光电检测技术复习提纲
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。
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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。
光电检测技术及应用复习
第1章 绪论1、物质、能量和信息是人类发展的三大基本要素。
2、物质是基础，世界是由物质组成的；能量是一切物质运动的动力；信息是客观世界与主观认识相结合的产物。
3、信息技术是一种综合技术，它包括四个基本内容：即感测技术、通信技术、人工智能与计算机技术以及控制技术。
4、感测技术：包括传感技术和测量技术以及遥感、遥测技术；通信技术：它的作用是传递、交换和分配信息，可以消除或克服空间上的限制，使人们能更有效地利用信息资源；人工智能与计算机技术：它使人们能更好地加工和再生信息；控制技术：它的作用是根据输入的指令，对信息状态实施干预。
5、在当今时代，信息技术还包括微电子信息技术、光电信息技术等。
核心是微电子信息技术。
光电信息技术是将电子学与光学浑然一体的技术，是光与电子转换及其应用的技术。
光电检测技术是光电信息技术的主要技术之一，是利用光电传感器实现各类检测，即将被测量转换成光通量，再将光通量转换成电量，并综合利用信息传送技术和信息处理技术，最后完成对各类物理量进行在线和自动检测。
6、差动测量法：调制盘的一半开通，另一半安装反射镜。
当调制盘转动时，一束光变成两束光，即21ΦΦ和是交替的。
将标准尺寸的工件放入工作位置，调整光楔，使21Φ=Φ，使微安表读数为“0”。
工件尺寸无误差时，21Φ=Φ；当工件尺寸变小时，21Φ>Φ；当工件尺寸变大时，21Φ<Φ。
7、相敏检波器的核心是一个乘法器和一个滤波器。
相敏检波器可以用来测幅，也可以用来测相，还可以将高频信号变成中频信号（只要使2121f f >=，θθ，就可得到差频信号）。
8、双光路测量可以消除杂散光、光源波动、温度变化和电源电压波动带来的测量误差，使测量精度和灵敏度大大提高。
9、（P206）锁相放大器：是一种对交变信号进行相敏检波的放大器。
它利用和被测信号有相同频率和相位关系的参考信号作为比较基准，只对被测信号本身和那些与参考信号同频（或倍频）、同相的噪声分量有响应。
天津工业大学光电检测复习大纲
天津工业大学光电检测复习大纲第二章光电传感器技术基础3.斯忒藩-波尔兹曼定律?∞==04,s ,e s ,e d T M M σλλ维恩位移定律2898()m m Tλμ=例1-1 若可以将人体作为黑体，正常人体温的为36.5℃，（1）试计算正常人体所发出的辐射出射度为多少W/m 2？（2）正常人体的峰值辐射波长为多少μm ？峰值光谱辐射出射度M e,s,λm 为多少？（3）人体发烧到38℃时峰值辐射波长为多少？发烧时的峰值光谱辐射出射度M e,s,λm 又为多少？明视觉：锥体细胞的感光灵敏度低，在３cd/m 2的亮度条件下作用，能分辨物体的颜色和细节。
暗视觉：杆体细胞只能在黑暗的环境下作用，不能分辨颜色。
中间视觉：介于这两视觉之间的视觉光视效能：表征不同波长辐射下的响应能力，同一波长下光谱光通量与光谱辐通量之比: ()v e K λλλΦ=Φ 色表: 光源发光时，人眼直接看光源时光源所呈现的颜色。
显色性:某光源与标准光源分别照射同一物体时,人眼所产生的颜色类别用显色指数来定量描述。
色温:待测辐射源在温度T 时所呈现的颜色与某一温度T c 时的黑体颜色相同则称T c 为该辐射体光源的色温。
第三章：光源自然光源太阳月亮星光与天空电光源钨丝灯气体放电灯金属蒸汽灯半导体发光二极管光源激光光源激光激光的产生机理一般涉及到受激辐射，粒子数反转与谐振三个关键问题。
要产生激光，必须使总发射大于总吸收。
获得激光输出的3个必要条件为：① 必须将处于低能态的电子激发或泵浦到较高能态上去，为此需要泵浦源；② 要有大量的粒子数反转，使受激辐射足以克服损耗；③ 有一个谐振腔为出射光子提供正反馈及高的增益，用以维持受激辐射的持续振荡。
典型激光器：氦-氖激光器、半导体激光器LD第四章光电导器件光电导效应：光照引起材料电导变化的现象称为光电效应。
光敏电阻：利用具有光电导效应的材料可以制成电导率随入射光辐射量变化而变化的器件，这类器件称为光电导器件或简称PC。
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》考试复习重点
《光电检测》复习精华第一章 光辐射物理基础1、基本光辐射度量单位：J （辐射能）、W （辐射功率）基本光度量单位：lm （光通量）、cd （发光强度）、lx （光照度）2、朗伯余弦定律：辐射源单位面积向某方向单位立体角发射（或反射）的辐射功率，与该方向及表面法线的余弦成正比。
3、基尔霍夫定律：在任一给定温度的热平衡条件下，任何物体的辐出度与其吸收比的比值等于辐射源在它上面的辐照度，该比值与物体的温度和物体被照射的辐射波长有关，与物体本身的性质无关，是物体波长和温度的普适函数。
4、斯忒蕃-玻尔兹曼定律：M b =σT 4.维恩位移定律：λm T=b=2897.8μm ·K5、腔形黑体源一般有三种基本腔形：锥形腔、柱形腔和球形腔。
6、探测目标或识别对象的辐射称为目标辐射，探测目标或识别对象以外的辐射称为背景辐射。
7、受激辐射过程：处于高能态的原子由于受外界光子激发向低能态跃迁而发射光子的过程，称为受激辐射过程。
8、【简答】激光形成过程：①受激吸收；②形成粒子数反转；③受激辐射；④光学谐振腔对受激光辐射的加强作用。
9、激光辐射的四个特点：高方向性、高亮度和高功率辐射密度、高单色性、高相干性。
10、按激光工作物质分：有固体激光器、气体激光器、液体激光器和半导体激光器。
11、光辐射在媒质内传输中，会因插入媒质的表面辐射、内部吸收和散射等过程而衰减。
12、【简答】空间滤波的原理：P40。
13、调制盘按照扫描方式分类，可分为旋转式、圆锥扫描式和圆周平移式三类。
14、【计算】P5215、【简答】吸收比和吸收系数定义有什么差别？P52（P23）。
吸收比：被媒质内部吸收的功率与入射辐射功率的比值。
吸收系数：媒质吸收引起辐射功率减少的相对值dP/P ，与辐射在媒质内传播的距离成正比，即x PP d d α=−，在这里α称为材料的吸收系数。
第二章 光辐射探测器1、依光辐射与物质相互作用原理的不同可把光辐射探测器分为光子探测器和热探测器两大类。
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；
光电检测技术哈理工考试复习资料
光电检测技术哈理⼯考试复习资料⼀、填空1.光电效应包括（内光电效应）（外光电效应）2.光热效应包括（热释电效应）（辐射热计效应）（温差电效应）3.可见光波长范围（380~780nm）4.描述辐射强度的量（光度学量）（辐射度学量）5.光的波粒⼆象性指的是（波动性）（粒⼦性）6.物体根据导电性能分为（导体）（半导体）（绝缘体）7.（外界提供⾜够的能量）（跃迁到的能带上存在空位）//什么玩意发⽣的条件吧8.（能态的分布）（能态中被电⼦占据的概率）9.半导体对光⼦的吸收可分为（本征吸收）（杂质吸收）（激⼦吸收）（⾃由载流⼦吸收）（晶格吸收）（品格吸收）10.载流⼦在PN结中运动⽅式（扩散）（漂移）11.光电池种类（太阳能光电池）（测量光电池）12.光电耦合器按结构和⽤途可分为（光电隔离器）（光传感器）13.光敏三极管的两个过程（光电转换）（电流放⼤）14.光电倍增管的组成（阴极K）（倍增极D）（阳极A）15.激光器的组成（⼯作物质）（泵浦）（谐振腔）16.光热辐射检测器件包括（热敏电阻）（热电偶检测器件）（热释电器件）17.电流功率18.光电检测系统的检测⽅法分为（直接检测）（光外差检测）分别检测（相⼲光）和（⾮相⼲光）19.直接检测系统和光外差检测系统的基本特性：直接检测系统（信噪⽐、通项带宽度、检测距离、视⾓）；光外差检测特性（获得信息全部、转换增益⾼、良好流没特性、信噪⽐损失⼩、最⼩可检测功率）20. 光源光敏⼆极管光电池光栅传感器结构：光删副是由主光栅和指⽰光栅组成⼆、概念1.光电传感器：利⽤光电效应，将光通量转换为电信号的⼀种传感器2.光电导效应：是光照射到某些物体上后，引起电导变化的效应3.热噪声：由于载流⼦的⽆规则运动产⽣的噪声成为~，与温度有关，与频率⽆关。
4.光电效应：当物质受到光照射后，材料的电学性质（电导率改变，发射电⼦，产⽣感应电动势）发⽣变化的现象称为~5.禁带：允许电⼦存在的能带叫允许带，两个相邻允许带之间不允许电⼦存在的能带叫禁带6.价带：在绝对零度下能被电⼦占满的最⾼能带，也是存在电⼦的能带中，能量最⾼的带导带：导带是半导体最外⾯（能量最⾼）的⼀个能带，是由⾃由电⼦形成的能量空间，即固体结构内⾃由运动的电⼦所具有的能量范围7.光电效应：根据光电导效应，当⼊射光变化时，材料的电导率发⽣变化8.光热效应：由于⼊射光照射引起温升从⽽使电导变化，使得负载电阻上电压发⽣变化9.热电检测器件：由于⼊射光与物质相互作⽤的热效应⽽制成内光电检测器件10.光电耦合器件将信号接⼊端和输出端连接到⼀起的器件,以光为媒介将输⼊信号耦合到输出信号11.光电位置敏感器（PSD）：对位置的变化进⾏检测的器件12.热释电效应：介质的极化强度随温度变化⽽变化，引起电荷表⾯电荷变化的现象．13.辐射热计效应：⼊射光的照射使材料由于受热⽽造成电阻率变化的现象．14.温差电效应：由两种材料制成的结点出现稳差⽽在两结点间产⽣电动势，回路中产⽣电流．三、简答1.光电检测的测量⽅法及发展趋势（1）⽅法：直接作⽤法，补偿测量法，差动测量法，脉冲测量法（2）发展趋势：①发展纳⽶，亚纳⽶⾼精度的光电检测新技术②发展⼩型，快速的微型光、电、机系统③⾮接触、快速在线测量，满⾜快速增长的商品经济需求④发展微型空间三维和⼤型空间三维测量技术⑤发展闭环检测电路，实现光电检测和光电控制⼀体化⑥向⼈们⽆法触及的领域发展⑦发展光电跟踪和光电扫描技术，远距离遥控、遥测技术，激光制导、飞⾏物⾃动跟踪、复杂形体⾃动扫描测量2.⽐较光电效应和光热效应的作⽤机理，性能及应⽤特点等⽅⾯的差异（1）作⽤机理：①光电效应：光照射到物体表⾯，使材料电学性质发⽣变化（电导率改变、发射电⼦、产⽣感应电动势）②光热效应：光照使温度升⾼⽽引起性质改变（2）性能：①光电效应直接把光⼦能量转变为光电⼦能量②光热效应将光能转变为晶格振动的热能（3）应⽤特点：①光电对光波波长有选择性，响应速度快②光热⽆选择性，响应慢3.光⽣伏特效应与光电导效应的区别（1）光⽣伏特效应：少数载流⼦作⽤，引起电压变化，暗电流⼩，响应快，受温度影响⼩，光电特性线性号，噪声低（2）光电导效应：多数载流⼦作⽤，引起电导率变化，可对微弱辐射检测，光谱响应范围宽。
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。
光电检测答案
光电检测技术-复习大纲2014春班1.基本概念原理1) Lamberts Cosine Law 的定义及解释。
I=I*cosa。
朗伯余弦定律，朗伯辐射表面在某方向辐射光强随该方向和法线之间夹角余弦变化。
2)照度与距离平方成反比定律若均匀点光源向空间发射球面波，则点光源在传输方向上某点的照度与该点到点光源距离平方成反比。
3)亮度守恒定律光在同一介质中传播时，若传输过程中无能量损失，则光能传输的任意表面亮度相等且守恒。
2.光源1)发光的机理：热辐射、发光。
一、一类是物质受热，产生热辐射而发光；二、一类是物体受激发吸收能量而跃迁至激发态(非稳定态)在返回到基态的过程中，以光的形式放出能量。
2)光源类型：黑体辐射，非相干光，激光。
区别是什么。
一、黑体辐射：能量按波长的分布仅与温度有关，随着温度不同，光的颜色各不相同；二、非相干光：相位无规则变化，总光强是各束光的总合，一般普通光源即为非相干光；三、激光光源：受激辐射，有很好的相干性。
....3)激光器的主要构成部分及其作用。
①工作物质(又称激活媒质或增益介质):粒子有适当能级结构，可实现粒子数反转；②激励能源：抽运(又叫泵浦),即把大量粒子激励到激光上能级(高能级);③光学谐振腔：选模(提高N即相干性),实现光学正反馈。
4)激光的特点。
高方向性、高亮度和高功率辐射密度、高单色性、高相干性5)何为黑体，黑体的辐射光谱特征(黑体辐射三定理)。
一、在任何条件下，对任何波长的外来辐射完全吸收而无任何反射的物体，即吸收比为1的物体。
二、①黑体发射的光谱是连续的；②黑体单色辐射力随温度身高而增大，单色辐射力曲线下的面积就是黑体辐射力曲线下的面积就是黑体的总辐射力；③给定温度下，黑体的单色辐射力具有一最大值，对应波长称为最大单色辐射力波长。
随着温度升高，最大单色辐射力波长向短波方向移动；三、斯特潘一玻尔兹曼定律、维恩位移定理、普朗克定律3光信道1)采用激光无线通信时，信道对其影响可能有哪些?由于大气散射、折射、湍流等诸多因素的影响，会造成激光信号在传输过程中能量衰减，光强闪烁，光束随机偏转。
光电检测技术-提纲1.0
光电检测技术雷玉堂 主编第2版Chap 1绪 论1. 光电检测技术(光电检测系统)，是指对被测光学量或由非光学被测量转换成的光学量，通过光电变换和电路处理的方法进行检测的系统。
2. 光电检测系统的组成：光学变换、光电变换、电路处理。
3. 光电检测系统的分类：a.按几何光学变换的光电检测方法（辐射式、反射式、遮挡式、透射式）；b. 按物理光学变换的光电检测方法（干涉式、衍射式）。
Chap 2光电检测技术基础1. 光电技术最基本的理论是光的波粒二象性。
即光是以电磁波方式传播的粒子。
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10-9～10-3m 的范围。
在这个范围内，只有0.38～0.78μm 的光才能引起人眼的视觉感，故称这部分光为可见光，其中0.55μm 的光为人眼最敏感。
2. 光辐射的度量（书p20-24）：辐（射）能和光能、辐（射）通量和光通量、辐(射)出(射)度和光出(射)度、辐(射)强度和发光强度、辐(射)亮度和亮度、辐（射）照度和光照度、辐(射)效率与发光效率。
3. 人眼的光谱光视效率V(λ)=dP 555/dP λ：人眼对波长为555nm 的光的视见函数为1，其它波长的视见函数值都小于1，不可见区的视见函数值都等于零。
4. 半导体物理基础：a. 半导体定义与特性（p26）；b. 能带理论（p27）；c. 热平衡载流子（p30）；d. 非平衡载流子（p32）；e. 载流子的运动（扩散运动和漂移运动）（p34）；f. 半导体对光的吸收：本征吸收、杂质吸收、自由载流子吸收、激子吸收、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。
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，即g E hv ≥发生本征吸收的光波长波限 gg L 24.1E E hc =≤λ；g. 半导体PN 结（p38）。
光电检测复习提纲概要
第一章：光辐射与发光源2. 光辐射以电磁波形式或粒子（光子）形式传播的能量，它们可以用光学元件反射、成像或色散，这种能量及其传播过程称为光辐射。
一般认为其波长在10nm~1mm ，或频率在3⨯1016Hz~3⨯1011Hz 范围内。
一般按辐射波长及人眼的生理视觉效应将光辐射分成三部分：紫外辐射、可见光和红外辐射。
一般在可见到紫外波段波长用nm 、在红外波段波长用μm 表示。
波数的单位习惯用cm -1。
1. 辐射量⑴ 辐射能。
辐射能是以辐射形式发射或传输的电磁波（主要指紫外、可见光和红外辐射）能量。
辐射能一般用符号Q e 表示，其单位是焦耳（J ）。
⑵ 辐射通量。
辐射通量Φe 又称为辐射功率，定义为单位时间内流过的辐射能量，即dtdQ ee =Φ (1.2-1) 单位：瓦特（W ）或焦耳∙秒（J ∙s ）。
⑶ 辐射出射度。
辐射出射度M e 是用来反映物体辐射能力的物理量。
定义为辐射体单位面积向半空间发射的辐射通量，即dSd M ee Φ=(1.2-2) 单位：W/m 2。
⑷辐射强度。
辐射强度e I 定义为：点辐射源在给定方向上发射的在单位立体角内的辐射通量，用I e 表示，即ΩΦd d I ee =(1.2-3) 单位：瓦特∙球面度-1（W ∙sr -1）。
由辐射强度的定义可知，如果一个置于各向同性均匀介质中的点辐射体向所有方向发射的总辐射通量是Φe ，则该点辐射体在各个方向的辐射强度I e 是常量，有π4e e I Φ= (1.2-4)⑸ 辐射亮度。
辐射亮度e L 定义为面辐射源在某一给定方向上的辐射通量。
如图2所示。
θΩΦθcos cos 2dS d d dS dI L ee e == (1.2-5)式中θ是给定方向和辐射源面元法线间的夹角。
单位：瓦特/球面度∙米2（W/sr ∙m 2）。
显然，一般辐射体的辐射强度与空间方向有关。
但是有些辐射体的辐射强度在空间方向上的分布满足θcos 0e e dI dI = (1.2-6)式中I e 0是面元dS 沿其法线方向的辐射强度。
最新整理光电检测技术 哈理工 考试复习资料讲课教案
一、填空1.光电效应包括（内光电效应）（外光电效应）2.光热效应包括（热释电效应）（辐射热计效应）（温差电效应）3.可见光波长范围（380~780nm）4.描述辐射强度的量（光度学量）（辐射度学量）5.光的波粒二象性指的是（波动性）（粒子性）6.物体根据导电性能分为（导体）（半导体）（绝缘体）7.（外界提供足够的能量）（跃迁到的能带上存在空位）//什么玩意发生的条件吧8.（能态的分布）（能态中被电子占据的概率）9.半导体对光子的吸收可分为（本征吸收）（杂质吸收）（激子吸收）（自由载流子吸收）（晶格吸收）（品格吸收）10.载流子在PN结中运动方式（扩散）（漂移）11.光电池种类（太阳能光电池）（测量光电池）12.光电耦合器按结构和用途可分为（光电隔离器）（光传感器）13.光敏三极管的两个过程（光电转换）（电流放大）14.光电倍增管的组成（阴极K）（倍增极D）（阳极A）15.激光器的组成（工作物质）（泵浦）（谐振腔）16.光热辐射检测器件包括（热敏电阻）（热电偶检测器件）（热释电器件）17.电流功率18.光电检测系统的检测方法分为（直接检测）（光外差检测）分别检测（相干光）和（非相干光）19.直接检测系统和光外差检测系统的基本特性：直接检测系统（信噪比、通项带宽度、检测距离、视角）；光外差检测特性（获得信息全部、转换增益高、良好流没特性、信噪比损失小、最小可检测功率）20. 光源光敏二极管光电池光栅传感器结构：光删副是由主光栅和指示光栅组成二、概念1.光电传感器：利用光电效应，将光通量转换为电信号的一种传感器2.光电导效应：是光照射到某些物体上后，引起电导变化的效应3.热噪声：由于载流子的无规则运动产生的噪声成为~，与温度有关，与频率无关。
4.光电效应：当物质受到光照射后，材料的电学性质（电导率改变，发射电子，产生感应电动势）发生变化的现象称为~5.禁带：允许电子存在的能带叫允许带，两个相邻允许带之间不允许电子存在的能带叫禁带6.价带：在绝对零度下能被电子占满的最高能带，也是存在电子的能带中，能量最高的带导带：导带是半导体最外面（能量最高）的一个能带，是由自由电子形成的能量空间，即固体结构内自由运动的电子所具有的能量范围7.光电效应：根据光电导效应，当入射光变化时，材料的电导率发生变化8.光热效应：由于入射光照射引起温升从而使电导变化，使得负载电阻上电压发生变化9.热电检测器件：由于入射光与物质相互作用的热效应而制成内光电检测器件10.光电耦合器件将信号接入端和输出端连接到一起的器件,以光为媒介将输入信号耦合到输出信号11.光电位置敏感器（PSD）：对位置的变化进行检测的器件12.热释电效应：介质的极化强度随温度变化而变化，引起电荷表面电荷变化的现象．13.辐射热计效应：入射光的照射使材料由于受热而造成电阻率变化的现象．14.温差电效应：由两种材料制成的结点出现稳差而在两结点间产生电动势，回路中产生电流．三、简答1.光电检测的测量方法及发展趋势（1）方法：直接作用法，补偿测量法，差动测量法，脉冲测量法（2）发展趋势：①发展纳米，亚纳米高精度的光电检测新技术②发展小型，快速的微型光、电、机系统③非接触、快速在线测量，满足快速增长的商品经济需求④发展微型空间三维和大型空间三维测量技术⑤发展闭环检测电路，实现光电检测和光电控制一体化⑥向人们无法触及的领域发展⑦发展光电跟踪和光电扫描技术，远距离遥控、遥测技术，激光制导、飞行物自动跟踪、复杂形体自动扫描测量2.比较光电效应和光热效应的作用机理，性能及应用特点等方面的差异（1）作用机理：①光电效应：光照射到物体表面，使材料电学性质发生变化（电导率改变、发射电子、产生感应电动势）②光热效应：光照使温度升高而引起性质改变（2）性能：①光电效应直接把光子能量转变为光电子能量②光热效应将光能转变为晶格振动的热能（3）应用特点：①光电对光波波长有选择性，响应速度快②光热无选择性，响应慢3.光生伏特效应与光电导效应的区别（1）光生伏特效应：少数载流子作用，引起电压变化，暗电流小，响应快，受温度影响小，光电特性线性号，噪声低（2）光电导效应：多数载流子作用，引起电导率变化，可对微弱辐射检测，光谱响应范围宽。
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《光电检测技术》复习提纲1、光敏电阻和光敏二极管的基本概念，基本应用和两者的区别（测脉搏的电路）；光敏电阻，又称光敏电阻器或光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。
这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。
这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。
光敏二极管，又叫光电二极管是一种能够将光根据使用方式，转换成电流或者电压信号的光探测器。
管芯常使用一个具有光敏特征的PN结，对光的变化非常敏感，具有单向导电性，而且光强不同的时候会改变电学特性，因此，可以利用光照强弱来改变电路中的电流。
一.功能不同：光敏二极管，是利用半导体材料的光特性实现二极管的开关功能。
光敏电阻，是利用半导体材料和其他材料的光特性实现可变电阻的功能。
二.材料不同：虽然有些时候两者用同样的材料如硅，砷化镓，但是光敏电阻的材料范围比光敏电阻的更广。
三.功能的不同决定了主要参数不同：光敏二极管,最高工作电压,暗电流，光电流，光电灵敏度、响应时间、结电容和正向压降等。
光敏电阻，标称电阻值、使用环境温度（最高工作温度）、测量功率、额定功率、标称电压（最大工作电压）、工作电流、温度系数、材料常数、时间常数等。
四.功能的不同决定了结构不同：光敏二极管，两个电极间要求能够形成一个PN 结，而且为了加大导通电流，把一个电极的面积设计的很大，另一个相对很小。
光敏电阻，只需要两个电极就行了。
测量信号的特征:人体信息本身具有不稳定性、非线性和概率特性。
脉搏波的频率属于低频，且信息微弱，噪声强，因而信噪比低。
脉搏波频率范围是0.1~60Hz，主要频率分量一般在20Hz内。
人体手指末端含有丰富的小动脉，它们和其它部位的动脉一样,含有丰富的信息。
测量原理:随着心脏的跳动手指尖的微血管发生相应的脉搏的容积变化，光发射电路发出的特定波长的光透过手指到光电器件，此过程被检测生理量(人体的脉搏)转换成光信号，通过光电器件转换为电信号，送入前级放大电路将信号适当放大，经过滤波电路除去其中的噪声得到需要频率范围内的信号，再将脉搏信号进行放大和后级的处理，通过示波器显示出来，进一步进行观测。
3.系统结构总体框图:电源:实验室5V、12V直流电源:2、CMOS图像传感器的概念及其特点，典型应用案例（CMOS+68013）；CMOS图像传感器是一种典型的固体成像传感器，与CCD有着共同的历史渊源。
CMOS图像传感器通常由像敏单元阵列、行驱动器、列驱动器、时序控制逻辑、AD转换器、数据总线输出接口、控制接口等几部分组成这几部分通常都被集成在同一块硅片上。
其工作过程一般可分为复位、光电转换、积分、读出几部分。
CMOS图像传感器具有以下几个优点：1）、随机窗口读取能力。
2）、抗辐射能力。
3）、系统复杂程度和可靠性。
4）、非破坏性数据读出方式。
5）、优化的曝光控制。
、具有集成度高、功耗小、速度快、成本低等特点，最近几年在宽动态、低照度方面发展迅速。
2、CCD图像传感器的概念及其特点，典型应用案例；CCD图像传感器于1969年在贝尔试验室研制成功，之后由日商等公司开始量产，其发展历程已经将近30多年，从初期的10多万像素已经发展至目前主流应用的500万像素。
CCD又可分为线型与面型两种，其中线型应用于影像扫瞄器及传真机上，而面型主要应用于数码相机（DSC）、摄录影机、监视摄影机等多项影像输入产品上。
一般认为，CCD传感器有以下优点：1.高解析度2.低杂讯3.高敏感度4.动态范围广5.良好的线性特性曲线6.高光子转换效率7.大面积感光8.光谱响应广9.低影像失真 10.体积小、重量轻 11.低秏电力 12.不受强电磁场影响； 13.电荷传输效率佳： 14.可大批量生产，品质稳定，坚固，不易老化，使用方便及保养容易3、CMOS和CCD图像传感器原理性的区别和应用性的区别；CCD：电荷藕合器件，它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算机的处理手段，根据需要和想像来修改图像。
CCD由许多感光单位组成，通常以百万像素为单位。
当CCD表面受到光线照射时，每个感光单位会将电荷反映在组件上，所有的感光单位所产生的信号加在一起，就构成了一幅完整的画面。
CMOS：互补型金属氧化物半导体和CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。
CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N（带–电）和 P（带+电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。
然而，CMOS的缺点就是太容易出现杂点, 这主要是因为早期的设计使CMOS在处理快速变化的影像时，由于电流变化过于频繁而会产生过热的现象。
CCD提供很好的图像质量、抗噪能力和相机设计时的灵活性。
尽管由于增加了外部电路使得系统的尺寸变大，复杂性提高，但在电路设计时可更加灵活，可以尽可能的提升CCD相机的某些特别关注的性能。
CCD更适合于对相机性能要求非常高而对成本控制不太严格的应用领域，如天文，高清晰度的医疗X光影像、和其他需要长时间曝光，对图像噪声要求严格的科学应用。
CMOS是能应用当代大规模半导体集成电路生产工艺来生产的图像传感器，具有成品率高、集成度高、功耗小、价格低等特点。
CMOS技术是世界上许多图像传感器半导体研发企业试图用来替代CCD的技术。
经过多年的努力，作为图像传感器，CMOS已经克服早期的许多缺点，发展到了在图像品质方面可以与CCD技术较量的水平。
CMOS的水平使它们更适合应用于要求空间小、体积小、功耗低而对图像噪声和质量要求不是特别高的场合。
如大部分有辅助光照明的工业检测应用、安防保安应用、和大多数消费型商业数码相机应用。
4、红外热释电传感器及其特点，典型应用案例；主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。
在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。
由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。
为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出20米范围内人的行动。
优点：本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。
价格低廉。
缺点：◆容易受各种热源、光源干扰◆被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收。
◆环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。
热释电红外传感器除了用于遥感、制导、夜视、主动雷达、热成像、气体分析、辐射计、测温等军事和工业场合外,近些年来,在消费电子电器产品中的应用正迅猛增长。
目前应用最多的是检测人的传感器。
广泛用于防盗报警系统、房间自助开灯控制、自动门和其它安全及自动化装置中。
国外有把热释电传感器安装在售货机上,当有人接近时机器可以说话。
类似的重要应用是安装在工厂危险性机械系统上,防止人太靠近造成危险。
5、红外温度传感器及其应用（红外测温枪）；在自然界中,当物体的温度高于绝对零度时，由于它内部热运动的存在,就会不断地向四周辐射电磁波，其中就包含了波段位于0.75～100μm 的红外线，红外温度传感器就是利用这一原理制作而成的。
温度是度量物体冷热程度的一个物理量，是工业生产中很普遍、很重要的一个热工参数，许多生产工艺过程均要求对温度进行监视和控制，特别是在化工、食品等行业生产过程中，温度的测量和控制直接影响到产品的质量和性能。
红外传感器的应用:红外线传感器常用于无接触温度测量，气体成分分析和无损探伤，在医学、军事、空间技术和环境工程等领域得到广泛应用。
1、在医学上的应用：采用红外线传感器远距离测量人体表面温度的热像图，应用电路：人体焦耳式体温感测2、在空间技术上的应用：利用人造卫星上的红外线传感器对地球云层进行监视，可实现大范围的天气预报；采用红外线传感器可检测飞机上正在运行的发动机的过热情况等。
3、在军事上的应用：遥感就是用装在平台上的传感器来收集（测定）由对象辐射或（和）反射来的电磁波，再通过对这些数据进行分析和处理，获得对象信息的技术。
4、环境工程上的应用：微波遥感用在大气的各项数据的测量上，在海洋学、油污探测、融雪测定等方面都有应用。
应用:非接触式温度测量红外辐射探测移动物体温度测量连续温度控制热预警系统气温控制医疗器械长距离测量红外测温仪此设备由红外传感器和显示报警系统两部分组成，它们之间通过专用的五芯电缆连接。
安装时将红外传感器用支架固定在通道旁边或大门旁边等地方，使得被测人与红外传感器之间的距离相距35CM。
在其旁边摆放一张桌子，放置显示报警系统。
只要被测人在指定位置站立1秒钟以上，红外快速检测仪就可准确测量出旅客体温。
一旦受测者体温超过38°C，测温仪的红灯就会闪亮，同时发出蜂鸣声提醒检查人员。
如图是目前最常见的红外测温仪结构框图。
它是光、机、电一体化的红外测温系统。
图中的光学系统是一个固定焦距的透视系统，滤光片一般采用只允许8~14um的红外辐射能通过的材料。
步进电机带动调制盘转动，将被测的红外辐射调制成交变的红外辐射射线。
红外探测器一般为热释电探测器，透镜的焦点落在其光敏面上。
被测目标的红外通过透镜聚焦在红外探测器上，红外探测器将红外辐射变换为电信号输出。
红外测温仪电路比较复杂，包括前置放大器、选频放大、温度补偿、线性化、发射率调节等。
目前已经有一种带单片机的智能红外测温仪，利用单片机与软件的功能，大大简化了硬件电路，提高了仪表的稳定性、可靠性和准确性。
红外测温仪的光学系统可以是透射式，也可以是反射式。
红外温度快速检测仪为在人流量较大的公共场所降低非典的扩散和传播提供快速、非接触测量手段，可广泛用于机场、海关、车站、宾馆、商场、影院、写字楼、学校等人流量较大的公共场所，对体温超过38°C的人员进行有效筛选。
6、机器视觉的概念及其应用；机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。
机器视觉系统是指通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分 CMOS 和CCD 两种）将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，得到被摄目标的形态信息，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。