简答题

1 光电探测器按物理原理分为哪两类，各有何特点？
一类是利用各种光子效应的光子探测器，特点是入射光子直接和材料中的电子发生相互作用，即光电子效应；一类是利用温度变化效应的热探测器，特点是基于材料吸收光辐射能量以后温度升高的现象，即光热效应。

2 什么是噪声？噪声与干扰有何不同？光电探测系统有哪些噪声？光电探测器有哪些噪声？ 噪声：由于元器件内微观粒子随即的无规则运动产生的有害信号，称为噪声。
不同：噪声是来自元器件内部粒子；而干扰是指其他的有害信号，有系统外部的，也可以有内部的。?光电探测系统的噪声：光子噪声，探测器噪声，电路噪声。?
光电探测器的噪声：热噪声，散粒噪声，产生-复合噪声，1/f噪声，温度噪声。

3 放大器的En-In噪声模型并说明意义？
放大器的内部噪声可以用串联在输入端的零阻抗电压发生器En和并联在输入端具有无穷大阻抗的电流发生器In来表示。两者相关系数为r。这种模型叫En-In噪声模型。?
意义：可将放大器看作无噪声，对放大器噪声的研究归结为分析En、In在电路中的作用。简化了电路系统的噪声计算。

4 如何根据光功率的大小选择光电信号检测方法？ 对于光功率较高，信噪比较大的光信号的检测，可以设计低噪声的集成运放和低噪声的耦合网络来直接检测。而对于光功率较弱，信噪比较低，甚至信号功率埋入噪声功率中的信号，应该采用相应的方法将信号和噪声分离来检测信号，主要方法有：窄带滤波法，双路消噪法，同步累积法，锁定接受法，取样积分法，相关检测法。

5 什么是光束的直接调制？请解释其中的脉冲编码调制过程？ 直接调制就是内调制，内调制是指加载信号是在激光振荡过程中进行的，以调制信号改变激光器的振荡参数，从而改变激光器输出特性，以实现调制。数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产
生的，称为PCM（pulsecode modulation），即脉冲编码调制。抽样过程将连续时间模拟信号变为离散时间、连续幅度的抽样信号，量化过程将抽样信号变为离散时间、离散幅度的数字信号，编码过程将量化后的信号编码成为一个二进制码组输出。这种电的数字信号称为数字基带信号，由PCM电端机产生。?简单说就是模/数转换.

6 光电发射效应与光电导效应相比有什么区别？光电发射效应指？ 在光照下，物体像表面以外的空间发射电子的现象；而光电导效应指半导体材料吸收能量足够大的光子后,?会使原先处于束缚状态的电子或空穴转变为自由状态,?从而使半导体的电导率增加的现象。

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试述光的调制原理？
声光调制、电光调制？
声光调制：不仅电场能引起晶体的折射率变化，声波的应变场也能改变某些类型晶体的折射率，由于声波的周期性，会引起折射率的周期变化，产生类似于光栅的光学结构，从而对入射的光波产生调制，这中调制称为声光调制。（声光调制的物理基础是超声波引起晶体的应变场，使射入晶体中光被这种弹性波衍射，这种物理现象称为弹光效应。）?电光调制：外加电场能引起折射率的变化，折射率的变化又会引起光波在晶体中传播状况的变化，因而利用晶体的电光效应可以实现对晶体中传播光波的控制，改变传播光的幅度、频率、偏振态、传播方向等，这种基于电光效应的原理对光进行的调制就称为电光效应，分强度调制、相位调制、脉冲调制等方式。

8 光热效应的特点有哪些？ 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变化，而是把吸收的光能转化为晶格的热运动能量，引起探测元件温度上升，温度上升是探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化。光热效应对光波频率没有选择性，其速度比较慢。光热效应有温差电效应、热释电效应。

9 应怎样理解热释电效应？热释电探测器为什么只能探测调制辐射？ 答：热释电效应是非中心对称的晶体，自然状态下，在某个方向上正负电荷中心不重合。在晶体表面形成一定量的极化电荷。但当晶体温度变化时，极化程度下降，其表面浮游电荷变化缓慢，再次达到极化的电平衡状态前，晶体表面有多余浮游电荷，这相当于释放出一部分电荷，这种现象称为热释电效应。温度恒定时，因晶体表面吸附周围空气中的异性电荷，观察不到它的自发极化现象，当温度变化时，晶体表面的极化电荷则随之变化，而它周围的吸附电荷跟不上它的变化，失去电的平衡，这时即显现出晶体的自发极化现象，所以，所探测的辐射必须是变化的，所以热释电探测器只能探测调制辐射。

10 什么是热释电效应？ 晶体或铁电体，正常情况下，正负电荷中心不重合，产生极化现象，通常表面俘获浮游电荷保持电平衡；温变，极化下降，引起正负电荷中心发生位移，表面上的极化电荷即随之变化，而表面浮游电荷变化缓慢，出现多余浮游电荷，相当于释放一部分电荷的现象，称为热释电效应

11 试述固体成像器件CCD的电荷耦合原理？ 在金属电极下加上正电压时，该区域对于电子来说是一个势能很低的势阱。当前面电极比后面电极高时，信号电荷就会向后面的势阱转移，如果不断地改变电极上的电压，就能使信号电荷可控

地一位一位按顺序传输。

12 为什么结型光电器件在正向偏置时没有明显的光电效应？必须工作在哪种偏置状态？ 1）正偏效果―――正向导电，电场电流IF较大；光照电流IP相对来说可以忽略，即有无光光照基本上不影响电流大小；正偏时起不到光电检测效果。 2）零偏置或反偏效果―――无光照时有暗电流，即反向饱和漏电流,其值很小，几乎为零；有光照时，电子空穴对增加，光照电流较大，有无光照反差较大，可以作为检测元件，进行光电检测。因此结型器件必须工作在零偏置或反偏工作状态。

13 说出PIN管、雪崩光电二极管的工作原理和各自特点，为什么PIN管的频率特性比普通光电二极管好？ PIN快速光电二极管、消除在PN结外光生载流子的扩散运动时间,在P区与N区之间插入一层电阻率很大的I层、耗尽层厚度增加，增大了对光的吸收和光电变换区域，提高了量子效率。结电容小，增加了对长波的吸收，提高了长波灵敏度，可承受较高的反向偏压，使线性输出范围变宽。 雪崩光电二极管掺杂浓度均匀,缺陷少,漏电流小, APD的结构设计，使它能承受高的反向偏压，从而在PN结内部形成一个高电场区，结区产生的光生载流子受强电场的加速，将获得很大的能量，在与原子碰撞时可使原子电离，产生新的电子－空穴对，在往下的过程中重复此情况，使PN结的电流急剧增加。特点：APD能提供内部增益达一百到一千倍、0.5ns响应时间、噪声功率10-15W、接近反向击穿。工作速度更高。 PIN管由于增加了I层，使结变宽，结电容减小，因而时间常数变小，f=1/2πRC,所以频率特性好。

14 简述液晶的工作原理？ 液晶分子的棒状结构具有偶极矩，在电场的作用下，偶极矩要按电场的方向取向，使分子原有的排列方式受到破坏，从而使液晶的光学性能变化，如原来是透光的变成不透光，或相反。把这种因外加电场的作用导致液晶光学性能发生变化的现象称为液晶的电光效应。

15 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。

16 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。

17 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。

18 简述三种主要光电效应的基本工作原理？ 答：当半导体材料受光照时，由于对光子的吸收引起载流子浓度增大，因而导致材料电导率增大，这种现象称为光电导效应，是一种内光电效应。材料对光的吸收有本征型和非本征型，所以光电导效应也有本征型和非本征型两种。当光照射PN结时，只要入射光子能量大于材料禁带宽度，就会在结区产生电子－空穴对。光生电子——空穴对就被内建电场分离开来，空穴留在P区，电子通过扩散流向N区,这种光照零偏PN结产生开路电压的效应，称为光伏效应.当光照射到某种物质时，若入射的光子能量?h足够大，那么它和物质中的电子相互作用，可致使电子逸出物质表面，这种现象称为光电发射效应，又称为外光电效应

19 光电探测器与热电探测器在工作原理、性能上有什么区别？ 答：所谓光电效应是指，光辐射入射到光电材料上时，光电材料发射电子，或者其电导率发生变化，或者产生感生电动势的现象。光电效应实质上是入射光辐射与物质中束缚于晶格的电子或自由电子的相互作用所引起的。光电效应就对光波频率（或波长）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。按照是否发射电子，光电效应又分为内光电效应和外光电效应。具体有光电子发射效应、光电导效应、光生伏特效应、光子牵引效应和光电磁效应等。?
光热效应的实质是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与温度有

关的电学性质或其他物理性质发生变化。原则上，光热效应对光波频率（或波长）没有选择性，因而物质温度的变化仅决定于光功率（或其变化率），而与入射光辐射的光谱成分无关。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。光热效应包括热释电效应、温差电效应和测热辐射计效应等

20 简述光电探测器的选用原则？ 答：(1).光电检测器件必须和辐射信号源及光学系统在光谱特性上匹配。(2)光电检测器件的光电转换特性必须和入射辐射能量相匹配。(3)光电检测器件的响应特性必须和光信号的调制形式、信号频率及波形相匹配，以保证得到没有频率失真和良好的时间响应。(4)光电检测器件必须和输入电路以及后续电路在电特性上相互匹配，以保证最大的转换系数、线性范围、信噪比以及快速的动态响应等。

21 叙述实现光外差检测必须满足的条件？ 答：信号光波和本振光波的波前在整个光混频面上必须保持相同的相位关系。光外差检测只有在下列条件下才可能得到满足：①信号光波和本征光波必须具有相同的模式结构，这意味着所用激光器应该单频基模运转。②信号光和本振光束在光混频面上必须相互重合，为了提供最大信噪比，它们的光斑直径最好相等，因为不重合的部分对中频信号无贡献，只贡献噪声。③信号光波和本振光波的能流矢量必须尽可能保持同一方向，这意味着两束光必须保持空间上的角准直。?④在角准直，即传播方向一致的情况下，两束光的波前面还必须曲率匹配，即或者是平面，或者有相同曲率的曲面。?⑤在上述条件都得到满足时，有效的光混频还要求两光波必须同偏振，因为在光混频面上它们是矢量相加。?总之,要满足时间,空间条件外,还有满足频率条件和偏振条件

22 对直接检测系统来说，如何提高输入信噪比？ 答：对于光电检测系统来说，其噪声主要有三类：（1）光子噪声 包括：A.信号辐射产生的噪声；B.背景辐射产生的噪声。（2）探测器噪声 包括：热噪声；散粒噪声；产生—复合噪声；1/f噪声；温度噪声。（3）信号放大及处理电路噪声
在实际的光电探测器中，由于光电转换机理不同，各种噪声的作用大小亦各不相同。若综合上述各种噪声源，其功率谱分布可用下图表示。由图可见：在频率很低时，1/f噪声起主导作用；当频率达到中间范围频率时，产生——复合噪声比较显著；当频率较高，甚至于截至频率时，只有白噪声占主导地位，其它噪声影响很小。很明显，探测器应当工作在1/f噪声小、产生-复合噪声为

主要噪声的频段上。?因此，对于直接探测系统，提高输入信噪比的措施有：?（1）利用信号调制及选频技术可抑制噪声的引入?
白噪声的大小与电路的频带宽度成正比，因此放大器应采用带宽尽可能窄的选频放大器或锁相放大器。?（2）将器件制冷，减小热发射，降低产生-复合噪声。?
采用半导体制冷、杜瓦瓶液态气体制冷或专用制冷机制冷。?（3）采用最佳条件下的偏置电路，使信噪比（S/N）最大

23 说明光子效应和光热效应各自特点？ 1. 光子效应：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的改变。（2分） 特点：光子效应对光波频率表现出选择性，响应速度一般比较快。（1分） 2. 光热效应：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。（2分） 特点：原则上对光波频率没有选择性，响应速度一般比较慢。（1分） （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。

24 为什么硅光二极管的ITU型其电极要设置级环？ 答：为了防潮，防腐蚀，提高光的透射率，减小反射率，常要在受光面的表面涂有一层SiO2的保护膜，而SiO2中有不可避免的含有正离子，这些正离子在半导体中产生静电感应，使2DU型二极管的衬底表面产生一个电子层，也称反射层。在寿光面上的N-Si与P-Si的交界处，这个电子层就成为P-N结表面漏电流的通道，特别是当光电二极管反偏置使用时，这个通道说产生的漏电流成为暗电流的重要组成部分，而使通过负载的暗电流增大。为了减小这种表面漏电流，采用的方法是在受光面的四周加上一个级环把光面包围起来。级环电势始终保持高于前级电势，给漏电流提供一条直接流入电源的通道。这样表面漏电流就不经过负载了，从而减小流过前级的暗电流和噪声。

ppt上重点：
1.光电效应与热电效应 ： 一 光电效应： 光子直接与电子作用（吸收、能量传递），引起电子运动状态改变，从而改变固体电学性质 不是直接作用： 热电效应 分类（看是否发射电子）： 内光电效应（光电导效应、光伏效应、光子牵引效应、光磁电效应） 外光电效应（光电发射效应）

1）光电导效应 针对的材料只是半导体 半导体的导带、价带、禁带，热平衡载流子、光生载流子 半导体的导电性能与其中

的自由载流子浓度有关，某一温度下存在自由载流子（热平衡载流子），受到光照，材料吸收光辐射而产生新的载流子（光生载流子），使半导体的电导率发生变化的现象。

2）光伏效应 PN结的介绍：N区多数载流子电子，少数载流子空穴 P区多数载流子空穴，少数载流子电子 耗尽层与内建电场的形成，动态平衡 光照PN结：P区N区结区本征激发产生电子空穴对，破坏原有的平衡，产生的少数载流子在内建电场的作用下扩散， P区电子-------N区------------N区获得附加负电荷 N区空穴-------P区------------P区获得附加正电荷 结果P区电势上升，N区电势下降，导致PN结两端形成了光生电动势，此即为光伏效应。

３）光电发射效应 光电发射第一定律：光频率不变，ＩＰ正比于入射辐通量 光电发射第二定律： 增大，Ｖｍ随之增大，Ｖ与入射光强无关 三：存在长波限（半导体材料的阈值波长），即红限频率 光电子发射的三个过程：１　吸收光子，激发高能电子 ２　向界面运动损失能量 ３　电子越过表面势垒逸出

４）光子牵引效应 当入射光频率不高，不产生光生载流子，而使半导体的自由载流子吸收光子，从低能态跃迁到高能态（同一能带内），相当于光子的动量传递给了自由载流子，推动载流子运动，从而在半导体内部建立一个电场。

5）热释电效应 极性晶体：具有自极化特性 与自极化强度垂直的两个晶面上出现面束缚电荷 不变化的温度下，束缚电荷被自由电荷所补偿 一定频率的变化温度时，自由电荷来不及中和面束缚电荷，晶体表面呈现出相应于温度变化的面电荷变化

2光电探测器的噪声
1）噪声的概念： 任何叠加在信号上不希望的随机扰动或干扰，均称为噪声 噪声的来源： A) 来自系统外部；采取适当措施可减小或消除，多具有规律性 B）来自系统内部的材料，器件固有物理过程的自然扰动；一般是随机的无规律，只是遵循统计规律

A）热噪声： 电子的热运动所引起的，通过截面的电子数存在均方偏差，即有电子涨落，因此导致了热噪声； 减少热噪声的手段：1）降温 2）尽量缩短工作频带

B）散粒噪声：（白噪声） 探测器在光辐射作用或者热激发下，光电子或载流子随机产生所造成的

C）产生--复合噪声：（与散粒噪声本质是相同的） 半导体中由于载流子产生--复合的随机性引起

D）温度噪声：温度起伏引起的热探测器输出起伏

E）电流噪声（1/f噪声） 又叫低频噪声﹑闪烁噪声﹑过剩噪声

3.光电子发射探测器
金属光电子发射效应的特点： 1）逸出功W=E0-Ef E0：真空能级 Ef：费

米能级 2）表面反射强，对光辐射的吸收率低 3）内部存在大量自由电子，使光激发的电子因损失能量而不能逸出

半导体光电子发射效应的优点：1)对入射光有较小反射系数2）阴极层导电性适中，光电子向表面运动损失能量比金属小3）半导体内存在大量的发射中心4）有较小的逸出功，在光谱响应区内具有较高的量子数

半导体光电发射的三个步骤：1）光子的吸 2）光电子向表面运动，损耗部分能量 3）光电子克服表面势垒逸出

频率特性 主要由三个因素决定： τ n：载流子扩散至结区的扩散时间 τd：光生载流子在电场作用下通过结区的漂移时间 τ c：结电容Cd与负载电阻RL所决定的时间常数 一般限制器件频率特性的主要是τ c ，而τ n比τd大两个数量级，因此光敏面一般做得比较薄

光电阴极应具备的三个条件： 1）光吸收系数大 2）光电子在体内传输过程中能量损耗小（使逸出深度大） 3）电子亲和势低（使表面逸出概率高）

材料产生负电子亲和势的原因： 1）半导体表面能带的弯曲2）P型半导体体内电子亲和势的减小

NEA的特点：1）量子效率高，有效逸出深度大2）光谱响应率均匀，且光谱响应延伸到红外 3）热电子发射小 4）光电子的能量集中，对提高光电成像器件的空间分辨力和时间分辨力都有很大意义 缺点： 工艺复杂，成本高，不能做成大面积，耐久性差 光电阴极分 透射型 与 反射型

光电倍增管（PMT）结构：光窗，光电阴极，电子光学系统，倍增系统，阳极1）工作原理： 二次电子发射2）结构介绍 光窗：分 侧面窗 与 端面窗 侧窗型PMT：大部分使用不透明光阴极，较低工作电压具有较高灵敏度 端窗型PMT：价格相对贵，采用半透明阴极 电子光学系统： 使电子收集率尽可能高 使渡越时间零散最小 倍增系统： 二次电子发射系数δ=N1-N2 N2：二次电子数 N1：入射电子数 阳极 作用：收集电子 位置：倒数第二倍增极与倒数第一倍增极之间 结构：栅网状结构

分压电阻的确定：典型情况 均匀分压：电阻链的分压电阻值相等 分压电阻最大值取决于 阳极最大的平均电流 最小值取决于 高压电源的输出功率 分压电阻的电流IR越大，极间电压IR过大会增大电阻功耗，加大电源负担 不均匀分压 时，目的是提高PMT的某种单项参量水平 提高时间特性：适当增加前几级倍增极电压 提高电子收集率，减小极间渡越时间 增加阳极特性线性范围：适当增加阳极和最后一级之间的电压 不均匀分压都会 降低阳极灵敏度

4 光电导探测器的特点：1）不管哪部分受光，其电导率就增大 2）无极

性，工作时可任意外加电压3）主要依赖多数载流子的产生-复合运动，时间常数大，频率响应较差

5光伏探测器 利用半导体PN结光伏效应制成的器件称为光伏器件，也称结型光电器件。 包括的器件： 光电池﹑光电二极管﹑光电三极管﹑光电场效应管﹑PIN管﹑雪崩光电二极管﹑光可控硅﹑阵列式光电器件﹑象限式光电器件、位置敏感探测器（PSD） ﹑光电耦合器件等

PIN光电二极管（2DUL） 快速光电二极管 结构特点：在P型半导体和N型半导体之间夹着一层（相对）很厚的本征半导体。1）I层很厚，在反偏压下运用可承受较高的反向电压，线性输出范围宽。2）增加反向偏压会使耗尽层宽度增加，从而结电容要进一步减小，使频带宽度变宽。3）反向偏压主要集中在I区，I区内形成高电场区，载流子渡越时间非常短，响应速度得以提升 4）引入I层加大了光电转换的有效工作区域，灵敏度得以提升5）增加了对长波的吸收，提高了长波灵敏度 不足：I层电阻很大，管子的输出电流小，一般多为零点几微安至数微安。

雪崩光电二极管APD 利用PN结在高反向电压下产生的雪崩效应来工作 这种管子工作电压很高，约100～200V，接近于反向击穿电压。结区内电场极强，光生电子在这种强电场中可得到极大的加速，同时与晶格碰撞产生新的电子--空穴对，如此反复，形成电离雪崩反应。因此，这种管子有很高的内增益，可达到几百。

APD应用的特点：1）具有内增益，降低了对前置放大器的要求2）工作电压比较高，影响了使用范围3）APD性能与光功率有关 入射光功率低时（1纳瓦～几微瓦），倍增电流与入射光有较好的线性 入射光功率过大时，倍增系数反而会降低

光电位置传感器（PSD） PSD是利用离子注入技术制成的一种可确定光的能量中心位置的结型光电器件，有一维的和二维的两种。

PSD的特点及用途 1 对光斑的形状无严格要求，只与光的能量中心有关 2 光敏面无死区，可连续测量光斑位置，分辨率高 3 可同时检测光斑位置与光强 应用：激光束的监控（对准﹑位移﹑振动） 平面度检测 一维长度检测 二维位置检测系统等

热电探测器 基本原理 探测器元件吸收入射的红外辐射能量引起温升，在此基础上借助各种物理效应把温升转变成电量 特性：1）响应率与波长无关，属于无选择性探测器2）时间常数较大，响应速度慢3）比光子探测器峰值探测率低4）可在室温下工作，在很宽的光谱波段有平坦的响应

6.探测方法
1）直接探测系统的性能分析 利用直接的光电转换功能实现信息的解调 评价性能的判据：信噪比

2）光电探

测器的平方律特性 因此平方律包含两层含义： 一）光电流正比于光电场振幅的平方 二）电输出功率正比于入射光功率的平方

3）光频外差探测的基本原理 利用两束光波在探测器光敏面上的相干效应，测量混频波中的差频分量fIF=（fs-fL），由于本机振荡光波的频率fL是已知的，因此fs也就能求出。而fs是经过被测量量调制的光波，这样调制信号就计算出来了。

4）光频外差探测的基本特性1、高的转换效率 2、良好的滤波性能 3、良好的空间和偏振鉴别能力 4、小的信噪比损失 5、高质量的本征光能起到降低探测器内部噪声的作用

7 光电成像器件
一、 扫描型 真空电子束扫描型 光电型：光电导式和光电发射式 热电型：热释电摄像 固体自扫描型：电荷耦合摄像器件 扫描型光电成像器件又称为摄像器件。这种器件通过电子束扫描或自扫描方式将被设景物将光学系统成像在器件光敏面上的二维图像转变为一维时序电信号输出出来。这种运载图像信息的一维时序信号称为视频信号。 二、非扫描型：直视型电真空像管

真空摄像管 三个基本功能（过程）：光电变换﹑光电信号存储﹑扫描输出 结构：光电导靶﹑电子枪﹑信号输出

CCD P沟道型CCD原理 金属-氧化物-半导体结构（MOS)在外加电场作用下，半导体中空穴被推离界面，形成表面势井； 光照产生的电子填充势井，使势井变浅。势井变化率与光生载流子成正比。 势井中的电子在交替变化的电位作用下耦合到下一个势井中，顺序移出。

CCD的不足之处 a 驱动电路与信号电路难与成像单元集成，系统为多芯片系统 b 为获得信号完整性，需要像元间近似完美的转移c 时钟脉冲复杂，需要相对高的工作电压，不能与VLSI技术兼容 d 图像信息不能随机读取

CMOS成像器件的结构原理 1 CMOS成像器件的组成： 主要组成部分：像敏单元阵列 ﹑MOS场效应管集成电路

8 光束的调制 内调制：加载信号在激光振荡过程中进行，以调制信号改变激光器的振荡参数，从而改变激光器输出特性以实现调制 外调制：激光形成之后，在激光器的光路上放置调制器，用调制信号改变调制器的物理性能，当激光束通过调制器时，使光波的某个参量受到调制

脉冲编码调制 把模拟信号先变成电脉冲序列，进而变成代表信号信息的二进制编码，再对光波进行强度调制 实现调制的三个过程： 1.抽样：通过抽样，原来的模拟信号变成一脉幅调制信号 只要抽样频率比所传递信号的最高频率大两倍以上，就能恢复原信号 2.量化：把抽样后的脉幅调制波进行分级取整处理，用有限个数的代表值取代抽样值的大

小 3.编码：把量化后的数字信号变换成相应的二进制码的过程

电光调制 电光调制的物理基础 电光效应——某些介质的折射率在外加电场的作用下，由于极化现象而出现光学性能的改变，影响到光波在晶体中传播特性的一种现象。 电光效应的实质——在光波电场与外电场的共同作用下，使晶体出现非线性的极化过程。

声光调制 声光调制器的工作原理 声光调制是利用声光效应将信息加载于光频载波上的一种物理过程。 调制信号是以电信号(调辐)形式作用于电-声换能器上，电-声换能器将相应的电信号转化为变化的超声场，当光波通过声光介质时，由于声光作用，使光载波受到调制而成为“携带”信息的强度调制波。

磁光调制 磁光调制主要是应用法拉第旋转效应，使一束线偏振光在外加磁场作用下的介质中传播时，其偏振方向发生旋转 ：θ=VHL 式中V为韦尔德系数，H 为沿光束传播方向的磁场强度，L为光在介质中的传播长度。

直接调制 直接调制是把要传递的信息转变为电流信号注入半导体光源（激光二极管LD或半导体发光二极管LED），从而获得调制光信号。由于它是在光源内部进行的，因此又称为内调制。 根据调制信号的类型，直接调制又可以分为模拟调制和数字调制两种。

9光电信号处理
放大器的噪声 一﹑放大器的En-In模型 放大器内部的噪声用一个在放大器外部连接的噪声电压源En和一个噪声电流源In来代替，则放大器被等效为 Vs：信号源 Rs：信号源内阻 Ens：Rs的噪声 Zi：放大器的输入阻抗 En：放大器内部噪声的等效噪声电压源 In：放大器内部噪声的等效噪声电流源

光电倍增管的偏置电路 电路特点：1）阴极与第一倍增极之间的高电压作用 2）中间倍增极的极间电压选取 3）最后两级或三级的极间电压适当加大，避免空间电荷的的影响产生饱和 4）末极倍增极与阳极之间的电压适当减小，以增加灵敏度末极倍增极与阳极之间的电压适当增大，以增大阳极特性线性范围 5）脉冲大电流时，最后几个倍增极瞬间电流很大，分压电阻上的压降产生突变，导致阳极电流饱和，灵敏度下降，因此常在最后三级电阻并联电容

反馈电路的影响 串联反馈：等效于反馈合成电阻与信号源串联 并联反馈：等效于反馈合成电阻与信号源并联 为减小反馈电路对噪声影响，要求：a）对串联负反馈，反馈合成电阻<> En/In

10 显 示 技 术
液晶的化学结构特点：i）几何形状上，液晶分子应是各向异性，分子的长度与直径之比必须大于4； ii）液晶分子的长轴不易弯曲，有一定

的刚性； iii）分子末端含有极性或可极化的基团，通过分子间电性力﹑色散力作用，使分子保持取向有序；

液晶的光电效应：液晶在外电场作用下分子的排列状态发生变化，从而引起液晶盒的光化学性质随之变化的一种光调制现象 一般包括：动态散射效应 宾主效应 电控双折射效应 相变效应 热光学效应 扭曲效 超扭曲效应 铁电效应等

扭曲向列（TN）型液晶显示器件 工作原理：不加电场，偏光能被分子扭转排列的液晶层旋转90°，正好能通过另一端的偏振片，电极面呈光亮；加了电场，所有液晶分子的光轴转向与电场方向一致，不再有旋光能力，光线无法通过，电极面呈黑暗；透明导电电极做成预定图形，就能显示对应的图案 缺陷： 视角有限 偏离显示板法线方向的光入射，要经过不同的分子排列形态，造成有效光学延迟量不同，因此不同视角下的对比度不同，甚至出现暗态的透射率超过亮态透射率的情况，即出现对比度反转

TN-LCD的驱动：驱动的特点： 1.必须使用交流驱动，防止施加直流电压使材料发生不可逆的劣化； 2.驱动电源频率低于数千HZ时，在很宽的频率范围内LCD的透光率只与驱动电压有效值有关而与电压波形无关； 3.驱动时LCD像素是一个无极性的容性负载；

驱动方式： 静态驱动：在需要显示的时间里分别同时给所需显示的段电极加上驱动电压，直到不需要显示的时刻为止 对比度较高，使用的驱动元器件较多 动态驱动（无源矩阵显示）：一种简单的矩阵驱动方式，把TN-LCD的上下基板上的ITO电极做成条状图形，并相互正交，交叉点为显示单元，即像素；电压按顺序逐一给各行电极加扫 实现大容量显示，存在交叉效应问题

超扭曲向列型（STN）液晶显示器件 优点：TN型及其他大部分液晶显示器，电光响应曲线都不够陡峭，由于交叉效应采用无源矩阵驱动时，限制了多路驱动能力；把液晶分子的扭曲角从90°增加到180 °～270 ° ，可大大提高电光特性的陡度。 原理：利用超扭曲和双折射两个效应 1）起偏方向与液晶表面分子长轴成45 °角，入射光分为O光和e光，通过液晶后产生光程差，检偏后产生干涉，呈现一定颜色显示 2）液晶层厚度不同，起偏片﹑检偏片相对取向不同，分为黄模式（黄绿背景写黑字） ﹑蓝模式（蓝色背景写灰字） 3）采用双盒补偿法(DSTN)或补偿膜法(FSTN)，对有色背景进行补偿，实现黑白显示。再加上彩色滤色器就得到彩色STN-LCD；

有源矩阵液晶显示器件（AM-LCD） TN、STN的简单矩阵驱动或多或少存在像素的交叉效应，扫描行数增加，占空比会下降使显示质量劣

化； AM在每个像素上设计一个非线性有源器件，使每一个像素独立驱动，克服交叉效应 添加存储电容，使液晶像素两端的电压可以在一帧时间内保持不变，使占空比提高到接近1，从原理上消除了扫描行数增加对比度降低的矛盾 采用像质最优的扭曲向列型液晶显示材料，根据有源器件的种类分为：二端型（MIM金属-绝缘体-金属二极管阵列）、三端型（TFT薄膜晶体管）

等离子体显示PDP 等离子体显示器的工作原理与一般日光灯原理相似，它在显示平面上安装数以十万计的等离子管作为发光体（象素）。每个发光管有两个玻璃电极、内部充满氦、氖等惰性气体，其中一个玻璃电极上涂有三原色荧光粉。当两个电极间加上高电压时，引发惰性气体放电，产生等离子体。等离子产生的紫外线激发涂有荧光粉的电极而发出不同分量的由三原色混合的可见光。每个等离子体发光管就是我们所说的等离子体显示器的像素，我们看到的画面就是由这些等离子体发光管形成的“光点”汇集而成的。等离子体技术同其它显示方式相比存在明显的差别，在结构和组成方面领先一步。

PDP的分类： 1、交流等离子显示板 2、直流等离子体显示板 3、SMPDP

等离子体显示具有以下一些特点：（1）等离子体显示为自发光型显示，有较好的发光效率与亮度。（2）适于大屏幕、高分辨率显示。（3）等离子体显示单元具有很强的非线性。（4）存储特性。（5）PDP结构上可以采用不透明但电阻低的金属电极。6）PDP有合适的阻抗特性。 （7）响应快。PDP响应时间为数毫秒，使显示电视图像时更新像素信号不成问题。 （8）刚性结构，耐振动，机械强度高，寿命长。