長春理工大學光電檢測填空和簡答(考試必備).doc

B半導體對光的吸收:半導體受光照射時，一部分光被反射，一部分光被吸收。半導體對光的吸收可分為:本征吸收，雜質吸收，激子吸收，自由載流子吸收和晶格吸收。能引起光電效應的有：本征吸收、雜質吸收。B本征半導體光敏電阻常用于可見光波段的測探，而雜質型半導體光敏電阻常用于紅外波段甚至于遠紅外波段輻射的探測。B半導體激光器發(fā)光原理：受激輻射、粒子數(shù)反轉和諧振。C粗光柵和細光柵：柵距d大于波長的叫粗光柵，柵距d接近于波長的叫細光柵。C由于電子的遷移率遠大于空穴的遷移率，因此N型CCD比P型CCD的工作頻率高很多。D丹倍效應：由于載流子遷移率的差別產生受照面與遮蔽面之間的伏特現(xiàn)象。F發(fā)生本征吸收的條件:光子能量必須大于半導體的禁帶寬度EgF輻射源：一般由光源及其電源組成，是將電能轉化成光能的系統(tǒng)。F發(fā)光效率：由內部與外部量子效率決定。F發(fā)光光譜：LED發(fā)出光的相對強度隨波長變化的分布曲線。F發(fā)光二極管基本結構：面發(fā)光二極管和邊發(fā)光二極管。G光電檢測技術:采用不同的手段和方法獲取信息，運用光電技術的方法來檢驗和處理信息，從而實現(xiàn)各種幾何量和物理量的檢測G光電系統(tǒng)組成:輻射源，光學系統(tǒng)，光電系統(tǒng)，電子學系統(tǒng)，計算機系統(tǒng)G光于物質作用產生的光電效應分為：內光電效應和外光電效應。G光電導效應：半導體受到光照后，其內部產生光生載流子，使半導體中載流子數(shù)量顯著增加而電阻減小的現(xiàn)象。G（本征）光電導效應:在光的作用下由本征吸收引起的半導體電導率發(fā)生變化的現(xiàn)象G光電導的馳豫，決定了在迅速變化的光強下一個光電器件能否有效工作的問題。G光生伏特效應:是基于半導體PN結基礎上的一種將光能轉換成電能的效應G光磁電效應：在垂直于光照方向與磁場方向的半導體上、下表面上產生伏特電壓。G光子牽引效應：在開路的情況下，半導體材料將產生電場，它阻止載流子的運動。G光電檢測典型器件:光電導器件，光生伏特器件，光電發(fā)生器件，輻射探測器件，熱釋電器件，光耦合器件和圖像傳感器件。G光敏電阻：在均勻的具有光電效應的半導體材料的兩端加上電極便構成光敏電阻。G光敏電阻分類：本征半導體光敏電阻、雜質型半導體光敏電阻。G光敏電阻的相對光電導隨溫度升高而降低，光電響應受溫度影響較大G光敏電阻結構設計的基本原則：為了提高光敏電阻的光電導靈敏度Sg，要盡可能地縮短光敏電阻兩電極間的距離L。G光敏電阻的基本特性：光電特性，時間響應，光譜響應，伏安特性，噪聲特性。G光敏電阻的光電特性：隨光照量的變化，電導變化越大的光敏電阻就越靈敏。G光敏電阻的噪聲特性：熱噪聲、產生復合噪聲、低頻噪聲。熱噪聲：光敏電阻內的載流子熱運動產生的噪聲。低頻噪聲：是光敏電阻再騙置電壓作用下會產生信號光電流，由于光敏層內微粒的不均勻，會產生微火花電爆放電現(xiàn)象，這種微火花放電引起的電爆脈沖就是低頻噪聲的來源。G光敏電阻的光譜響應：光敏電阻的電流靈敏度與波長的關系.決定因素:主要有光敏材料禁帶寬度,雜質電離能,材料摻雜比與摻雜濃度等G光敏電阻的設計的三種基本結構：梳狀，蛇形，刻線結構。G光敏電阻電流與光照強度的曲線：當照度很低時，曲線近似為線形，照度升高，曲線近似為拋物線形。G光生伏特器件：利用光生伏特效應制造的光電器件。G光敏二極管的光譜響應：以等功率的不同單色輻射波長的光作用于光敏二極管上時，其響應程度或電流靈敏度與波長的關系。G光電位置敏感器件(PSD)：是基于光生伏特器件的橫向光電效應的器件，是一種對入射到光敏面上的光斑位置敏感的光電器件。主要特性：位置檢測特性。近似于線性，但邊緣部分線性較差。G光電倍增管：是一種真空光電發(fā)射器件，主要由入射窗，光電陰極，電子光學系統(tǒng)，倍增極和陽極等部分構成。具有靈敏度高和響應速度快等特點，使它在光譜探測和極微弱快速光信息的探測方面成為首選。G光電倍增管的量子效率、光譜響應這兩個參數(shù)主要取決于光電陰極材料。G光敏晶體管工作原理:光電轉換,光電流放大G光耦合器件：將發(fā)光器與光電接收器件組合成一體，制成的具有信號傳輸功能的器件。G光譜分布的兩個主要參量：峰值波長和發(fā)光強度的半寬度。G光電檢測電路：由光電器件、輸入電路和前置放大器等組成。G光電效應：因光照而引起物體電學特性的改變的現(xiàn)象G光電耦合器件：可以實現(xiàn)前后級電路隔離的較為有效的器件。J激光產生的基本條件：受激輻射，粒子數(shù)反轉和共振腔J交替變化的光信號，必須使所選器件的上限截止頻率大于輸入信號的頻率才能測出輸入信號的變化。M莫爾條紋：當兩塊光柵以微小傾角重疊時，在與刻線大致垂直的方向上。將看到明暗相間的粗條紋。特點：1.位移放大作用。2.誤差平均效應。3.輸出信號與光柵位移相對應。4.實現(xiàn)自動控制、自動測量。N能量最高的是價電子填滿的能帶,稱為價帶.價帶以上的能帶基本上是空的,其中最低的帶稱為導帶.價帶與導帶之間的區(qū)域則稱為禁帶P PN結：PN結是將P型雜質和N型雜質分別對半導體摻雜而成的。一般把P型區(qū)和N型區(qū)之間的過度區(qū)域稱為PN結。R熱輻射探測器件：基于光輻射與物質相互作用的熱效應制成的器件。R熱敏電阻：吸收入射輻射后引起升溫而使電阻值改變，導致負載電阻兩端電壓的變化，并給出電信號的元件?；驹恚喊雽w對光的晶格吸收和激子吸收，不產生載流子，而在不同程度上轉變?yōu)闊崮?，引起晶格震動加劇，使器件溫度上升，即器件的阻值發(fā)生變化。結構：由熱敏材料制成的厚度為0.01mm左右的薄皮電阻粘合在導熱能力高的絕緣墊襯底上，電阻體兩端蒸發(fā)金屬電極以便與外電路連接，再把襯底與一個熱容很大、導熱性能良好的金屬連接，構成熱敏電阻。R熱電偶：是利用物質溫差產生電動勢的效應探測入射輻射的。R熱釋電器件：是一種利用熱釋電效應制成的熱探測器件。W溫差(澤貝克)熱電效應：兩種金屬材料A和B組成一個回路時，若兩金屬連接點的溫度存在著差異，則在回路中會有電流產生。X雪崩效應：在光敏二極管PN結上，加相當大略低于擊穿電壓的反向偏壓，在結區(qū)將產生一個很高的電場，使載流子雪崩倍增，輸出電流迅速增加。X陷阱效應：雜質能積累非平衡載流子的作用Z只有本征吸收和雜質吸收能夠直接產生非平衡載流子，引起光電效應Z載流子的運動形式：擴散運動和漂移運動。擴散運動：載流子由熱運動造成的從高濃度處向低濃度的遷移運動。漂移運動:除了熱運動以外獲得的附加運動。Z雜質吸收：N型半導體和P型半導體吸收足夠能量的光子，產生電離的過程。B半導體光電導效應與入射輻射通量的關系：在弱輻射作用的情況下是線性的，隨著輻射增強，線性關系變差，當輻射很強時，變?yōu)閽佄锞€關系。CMOS與CCD比較：1.結構和工作原理：CCD產生圖低噪聲，高性能，但結構復雜，耗電量大，成本高。CMOS通過X-Y尋址技術直接從開關陣列中直接輸出，比CCD快，方便2.制造：CCD要求嚴格，CMOS制造簡單3.性能：CMOS較CCD信號讀取方式簡單，速度快耗電低，但成像質量和靈敏度CCD要優(yōu)于CMOS。D電子運動的三個重要特點：1.電子繞核運動2.由于微觀粒子具有粒子與波動的兩重性，所以電子沒有完全確定的軌道3.在一個原子或由原子組成的系統(tǒng)中，不能有兩個電子同屬一個量子態(tài)。F發(fā)光二極管的發(fā)光機理：是一種注入式電致發(fā)光器件,它由P型和N型半導體組合而成,其發(fā)光機理常分為PN結注入發(fā)光與異質注入發(fā)光兩種。PN結注入發(fā)光:PN結處于平衡狀態(tài)時,存在一定的勢壘區(qū)。當加正偏壓時，PN結區(qū)勢壘降低，從擴散區(qū)注入的大量非平衡載流子不斷地復合發(fā)光，并主要發(fā)生在P區(qū)。G光電檢測系統(tǒng)的組成及各部分作用：包括輻射源：將電能轉換成為光能，得到符合后面光學系統(tǒng)要求的波段范圍和光強度；光學系統(tǒng)：將輻射源發(fā)出的光進行光學色散、幾何成像、分束和改變輻射流的傳送方向；光電系統(tǒng)：將光信號轉換成電信號的系統(tǒng)；電子學系統(tǒng)：對光電系統(tǒng)傳輸過來的電信號進行放大；計算機系統(tǒng)：包括自動控制、數(shù)據(jù)處理、顯示輸出等G光生伏特效應與光電導效應的區(qū)別和聯(lián)系：同屬于內光電效應。區(qū)別：光生伏特效應是少數(shù)載流子導電，而光電效應是多數(shù)載流子導電的光電效應。G光磁電效應：半導體外加磁場，磁場方向與光照方向垂直，當半導體受光照射產生丹倍效應時，由于電子和空穴在磁場中運動會受到洛倫茲力的作用，使它們的運動軌跡發(fā)生偏轉，空穴向半導體的上方偏轉，電子偏向下方。結果在垂直于光照方向與磁場方向的半導體上、下表面產生伏特電壓，稱光磁電場。G光敏電阻的基本原理：當光敏電阻的兩端加上適當?shù)碾妷汉蟊阌须娏髁鬟^，可用電流表檢測該電流。改變照射到光敏電阻上的光度量，發(fā)現(xiàn)流過光敏電阻的電流發(fā)生變化，說明光敏電阻的阻值隨照度變化。G光敏二極管與光電池的異同：相同：都是光生伏特效應器件。不同：截面積比光電池小，輸出電流普遍比光電池??；電阻率比光電池高；制作襯底材料摻雜濃度比光電池低；光敏二極管在反向偏置電壓下工作而光電池多工作在零偏。G光電位置敏感器件(PSD)工作原理：當光束入射到PSD器件光敏層上距中心點的距離為Xa時，在入射位置上產生于入射輻射成正比的信號電荷，此電荷形成的光電流通過P型層電阻分別由電極1與2輸出。設P型層的電阻是均勻的，兩電極間的距離是2L，流過兩電極的電流分別為I1和I2，則流過N型層上電極的電流為I0=I1+I2，若以PSD器件的幾何中心點O為原點，光斑中心A距原點O的距離為Xa，則I1=I0(L-Xa)/2L)，I2=I0(L-Xa)/2L)，Xa=(I2-I1)/(I2+I1)L。G光電倍增管的基本特性：1.靈敏度(陰極靈敏度、陽極靈敏度)2.電流放大倍數(shù)(增益)3.暗電流(影響因素:歐姆漏電;熱發(fā)射;殘余氣體放電;場致發(fā)射;玻璃殼放電和玻璃熒光)4.噪聲G光耦合器件的特點：1具有電隔離功能2信號傳輸方式：單向性3具有抗干擾和噪聲的能力4響應速度快5實用性強6既具有耦合特性又具有隔離特性。應用：1.電平轉換2.邏輯門電路3.隔離方面的應用4.晶閘管控制電路G光電檢測器件與熱電檢測器件區(qū)別：1.熱電檢測器件：常用熱釋電探測器、熱敏電阻、熱電偶、熱電堆。響應波長無選擇性，響應慢。2.光電檢測器件：常用PMT、光電池、光敏二極管。響應波長有選擇性，存在截止波長，超過無光譜響應，響應快。G光學調制（調制盤）的作用：1.避免了直流放大器零點漂移的缺點。2.過濾背景。3.消除探測器和前置放大器的低頻噪聲。4.可以判別輻射信號的幅值和相位。類型：幅度調制盤、相位調制盤、頻率調制盤。G光電導是什么，為什么產生光電導，從半導體理論：光電導效應可分為本征光電導效應和雜質光電導效應兩種。本征半導體或雜質半導體價帶中的電子吸收光子能量躍入導帶，產生本征吸收，導帶中產生光生自由電子，價帶中產生光生自由空穴。光生電子與空穴使半導體的電導率發(fā)生變化。這種在光的作用下由本征吸收引起的半導體電導率發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為本征光電導效應。G在微弱輻射作用下，光電導材料的光電靈敏度有什么特點？為什么要把光敏電阻制成蛇形：在微弱輻射下，光電導材料的光電靈敏度是定值，光電流與入射光通量成正比，即保持線性關系。因為產生好增益系數(shù)的光敏電阻間距需很小，同時光敏電阻集光面積如果太小就不實用，因此制成蛇形，既增大了受光面積有減小了極間距。J絕緣體、導體、半導體的能帶情況：一般，絕緣體的禁帶比較寬，半導體與絕緣體相似，但其禁帶比較窄。而導體分兩種，一種是它的價帶沒有被電子填滿，即最高能量電子只能填充價帶的下半部分，上半部分空著；一種是它的價帶與導帶相重疊。N內光電效應：被光激發(fā)所產生的載流子仍在物質內部運動，使物質的電導率發(fā)生變化或產生光生電動勢的現(xiàn)象P PIN型光電二極管的構成及I層作用：在高摻雜P型和N型半導體之間生成一層本征半導體材料或低摻雜半導體材料。作用：展寬光電轉換的有效工作區(qū)域，提高了量子效率與靈敏度；提高擊穿電壓，即可承受較高的反向偏壓，使線性輸出范圍變寬，而且減少了串聯(lián)電阻和時間常數(shù)；提高響應速度；提高頻率響應R熱電偶的工作原理：是利用物質溫差產生電動勢的效應探測入射輻射的。X雪崩二極管與PIN型光敏二極管和普通二極管的異同：三者都是基于PN結的結型光電探測器，工作在伏安特性曲線的第三象限。PIN型光電二極管響應頻率高，響應速度快，供電電