光电技术复习资料

“光电技术”复习资料

一、回答问题：

7、什么是朗伯辐射体？

在任意发射方向上辐射亮度不变的表面，即对任何θ角Le 为恒定值（理想辐射表面）。朗伯辐射表面在某方向上的辐射强度与该方向和表面法线之间夹角的余弦成正比。

θc o s 0I I =

10、写出光源的基本特性参数。

（1）辐射效率和发光效率 （2）光谱功率分布 （3）空间光强分布 （4）光源的色温 （5）光源的颜色

11、光电探测器常用的光源有哪些？

热辐射光源：太阳；白炽灯，卤钨灯；黑体辐射器（模拟黑体，动物活体）。 气体放电光源：汞灯，钠灯，氙灯，荧光灯等。 固体发光光源：场致发光灯，发光二极管等。

激光器：气体激光器，固体激光器，染料激光器，半导体激光器等。 12、画出发光二极管的结构图并说明其工作原理。 发光二极管的基本结构是半导体P-N 结。

工作原理：n 型半导体中多数载流子是电

子，p 型半导体中多数载流子是空穴。P-N 结未加电压时构成一定势垒。加正向偏压时，内

电场减弱，p 区空穴和n 区电子向对方区域的

扩散运动相对加强，构成少数载流子的注入，从而p-n 结附近产生导带电子和价带空穴的复合，复合中产生的与材料性质有关的能量将以热能和光能的形式释放。以光能形式释放的能量就构成了发光二极管的光辐射。

13、说明发光二极管的基本特性参数有哪些。 （1）量子效率：

1）内发光效率：PN 结产生的光子数与通过器件的电子数的比例。 2）外发光效率：发射出来的光子数与通过器件的电子数的比例。 （2）发光强度的空间分布：

（3）发光强度与电流关系：电压低于开启电压时，没有电流，也不发光。电压高于开启电压时显示出欧姆导通性。在额定电流范围内，发光强度与通过的电流成正比。

（4）光谱特性：发射功率随光波波长（或频率）的变化关系。 （5）响应时间：从注入电流到发光二极管稳定发光或停止电流到发光二极管熄灭所用的时间。表达了发光二极管的频率特性。

（6）寿命：亮度随时间的增加而减小。当亮度减小到初始值的e -1时所延续的时间。 17、简述PN 结光伏效应（分正偏、反偏、零偏三种情况）。

S i O 2

铝电极 背电极 P N ＋ － 图 发光二极管的结构图

是一种内光电效应，当光子产生时，能产生一个光生电动势，基于两种材料相接触形成的内建势垒，光子激发的光生载流子被内建电场扫向势垒两面三刀边，从而形成光生电动势。

18、简述光电发射效应（分金属与半导体两种情况）。

当光照射物质时，若入射光子能量h ν足够大，它和物质中的电子相互作用，使电子吸收光子的能量而逸出物质表面。

（1）第一定律：当入射辐射的光谱分布不变时，饱和光电流与入射的辐射量Φ成正比。

（2）第二定律：发射的光子最大动能随入射光子频率的增加而线性的增加，与入射光强度无关。

19、什么是负电子亲合势，它的工作原理、主要用途及优缺点。

如果给半导体的表面做特殊处理，使表面区域能带弯曲，真空能级降到导带之下，从而使有效的电子亲和势为负值，经过这种特殊处理的阴极称作负电子亲和势光电阴极。 特点：1）量子效率高

2）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

20、探测器噪声主要有哪几种？

（1）热噪声：载流子在一定温度下做无规则热运动，载流子热运动引起的电流起伏或电压起伏。

（2）复合噪声：载流子产生复合瞬间有起伏。 （3）散粒噪声：随机起伏所形成的噪声。

（4）1/F 噪声：噪声功率谱与频率与反比。主要由于材料表面态和内部缺陷引起电子散射而产生。

（5）温度噪声：由于器件本身吸收和传导的热交换，引起的温度起伏。

21、写出电阻热噪声的电压、电流、功率表达式。

22、何谓等效噪声带宽？

23、何谓等效噪声功率？何谓探测率？何谓归一化等效噪声功率？

如果入射到探测器的辐通量按某一频率变化，当探测器输出信号电流Is 等于噪声均方根电流时，所对应的入射辐通量Φe 称为等效噪声功率NEP 。等效噪声功率NEP 的倒数为探测率D 。

NEP 常与探测器面积d A 和测量系统带宽f ∆的乘积的平方根成正比。为比较探测器性能，需除去d A 和f ∆的影响，用归一化参数表示。

f A D D d ∆=* 24、何谓“白噪声”？何谓“

f

1

噪声”？要降低电阻的热噪声应采取什么措施？

25、说明光电导器件、PN 结光电器件和光电发射器件的禁带宽度和截止波长之间的关系。

27、简述光电倍增管的工作原理。 光电倍增管工作原理：

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。

3）光电子通过电子加速和电子光学系统聚焦入射到第一倍增极D1上，倍增极将发射出比入射电子数目更多的二次电子，入射电子经N 级倍增极倍增后光电子就放大N 次方倍。

4）经过倍增后的二次电子由阳极P 收集起来，形成阳极光电流，在负载R L 上产生信号电压。

35、说明光敏电阻的几种基本偏置电路。

36、为什么结型光电器件在正向偏置时没有明显的光电效应？他们应工作在哪种偏置状态？

37、如果硅光电池的负载是L R ，画出它的等效电路图，写出流过负载L R 的电流方程及OC V 、SC I 的表达式，说明其含义（图中标出电流方向）。

38、硅光电池的开路电压为OC V ，当照度增大到一定值后，为什么不再随入射照明的增加而增大，只是接近0.6V ？在同一照度下，为什么加负载后输出电压总是小于开路电压？

39、硅光电池的开路电压OC V 为何随温度上升而下降？

40、硅光电池的负载取何值时输出功率最大？如何确定？在什么条件下可将它看做恒压源使用？

41、ZDU 型光电二极管设环极的目的是什么？画出正确的线路图。使用时环极不接是否可用？为什么？

42、一维光电位置探测器是如何测量光点位置的？写出测量方程。

43、说明PIN 管、雪崩光电二极管的工作原理和各自特点。并说明为什么它们的频率特性比普通光电二极管好？

54、说明CCD 的特性参数（电荷转移效率、工作频率、电荷存储容量、噪声）。

55、CCD 器件为什么必须在动态下工作？其驱动脉冲上下限受到哪些条件的限制？应如何估算？

56、简述光电二极管的电荷存储工作原理。它与连续工作方式相比有什么特点？ 60、什么是热探测器？它与其它光电器件相比具有哪些特性？

61、已知一热探测器的热时间常数为t ，热容t C ，热导t G ，求当调制辐射频率f 变化