光电技术复习
光电期末复习题答案
光电期末复习题答案一、选择题1. 光电效应中，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比，与入射光的强度无关。
（对）2. 激光的单色性、相干性和方向性都非常好，因此激光在精密测量和通信领域有着广泛的应用。
（对）3. 光的偏振现象表明光是一种横波。
（对）4. 光的干涉和衍射现象都可以产生明暗相间的条纹，但干涉条纹是稳定的，衍射条纹则不稳定。
（错）5. 光纤通信利用的是光的全反射原理。
（对）二、填空题1. 光电效应中，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比，与入射光的强度无关。
2. 激光的单色性、相干性和方向性都非常好，因此激光在精密测量和通信领域有着广泛的应用。
3. 光的偏振现象表明光是一种横波。
4. 光的干涉和衍射现象都可以产生明暗相间的条纹，但干涉条纹是稳定的，衍射条纹则不稳定。
5. 光纤通信利用的是光的全反射原理。
三、简答题1. 简述光电效应的基本原理。
答：光电效应是指光照射到金属表面时，金属会释放出电子的现象。
当光的频率高于金属的逸出功对应的频率时，光子的能量足以使电子克服金属的束缚力而逸出，形成光电子流。
光电子的最大初动能与入射光的频率成正比，与入射光的强度无关。
2. 激光有哪些主要应用？答：激光的主要应用包括：精密测量、光纤通信、医疗治疗、工业加工、科研实验等。
激光的高亮度、高单色性和高相干性使其在这些领域中具有独特的优势。
3. 什么是光的偏振现象？答：光的偏振现象是指光波在传播过程中，电场矢量在某一特定方向上的振动。
只有当光波的电场矢量在某一平面内振动时，才能通过偏振片。
偏振现象表明光是一种横波，因为只有横波才能产生偏振现象。
4. 光的干涉和衍射现象有何区别？答：光的干涉现象是指两束或多束相干光波相遇时，由于光波的相位差而产生的光强增强或减弱的现象。
干涉条纹是稳定的，可以产生明暗相间的条纹。
而光的衍射现象是指光波在遇到障碍物或通过狭缝时，由于光波的弯曲而产生的光强分布变化。
衍射条纹则不稳定，随着观察位置的不同而变化。
光电技术第三版复习重点总结2
1.一台氦氖激光器发出波长为0.6328μm 的激光束，其功率为5mW ，光束平面发散角为0.3mrad ，放电毛细管直径为1mm 。
试求： (1) 当V0.6328=0.235时此光束的辐射通量λ,e Φ，光通量λ,v Φ，发光强度λ,v I，光出射度λ,v M等各为多少？(2) 若将其投射到20m 远处的屏幕上，屏幕的光照度为多少？ 1)因3,310()e W λ-Φ=⨯，且0.6328()|0.235m V λμλ== 则：其中683(/)mK Lm w =为峰值波长（555nm ）光视效能。
,4,30.48152.410()0.0210V V I cd λλ-Φ===⨯Ω⨯0.48150.613410()14M Lm Ad πΦ===⨯2）投射10m 处，光斑直径33100.0210110 1.2()D L d mm --=⋅Ω+=⨯⨯+⨯=23048150.48150.426()1(1.210)4V V E Lm A D ππ-Φ===⨯屏幕.＝14如图所示的电路中，已知Rb=820 Ω，Re=3.3k Ω,Uw=4V ，光敏电阻为Rp ，当光照度为40lx 时输出电压为6V ，80lx 时为9V 。
设该光敏电阻在30-100lx 之间的γ值不变。
试求： (1)输出电压为8V 时的照度。
(2) 若Re 增加到6k Ω，输出电压仍然为8V ，求此时的照度。
(3) 若光敏面上的照度为70lx ，求Re=3.3k Ω与Re=6k Ω时的输出电压 (4) 求该电路在输出电压为8V 时的电压灵敏度。
11140.71()3.3W be e c e U U I I mA R --≈===当照度为40lx ，输出电压6V 时，光敏电阻1P R：116bb C P U I R =-⋅当照度为80lx ，输出电压9V 时，光敏电阻2P R ：129bb C P U I R =-⋅设12bbUV =，则16()P R k =，23()P R k =根据光敏电阻线性化关式：1221lg lg lg lg P P R R E E γ-=- 即：1）设输出电压为8V 时，光敏电阻阻值为3P R ，则138bbC P UI R =-⋅得14()P Rk =选择关系式： 得：360()E lx =2）当e R 增大到6k 时，则：此时输出电压仍然为8V ，则：248bb C P UI R =-⋅ 得：47.2727()P R k =选择关系式：得：3）当光照为70lx 时，设此时光敏电阻的阻值为5P R，选择关系式：得：43.4286()P Rk =当 3.3eR k =时，输出电压1151212 3.42868.57()o c P U I R V =-⨯=-=当6eR k =时，输出电压4）当 3.3eR k =时，电压灵敏度 当6eRk=，光照为40lx 和80lx 时，212()0.55(63) 1.65()c P P U I R R V ∆=-=-=电压灵敏度在室温300K 时，已知2CR21型硅光电池(光敏面积为5m m ×5mm )在辐照度为100mW/cm2时的开路电压微U oc =550mV ，短路电流I SC =6mA 。
光电技术 复习题
1．利用晶体自发极化特性的光电探测器是 [热释电探测器 ]2．以下各量中不属于辐射度量的是 [ ]A. 辐出度。
B.发光强度。
C. 辐照度。
D. 辐亮度。
3．利用外光电效应的光子探测器是 [ 光电子发射探测器 ]4．以下各物中不属于光伏探测器的是[ ]光电二极管、发光二极管、pin管、雪崩二极管二、简单回答1．光电池有哪些性能参数？(1)光照特性。
(2)光谱特性。
(3)温度特性。
〔4〕频率特性。
（开路电压、内阻、电容量、寿命）。
2．光电倍增管的放大倍数[电流增益]与哪些因素有关？放大倍数[电流增益] G=f（gδ）n。
与第—倍增极对阴极发射电子的收集率f、倍增极间的传递效率g、倍增极的倍增系数δ以及倍增极个数n有关。
3．光子探测器有哪几种？（1）光电子发射探测器。
(2) 光电导探测器。
(3) 光伏探测器。
(4)光电磁探测器。
4．温差电效应包含哪几种效应？（1）塞贝克效应。
（2）珀耳帖效应。
（3）汤姆逊效应·5光伏探测器按照对光照敏感结的种类可分为哪几种类型？光伏探测器按照对光照敏感结的种类可分为pn 结型、pin结型、金属半导体结型（肖特基势垒型）和异质结型。
三、简单叙述题）2．简述热释电探测器的热释电效应。
（1）某些物质自发极化选择性，表面带电，成为极性晶体。
（2）平时被自由电荷补偿而不显极性。
（3）自发极化与温度有关，当物质吸收光辐射升温时，自发极化加强。
（4）而自由电荷补偿需要较长时间。
如果温度快速变化，则表面有随之变化的电荷。
3．光子探测器和热探测器特性上有何差别。
光子探测器热探测器机理光子效应光热效应光谱响应选择性非选择性响应量电压、电流和温度有关量响应时间 快 慢4．简述光电导探测器的光电导效应。
光子作用于光电导材料，形成本征吸收或杂质吸收，产生附加的光生载流子．从而使半导体的电导率发生变化，这就是光电导效应。
价带种的电子吸收光子进入导带成为导电电子，留下的空穴也导电，这就是本征吸收所产生的本征光电导。
光电检测技术复习三(光生伏特器件)
问题四 半导体光电器件的特性参数与选择 1 半导体光电器件的特性参数 半导体光电器件主要包括光电导器件与光生伏特器件等两大类， 要根据具体情况选择不 同特性参数的器件。 光谱响应（nm） 光电器件 短 波 长 400 300 750 400 峰值 640 长 波 长 900 122 0 灵敏 度 (A/W ) 1A/l m 0.30.6 0.30.8 0.30.6 输出电 流(mA) 光电 响应 特性 非线 性 动态特性 频率 响应 (MHz) 0.001 上升时 间 (μ s) 200-10 00 ≤0.1 ≤100 ≤ 0.002 ≤0.1 电源 及偏 置 交、 直流 三种 偏置 暗电 流与 噪声
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.
第三章 光生伏特器件 问题一 硅光生伏特器件 硅光生伏特器件具有制造工艺简单、 成本低等特点使它成为目前应用最广泛的光生伏特 器件。 问题二 硅光电二极管 硅光电二极管是最简单、最具有代表性的光生伏特器件，其中，PN 结硅光电二极管为 最基本的光生伏特器件。 1 工作原理—基于 PN 结的光伏特效应 2 基本结构 1) 光电二极管可分为以 P 型硅为衬底的 2DU 型 与以 N 型硅为衬底的 2CU 型两种结构形式。 如图 3-1（a）所示的为 2DU 型光电二极管的 原理结构图。 2) 图 3-1（c）所示为光电二极管的电路符号，其 中的小箭头表示正向电流的方向（普通整流二 极管中规定的正方向） ，光电流的方向与之相 反。图中的前极为光照面，后极为背光面。 3 电流方程—普通二极管的电流方程 qU （反向偏置时） 且 |U|>> kT/q 时(室温下 kT/q≈0.26mV， ID 为 U 为负值 I ID e kT 1 很容易满足这个条件)的电流，称为反向电流或暗电流。
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；
光电测试技术复习资料
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。
光电技术复习资料
1.半导体对光的吸收可分为本征吸收，杂质吸收，激子吸收，自由载流子吸收和晶格吸收。
2.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。
3. 发光二极管(LED)是一种注入电致发光器件，他由P型和N型半导体组合而成。
其发光机理可以分为PN结注入发光与异质结注入发光两种类型。
4. 光电信息变换的基本形式信息载荷于光源的方式，信息载荷于透明体的方式，信息载荷于反射光的方式，信息载荷于遮挡光的方式，信息载荷于光学量化器的方式，光通信方式的信息变换。
D电极的基本结构应包括转移电极结构，转移沟道结构，信号输入单元结构和信号检测单元结构。
1. 对于P型半导体来说，以下说法正确的是 （D）A 电子为多子B 空穴为少子C 能带图中施主能级靠近于导带底D 能带图中受主能级靠近于价带顶2. 下列光电器件, 哪种器件正常工作时需加100-200V的高反压 （C）A Si光电二极管B PIN光电二极管C 雪崩光电二极管D 光电三极管3. 对于光敏电阻，下列说法不正确的是： （D）A 弱光照下，光电流与照度之间具有良好的线性关系B 光敏面作成蛇形，有利于提高灵敏度C 光敏电阻具有前历效应D 光敏电阻光谱特性的峰值波长，低温时向短波方向移动4. 在直接探测系统中, (B)A 探测器能响应光波的波动性质, 输出的电信号间接表征光波的振幅、频率和相位B 探测器只响应入射其上的平均光功率C 具有空间滤波能力D 具有光谱滤波能力5. 对于激光二极管（LD）和发光二极管（LED）来说，下列说法正确的是（D）A LD只能连续发光B LED的单色性比LD要好C LD内部可没有谐振腔D LED辐射光的波长决定于材料的禁带宽6. 对于N型半导体来说，以下说法正确的是 （A）A 费米能级靠近导带底B 空穴为多子C 电子为少子D 费米能级靠近靠近于价带顶7. 依据光电器件伏安特性, 下列哪些器件不能视为恒流源: （D）A 光电二极管B 光电三极管C 光电倍增管D 光电池8. 硅光二极管在适当偏置时，其光电流与入射辐射通量有良好的线性关系，且动态范围较大。
光纤与光电技术综合实验复习资料
光电系统设计复习提纲基本概念1.根据系统工作的基本目的，通常光电系统可以分为哪两大类？1.信息光电系统。
例如：光电测绘仪器仪表、光电成像系统、光电搜索与跟踪系统、光电检测系统、光通信系统。
2.能量光电系统。
例如：激光武器、激光加工设备、太阳能光伏发电、“绿色”照明系统。
2.光电系统的研发过程需要哪些学科理论与技术的相互配合？光电系统的研发需要多种学科互相配合，它是物理学、光学、光谱学、电子学、微电子学、半导体技术、自动控制、精密机械、材料学等学科的相互促进和渗透。
3.光学系统设计基本要求包括哪些？基本要求包括：性能、构型选择、和可制造性三个方面。
4.光学系统设计技术要求包括哪些？技术要求包括：基本结构参数（物距、成像形式、像距、F数或数值孔径、放大率、全视场、透过率、焦距、渐晕）；成像性质要求（探测器类型、主波长、光谱范围、光谱权重、调制传递函数、RMS波前素衰减、能量中心度、畸变）；机械和包装要求；其他具体要求。
5.望远物镜设计中需要校正的像差主要是哪些？球差、慧差和轴向色差6.目镜设计中需要校正的像差主要是哪些？像散、垂轴色差和慧差7.显微物镜设计中需要校正的像差主要是哪些？球差、轴向色差和正弦差，特别是减小高级像差8.几何像差主要有哪些？几何像差主要有七种：球差、慧差、象散、场曲、畸变、轴向色差和垂轴色差。
9.用于一般辐射测量的探头有哪些？光电二极管10.可用于微弱辐射测量的探头有哪些？光电倍增管11.常用光源中哪些灯的显色性较好？常用光源中，白炽灯、卤钨灯、氙灯的显色性较好；12.何谓太阳常数？太阳常数——在地球-太阳的年平均距离，大气层外太阳对地球的的辐照度(1367±7) W·m-213.太阳对地球的辐照能量在哪个光谱区比例最大？太阳对地球的辐照度值在不同光谱区的比例为：紫外区6.46%；可见区46.25%；红外区47.29%14.对用于可见光和近红外的光学系统，主要是什么因素影响其像质？因波长较短，影响像质的主要是各种像差；15.对用于中远红外的光学系统，主要是什么因素影响其像质？用于中远红外的光学系统，影响像质的主要因素是衍射可见光和近红外的光学系统，16.对非线性光电探测器件的电路设计计算常用的方法有哪些？由于光电检测器件伏安特性是非线性的，一般采用非线性电路的图解法和分段线性化的解析法来计算。
光电复习资料及答案
1右图为光敏电阻的驱动电路，在两不同光照条件下，光敏电阻的阻值分别为RG1和RG2，则为使在这两不同光照条件下，输出电压Vo的变化量最大，该如何选择负载电阻的阻值RL？解：2叙述光电池的工作原理以及开路电压、短路电流与光照度的关系。
为什么光电池的输出与所接的负载有关系？解：（1）工作原理:光电池是一个简单得PN结。
当光线照射PN结时，PN结将吸收入射光子。
如果光子能量超过半导体材料的禁带宽度，则由半导体能带理论可知，在PN结附近会产生电子和空穴。
在内电场的作用下，空穴移向P区，电子移向N区，使N区聚集大量的电子而带上负电，在P区聚集大量的空穴而带上正电。
于是在P区和N区之间产生了电势，成为光生电动势。
如果用导线或电阻把N区和P区连接起来，回路中就会有光电流I流过，电流方向是由P区流向N区。
（6分）（2）光电池的电动势即开路电压与照度成非线性关系，在照度光电池的短路电流与照度成线性关系（4分）（3）当负载电阻较大时，光电流流过负载电阻时，必然使外加电场增大，由于外电场的方向是与内电场方向相反，故要削弱内电场的强度，从而使光生的电子和空穴不能移过PN结，使对外输出的光电流减少。
（5分）3有一正弦调制光照射于光敏二极管，其电路如图所示，R=RL＝100K，光敏二极管的灵敏度S＝0.2μA/LUX。
欲使其输出电压U0＝4V，求所需的照度变化。
若RL由100K变至40K，问输出电压U0变至几伏?解：交流时C相当于短路,R//RL=50kΩ,光电流Ig=U0/50kΩ=0.08mA,照度变化Φ=Ig/s=0.08×0.2=400LUX,因为光敏二极管的电流与负载无关,Ig=0.08mA,此时,R//RL=28.6kΩ,V0=Ig×28.6 kΩ=2.288V.4试用脉冲测量物理量的原理设计一个在线自动测长装置，即对传送带上运动物体进行自动测长。
要求：（1）叙述测长原理。
（2）画出结构原理框图。
复习总结
2 .5设某光敏电阻在100lx的光照下的阻值为2KΩ，且已 知它在90~120lx范围内的γ=0.9。试求该光敏电阻在 110lx光照下的阻值？
解：
g =SgEγ
R =1/SgEγ
R /R0=(E0/E)γ
R =(E0/E)γ R0 =(100/110)0.9×2=1.84KΩ 2 .6已知某光敏电阻在500lx的光照下的阻值为550Ω，在 700lx的光照下的阻值为450Ω。试求该光敏电阻在550lx 和600lx光照下的阻值？
2013-10-24 9
1.17 在微弱辐射作用下，光电导材料的光电导灵敏度有什 么特点？为什么要把光敏电阻的形状制造成蛇形？
q 在微弱辐射作用下，半导体的光电导 g hl 2 e, 可见此时半导体材料的光电导与入射辐射通量成线性关系。 光电导灵敏度为 dg q Sg d e , hcl2
Le, m V ( ) Le,
6
1.7 一束波长为0.5145μｍ输出功率为3W的氩离子激光束均 匀地投射到0.2cm2的白色屏幕上。问屏幕上的光照度为多 少？若屏幕的反射系数为0.8，其光出射度为多少？屏幕每 分钟接收多少个光子？
解：φe,λ =3mW，查表得V（0.5145um）=0.6082
hc 1239 (nm) 解题思路：L Eth Eth
Eth E A
N型半导体
Eth Eg EA
P型半导体
1.11 ΔEi=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
光生伏特效应属于内光电效应
q I (1 e d )Φe, h
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。
光电技术复习资料汇总
光电技术复习资料汇总区掺杂浓度314107-⨯=cm N A ，求PN 结的接触电势差D U （室温下，V qKT026.0=）。
解：在P-N 结处，接触电势差)(685.046.26105875.2105.110107ln 10602.13001038.1ln 22021714192320伏=⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==---i d a n N N e kT V6、设某种光电倍增管一共有10个倍增极，每个倍增极的二次电子发射系数均为4=σ，阴极灵敏度lm A S k /20μ=，阳极电流不得超过100A μ，试估算入射于阴极的光通量的上限。
解：阳极电流I A 满足：n k v A S I σφ=，所以入射光通量6101077.4420100-⨯=⨯==nk A v S I σφ lm 7、上题中，若阳极噪声电流4nA ，求其噪声等效光通量?（Z H f 1=∆） 解：题中未给出入射光的波长值，我们取波长为555 nm ，则1)(=λVNEP =.n n k m i S k s --´==?´310104101910204 Lm8、某光敏电阻的暗电阻为600k Ω，在200lx 光照下亮暗电阻比为1：100，求该电阻的光电导灵敏度。
解：该光敏电阻的亮电阻为Ω⨯==31210601.0R R ，光电导R G /1=，所以光电导灵敏度75312121033.802001061106111-⨯=-⨯-⨯=--=E E R R S E S/Lx9、某热探测器的热导为K W /1056-⨯，热容量为K J /1035-⨯，吸收系数0.8，若照射到光敏元上的调制辐射量为)cos 6.01(5t ω+⨯=Φ，求其温升随时间的变化关系，并给出上限调制频率。
解：上限调制频率f C G t t t πτω217.0103105156==⨯⨯===--，所以： 027.02==πωf H Z 。
温升随时间的变化关系 )(2/1220)1(ϕωτωηφηφ+++=∆t j t t m te G G T )(2126565)361(1051038.01051058.0ϕωω+----+⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=t j e )(212)361(4.28ϕωω+-+⨯+=t j e10、某光电导器件的特性曲线如右图，用该器件控制一继电器。
光电技术习题及总复习
(2).该激光束投射在10m远的白色漫反射屏上,漫反射屏的 反射比为0.85,求屏上的光亮度
本题1问的关键: 辐射通量和光通量的转换关系要清楚；立体角
概念要清楚；立体角与平面角的关系？
1）光通量
v CVe 683 0.175 2103 0.239lm
第三和第四代像增强器？
28.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？
29.光电测量系统中的噪声可分为三类，简述这三类噪声？ 等效噪声功率的表达式（两个）？
30.光和物质相互作用的三个过程是什么?产生激光的三个必要 条件是什么？激光器的类型和激光的特性是什么？
31.硅光电池最大的开路电压是多少？为什么它随温度升高
5.变像管是一种能把各种（ ）辐射图像转换成为（ ）图 像的真空光电成像器件。
第十六页，编辑于星期六：十六点 三十四分。
6. 电荷耦合器（CCD）电荷转移的沟道主要有两大类，一 类是（ ）, 另一类是（ ）。 7. 光电子技术是（ ）和（ ）相结合而形成的一门技术
8. 光源的颜色，包括两方面含义（ ）和（ ）。
而降低？
I0 4.22 1014 e0.1539t
32.什么是光纤的V归一 化2频a率参n1数2 ？n判22 断单2模a与n非1 单2模光纤的条件？
33.什么是“胖0”电荷？什么是“胖0”工作模式？“胖0”电荷的数 量是多少？引入“胖0”电荷的优缺点？
第二十页，编辑于星期六：十六点 三十四分。
34.光电探测器的特性参数有？为什么光敏电阻随光照增
πr102
r10=θR=10-3×10=10-2
该白色漫反射屏是不透明的, 其上的光斑是一个漫反射 源, 因漫反射光源的视亮度与θ无关,各方向都相同,因此该漫反 射源以π的立体角出射光通量0.85Фv ,故视亮度
光电技术简答题复习资料
1）光子透过入射窗口入射在光电阴极K上。
2）光电阴极电子受光子激发，离开表面发射到真空中。
3）光电子通过电子加速和电子光学系统聚焦入射到第一倍增极D1上，倍增极将发射出比入射电子数目更多的二次电子，入射电子经N级倍增极倍增后光电子就放大N次方倍。
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，在负载RL上产生信号电压。
是一种内光电效应，当光子产生时，能产生一个光生电动势，基于两种材料相接触形成的内建势垒，光子激发的光生载流子被内建电场扫向势垒两面三刀边，从而形成光生电动势。
18、简述光电发射效应（分金属与半导体两种情况）。
当光照射物质时，若入射光子能量hν足够大，它和物质中的电子相互作用，使电子吸收光子的能量而逸出物质表面。
74、写出光照下PN结的电流方程。
78、简述温差电偶的工作原理。
80、为了减小背景光和杂散光的影响，需对进入光电接收系统的光进行滤波。试说明对入射光进行空间滤波和光谱滤波的基本方法和作用。
一、空间滤波的基本方法和作用
（1）如果信号光的输入空间角有一定的大小，如远处的点光源，可以给接受光学系统加遮光罩、减小视场光阑、减小通光孔径的方法，压缩进入光学系统的空间立体角。
83、说明对光源选择的基本要求。
二、计算题：
4、一块半导体样品，时间常数为 ，在弱光照下停止光照0.2 后，光电子浓度衰减为原来的多少倍？
解：
6、设某种光电倍增管一共有10个倍增极，每个倍增极的二次电子发射系数均为 ，阴极灵敏度 ，阳极电流不得超过100 ，试估算入射于阴极的光通量的上限。
解：阳极电流IA满足： ，所以入射光通量
加正向偏压时内电场减弱p区空穴和n区电子向对方区域的扩散运动相对加强构成少数载流子的注入从而pn结附近产生导带电子和价带空穴的复合复合中产生的与材料性质有关的能量将以热能和光能的形式释放
光电技术知识点总结
光电技术知识点总结篇一：光电技术第三版复习重点总结试求一束功率为30mw、波长为0.6328激光束的光子流速率?e,?d?因dne,??hv，激光器只辐射特定波长的光，因此该式可变换为：????n??30?10?3?0.6328?10?6??9.55?1016在卫星上测得大气层外太阳光谱的最高峰值在hvh?c6.626?10?34?3?108(1/s)0.465处若把太阳作为黑体计算表面温度以及辐射度若已知光生伏特器件的光电流分别为50ua与300ua暗电流为1ua计算它们的开路电压计算人体正常温度和当发烧到38.5℃时其峰值波长分别是多少某只cdS光敏电阻的最大功耗为30mw,光电导灵敏度S/lx暗电导试求偏置电压为20V时的极限照度设某光敏电阻在100lx的光照下阻值为2KΩ激光单路干涉测位移的装置中（1）反光镜m3移动多少毫米时脉冲个数为100、（2）该测位移装置的灵敏度是多少、最高精度是多少？已知He-ne激光器发出的波长为0.6328μm的激光。
被测位移量有关系n?2L2?106???3.160556?106个脉冲0.6328灵敏度为：，?12??2??0.1582?m或0.3614μm。
最高测量精度不低于?0.16?m。
假设两块光栅的节距为0.2mm两光栅的栅线夹角为1°，求莫尔条纹的间隔，求相互移动的距离条纹间隔的宽度为：m?dd0.2?11.4592(mm)2sin(???当光电器件探测出2180莫尔条纹走过10个，则两光栅相互移动了2mm利用2cU2光电二极管和3dG40三极管构成的探测电路二极管的电流灵敏度S=0.4ua/uw，其暗电流id=0.2ua,三极管放大倍率为50倍最高入射功率400uw，拐点电压1.0V求入射辐射变化50uw时输出电压变化多少3.10已知光电三极管伏安特性曲。
若光敏面上的照度变换e=120+80sinωt(lx)，为使光电三极管输出电压不小于4V的正弦信号，求负载电阻RL、电源电压Ubb及该电路的电流、电压灵敏度，解Φ=120+180=200（lx）Φmin=120-80=40(lx)Uce??4?11.314(V)则Ubb=20(v)或者18v当Φ=40(lx)时，ic=1.1(ma),Φ=200(lx)，ic=5.4(ma)则：Δic=5.4-1.1=3.3(ma)?U?U??ic?RRL??i?11.314?3.428(k)Lc3.3电流灵敏度：iicP?Si??得：S???3.3i??160?0.0206(ma/lx)电压灵敏度：?U?SU???得：S?UU????11.314160?0.0707(V/lx)4.14照灵敏度为光电倍增管内。
光电技术复习
1. 半导体对光的吸收：本征吸收、杂质吸收、激子吸收、自由载流子吸收、晶 格吸收。
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。
其余是光热效应。
2. 光生伏特器件的偏置电路：自偏置电路、零伏偏置、反向偏置3. 热辐射探测器件：热敏电阻、热电偶探测器、热电堆探测器、热释电器件。
4. 光电信息变换和处理：模拟光电变换和模数光电变换5. 光电倍增管的结构：（1）入射窗结构：端窗式和侧窗式（2）倍增极结构：聚 焦型和非聚焦型。
光窗、光电阴极、电子光学系统（电子透镜）、电子倍增系 统和阳极。
6.光敏电阻属于光电导器件，广泛应用于微弱辐射信号的探测领域。
7. CCD 勺注入方式：光注入、电注入。
8. 已知禁带宽度Eg 求最大波长入maxhe 1 .24hv 亠 E g ■ LE g E g 9. 光电信息变换的基本形式：① 信息载荷于光源的方式；② 信息载荷于透明体的方式；③ 信息载荷于反射光的形式；④ 信息载荷于遮挡光的形式；⑤ 信息载荷于光学量化器的方式；⑥ 光通信方式的信息变换一类称为模拟量的光电信息变换，例如前 4种变换方式；另一类称为数字量 的光电信息变换，例如后2种变换方式。
10. 光电倍增管：阴极灵敏度定义光电倍增管阴极电流Ik 与入射光谱辐射通量之比为阴极的光谱灵 敏度，并记为I k S k , t =①ej若入射辐射为白光，则以阴极积分灵敏度，IK 与光谱辐射通量的积分之 比，记为SkI k S k = --------------------------------- 阳极灵敏度定义光电倍增管阳极输出电流 Ia 与入射光谱辐射通量之比为阳极的光 谱灵敏度，并记为若入射辐射为白光，则定义为阳极积分灵敏度，记为 Sa11. 黑体：能够完全吸收从任何角度入射的任何波长的辐射，并且在每一个方向 都能最大可能地发射任意波长辐射能的物体称为黑体。
显然，黑体的吸收系 数为1，发射系数也为112. 斯忒藩-波尔兹曼定律I aS a, x = ①e,x l a ： ：J e, xd 'S a :: 4 M e,s, d ■ - CT 5 42 n k _8 2 43 7=5.67 10 Wm K 15 h cM es 、 =1.3O9T 5灯0卫 W ・ cm-2 •卩 m-1 - K-5 13. 热释电效应：热电晶体材料因吸收光辐射能量而产生温升，导致晶体表面电 荷发生变化的现象。
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1. 半导体对光的吸收：本征吸收、杂质吸收、激子吸收、自由载流子吸收、晶格吸收。
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。
其余是光热效应。
2. 光生伏特器件的偏置电路：自偏置电路、零伏偏置、反向偏置3. 热辐射探测器件：热敏电阻、热电偶探测器、热电堆探测器、热释电器件。
4. 光电信息变换和处理：模拟光电变换和模数光电变换5. 光电倍增管的结构：（1）入射窗结构：端窗式和侧窗式（2）倍增极结构：聚焦型和非聚焦型。
光窗、光电阴极、电子光学系统（电子透镜）、电子倍增系统和阳极。
6. 光敏电阻属于光电导器件，广泛应用于微弱辐射信号的探测领域。
7. CCD 的注入方式：光注入、电注入。
8. 已知禁带宽度Eg 求最大波长λmax 。
9. 光电信息变换的基本形式：①信息载荷于光源的方式；②信息载荷于透明体的方式；③信息载荷于反射光的形式；④信息载荷于遮挡光的形式；⑤信息载荷于光学量化器的方式；⑥光通信方式的信息变换一类称为模拟量的光电信息变换，例如前4种变换方式；另一类称为数字量的光电信息变换，例如后2种变换方式。
10.光电倍增管：阴极灵敏度定义光电倍增管阴极电流I k 与入射光谱辐射通量之比为阴极的光谱灵敏度，并记为 若入射辐射为白光，则以阴极积分灵敏度，I K 与光谱辐射通量的积分之比，记为S k 阳极灵敏度定义光电倍增管阳极输出电流I a 与入射光谱辐射通量之比为阳极的光谱灵敏度，并记为 若入射辐射为白光，则定义为阳极积分灵敏度，记为S a11.黑体：能够完全吸收从任何角度入射的任何波长的辐射，并且在每一个方向都能最大可能地发射任意波长辐射能的物体称为黑体。
显然，黑体的吸收系数为1，发射系数也为1。
12.斯忒藩-波尔兹曼定律g E hv ≥gg L 24.1E E hc =≤λλe,k λ,k ΦI S =⎰∞Φ=0λe,k k d λI S λ e,a λ,a ΦI S =⎰∞Φ=0λe,a a d λI S ⎰∞==04,s ,e s ,e d T M M σλλ4282345K Wm 1067.515π2---⨯==c h k σW ·cm-2·μm-1·K-513.热释电效应：热电晶体材料因吸收光辐射能量而产生温升，导致晶体表面电 荷发生变化的现象。
14.外光电效应：当物质中的电子吸收足够高的光子能量，电子将逸出物质表面成为真空中的自由电子，这种现象称为光电发射效应或称为外光电效应。
15.温差热电效应：两种材料的金属A 和B 组成的一个回路时，若两金属连接点的温度存在着差异（一端高而另一端低），则在回路中会有电流产生。
即由于温度差而产生的电位差ΔE 。
回路电流I =ΔE /R 。
其中R 称为回路电阻。
这一现象称为温差热电效应（也称为塞贝克热电效应）( Seebeck Effect)。
16.灰体：凡发光系数ε与同温度黑体的发射系数ελ成函数关系的辐射体称为灰体。
灰体的发光系数ε为 17.光生伏特效应：光生伏特效应是基于半导体PN 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。
18.光磁电效应：在半导体上外加磁场，磁场的方向与光照方向垂直，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必然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。
这种现象称为半导体的光磁电效应。
19.量子流速率：光源发射的辐射功率是每秒钟发射光子能量的总和。
光源在给定波长λ处, 由λ到波长范围内发射的辐射通量d Φe 除以该波长λ的光子能量hv ，得到光源在该波长λ处每秒钟发射的光子数，称为光谱量子流速率d N e,λ，即 光源在波长λ为0→∞范围内发射的总量子流速率20.热释电器件的噪声主要有电阻的热噪声、温度噪声和放大器噪声等。
热噪声：来自晶体的介电损耗和与探测器的并联电阻。
热噪声电压随调制频率的升高而下降放大器噪声：来自放大器中的有源元件和无源器件，及信号源的阻抗和放大器输入阻抗之间噪声的匹配等方面温度噪声：来自热释电器件的灵敏面与外界辐射交换能量的随机性。
热释电器件的噪声等效功率NEP 具有随着调制频率的增加而减小的性质。
21.怎样理解光电倍增管的阴极灵敏度和阳极灵敏度？二者的区别是什么？二者有什么关系？答：光电倍增管阴极电流与入射光谱辐射通量之比称为阴极灵敏度，阳极电流与入射光谱辐射通量之比称为阳极灵敏度。
阴极灵敏度表征了光电倍增管阴极材料的一次发射能力，而光电倍增管的阳极灵敏度则反应了倍增极材料的二次电子发射能力。
22. 像管的结构基本结构：由光电阴极、电子光学系统（也称为“电子透镜”）、荧光屏等组155,s ,e 10309.1-⨯=T M m λhvΦhv ΦN λλλd d d ,e e ,e ==⎰⎰∞∞==0,e max ,e 0,e e d d λλλλλλr ΦhcΦhv ΦN成。
光电阴极——涂覆于光窗内壁的光电发射材料薄膜，是像管的光-电转换部分。
电子光学系统——将电子图像成像在荧光屏上。
荧光屏——将电子动能转换成光能，是像管的电-光转换部分。
像管的工作原理•亮度很低的可见光图像或者人眼不可见的光学图像经光电阴极转换成电子图像；•电子光学系统将电子图像聚焦成像在荧光屏上，并使光电子获得能量增强；•荧光屏再将入射到其上的电子图像转换为可见光图像。
23.光生伏特器件有几种偏置电路？各有什么特点？答：光生伏特器件有以下几种偏置电路：（1）自偏置电路。
特点是光生伏特器件在自偏置电路中具有输出功率，且当负载电阻为最佳负载电阻时具有最大输出功率。
其缺点在于输出电流或输出电压与入射辐射间的线性关系很差，在实际测量电路中很少应用。
（2）反向偏置电路。
光生伏特器件在反向偏置状态，PN结势垒区加宽，有利于光生载流子的漂移运动，使光生伏特器件的线性范围和光电变换的动态范围加宽，被广泛应用于大范围的线性光电检测与光电变换中。
（3）零伏偏置电路。
光生伏特器件在零伏偏置下，输出的短路电流与入射辐射量成线性变化关系。
因此，零伏偏置电路是理想的电流放大电路，适合于对微弱辐射信号的检测。
24. 雪崩光电二极管是一种p-n结型的光检测二极管，其中利用了载流子的雪崩倍增效应来放大光电信号以提高检测的灵敏度。
PN 结在高反向电压下产生的雪崩效应。
其基本结构常常采用容易产生雪崩倍增效应的Read二极管结构（即N+PIP+型结构，P+一面接收光），工作时加较大的反向偏压，使得其达到雪崩倍增状态；它的光吸收区与倍增区基本一致（是存在有高电场的P区和I区）。
25. 硅光电池：基本结构：一个大面积的 PN结。
硅光电池的工作原理是光生伏特效应.当光照射在硅光电池的PN结区时,会在半导体中激发出光生电子空穴对.PN结两边的光生电子空穴对,在内电场的作用下,属于多数载流子的不能穿越阻挡层,而少数载流子却能穿越阻挡层.结果,P区的光生电子进入N区,N区的光生空穴进入P区,使每个区中的光生电子一空穴对分割开来.光生电子在N区的集结使N区带负电,光生电子在P区的集结使P区带正电.P区和N区之间产生光生电动势.当硅光电池接入负载后,光电流从P区经负载流至N区,负载中即得到功率输出.基本特性：光电特性（照度-电流电压特性，照度-负载电阻特性）、光谱特性、频率特性、温度特性。
26. 热释电探测器基本结构：热释电的基本结构是一个电容器，其电容值很小、阻抗一般可达1010Ω，使用时须采用具有高输入阻抗和低噪声的结型场效应管前置放大器（JFET）。
实际应用中一般将JFET与热释电探测器直接封装在同一个黄铜管内，构成源极跟随器、并进行阻抗变换。
基本原理：热释电探测器是一个电容器，其输出阻抗极高，故其等效电路可用恒流源来表示。
27.余弦辐射体：辐射体的辐射强度在空间方向上的分布满足符合上式规律的辐射体称为余弦辐射体或朗伯体。
28. 像增强器的基本结构：由光电阴极、电子光学系统、电子倍增器以及荧光屏等功能部件组成。
像增强器的工作原理：电子光学系统和电子倍增器将光电阴极所发射的光电子图像传递到荧光屏，在传递过程中使电子流的能量增强（有时还使电子的数目倍增），并完成电子图像几何尺寸的缩小/放大；荧光屏输出可见光图像，且图像的亮度被增强到足以引起人眼视觉的程度，从而可以在夜间或低照度下直接进行观察。
29.本征光电导灵敏度（Sg）：光电导探测器的输出量和输入量之比：Sg=Gp /Φ30. 光电倍增管产生暗电流的原因有哪些？如何降低暗电流？答：产生暗电流的原因主要有：①欧姆漏电②热发射③残余气体放电④场致发射⑤玻璃壳放电和玻璃荧光降低暗电流的方法主要有：①直流补偿②选频和锁相放大③冷却光电倍增管④增加电磁屏蔽⑤采用磁场把未被照射的光电阴极边缘暗电流的电子散射掉。
31. 半导体热敏电阻：是用对热极很敏感的半导体材料制成的电阻，它的电阻值随温度的变化而剧烈的变化。
32.发光二极管发光机理常分为PN结注入发光与异质结注入发光两种。
33. 为什么发光二极管必须在正向电压下才能发光？反向偏置的发光二极管能发光吗？答：由于LED 的发光机理是非平衡载流子即电子与空穴的扩散运动导致复合发光，因此要求有非平衡载流子的相对运动，使电子由N 区向P 区运动，而空穴由P 区向N 区运动。
在不加偏加或加反向偏压的情况下，PN 结内部的漂移运动占主要优势，而这种少子运动的结果是电子与空穴的复合几率小，而且表现在数量上也是很微弱的，不足以使LED 发光。
因此，要使LED 发光，必须加正向偏压。
34. 为什么说发光二极管的发光区在 PN结的 P区？这与电子、空穴的迁移率有关吗？答：对于 PN结注入发光的发光二极管，当 PN结处于平衡位置时，存在一定的势垒区。
当加正向偏压时，PN 结区势垒降低，从扩散区注入的大量非平衡载流子不断地复合发光，并主要发生在 P 区。
这是因为发光二极管在正向电压的作用下，电子与空穴做相对运动，即电子由 N区向 P 区运动，而空穴向 N区运动。
但由于电子的迁移率μN比高空穴的迁移率μP 20 倍左右，电子很快从 N区迁移到 P区，因而复合发光主要发生在 P区。