光电技术期末复习
光电期末复习资料
1.简述光线的反射定律。
答:反射光线与入射光线和法线处于同一平面内,反射光线和入射光线分别位于法线的两侧,且反射角γ等于入射角ί。
2.简述光线的折射定律。
光的折射定律可以归纳成以下两点:①折射光线在入射光线和法线决定的平面内,且折射光线与入射光线分居法线的两侧。
②入射角的正弦与折射角的正弦之比为一个常数n ,这个参数称为“折射率”。
即: n=Sin τ / Sin θ3.简述薄透镜当中的三条关键的典型光线之特点。
答:三条典型光线的特点:⑴平行于光轴入射的光线经透镜后将通过像方焦点。
⑵过物方焦点的入射光线经透镜后,将平行于光轴射出。
⑶通过透镜中心点的光线,方向将不会发生变化,即与入射光线在同一条直线上。
4.如图所示,已知物点的位置在折射球面顶点O 之左50mm 处,球面曲率半径为25mm ,折射率n=1,n ′ =1.75,求:⑴像点位置?⑵若将物点向左移5mm ,求像的位置?5.有一凸面镜,已知r=1m ,一身高1.6m 的人站在此凸球面镜前11m 处。
求:此人经过凸球面镜反射后所成像的大小和像的正倒?6.1.什么是透镜?什么是正透镜和负透镜?答:透镜是指由两个折射曲面所限定的透明体;正透镜是指折射面为球面的透镜;负透镜是指折射面为非球面的透镜。
2.近视眼镜属于什么透镜?老花镜有属于什么透镜?答:近视眼镜就是凹透镜;老花眼镜属于凸透镜。
3.折射率的定义及其物理含义是什么?答:光在不同介质中的传播速度亦不同是光发生折射的原因。
故某种介质的折射率的定义为n=c/v。
其物理含义为:光在真空中的传播速度c与光在该介质中的传播速度v之比。
4.若有一个钨丝灯泡在温度为2800K时,发出的白光与温度在2854K时绝对黑体所辐射的白光完全相同,则该钨丝灯泡白光的色温为多少?答:2854K。
5.简述光的实质以及辐射的本质。
答:其实质就是一种被称为电磁波物质。
是从实物中发射出来的,是以电磁波传播的物质粒子在不断地运动;原子内有若干电子围绕原子核不断运动。
光电技术复习参考 (1)
1、半导体对光的吸收有哪些机制?答:本征吸收:半导体中价带电子吸收光子能量跃迁入导带成为自由电子,产生电子-空穴的现象。
(发生本征吸收的条件是光子能量必须大于半导体的禁带宽度E g,才能使价带E v上的电子吸收足够的能量跃入到导带底能级E c之上)(只有波长短于的入射辐射才能使器件产生本征吸收,改变本征半导体的导电特性。
)杂志吸收:杂质半导体吸收足够能量的光子,产生电离的过程。
(杂质吸收的长波长总要长于本征吸收的长波长。
杂质吸收会改变半导体的导电特性,也会引起光电效应。
)激子吸收:半导体吸收光子能量,但电子不能跃迁为自由载流子而处于受激状态。
(激子吸收不会改变半导体的导电特性)自由载流子吸收:半导体吸收光子能量,自由载流子在同一能带内的能级跃迁。
(自由载流子吸收不会改变半导体的导电特性)晶体吸收:晶格原子对远红外谱区的光子能量的吸收,直接转换为晶格振动动能的增加。
(以上五种吸收中,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。
其他吸收都程度不同地把辐射能转换为热能,使器件温度升高,使热激发载流子运动的速度加快,而不会改变半导体的导电特性)2、光电效应有什么?其中光电灵敏度与什么有关:答: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。
内光电效应是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。
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。
内光电效应:光电导效应——在光的作用下由本征吸收引起的半导体电导率的变化现象称为本征光电导效应。
另外还有杂质光电导效应。
光生伏特效应——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。
丹培效应——由于载流子迁移率的差别产生受照面与遮光面之间的伏特现象称为丹培效应。
光磁电效应——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。
光电技术期末复习总结
EV
MV
Ie
Le
IV
LV
V (λ )
cd = lm • sr −1
cd •m−2
W /(m sr )
• 辐射度参数与光度参数的关系: 辐射度参数与光度参数的关系:
X v , λ = K m X e , λ V (λ )
式中,Km为人眼的明视觉最灵敏波长的 光度参量对辐射度参量的转换常数,其 值为683lm/W。
黑ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ发射的总辐射出射度
M e,s = ∫0 M e,s ,λ dλ = σT 4
式中,σ是斯特藩-波尔兹曼常数,它由下式决 5 4 定 2π k −8 −2 −4
σ =
15h c
3 2
∞
= 5.67 × 10 Wm K
黑体发射的总辐射出射度 Me,s与T的四次 的四次 方成正比 。
(4) 维恩位移定律
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)
能增加, 引起温度上升,从而导致材料与温度有关的某些 物理性质变化. 热效应与入射辐射的光子的性质无关, 即光电信号取决于入射辐射功率而与入射辐射的光谱成 份无关,即对光辐射的响应无波长选择性.
光电探测器的合理选择: 光电探测器的合理选择
在设计光电检测系统时,要根据测量要求比较各种探测器的主要 特性参数,选定最佳器件: • 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 根据待测光信号的大小,确定探测器能输出多大的电信号, 测器的动态范围; 测器的动态范围; • 探测器的光谱响应范围是否与待测光信号的 相对光谱功率分布 一致,即探测器和光源的匹配; 一致,即探测器和光源的匹配; • 需要知道探测器的等效噪声功率,知道所产生电信号的信噪比; 需要知道探测器的等效噪声功率,知道所产生电信号的信噪比; • 当测量调制或脉冲信号时 要考虑探测器的响应时间或频率响应 当测量调制或脉冲信号时, 范围; 范围; • 测量光信号的幅值变化时,探测器输出信号的线性程 测量光信号的幅值变化时,探测器输出信号的线性程度。 此外,稳定性、测量精测量方式等。
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。
光电技术期末复习题目总结
光电技术期末复习题目总结篇一:光电技术概念题总结答:为了评价探测器性能优劣,比较不同探测器之间的差异,从而达到根据具体需要合理正确选择光电探测器件的目的,制定了一套性能参数。
通常包括积分灵敏度,也成为响应度,光谱灵敏度,频率灵敏度,量子效率,通量阈和噪声等效功率,归一化探测度及工作电压、电流、温度及入射光功率允许范围。
答:光子效应是指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应。
探测器吸收光子后,直接引起原子或分子的内部电子状态的改变。
光子能量的大小,直接影响内部电子状态改变的大小。
因为,光子能量是h,h是普朗克常数,是光波频率,所以,光子效应就对光波频率表现出选择性,在光子直接与电子相互作用的情况下,其响应速度一般比较快;光热效应和光子效应完全不同。
探测元件吸收光辐射能量后,并不直接引起内部电子状态的改变,而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量,引起探测元件温度上升,温度上升的结果又使探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化。
所以,光热效应与单光子能量h的大小没有直接关系。
原则上,光热效应对光波频率没有选择性。
只是在红外波段上,材料吸收率高,光热效应也就更强烈,所以广泛用于对红外线辐射的探测。
因为温度升高是热积累的作用,所以光热效应的响应速度一般比较慢,而且容易受环境温度变化的影响。
值得注意的是,以后将要介绍一种所谓热释电效应是响应于材料的温度变化率,比其他光热效应的响应速度要快得多,并已获得日益广泛的应用。
答:(1)PbS:近红外辐射探测器,波长响应范围在1~3.4μm,峰值响应波长为2μm,内阻(暗阻)大约为1mΩ,响应时间约200μs。
(2)inSb:在77k下,噪声性能大大改善,峰值响应波长为5μm响应时间短(大约50×10-9s)答:光电池总的来说频率特性不是很好,这是由于两个方面的原因:第一,光电池的光敏面一般做的较大,因而极间电容较大;第二,光电池工作在第四象限,有较小的正偏压存在,所以光电池的内阻较低,而且随入射光功率变差,因此光电池的频率特性不好.视效能?答:在光度体系中,被选作基本单位的不是光量或光通量,而是发光强度,其单位是坎德拉定义为一个光源发出频率为的单色辐射,如果在一给定方向上的辐射强度为,则该光源在该方向上的发光强度为1坎德拉,光度量和辐射度量之间可以用光是效能与光视效率联系起来。
光电技术复习大纲
光电技术复习大纲本页仅作为文档封面,使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March光电技术复习大纲1. 光电技术特征是什么它的核心是什么它的最基本的理论是什么(1)光电技术的特征: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。
(2)核心:光与电之间的转换机理体现于光电器件之中最基本的理论:光的波粒二象性。
2. 什么是光电器件它的分类有哪些举例说明.3.(1)凡能完成光电或电光转换及在光电系统中能对光路传输,光电转换起到调节或控制作用的器件,都应归入光电器件。
(2)电光信息转换:1.发光二极管2.半导体激光器3.液晶显示器4.阴极射线管5.等离子体显示板光电信息转换:光电发射效应器件:光电倍增管;光电导效应器件:光敏电阻;光生伏特效应器件:光敏二极管;热释电效应器件:热释电探测器。
4. 光学具有哪些学说几何光学和波动光学它们研究内容主要是什么5.(1)光的粒子性,光的波动性,光的电磁学说,光的量子学说,几何光学,物理光学,量子光学,应用光学。
(2)几何光学是几个实验得来的基本原理出发的,来研究光的传播问题的学科。
用波动光学可以圆满的解释光的干涉和衍射现象,也能解释光的直线传播,在进一步研究中观察到了光的偏振和偏振光的干涉。
6. 什么是光程发生全发射的条件是什么7.(1l 与该介质的折射率 n 的乘积(2)(n n <')8.(1)1`频率相同;2.相位差恒定;3光矢量振动方向平行。
(2)光的衍射是指光波在传播过程中遇到障碍物时,所发生的偏离直线传播的现象;(3)光的衍射现象与光的干涉现象其实质都是相干光波叠加引起的光强的重新分布;9. 辐射度量与光度量的根本区别是什么可见光的波段是多少10.(1)辐射度学: 对电磁辐射能量进行客观计量的学科称辐射度学;是用能量单位描述光辐射能的客观物理量。
光电技术复习题
光电技术复习题
1. 光电效应的基本原理是什么?请简述其发现过程。
2. 描述光电效应的方程式,并解释其中各参数的物理意义。
3. 什么是光生伏打效应?它与光电效应有何不同?
4. 简述光电倍增管的工作原理及其在实验中的应用。
5. 何为光敏电阻?其工作原理是什么?
6. 列举几种常见的光电传感器,并说明它们的应用领域。
7. 描述光纤通信的基本原理,并解释光纤的传输特性。
8. 光纤通信中,如何实现信号的编码和解码?
9. 简述光通信系统中的光放大器的作用及其工作原理。
10. 何为激光?激光的产生原理是什么?
11. 描述激光器的基本结构,并解释各部分的功能。
12. 激光在医学领域的应用有哪些?请举例说明。
13. 简述激光在工业加工中的应用,如切割、焊接等。
14. 描述光通信系统中的光调制技术及其重要性。
15. 何为光纤布拉格光栅?其工作原理是什么?
16. 简述光纤传感器的工作原理及其在环境监测中的应用。
17. 描述光电子器件在信息存储技术中的应用。
18. 何为光子晶体?它在光电子学中有何应用?
19. 简述光电子学在能源转换和传输中的应用。
20. 论述光电技术在现代通信技术中的重要性及其发展趋势。
光电技术期末复习
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)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))。
光通量的单位是流明(lm),它是发光强度为1lm的均匀电光源在单位立体角内发出的光通量。
光电技术习题及总复习
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(
9. 常用的光电阴极有( )和( 光电阴极有哪些?
)和(
)。
),正电子亲和势材料
10.根据衬底材料的不同,硅光电二极管可分为( ( )型两种。
本题的关键是:要搞清楚光通量和光照度之间的关系. 解: 光通量:
Φ E S
E 30l4r 2 4 3.14 2 2 50.24 m 2
所以:
Φ 30lm / m 2 50.24 m 2 1507 .2lm
第3章
习题
3-5. 一理想的运算放大器组成的放大电路,RF=1.5MΩ 其电路的作用是对光电二极管的光电流进行线性放大,如果 光电二极管未受光照时,运算放大器的输出电压为0.6V;如 果光电二极管受到光照时,运算放大器的输出电压为2.6V。 求:(1)光电二极管的暗电流是多少? (2)如果光电二极管的光电灵敏度Sg为0.8µA/lx,光 照是多少?
CdS 12V
j
解 1.
Rd=10MΩ
gd=0.1×10-6S
R=5kΩ
g=0.2×10-3S=200×10-6S sg=gp/E≈2×10-6s/lx
gp=g-gd≈200×10-6S
当继电器的吸合电流为2mA时: g=I/V=2×10-3/4=0.5×10-3S
g=Sg· d=500×10-6S E+g
二、光电技术总复习 (一).基本概念
1.光电效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( )和( )。 2.真空光电器件是一种基于( ( 和 )。 )效应的器件,它包括 )效应制成的,最
光电技术复习题
光电技术复习题1. 定义与原理- 什么是光电效应?请简述其基本原理。
- 光电二极管和光电晶体管的主要区别是什么?2. 光电探测器- 列举几种常见的光电探测器,并简要说明它们各自的工作原理。
- 什么是雪崩二极管(APD)?它在哪些应用中具有优势?3. 光纤通信- 描述光纤的基本结构,并解释光是如何在光纤中传播的。
- 解释单模光纤和多模光纤的区别。
4. 光电传感器- 光电传感器有哪些类型?它们各自适用于哪些测量场景?- 什么是光电编码器?它如何工作?5. 光电显示技术- 液晶显示(LCD)和有机发光二极管(OLED)显示技术有何不同? - 简述LED的工作原理及其在显示技术中的应用。
6. 光电信号处理- 什么是锁相环(PLL)?它在光电信号处理中起什么作用?- 解释光电混频器的工作原理及其在信号处理中的应用。
7. 光电技术的应用- 光电技术在医疗领域有哪些应用?请举例说明。
- 描述光电技术在工业自动化中的应用场景。
8. 问题解决- 如果一个光电探测器的响应速度不够快,可能是什么原因?如何解决?- 在光纤通信中,信号衰减的原因有哪些?如何减少信号衰减?9. 实验与实践- 描述一个简单的光电效应实验,并解释如何通过实验结果来验证光电效应。
- 设计一个实验来测量光纤的衰减系数。
10. 前沿技术与发展趋势- 目前光电技术领域的一些前沿技术有哪些?- 预测光电技术在未来可能的发展趋势。
结束语:光电技术是一个不断发展的领域,它在多个学科和技术中扮演着重要角色。
通过复习这些题目,希望能够加深对光电技术原理和应用的理解,为进一步的学习和研究打下坚实的基础。
光电显示技术期末复习资料
光电显示技术期末复习资料第一章绪论 (2)1、光电显示器件有哪些分类? (3)2、表征显示器件的主要性能指标有哪些? (3)3、简述色彩再现原理。
(3)4、人眼的视觉特性 (3)5、简述人眼的视觉原理。
(4)第二章液晶显示技术(LCD) (4)1、简述液晶的种类与特点。
(4)2、简述热致液晶分类和特点。
(5)3、试述液晶显示器的特点。
(5)4、什么是液晶的电光效应? (5)5、LCD显示产生交叉效应的原因是什么? 用什么方法克服交叉效应? (5)6、液晶有哪些主要的物理特性? (5)7、简述TFT-LCD的工作原理。
(6)8、简述TN-LCD的基本结构及工作原理。
(6)9、液晶显示器驱动方法有哪几种方式? (7)10、液晶显示控制器有哪些特性? (7)11、自然光和偏振光的区别是什么?简述偏振光的分类及线偏振光的特点。
(7)12、LCD结构和显示原理。
(7)第四章发光二极管LED和有机发光二极管OLED显示技术 (10)1、简述有机发光二极管显示器发光过程。
(10)2、以ITO阳极-空穴传输层-发光层-电子传输层-金属阴极结构OLED为例说明每一功能层的作用,并简述其工作原理。
(10)3、简述影响OLED发光效率的主要因素和提高发光效率的措施。
(11)4、OLED如何实现彩色显示? (11)5、简述LED工作原理。
(11)6、简述LED驱动方式。
(12)7、OLED的结构与工作原理。
(12)8、OLED的特点有哪些? (12)第六章激光显示技术(LDT) (12)1、激光具有哪些特性? (13)2、激光用于显示具有哪些优势? (13)第七章新型光电显示技术 (13)1、场致发射显示(FED)结构及工作原理 (13)2、真空荧光显示器(VFD)结构及工作原理 (14)第八章大屏幕显示技术 (14)1、DLP特点及工作原理 (14)2、LCOS特点及工作原理 (15)第一章绪论1、显示:就是对信息的表示。
光电技术期末复习题
绪论0-1.依据光电科学与光机电一体化技术之树的根、干、枝、果关系,自己列举两个光电技术的应用例子。
第一章光电器件的物理基础1-1.可见光的波长、频率和光子的能量范围是多少?1-2.一块半导体样品,有光照时电阻为50Ω,无光照时电阻为5000Ω,求该样品的光电导。
1-3.用PN结简图表示出光生电压的极性和光生电流的方向。
若光电PN结在照度E1下的开路电压为Uoc1,求照度E2下的开路电压Uoc2。
1-4.为什么光电阴极都是用P型半导体材料制作的?第二章光电探测器件2-1.试述光电倍增管的原理。
设管中有n个倍增极,每个倍增极的二次电子发射系数均为δ,试推导电流增益M=δn。
2-2.试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。
2-3.为什么结型光电器件只有反偏置或零偏置时才有明显的光电效应。
2-4.2CR、2DR和2CU、2DU在结构上有何主要区别。
2DU管设环极的目的何在,使用时应如何接电。
2-5.PIN管的频率特性为什么比普通光电二极管好。
第三章热电探测器件3-1.热电探测器与光电探测器比较,在原理上有何区别?3-2.热电探测器与普通温度计有何区别?第四章光电成象器件4-1.CCD器件中的电荷包为什么会沿着半导体表面转移,以三相或二相CCD为例具体研究一下它的转移过程。
4-2.为什么CCD必须在动态下工作?其驱动脉冲的上、下限受哪些条件限制,应如何估算?第五章发光器件与光控器件5-1.半导体激光器和发光二极管的时间响应如何?使用时以什么方式(连续或脉冲)驱动为宜?5-2.克尔盒和泡克耳斯盒的基本结构如何?Uλ/2与o、e光的相差φ有何关系?5-3.声光调制器的基本原理如何?在什么条件下是声光调制器,在什么条件下是声光偏转器?5-4.磁光效应与物质的天然旋光性有何区别?磁光调制器的基本结构如何?第六章光电检测电路的设计6-1.光电检测电路的设计应注意满足哪些技术要求?怎样衡量一个检测电路的好坏?6-2.为什么要进行检测电路的静态计算?要解决哪些问题?有哪些计算方法?6-3.光电二极管有哪些可能实现的电路方式?各种工作状态有什么特点?对检测电路有什么要求?6-4.光电检测电路的动态计算包括哪些内容?它们对检测电路的工作有何要求?6-5.决定光电检测电路的频率特性有哪些因素?什么是截止频率?有什么参数决定?第七章非相干光光电信号变换方法7-1.对于形式多样的各种光信号,为了进行分析比较,应该进行怎样地分类和概括?7-2.举例说明缓慢变化的光信号有哪些检测方法。
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。
光电技术复习资料
光电技术复习资料“光电技术”复习资料⼀、回答问题:1、何谓光源的⾊温?辐射源发射光的颜⾊与⿊体在某⼀温度下辐射光的颜⾊相同,则⿊体的这⼀温度称为该辐射源的⾊温。
2、费⽶能级的物理意义是什么?在绝对零度,电⼦占据费⽶能级f E 以下的能级,⽽f E 以上的能级是空的,不被电⼦占据。
温度⾼于绝对零度时,费⽶能级的电⼦占据率为50%,⽐费⽶能级能量⾼得愈多的能级,电⼦的占据概率愈⼩。
3、写出辐射度量学的基本物理量,并说明它们的定义。
辐射能:以辐射的形式发射、传播或接受的能量。
辐射通量:以辐射形式发射、传播或接受的功率。
辐射强度:在给定⽅向上的单位⽴体⾓内,离开点辐射源的辐射通量。
辐射出射度:⾯辐射源表⾯单位⾯积上发射的辐射通量。
辐射照度:接受⾯上单位⾯积所照射的辐射通量。
辐射亮度:辐射源表⾯⼀点处的⾯元在给定⽅向上的辐射强度除以该⾯元在垂直于该⽅向的平⾯上的正投影⾯积。
光谱辐射量:辐射源发出的光在波长λ处的单位波长间隔内的辐射物理量。
4、写出光度学系统的基本物理量,并说明它们的定义。
光量:以可见光的形式发射、传播或接受的光的多少的量度。
光通量:单位时间内,以可见光的形式发射、传播或接受的光量。
光强度:在给定⽅向上的单位⽴体⾓内,离开点光源的光通量。
光出射度:⾯光源表⾯单位⾯积上发射的光通量。
光照度:接受⾯上单位⾯积所照射的光通量。
光亮度:辐射源表⾯⼀点处的⾯元在给定⽅向上的光强度除以该⾯元在垂直于该⽅向的平⾯上的正投影⾯积。
5、什么是光谱光视效率(视见函数)?国际照明委员会根据对许多⼈的⼤量观察结果,确定了⼈眼对各种波长光的平均相对灵敏度,称为“标准光度观察者”光谱光视效率或光视见函数。
光谱光视效率分明视觉光谱光视效率(光强度⼤于3坎德拉)和暗视觉光谱光视效率(光强度⼩于0.001坎德拉),分别⽤)(λV 和)(λV '表⽰。
⼀般来说,光度学量和对应的辐射度量学量之间有如下关系:λλλχχd V K e m v )()(78.039.0?=式中v χ是光度学量,e χ是对应的辐射度量学量。
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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。
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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))。
光通量的单位是流明(lm),它是发光强度为1lm的均匀电光源在单位立体角内发出的光通量。
光照度的单位是勒克斯(lx),它相当于1lm的光通量均匀的照在1m2的面积上所产生的光照度。
1.4 热辐射的基本物理量(5页)1辐射本领:辐射体表面在单位波长间隔单位面积内所辐射的通量2吸收率α(λ,T):在波长λ到λ+dλ间隔内被物体吸收的通量与λ射通量之比,它与物体的温度和波长有关,3绝对黑体:任何物体,只要温度在绝对零度以上,就向外界发出辐射,这称为温度辐射。
黑体是一种完全的温度辐射体,定义为吸收率α(λ,T)=1的物体为绝对黑体,其辐射本领为:4物体的发射率ε(λ,T)1.5 热辐射基本上可分为两类:黑体辐射和线状,带状辐射源。
主要基本定律:基尔霍夫定律,兰伯特定律,距离平方反比定律,亮度守恒定律和1.6 普朗克定律1.7. 维恩位移定律每一种温度的Meb(λ,T)~λ曲线都有一个峰值,随着温度的升高此峰值向短波方向移动1.8. 斯忒藩玻耳兹曼定律1.9 光源的光谱功率分布通常可分为四种情况:1,线性光谱,有若干条明显分隔的细线组成,如低压汞灯。
2,带状光谱,由一些分开的谱带组成,每一条谱带中又包含许多细谱线,如高压汞灯,高压钠灯就属于这种分布。
3,连续光谱,所有热辐射光源的光谱都是连续的。
4混合光谱,由连续光谱与线,带谱混合而成,一般的荧光灯光谱就属于这种分布,。
10. 光源的色温(18页)黑体的温度决定了它的发光辐射特性。
对非黑体辐射,它的某些特性可用黑体辐射特性来近似表示。
对于一般光源,经常采用分布温度、色温或相关色温表示。
分布温度:辐射源在某一波长范围内辐射的相对光谱功率分布,与黑体在某一温度下辐射的相对功率分布一致,那么该黑体的温度就成为该辐射源的分布温度。
这种辐射体的光谱辐射亮度可表示为:色温:辐射源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光的颜色相同,则黑体的这一温度称为该辐射源的色温。
由于一种颜色可以由多种光谱分布产生,所以色温相同的光源,他们的相对光谱功率分布不一定相同。
相关温度:在均匀色度图中,如果色源的色坐标点与某一温度下的黑体辐射的色坐标点最接近,则该黑体的温度称为该光源的相关温度。
1.11 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。
例如高压钠灯的色表成黄色,荧光灯的色表程白色。
显色性:当用这种光源照射物体时,物体呈现的颜色(也就是物体反射光的在人眼中产生的颜色感觉)与该物体在完全辐射体照射下所呈现的颜色一致性。
1.12 热辐射光源有三个特点:1,它们的发光特性都可以利用普朗克公式进行精确的估算,即可以精确掌握和控制他们发光或辐射性质;2它们发出的光通量构成连续的光谱,且光谱范围很宽,因此使用的适应性强。
但在通常温度下,紫外辐射和可见光幅度含量很少,这有限制了这类光源的适用范围;3采用适当的稳压或稳流供电,可使这类光源的光输出获得很高的稳定度。
1.13 气体放电原理:密封在泡壳内的气体或金属气体在电场的作用下激励出电子和离子,电子和离子从电场中获得能量分别向阴极和阳极运动,它们与气体原子或分子碰撞时会激励出新的电子和离子。
这一过程中会引起原子的激发,受激原子回到低能级时就会发射出辐射,这就是气体放电原理。
优点(与白炽灯相比):发光效率高,结构紧凑,寿命长以及光色适应性强等特点。
1.14 发光二级管(LED)的工作原理:P-N结上未加电压时有一定的势垒,当加上正向偏压时在外加电场的作用下,在P-N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的每一次复合,都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。
1.15 发光二级管的优点;1.属于低电压(1-2V),小电流器件在室温下即可得到足够的亮度2.发光响应速度快3.性能稳定,寿命长4.易于和集成电路匹配,且驱动简单5.与普通光源相比单色性好,其发光的半宽度一般为几十纳米6小型,耐冲击。
主要缺点:功率较小,光色有限,较难获得短波发光,且发光效率低。
1.16 激光器的工作原理:激光器一般有工作物质,谐振腔和泵浦源组成。
常用的泵浦源是辐射源或电源,利用泵浦源能将工作物质中的离子从低能态激发到高能态,是处于高能态的粒子数大于处于低能态的粒子数,构成粒子数的反转分布,这是产生激光的必要条件。
1.17 激光器的类型:1气体激光器2固体激光器3染料激光器4半导体激光器。
1.18 激光的特性:单色性,方向性,亮度,相干性。
课后作业5,6,7,17,18第二章光电探测器概述2.1 光电探测器的分类:①光子探测器:内光电效应器件和外光电效应器件(光电子发射探测器,光电导探测器,光伏探测器,光电磁探测器)②热探测器(测辐射温差热电偶和热电堆,电阻测辐射热器,热释电探测器)2.2 光电二极管的分类:结型光电二极管,雪崩光电二极管,pin结光电二极管,肖特基势垒光电二极管。
2.3 光电探测器的噪声:散粒噪声,热噪声,产生-复合噪声,温度噪声,电流噪声课后作业1,2,3,61.光子探测器和热探测器特性上的差别列表: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、电流和温度有关响应时间快慢是否需要制冷降噪是否(温热辐射器除外)2.为什么光子探测器的工作波长越长,工作温度越低?根据维恩位移定律,当探测器工作波长较长时,探测器的光谱响应峰值波长也响应变大,故工作波长越低;另外,为了提高探测器的性能,降低噪声和提高探测率,应在低温下工作。
3.说明光电导器件、P-N结光电器件和光电发射器件的禁带宽度和截止波长间的关系。
光电效应发生的条件:E=h Eg(Eg为半导体禁带宽度)截止波长:6.求解过程如下:第三章光电子发射探测器3.1 光电子发射材料纯金属;表面吸附一层其他元素原子的金属和半导体材料;用作光电管、光电倍增管,变像管,像增强管和一些摄像管等光电器件中的光电阴极,其作用是使不同波长的各种辐射信号转换为电信号。
3.2 很多半导体材料具有良好的光电子发射性能的原因:1半导体对入射光有较小的反射系数,有较大的吸收系数,通常在长波极限波长附近就有表面和体内光电子发射效应产生;2阴极层导电性适中,一来可以使光电子在趋向表面运动的过程中损失能量比金属小,二来可以使层内传导电子的补充不发生困难;3半导体内存在着大量的发射中心(价带中有大的电子密度)4半导体有较小的光电逸出功,在光谱响应内有较高的量子效率。
3.3 负电子亲和势光电阴极的量子效率高的原因:负电子亲和势阴极因其表面无表面势垒,所以受激电子跃迁并迁移到表面后,无需克服表面势垒就可以较容易的逸出表面。
受激电子在表面迁移过程中,因与晶体碰撞,使其能量降到导带底而变成热化电子后,仍可继续向表面扩散并逸出表面。
对于一般正电子亲和势光电阴极来说,激发到导带的电子必须克服表面势垒,只有高能电子才能发射出去,所以负电子亲和势光电阴极的有效逸出深度要比正电子亲和势阴极大得多。
因此负电子亲和势光电阴极的量子效率较高。
3.4 光谱响应延伸到红外,光谱响应率均匀:阈值波长公式如下:3.5 半导体中光电子发射一般经过三个步骤:对光电子的吸收;光电子向表面的运动;克服表面势能的逸出3.6 光电倍增管结构:光电阴极,电子光学输入系统(光电阴极到第一倍增极D1之间的系统),二次发射倍增系统及阳极等构成。
3.7 暗电流无光照时,光电培增管的输出电流称为暗电流。
暗电流对测量缓变信号不利。
暗电流的产生因素有以下几种:①光电阴极和第一倍增管的热电子发射;②极间漏电流;③离子和光的反射作用;④场致发射;⑤放射性同位素和宇宙射线的影响;减少俺暗电流的方法:①选好光电倍增管的极间电压;②在极间回路中加上与暗电流相反的直流成分进行补偿;③在倍增输出电路中加一选频或锁相放大滤掉暗电流;④利用冷却法减少热电子发射;三.课后作业1,4 ,9,121.为什么负电子亲和势光电阴极的量子效率高,而且光谱范围可扩展至近红外区?答案见3.3和3.4详解。
2.光电发射和二次电子发射两者有哪些不同?简述光电倍增管的工作原理:原理基本上相同,都是原子的外层电子受到激发后,获得足够的动能,从而脱离金属表面的势垒,成为自由电子。
它们之间一个很大的不同点是:光电发射,一般的情况下十个光子也就是能激发出一个电子而已,而二次电子发射,则有可能一个电子激发出2~10个电子,因此二次电子发射具有放大电流的功能,而光电发射则是把光子转化成了电子,但是这个转化效率,专业一点说叫做量子效率,一般会低于20%,这个效率取决于金属的材料以及入射光的波长等因素。
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。