光电检测

1.简述光电检测系统的基本组成，各部分的主要作用。

光电检测系统的基本组成包括：光源、被检测对象及光信号的形成、光信号的匹配处理、光电转换、电信号的放大与处理、微机、控制系统和显示等部分。

各部分的主要作用：

（1）光源：光源是广义的，可以是人工光源，也可以是自然光源。光源具有一定辐射功率、一定光谱范围及一定的发光空间分布，同时发出的光束作为携带待测信息的物质，光源本身也可以作为待测对象；

（2）被检测对象及光信号的形成：光源所发出的光束携带利用各种光学效应，如发射、吸收、折射、干涉、衍射等，是光束携带上被检测对象的特征信息，形成待检测的光信号；

（3）光信号的匹配处理：使光源发出的光或产生携带各种待测信号的光与光电检测器等环节间实现合理的匹配，即通过对光信号的处理或调制满足后面光电转换的需要；

（4）光电转换：将光信号转换为电信号，以利于采用目前最为成熟的电子技术进行信号的放大、处理、测量和控制等；

（5）电信号的放大与处理：为实现各种检测目的，可按需要采用不同功能的电路来完成对具体系统的具体分析；

（6）微机及控制系统：通过反馈、分析、计算或判断等方式实现对信号的利用，从而控制整个光电检测装置更加精确，符合人性化的需求；

（7）显示：将处理好的待测量电信号直接经显示系统显示。

2.试述辐射度量与光度量的联系和区别。

辐射度量是用能量单位描述辐射能的客观物理量；光度量是光辐射能为平均人眼接受所引起的视觉刺激大小。

光通量 V 和辐射通量 e 可通过人眼视觉特性进行转换，即式中，Km 最大光谱光视效能，V( )是平均人眼光谱光视效率(或称视见函数)

3. 朗伯辐射体是怎样定义的?其有哪些主要特性?

朗伯辐射源：某些自身发射辐射的辐射源，其辐射量度与方向无关，即辐射源各个方向的福亮度不变，这类的辐射源称为朗伯辐射源。

其主要的性质（1）亮度不随辐射角变化（2）其单位表面积向空间规定方向单位里提交内发射（或反射）的辐射通量和该方向与表面法线方向的夹角α的余弦成正比（3）辐射亮度与辐射出射度的关系。L=M/π；L=ρE/π

4. 热光源的主要特点是什么？

（1）发光特性（光谱分布、出射度、亮度）可以用普朗克公式估算。

（2）发出连续光谱，谱宽很宽，适应性强。

（3）大多属于电热型，可以通过控制输入电量控制发光特性。

5. 简述发光二极管的工作原理、主要特性、优缺点及使用方法。

工作原理：发光二极管：也叫做注入型电致发光器件。是由P 型和N 型半导体组合而成的二极管。若在P—N 结上施加正向电压，大量的电子和空穴在P—N 结中相遇复合，并以光和热的形式放出能量。

主要特性：

(1)亮度与电流关系:工作电流低于25mA 时，两者基本为线性关系；

(2)响应速度极快，时间常数约为l0-6～10-9s;

(3)正向电压很低，约2V 左右;

(4) 小巧轻便、耐振动、寿命长(大于5000h);

优点：响应快，正向电压低，高效、节能、长寿命

缺点：（1）单个LED 功率低。为了获得大功率，需要多个并联使用。

（2）显色指数低。

（3）驱动电路

使用方法：将LED 正向接入电路，同时需加入适当的限流电阻。

6.简述三种主要光电效应的基本工作原理。

外光电效应：某些物质在光子的作用下，可以从物质内部逸出电子的现象叫做外光电效应，逸出电子的动能可表示为；

内光电效应：某些物质在光子作用下，使物质导电特性发生变化，这种现象叫做内光电效应，其中材料的禁带宽度或能级间隔的大小，决定了产生内光电效应的红限波长；

障层光电效应：在不同材料的接触面上，由于它们的电学特性不同而产生障层，障层在光子的作用下产生载流子，载流子在障层电动势的作用下，在外电路中产生电流或电势，电流或电势的大小与入射光辐射迁都有关。

7.简述光电倍增管在使用中应注意的问题。

（1）阳极电流不超过既未按的数量级；

（2）分压链中的电流应在1mA 的数量级，应是阳极输出最大电流的1000 倍，但也

应避免电流过大而发热；

（3）高压电源的稳定度应10 倍于所要求的检验精度，并采用负高压供电；

（4）光阴极和第一个二次级之间，最后一个二次级与阳极之间的电压可独立于总电

压，用稳压管进行单独稳压；

（5）阳极电流输出的信号放大，记忆采用“电流—电压变换器”的形式，有利于减

小阳极负载，稳定回路的工作；

（6）为减小外界磁场对级间运动电子的作用，其中包括地磁的作用，在高精度检测

时必须屏磁；

（7）光电倍增管应存放在黑暗的环境中。即使未加高压，也只能暴露在极弱光的条

件下。工作前应在高压供电条件下，在黑暗中处理数小时；

（8）如要通过制冷以减小暗电流时，制冷温度不必过低。制冷过深会导致阴极电阻

剧增，使噪声增加，信噪比下降；

（9）如果光电倍增管的灵敏度足够高，光阴极前应加性能良好的漫射光器，以是入

射光均匀照射全部光阴极面；

（10）光电倍增管不应在氦气环境中使用，如有氦气分子深入管内，因电离会产生

大的附加噪声；

（11）在光电倍增管使用中，如对光谱特性的稳定性要求很高，那么应选用存放数

年后的管子；

（12）如需了解和使用光电倍增管的光谱特性，必须对该管进行单独测试。

8. 简述光电池、光电二极管的工作原理及区别。

光伏效应，半导体P-N结在具有足够能量的入射光子后，产生电子-空穴对，在P-N结电场作用下，两者以相反的方向流过结区，从而在外电路产生光电流。

光电池和光电二极管都是光伏效应器件，当外加电压外加电压为正，而外电路中的电流却与外加电压的方向相反为负，则该器件在光照条件下发出功率，是光电池；当外加电压与电流均为负值，在光照条件下吸收功率，是光电二极管。

9. 黑体辐射波长随温度变化的关系

维恩位移定律描述黑体电磁辐射能流密度的峰值波长与自身温度之间反比关系的定律，当绝对黑体的温度升高时，辐射本领的最大值向短波方向移动。

10.硅光电池的光谱范围宽，在0.45～1.1μm之间，峰值波长在0.85μm左右。

11.光电信号调制的途径（本题不太确定O(∩_∩)O~）