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。因此多用图d 和图c 两种

）（ev Eg 1.24

c =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。4

5、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