德拉，记作cd，它是国际单位制中七个基本单位之⼀（其他⼏个为：⽶，千克，秒，安（培），开（尔⽂），摩（尔））。
光电探测与信号处理（1）
光电探测与信号处理第1章绪论一、光电技术1.光电子技术:主要内容是利用光电结合的原理和方法，实现信息的获取、发送、探测、传输、变换、存储、处理和重现等。
主要包括集成光学技术、光计算技术、信息光存储技术和光显示技术等领域。
微电子技术是以电子运动为基础，电子在电路中传输时，由于受到回路分布电气参数的影响，会产生传输延迟效应，往往难于突破纳秒的速度限制。
光电子技术是以光子运动为基础，光子无论在自由空间传播或者沿波导传输时，都能保持30万公里/秒的传播速度，以它作为信息载体能够大大提高信息流的传输速度2.光电子技术独特的优点：(1)光波波长比电波波长短(2) 光波的频谱范围比电波的频谱范围宽(3)光波与人类视觉有直接关系(4)光波抗电磁干扰二、光电技术主要应用领域1.光电能量技术主要是有关大容量、高功率光辐射能的产生、控制、利用以及向其他能量形式的转换。
1)激光核武器2)核原料的激光同位素分离3)激光核聚变4)太阳能电池和太阳能利用5)光加工6)光化学反应等2.光电信息:技术:以光电子器件为主体，研究和发展光电信息的形成、传输、接收、变换、处理和应用。
6)激光、红外、微光探测、定向和制导7)光电精密测试、在线检测和控制技术8)光电混合信息处理、识别和图像分析9)机器视觉及人工智能10)光电逻辑运算、光计算及光存储11)生物医学光学三、当前光电子产业:1.光电子材料和元器件2.光子学及光通信器件3.光存储器件4.光传感器件5.光显示器件6.光能量转换器件7.能量光电子应用四光电探测系统的概念 1.光学变换;时域变换：调制振幅、频率、位相、脉宽;空域变换：光学扫描、电学扫描;光学参量调制：光强、波长、位相、偏振.任务：形成能被光电探测器接收、便于后续电学处理的光学信息。
2.光电变换：光电器件、变换电路、前置放大。
任务：将光信息变为能够驱动电路处理系统的电信息。
3.电路处理：放大、滤波、调制、解调、A/D、D/A、计算和接口。
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。
简答题——光电检测技术期末整理
简答题——光电检测技术期末整理1雪崩光电⼆极管的⼯作原理（当光敏⼆极管的PN结上加相当⼤的反向偏压（100~200V）时，在结区产⽣⼀个很强的电场，使进⼊场区的光⽣载流⼦获得⾜够的能量，在与原⼦碰撞时可使原⼦电离，⽽产⽣新的电⼦—空⽳对。
只要电场⾜够强，此过程就将继续下去，使PN结内电流急剧增加，达到载流⼦的雪崩倍增，这种现象称为雪崩倍增效应。
）2、光⽣伏特效应与光电导效应的区别和联系？（共性：同属于内光电效应。
区别：光⽣伏特效应是少数载流⼦导电的光电效应，⽽光电导效应是多数载流⼦导电的光电效应。
）什么是敏感器？敏感器与传感器的区别和联系？（将被测⾮电量转换为可⽤⾮电量的器件。
共性：对被测⾮电量进⾏转换。
区别：敏感器是把被测量转换为可⽤⾮电量，传感器是把被测⾮电量转换为电量）发光⼆极管的⼯作原理。
（在PN结附近，N型材料中的多数载流⼦是电⼦，P型材料中的多数载流⼦是空⽳，PN结上未加电压时构成⼀定的势垒，当加上正向偏压时，在外电场作⽤下，P区的空⽳和N区的电⼦就向对⽅扩散运动，构成少数载流⼦的注⼊，从⽽在PN结附近产⽣导带电⼦和价带空⽳的复合。
⼀个电⼦和⼀个空⽳对每⼀次复合，将释放出与材料性质有关的⼀定复合能量，这个能量会以热能、光能、或部分热能和部分光能的形式辐射出来。
说明光⼦器件与热电器件的特点。
PIN型的光电⼆极管的结构、⼯作原理及特点（它的结构分三层，即P型半导体和N型半导体之间夹着较厚的本征半导体I层，它是⽤⾼阻N型硅⽚做I层，然后把它的两⾯抛光，再在两⾯分别作N+和P+杂质扩散，在两⾯制成欧姆接触⽽得到PIN光电⼆极管。
原理：层很厚，对光的吸收系数很⼩，⼊射光很容易进⼊材料内部被充分吸收⽽产⽣⼤量的电⼦-空⽳对，因⽽⼤幅度提供了光电转换效率，从⽽使灵敏度得以很⾼。
两侧P 层和N层很薄，吸收⼊射光的⽐例很⼩，I层⼏乎占据整个耗尽层，因⽽光⽣电流中漂移分量占⽀配地位，从⽽⼤⼤提⾼了响应速度。
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。
光电信号检测与处理复习重点
B. 太阳与地球的平均距离中心点
C. 太阳与地球的年平均距离
D. 太阳与地球的日平均距离。
6、实际独立光源可发射
A. 某一波长的光
B. 均匀强度的紫外、可见和红外光
C. 相位完全固定的光 D. 相干性好的白光
7、接收光学系统把信息源光辐射和背景及其他杂散光经传输介质一起会聚在光探测器上。因为
A. 光学系统一点都不能区分背景及其他杂散光
;
④两个独立事件的联合信息量，应等于
其中 P(xi)是事件 xi 发生的先验概率，3、事件 xi 发生所含有的信息量 I(xi)的表达式为
4、变量 x 和 y 之间的相关程度常用 可以证明，│ρxy│≤1。 当ρxy ＝1 时，说明 x,y 两变量是理想的 ρxy ＝ 0 表示 x,y 两变量之间
表示
表示
。 。
5、在光通讯和光电信息检测及控制系统中，光是信息的携载者。光电系统中的辐射源辐射的光谱
范围是 紫外光波段为
，
可见光波段为
，
红外光波段为
，
但光电系统广泛使用的波段小于 20um。
6、气体激光器通常用于要求 最常用的气体激光源有： 工作波长为 0.633 μm 或 1.15 μm 的 工作波长为 10.6μm 的
A. 正确 B.错误
12、运用直接作用法测试，电源要采用性能较好的稳压器，原因是光源的辐射功率受电源的影响较 大。 A. 正确 B.错误
13、杂散光包括目标背景辐射，以及由光学零件和金属零件、系统内壁所散射的光。 A. 正确 B.错误
14、因为被测光束包含多个波长，必须用相应的光学系统将发散的光束会聚起来。 A. 正确 B.错误
热噪声可用下式表示：
，
14、试指出下图三条曲线是什么噪声：
华中科技大学光电学院光电探测期末复习总结
已知某种光电器件的本征吸收长波限为1.4µm，则该材料的禁带宽度 为?
在距离标准钨丝灯2m远处放置一个照度计探头，已知探头的光敏面 积为0.5 cm2，若照度计测得的最大照度为100(lx)，试求： （1）标准钨丝灯在该方向的发光强度为多少？ （2）所发出的光通量为多少？
硅光电二极管光敏面为0.04 cm2。辐照度0.1mW/cm2、波长为700nm 的光垂直入射到探测器上并产生56nA的光电流。该光电管的单色响 应度为?，量子效率为?.
(, T)d
T
4
2π5k 4 5.67 108 Wm2K4
15h3c2
(3) 维恩位移定律
m
2898 T
(µm)
Meb, m bT 5 1.28621015T 5 W·cm-2.µm-1
11
4. 光电探测器的性能参数
（1） 有关响应方面的性能参数
响应率
– 单色响应率 – 积分响应率 – 频率响应率
电压响应率
V
Vs
电流响应率
I
Is
响应时间和上限频率
量子效率
12
（2）有关噪声方面的参数
噪声种类
信噪比（S／N）
(
S N
)dB
10lg
I
2 S
I
2 N
20lg IS IN
噪声等效功率(NEP) NEP e S/N
探测率D与比探测率D*
32
今测得某液态金属辐射体的光谱辐射峰值波长 λ m=0.7245μ m，试求该液态金属的温度T、峰值 光谱辐射出射度Me，S，λ m和总辐射出射度Me各为 多少？
33
某一探测器灵敏度为10μA/μW，噪声电流
《光电探测与信号处理》复习题
一．单项选择题1. 光电转换定律中的光电流与 BA 温度成正比 B光功率成正比 C暗电流成正比 D光子的能量成正比2. 发生拉曼—纳斯衍射必须满足的条件是 AA 超声波频率低，光波平行声波面入射，声光作用长度短B 超声波频率高，光波平行声波面入射，声光作用长度短C 超声波频率低，光波平行声波面入射，声光作用长度长D 超声波频率低，光束与声波面间以一定角度入射，声光作用长度短3.光束调制中，下面属于外调制的是 ABDA 声光调制B 电光波导调制C 半导体光源调制D 电光强度调制4.红外辐射的波长为[ d ] A 100-280nm B 380-440 nm C 640-770 nm D 770-1000 nm5.激光具有的优点为相干性好、亮度高及[ b ]A 多色性好 B单色性好 C 吸收性强 D吸收性弱6．能发生光电导效应的半导体是 cA本征型和激子型 B本征型和晶格型 C本征型和杂质型 D本征型和自由载流子型7．光敏电阻的光电特性由光电转换因子γ描述，在强辐射作用下AA. γ=0.5B. γ=1C. γ=1.5D. γ=28.电荷耦合器件分 [ A ]A 线阵CCD和面阵CCDB 线阵CCD和点阵CCDC 面阵CCD和体阵CCD D 体阵CCD和点阵CCD9.光通亮φ的单位是[ C ]A 焦耳 (J)B 瓦特 (W) C流明 (lm) D坎德拉(cd)10.硅光二极管主要适用于[D]A紫外光及红外光谱区 B可见光及紫外光谱区 C可见光区 D 可见光及红外光谱区13．光视效能Kλ为最大值时的波长是AA．555nm B.666nm C．777nm D.888nm14.可见光的波长范围为[C ]A 200—300nmB 300—380nmC 380—780nmD 780—1500nm15.电荷耦合器件的工作过程主要是信号的产生、存储、传输和C ]A 计算B 显示C 检测D 输出16. 辐射通亮φe的单位是[B ]A 焦耳 (J)B 瓦特 (W) C每球面度 (W/Sr) D坎德拉(cd)二.填空题1. 光在大气中传播，将会使光速的能量衰减，其主要因素来源于大气衰减、大气湍流效应。
光探总复习
硅光电池、光电二极管、光电三极管 电路中的接法，偏置电压添加方法。工作原 理。为什么要添加反向偏置电压。 特殊结型光电器件的优缺点，工作原理，使 用方法（PIN管，APD管，PSD，象限探测 器，光电耦合器）
光伏探测器使用要点 1）极性结型器件都有确定的极性，如要加电压使 用时，光电结必须加反向电压； 2）使用时对入射光强范围的选择应视用途而定； 3）用于开关电路或逻辑电路时光照可以强些； 4）用于模拟量测量时，光照不宜过强； 5）因为一般器件都有这样的性质：光照弱些，负 载电阻小些，加反偏压使用时，光电线性好，反之 则差。
VG
2.电荷耦合原理与电极结构
Φ③ ① ② ③
VG
2伏 10伏 2伏 2伏
② ③ VGΦ ③ ① 10伏
2伏 2伏
VG
Φ③ ① ② ③
10伏
2伏
2伏
P-Si
P-Si
P-Si
VG
Φ ③① ② ③
10伏 2伏 2伏
VG
Φ③ ① ② ③
10伏 2伏 2伏 2伏
VG
Φ1 Φ2
t2 t4
P-Si
P-Si
Φ3
§5.2 真空光电管与光电倍增管的工作原理
二、光电倍增管（PMT，Photo Multiple Tube）
2、光电倍增管的结构 （3）电子倍增极 二次电子发射步骤： 材料吸收一次电子的能量，激发体内电子到高能态，这些被激发 电子称为内二次电子； 内二次电子中初速度指向表面的那一部分向表面运动，在运动过 程中因散射而损失能量； 如果达到界面的内二次电子仍有足以克服表面势垒的能量，即逸 出表面成为二次电子。
实用的光敏电阻的暗电阻往往超过1MΩ,甚至高达100MΩ，而 亮电阻则在几kΩ以下，暗电阻与亮电阻之比在102～106之间， 光敏电阻的灵敏度很高
华科光探复习总结
1、入射光辐射直接与光电材料中的电子相互作用，改变电子的能量状态，从而引起各种电学参量的变化，称为光电效应。
（光谱响应有选择性）分为内光电效应和外光电效应。
2、内光电效应：被光激发所产生的的载流子（自由电子或空穴）仍在物质内部运动，使物质的电学性质发生改变的现象。
3、外光电效应：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4、光电效应包括光电导效应、光伏效应、光电子发射效应（外光电效应）、光子牵引效应和光电磁效应。
5、光电导效应：当半导体材料受光照时，对光子的吸收引起载流子浓度的变化，导致材料电导率变化。
分为本征光电导效应和非本征光电导效应。
6、本征光电导效应：7、非本征（杂质）光电导效应：8、光伏效应：PN结受到光照时，PN结的两端产生电势差。
9、外光电效应：光电子发射效应：金属或金属半导体受到光照时，电子从材料表面逸出。
10、热电效应：入射光和材料的晶格相互作用，晶格吸收光能而增加振动能量，引起材料的温度上升，从而使材料的电学参量发生变化。
特点是频谱范围宽，无选择性。
11、热电效应包括电阻温度效应（物体吸收光辐射后温度升高导致电阻发生改变）和温差电效应（第一效应：塞贝克效应：两种不同的导体或半导体组成闭合回路，两节点的温度不同，产生了温差电动势，闭合回路中产生连续电流）和热释电效应（热电晶体材料受光照射温度升高，在晶体的特定方向上由于自发极化随温度变化而引起表面电荷的变化）。
1、光谱效率函数，光谱光视效能km2、普朗克定律（普朗克辐射公式）。
描述黑体光谱辐射出度与波长、绝对温度之间的关系：3、求黑体的总辐射出度，即斯蒂芬-波尔滋蔓定律：4、韦恩位移定律：黑体最大光谱辐射出度的峰值波长与绝对温度之间的关系：μm1、光电探测器的性能参数（普遍而言）2、有关响应方面的性能参数（又叫灵敏度）：3、灵敏度分为光谱灵敏度和积分灵敏度4、光谱灵敏度：探测器在波长尼姆达的单色光照射下，输出的电压或光电流与入射的单色辐射通量之比。
光电探测考试知识点总结
入射光斑重心位置敏感的光电器件。
即当入射光斑落在器件感光面的不同位置时，PSD将对应输出不同的电信号。
通过对此输出电信号的处理，即可确定入射光斑在PSD的位置。
入射光的强度和尺寸大小对PSD的位置输出信号均无关。
PSD的位置输出只与入射光的“重心”位置有关。
PSD可分为一维PSD和二维PSD。
一维PSD可以测定光点的一维位置坐标，二维PSD可测光点的平面位置坐标。
由于PSD是分割型元件，对光斑的形状无严格的要求，光敏面上无象限分隔线，所以对光斑位置可进行连续测量从而获得连续的坐标信号。
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一、主要的光源（1）1、热辐射源 太阳白炽灯2、气体放电光源 汞灯 氙灯 空心极灯 氘灯 利用气体放电原理制成的光源称为气体放电光源。
制作时在灯中充入发光用的气体，如氢、氦、氘、氙、氪等，或金属蒸气，如汞、镉、钠、铟、铊、镝等。
在电场作用下激励出电子和离子，气体变成导电体。
当离子向阴极、电子向阳极运动时，从电场中得到能量，当它们与气体原子或分子碰撞时会激励出新的电子和离子。
由于这一过程中有些内层电子会跃迁到高能级，引起原子的激发，受激原子回到低能级时就会发射出可见辐射或紫外、红外辐射。
这样的发光机制被称为气体放电原理。
气体放电光源具有下列共同的特点：（1）发光效率高。
比同瓦数的白炽灯发光效率高2~10倍，因此具有节能的特点；（2）结构紧凑。
由于不靠灯丝本身发光，电极可以做得牢固紧凑，耐震、抗冲击；（3）寿命长。
一般比白炽灯寿命长2~10倍；（4）光色适应性强，可在很大范围内变化。
3、固体发光源 场致发光:固体在电场的作用下将电能直接转换为光能的发光现象，也称电致发光,其有三种形态：粉末场致发光源薄膜场致发光源结型场致发光源（二极管）LED 的特性参数 (1)量子效率。
发光二极管一般用量子效率来表示表征器件这一性能的参数就是外量子效率，表示如下，其中， NT 为器件射出的光子数。
4、激光器 1.气体激光器：氦-氖激光器、 氩离子激光器、 二氧化碳激光器2.固体激光器3.染料激光器4.半导体激光器（2）光源的颜色 光源的颜色包含了两方面的含义，即色表和显色性。
色表：用眼睛直接观察光源时所看到的颜色，称为光源的色表。
显色性：当用这种光源照射物体时，物体呈现的颜色与该物体在完全辐射体照射下所呈现的颜色的一致性，称为该光源的显色性。
光源选择的基本要求：光源发光强度，稳定性及其它方面的要求；光源发光光谱特性的要求。
二、光电二极管1、正常运用时，光电二极管要加反向电压，Rsh 很大，Rs 很小，所以图b 中的V 、Rsh 、Rs 都可以不计，因而有图c 的形式；图d 又是从图c 简化来的，因为Cf 很小，除了高频情况要考虑它的分流作用外，在低频情况下，它的阻抗很大，可不计。
因此多用图d 和图c 两种）（ev Eg 1.24c =λ，截止波长2、主要的光电二极管 1、PN 光电二极管 2、PIN 光电二极管3、雪崩光电二极管(APD)3、PN 光电二极管工作原理：入射光从P 侧进入，在耗尽区，光吸收产生电子－空穴对，在内建电场作用下分别向左右两侧运动，产生光电流。
45、量子效率：入射光功率Pin 中含有大量光子，能转换为光电流的光子数和入射总光子数之比称为量子效三、光电倍增管（1）暗电流 1.组成:热电子发射（光电阴极中有少数电子的热能大于光电阴极逸出功，因此，产生热电子发射）、极间漏电流、残余气体的离子发射、玻璃闪烁、场致发射。
（在无光照射（暗室）情况下，光电倍增管加上工作电压后形成的电流称为暗电流。
在光电倍增管阴极前面放一块闪烁体，便构成闪烁计数器。
当闪烁体受到人眼看不见的宇宙射线照射后，光电倍增管就有电流信号输出，这种电流称为闪烁计数器的暗电流，一般称为本底脉冲。
）2.减少暗电流的方法:①直流补偿,补偿电流为：Ib=VcR2/(R1+R2)R3，一般R3»R1、R2②选频和锁相放大③致冷：降低从光电阴极和倍增极来的热发射电子④电磁屏蔽法及磁场散焦法（2）噪声主要有:光电器件本身的散粒噪声,闪烁噪声及负载电阻的热噪声等（3）选择电阻的标准：1、在频率响应要求高的情况下，负载电阻小些2、当输出信号的线性要求高：负载电阻使信号电流在它上面产生的压降在几伏以下3、负载电阻应比放大器的输入阻抗小的多（4）R f下降到R0的0.707倍，频率fc为探测器的截止响应频率四、光敏电阻（1）原理：利用的是光电导效应，即材料（或器件）受到光辐射后，材料（或器件）的电导率发生变化（2）减小噪声的方法：1、红外：减小温漂，使信号放大，可调制较高的2、制冷可降低热噪声；3、恰当的偏置电路，可使信噪比最大。
（3）光敏电阻噪声：温度的变化，引起温度噪声，导致其灵敏度，光照特性，响应率等都发生变化。
五、光电耦合器件（CCD）（1）设所用的CCD有N0个光敏元，每个光敏元的大小为13μm，计数器计数为N，则细丝直径D为：D＝13（N0-N）（2）CCD摄像机使用面阵CCD。
CCD摄像机完成摄像经历过程的可以简述如下：A、曝光B、光生电荷平移到移位寄存器C、移位寄存器中光生电荷串行输出，转换成电压信号D、形成全电视信号六、热探测器（1）探测光辐射包括两个过程：1吸收光辐射能量后，探测器的温度升高2把温度升高所引起的物理特性的变化转变成电信号（2）维恩位移定律热辐射电磁波中包含着各种波长，从实验可知，物体峰值辐射波长与物体自身的绝对温度T成以下关系λmΤ=2897(µm·k)（3）两种不同的导体或半导体A和B组合成如图所示闭合回路，若导体A和B的连接处温度不同（设T＞T0），则在此闭合回路中就有电流产生，也就是说回路中有电动势存在，这种现象叫做热电效应（4）热敏电阻是利用某种半导体材料的电阻率随温度变化而变化的性质制成的分类1、正温度系数热敏电阻器（PTC）2、负温度系数热敏电阻器（NTC）3、突变型负温度系数热敏电阻器（CTR)七、调制及测量系统（1）主要的调制方式一、调制盘二、莫尔条纹三、声光调制四、电光调制（2）调制盘最基本作用：把恒定的辐射通量变成周期性重复的光辐射通量作用主要有如下三点：1、提供目标的空间方位；2、进行空间滤波以抑制背景干扰；3、抑制噪声与干扰以提高系统的检测性能。
（3）莫尔条纹1、其中V平均为平均输出电压，即直流分量或直流电平，Vp-p为峰峰值电压。
如果以Y 表示莫尔条纹的移动量，则有Y=NBY+q ,其中，N为移动过检测点的莫尔条纹数的整数部分，BY为莫尔条纹宽度，q为莫尔条纹的小数部分。
依据光栅移动量x与莫尔条纹移动量Y的关系，对莫尔条纹的直接测量，便可测得光栅的位移量x = Y/K = (1/K) (NBY + q)2、若光栅的空间周期P»λ称为计量光栅；若P≈λ则为衍射光栅。
（4）声光衍射主要分为布拉格（Bragg ）衍射和喇曼-奈斯（Raman-Nath ）衍射（超声波频率低，光波平行声波面入射，声光作用长度短）两种类型。
前者通常声频较高，声光作用程较长；后者则反之。
由于布拉格衍射效率较高，故一般声光器件主要工作在仅出现一级光（N=1）的布拉格区。
满足布拉格衍射的条件是： f/2Vs b sin λθ= 布拉格衍射：衍射角等于入射角。
（5）电光调制 1、电光效应指的是介质或晶体在电场作用下，其光学性质发生变化的各种现象。
目前在电光效应方面主要以电致旋光效应、克尔效应（平方效应）和泡克耳效应（线性）来获得光偏振调制。
电光调制器是利用电光效应而制成的器件 .常用的有两种方式：一种是加在晶体上的电场方向与通光方向平行，称纵向电光效应（也称为纵向运用）；另一种是通光方向与所加电场方向相垂直，称横向电光效应（也称为横向运用）2、典型的KDP 晶体纵向电光调制器3、纵向调制与横向调制优缺点：纵向电光调制优点是结构简单，工作稳定，无自然双折射的影响，不需进行补偿。
其缺点是半波电压太高，功率损耗较大。
横向调制器横向运用时其半波电压要低于纵向运用 ,但由于存在着自然双折射引起的相位延迟，且随温度的漂移而改变，往往使已调波发生畸变，常采用“组合调制器”来进行补偿4、光电技术探测系统 一、直接探测系统 所谓直接探测是将待检测的光信号直接入射到光探测器的光敏面上，由光探测器将光强信号直接转化为相应的电流或电压，根据不同系统的要求．再经后续电路处理(如放大、滤波或各种信号变换电路)，最后获得有用的信号二、相干探测系统相干探测系统原理:当偏振方向相同、传播方向平行且重合的两束光垂直人射到光混频器上时，假设一束是频率为vL 的本振光，另一束是频率为vS 的信号光，光混频器可在频率vL 、 vS 、和频（ vL + vS ）差频(vL -vS)处产生输出八、显示器种类：LED,LCD （液晶）,CRT （阴极射线管）,PDP （等离子体）九、光电效应：物资吸收光子并激发出自由电子的行为。
十、三极管：工作原理：三极管是电流放大器件有三个极，分别叫做集电极C ，基极B ，发射极E 。
分成NPN 和PNP 两种。
我们仅以NPN 三极管的共发射极放大电路为例。
基极到发射极是一个小电流输入回路，通过三极管来控制集电极到发射极的大电流输出回路，或者使这个放大的电流，流过一个负载或电阻，在其两端取得高的电压。
与输入回路相比，电流和电压就都得到了放大。
量子效率：电子对/入射光功率 烧孔效应：非均匀加宽气体激光器的增益曲线上 ，与中心频率对称的两个频率处下降的现象 。
入射光变强后，通过受激发射使具有某一速度的气体分子的反转粒子数减少，表现为增益曲线在该激光频率处下降，形成一个“烧孔”，光强越大，“烧孔”越深。
因为激光是在谐振腔内往返传播，使具有与上述速度大小相等、方向相反的气体分子的反转粒子数也减少。
结果在增益曲线上出现两个对中心频率对称的“烧 孔”，这两部分的气体分子对激光都有贡献。
兰姆凹陷是在气体激光器中，激光器工作频率靠近工作物质增益曲线的中心频率直到完全重合时，由于烧孔效应，使对激光有贡献的反转粒子数减少，从而使该激光器输出功率下降直到某一极小值的现象。
阿贝成像: .入射光经物平面发生夫琅和费衍射,在透镜焦面(频谱面)上形成一系列衍射光斑,各衍射光斑发出的球面次波在像面上相干叠加,形成像. 自动平移门 设计思路 使红外线传感器作为感应器，检测到人体辐射的红外线能量变化并转化为电信号，传送给单片机。
交流电机作为门驱动装置，通过单片机控制交流电机自动打开。
当人进入后可使门自动关闭。
1）人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM 左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM 左右的红外线而进行工作的。
所以热释电元件对波长为10UM 左右的红外辐射必须非常敏感。
2)被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。
而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。
一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。
相关器件热释电红外自动门主要由光学系统、热释电红外传感器、信号滤波和放大、信号处理和自动门电路等几部分组成。
菲涅尔透镜可以将人体辐射的红外线聚焦到热释电红外探测元上，同时也产生交替变化的红外辐射高灵敏区和盲区，以适应热释电探测元要求信号不断变化的特性；热释电红外传感器是报警器设计中的核心器件，它可以把人体的红外信号转换为电信号以供信号处理部分使用；信号处理主要是把传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波、延迟、比较，为报警功能的实现打下基础。