光电检测思考题及部分答案

1.什么是光电检测系统？其基本组成部分有哪些？

答：指对待测光学量或由非光学待测物理量转换的光学量，通过光电变换和电路处理的方法进行检测的系统。

组成部分：光源；被检测对象及光信号的形成；光信号的匹配处理；光电转换；电信号的放大与处理；微机；控制系统；显示。

2.简要说明光电检测技术的重要应用范围？

答：辐射度量和光度量的检测；光电元器件及光电成像系统特性的检测；光学材料、元件及系统特性的检测；非光学量的光电检测。

3.光电探测器的原理有几种效应？分别是什么？内容是什么？

答：四种。光电子发射效应：在光辐射作用下，电子逸出材料表面，产生光电子发射。光电导效应：光照射某些半导体材料，某些电子吸收光子变成导电自由态，在外电场的作用下，半导体的电导增大。光生伏特效应：光照射在PN结及其附近，在结区中因电场作用，产生附加电动势。光磁电效应：半导体置于磁场中，用激光垂直照射，由于磁场产生洛伦兹力，形成电位差。。

4. 光电探测器的种类及相应的光电器件？

答：光电子发射器件：光电管、光电倍增管；

光电导器件：光敏电阻；

光生伏特器件：雪崩光电管、光电池、光电二极管、光电三极管。

5. 光电探测器的性能参数有哪些？详细叙述之。

答：量子效率：响应度：光谱响应：响应时间和频率响应：噪生等效功率：探测度：线性度：。

6. 光电探测器的噪声主要来源于什么？

答：热噪声；暗电流噪声；散粒噪声；低频噪声。

7.作为性能优良的光电探测器应具有哪三项基本条件？

答：光吸收系数好；电子亲和力小；光电子在体内传输过程中受到的能量损失应该小，使其逸出深度大。

8.常见的光阴极材料有哪些？

答：银氧铯；锑钾；锑铯。

9.真空二极管与充气二极管的工作原理与结构以及它的优缺点比较。答：真空二极管工作原理：当入射光透过光窗射到光阴极面上时，光电子从阴极发射到真空中，在阴极电场作用下，光电子加速运动到阳极被吸收，光电流数值可在阳极电路中测出。优缺点：电流与入射光通量成正比，因此可精确测量光通量；噪声小，但增益小。

充气二极管工作原理：光电管中充入低压惰性气体，在光照下光阴极发射出的光电子受电场作用加速向阳极运动，途中与气体原子相碰撞，气体原子发生电离形成电子与正离子，不断繁衍构成电子流。优缺点：高灵敏度，结构简单，但噪声大频响差。

10.光电倍增管的工作原理及结构（组成部分），他有什么特点？答：工作原理：光照射在光电阴极上，从光阴极激发出的光电子，在电场U1的加速下，打在第一个倍增级D1上，由于光电子能量很大，它打在倍增极上时就又激发出数个二次光电子，在电场U2的作用下，二次光电子又打在第二个倍增极上，又引起电子发射，如此下去，电子流迅速倍增，最后被阳极收集。组成部分：光电阴极、倍增极、阳

极和真空管。

特点：灵敏度高，稳定性好，响应速度快和噪声小，结构复杂，工作电压高，体积大。

11.光电倍增管的主要特性参数有哪些？试叙述他的三个时间特性的具体内容。

答：灵敏度，放大倍数，光谱响应度，时间特性，线性度，最大额定值，不稳定性，暗电流，噪声与信噪比。

时间特性三个参数：响应时间：阳极电流脉冲幅度从最大值的10%上升到90%所经过的时间；渡越时间：从光脉冲的顶点到阳极电流输出最大值所经历的时间；渡越时间分散：由于电子初速度不同，电子透镜场分布不同，电子走过的路不同，在光脉冲输入时，渡越时间不同。

12.简单画出光电倍增管的供电电路。

13.常用光敏电阻有哪些？

答：硫化镉和硒化镉光敏电阻；硫化铅和硒化铅光敏电阻；砷化铟和锑化铟光敏电阻。

14.硅光电池有哪两种类型？有什么区别？

答：2DR型：以P型硅为基片，基片上扩散磷形成N型薄膜，构成PN结，受光面是N型层。

2CR型：在N型硅片上扩散硼，形成薄P型层，构成PN结，受光面为P型层。

15.光电二极管主要工作特性有哪些？使用时应注意哪些问题？

答：光谱响应；伏安特性；频率特性及噪声性能；

16.雪崩型硅光二极管与普通硅光二极管在工作原理上有什么区别？

17.光电三极管与普通三极管有什么不同？为什么说光电三极管比光电二极管输出电流可以大很多？

答：光电三极管在原理上相当于在普通三级管的基级和集电极间并联一个光电二极管。光电三极管的内增益大，故可以输出较大电流。

18.在进行光电测试应用设计任务时，应从哪几个方面入手？

答：从四个方面入手：对社会需求的分析研究；明确仪器在系统中的地位；专利文件检索；正确进行科学实验。

19.根据你所学的专业及相关专业知识，试设计一项光电测试系统，并分析各组成部件可能产生的误差。

20.简要说明光辐射产生的条件。

答：平衡辐射：物体温度高于绝对零度；非平衡辐射：存在外界激励使物体偏离原来热平衡态。

21.什么是自发辐射、受激辐射和受激吸收，自发辐射和受激辐射有什么不同？

答：自发辐射：处在高能级的原子，没有任何外界激励，自发地跃迁到低能级，并发射光子。受激辐射：处在高能级的原子，受到外来光子的激励，跃迁到低能级并发射光子。受激吸收：处在低能级的原子，受到光子的照射时，吸收光子而跃迁到高能级。

22.说明发光的原理。

答：光是从实物中发射出来的，因为实物是由大量带电粒子组成的，粒子不断运动。当其运动受到骚扰时，就能发出电磁波。以孤立原子

为例，其电子处于基极，当受到外界能量激励，电子产生跃迁，很短时间内电子又会重回基极，由能量守恒，重回基极过程中释放的能量以光的形式释放。

23.光产生的方法有哪些？

答：电致发光；光致发光；生物发光；化学发光；热发光；阴极射线发光。24.叙述光辐射的类型。

答：平衡辐射：炽热物体的光辐射，又称热辐射，光谱是连续的；非平衡辐射，是在某种外界作用激发下，物体偏离原来热平衡态而产生的光辐射。

24‘光源的分类：

1、热光源；

2、气体放电光源；

3、固体光源；

4、激光光源；其中气体放电光源又分为开放式电火花放电光源以及封闭式气体放电管。

25.光源选择的基本要求有哪些？可分为哪几种类型？

答：发光光谱特性要求；发光强度要求；稳定性要求。激光光源、发光二极管、热辐射光源、气体发电光源。

26.白炽灯的种类。

答：真空型：功率不能太高，温度在2400—2600k

充气型：2600---3000k wu原子在与空气碰撞后重回灯丝，因此温度比真空型高。

27.开放式气体放电光源的种类，气体灯的种类，电致发光屏的类型。答：直流电弧、高压电容火花、高压交流电弧、碳弧；脉冲灯、燃烧式闪光泡、原子光谱灯；标准发光屏、直流粉末电致发光屏、薄膜电致发光屏。