光电子技术复习题(重庆大学)

第5章

光探测器：能把光辐射量转换成另一种便于测量的物理量的器件光电探测器：把光辐射量转换成电量（电流或电压）的光探测器光电探测器性能参数

1. 量子效率

2. 响应度

3. 光谱响应

4. 等效噪声功率

5. 归一化探测度

6. 频率响应

7. 噪声谱

量子效率: 是指每一个入射光子所释放的平均电子数。

响应度R:响应度为探测器输出信号电压Vs （或电流Is ）与输入光功率P之比

光谱响应:表征R 随波长（拉门大）变化的特性参数

频率响应R （ f ）：频率响应R（ f ）是描述光探测器响应度在入射光波长不变时，随入射光调制频率变化的特性参数。

等效噪声功率NEP：定义为相应于单位信噪比的入射光功率，用来表征探测器探测能力，NEP越小，探测能力越强。

归一化探测度D* :探测度D:单位入射功率相应的信噪比。D*表示单位探测器面积、单

位带宽的探测度，

1. 光电效应:光照射到物体上使物体发射电子，或电导率发生变化，或产生电动势，这些因光照引起

物体电学特性改变的现象，统称为光电效应

内光电效应:光子激发的载流子（电子或空穴）将保留在材料内部。

外光电效应: 将电子打离材料表面，外光电效应器件通常有多个阴极，以获得倍增效内光电效应主要包括光电导效应与光伏效应

光电导效应是光照变化引起半导体材料电导变化的现象。光伏效应指光照使半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。

光电导效应下的光敏电阻

光敏电阻的频率特性差，不适于接收高频光信号

前历效应: 前历效应是指光敏电阻的时间特性与工作前“历史”有关的一种现象。

分暗态前历与亮态前历。

光敏电阻特点:优点:

1. 光谱响应相当宽

2. 所测的光强范围宽，即可对强光响应，也可对弱光响应

3. 无极性之分，使用方便

4. 灵敏度高，工作电流大，可达数毫安

缺点: 强光照射下线性较差，频率特性也较差，不适于接收高频光信号，受温度影响大

2.

第一象限:普通二极管

第三象限:光导工作模式光电二极管工作区域

第四象限：光伏模式光电池工作区域光电池：太阳能电池－－用作电源，测量光电池－－作

光电探测

3. 光电二极管和光电池的区别：

光电二极管和光电池一样，其基本结构也是一个PN 结。和光电池相比，重要的不同点是结面积小，因此具有特别好的频率特性。

比较：光电二极管与光电池

1. 掺杂浓度较低；

2. 电阻率较高；

3. 结区面积小；

4. 通常多工作于反偏置状态；

5. 结电容小，频率特性好；

6. 光电流比光电池小得多，一般多在微安级

4. PIN光敏二极管：在P型半导体和N型半导体之间夹着一层本征半导体。

频带宽灵敏度高

频带宽：由于P-N 结空间电荷层的间距加宽，因此结电容变小。相应时间变短，频带变宽。

灵敏度高：I 层较厚，入射光很容易进入材料内部被充分吸收而产生大量电子- 空穴对。

5. 雪崩光敏二极管：

高反压（100〜200 V）

强电场载流子加速

碰撞新载流子

雪崩倍增－－光电流的放大

6. 光敏三极管：光电三极管：输出光电流大光电特性“非线性” ，频率特性较差

7.

散粒噪声产生- 复合噪声热噪声低频噪声

散粒噪声：探测器的散粒噪声是由于探测器在光辐射作用或热激发下，光电子或光生载流子的随机产生所造成的。

产生-复合噪声：半导体中由于载流子产生与复合的随机性而引起的平均载流子浓度的起伏所产生的噪声称为产生一复合噪声，亦称G-R噪声（热噪声：热噪声是由耗散元件中电荷载流子的随机热运动引起的低频噪声：在低频时存在的噪声，几乎所有探测器中都存在。由于噪声功率与频率有

近似反比的关系，也称为1/f 噪声

8. D DD 表明电荷产生电场，且电场是有源场

9. EEEE表明变化的磁场产生电场

10. BBBBB表明磁场是无源场，磁感线总是闭合曲线

11. HHHH表明传导电流和变化的电场都能产生磁场

12. D= 界面两侧电场的法向分量发生了跃变

B= 界面两侧磁场的法向分量连续

E= 界面两侧电场的切向分量连续

H=界面两侧磁场的切向分量发生了跃变

13. 两种理想介质分界面上的边界条件

在两种理想介质分界面上，通常没有电荷和电流分布，即JS= 0、p S= 0

D的法向分量连续

B的法向分量连续

E的切向分量连续

H的切向分量连续

14. 理想导体表面上的边界条件理想导体：电导率为无限大的导电媒质特征：电磁场不

可能进入理想导体内设媒质2为理想导体，则E2、D2、H2、B2均为零

理想导体表面上电荷密度等于D的法向分量

理想导体表面上B的法向分量为0

理想导体表面上E的切向分量为0

理想导体表面上电流密度等于H的切向分量

15. 平面电磁波：任意时刻，如果在平面等相位面上，每一点的电场强度均相同，这种电

磁波称为均匀平面波。1•均匀平面波满足一维波动方程

均匀平面波是横电磁波（TEM波）

对于无限大、均匀、理想介质中的均匀平面波，相速等于波速

9. 其他条件相同时，受激辐射和受激吸收具有相同几率。

10. 热平衡状态下，高能级上原子数少于低能级上原子数，故正常情况下，吸收比发射更频繁，其差额由自发辐射补偿。

11. 自发辐射的出现随V3而增大，故波长越短，自发辐射几率越大。

12. 激光的纵模：光场沿轴向传播的振动模式

13. 激光的横模：激光腔内与轴向垂直的横截面内的稳定光场分布称为激光的横模

激光横模形成的主要因素是谐振腔两端反射镜的衍射作用。

激光器输出的频率个数（纵模数）N,由激活介质所发射的谱线对应的频宽和纵模间隔的比值决定

用接收屏观察激光器输出光束屏上形成的光斑图形。按其对称性可分为轴对称横模和旋转对称横模。

轴对称横模TEMmn旋转对称横模TEMpI

纵模选择

色散腔粗选

短腔法F-P标准具复合腔横模（基模）选择

小孔光阑选模

聚焦光阑选模

猫眼腔选模

第3章

1. 单色平面波是指电场强度E和磁场强度H都以单一频率随时间作正弦变化

而传播的波。单色+平面波