光电技术复习大纲

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.

（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。

3. 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?

（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。

4. 什么是光程?发生全发射的条件是什么?

（1）光程等于光在介质中经过的几何路程 l 与该介质的折射率 n 的乘积

（2）

（） 5. 光的干涉条件是什么?衍射现象是什么?干涉和衍射现象本质是什么?

（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；

6. 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?

(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。辐射度学研究范围为整个电磁辐射谱区。光度学：在可见光波段内，考虑到人眼的主观因素后的相应计量学科称为光度学 。与辐射度学类似，但它只处理人眼可感知的光，即可见光，波长范围为380～780nm 纳米。即光度学量是具有标准人眼视觉特性的人眼所接收到的辐射量的度量，它与人的生理学、心理学特性直接相关。 辐射度参量一般用下脚标e 表示，光度学参量则用下脚标v 表示。

(2)可见光波段（760~380nm ）。

7. 热辐射与发光的区别是什么?什么是黑体?

（1） 凡能发射连续光谱，且辐射是温度的函数的物体，叫做热辐射。物体不是靠加热保持温度使辐射

维持下去，而是考外部能量激发的辐射，称为发光。

（2） 能够完全吸收从任何角度入射的任一波长的辐射，并且在每个方向上都能最大限度的发射任意波

长辐射能的物体，称为黑体，显然黑体的吸收系数为1，发射系数也为1.

8. 什么是I 类半导体,P 型半导体和N 型半导体?

(1)I 型半导体是完全纯净或结构完整的半导体，是完全由基质原子组成的晶体。在绝对零度时，不受外界影响的情况下，导带没有电子，价带也没有空穴，因此不能导电。在热运动或外界的影响下，价电子跃迁到导带，产生自由电子和空穴，构成导电载流子。

(2)在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N 型半导体。对N 型半导体，施主杂质中的电子只要获得很小的能量，就能脱离原子而参加导电，由于导带中的电子在导电中起主要作用，因此也称为“电子型半导体”。它是靠自由电子导电，掺入的杂质越多，多子（自由电子）n n <'

的浓度就越高，导电性能也就越强。Ｎ型半导体中, 自由电子称为多数载流子；空穴称为少数载流子. 在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，形成P 型半导体。 P 型半导体是以空穴为主导电的半导体，这样的半导体也称为“空穴型半导体”。掺入的杂质越多，多子（空穴）的浓度就越高，导电性能也就越强。 P 型半导体中空穴是多数载流子，主要由掺杂形成；电子是少数载流子，由热激发形成。

9. 什么是光电效应？外光电效应与内光电效应的区别是什么?

(1)物质在光的作用下，不经升温而直接引起物质 中电子运动状态发生变化，因而产生物质的光电导效应、光生伏特效应和光电子发射等现象。

(2)外光电效应和内光电效应的主要区别在于：受光照而激发的电子，前者逸出物质表面形成光电子流，而后者则在物质内部参与导电。

10. 什么是光电发射效应?光电发射阈值的含义是什么?它与”逸出功”有什么区别?

(1)具有能量h ν的光子，被物质（金属或半导体）吸收后激发出自由电子，当自由电子的能量足以克服物质表面势垒并逸出物质的表面时，就会产生光电子发射，逸出电子在外电场作用下形成光电子流。这就是物质的光电发射现象。光电发射现象又叫做外光电效应。 可以发射电子的物质称为光电发射体。

(2)“光电发射阈值”用E th 表示，它与光电发射阴极的暗电流有关。

(3)它与“逸出功”的区别：电子克服原子核的束缚，从材料表面逸出的最小能量，能更好地分析光电发射是所需要的电子发射条件。

11. 什么是光电导效应? 光生伏特效应的主要特点是什么?光敏电阻的光电特性是什么?

(1)半导体材料受光照时，由于对光子的吸收引起载流子浓度的增大，因而导致材料电导率增大（电阻减小）,这种现象称为光电导效应。

(2)特点：⑴光照度越强，光生电动势也就越大。 ⑵当PN 结两端通过负载构成闭合回路时，就会有电流沿着由经外电路到的方向流动。只要辐射光不停止，这个电流就不会消失。这就是PN 结被光照射时产生光生电动势和光电流的机理。

(3)电导随光照量变化越大的光敏电阻就越灵敏。这个特性称为光敏电阻的光电特性。

12. 什么是信噪比(S/N),噪声的等效功率?光敏电阻的主要噪声有哪些?

(1)信噪比是判定噪声大小的参数，是负载电阻上信号功率和噪声功率之比。噪声等效功率：信号功率与噪声功率比为1（SNR=1）时，入射到探测器件上的辐射通量(单位为瓦)。

(2)光敏电阻的主要噪声有热噪声、产生复合和低频噪声(或称1/f 噪声)。

13. 写出硅光电二极管的全电流方程,说明各项的物理含义?

式中η为光电材料的光电转换效率，α为材料对光的吸收系数。

14. 影响光生伏特器件频率响应特性的主要因素有哪些?怎样提高硅光电二极管的频率响应?

(1)影响PN 结硅光电二极管时间响应的主要因素是PN 结区外载流子的扩散时间τp ，如何扩展PN 结区是提高硅光电二极管时间响应重要措施。

(2)1）减小PN 结面积；2）增加势垒区宽度，提高材料体电阻率和增加结深；3）适当增加工作电压；4）尽量减少结构造成的分布电容；5）增加PN 结深，减小串联电阻；6）设计选用最佳负载阻值。

15. 雪崩光电二极管工作原理是什么?雪崩击穿电压是指什么?使用时应注意哪些因素的影响?

初始的载流子在强电场的作用下获得很大的动能，其在高速运动过程总与晶体的晶格碰撞，产生新的电子空穴对，称为碰撞电离过程。此过程多次重复。从而反向电流也迅速增大形成雪崩倍增效应。

(1)雪崩光电二极管是利用PN 结在高反向电压下产生的雪崩效应来工作的一种二极管，这种管子工作电压很高，约100～200V ，接近于反向击穿电压。

(2)(1)雪崩过程伴有一定的噪声，并受温度的影响较大；(2)由于材料本身(特别是表面部分)具有一定的缺陷， 使PN

结的各区域电场分布不均匀，局部的高电场区首先发生击穿，使漏电流变大，这相当于增强了噪声。