光電子技術(shù)安毓英習(xí)題問題詳解

1、第一章射強度為 率。1,設(shè)在半徑為R的圓盤中心法線上，距盤圓中心為10處有一個輻Ie的點源S,如圖所示。試計算該點源發(fā)射到盤圓的輻射功解：因為dS-2 rsin d d02 1 cosl0,1： R；所以Ied2 Ie 12.如圖所示，設(shè)小面源的面積為As,輻射亮度為Le,面源法線與10的夾角為s 為輻射在被照面 度。;被照面的面積為 Ac,到面源 Ac的入射角，試計算小面源在As的距離為1o°右cAc上產(chǎn)生的輻射照L解：亮度定義：dIeAr cos r強度定義：I e可得輻射通量：dAs cos sd在給定方向上立體角為:Ac cos cd10則在小面源在A上輻射照度為：Ed ed

2、ALe As cos s cos-ce ssc1o3.假如有一個按朗伯余弦定律發(fā)射輻射的大擴展源（如紅外裝置 面對的天空背景），其各處的輻亮度Le均相同，試計算該擴展源在面 積為Ad的探測器表面上產(chǎn)生的輻照度。答： 由 Le d得 d Led dA cos , 且 d勺 C0S2d dAcosl r則輻照度：Ee Le 12二2 dLee e 0. 22 2 0e1 r4.霓虹燈發(fā)的光是熱輻射嗎？不是熱輻射。霓虹燈發(fā)的光是電致發(fā)光，在兩端放置有電極的 真空充入覆或敏等惰性氣體，當(dāng)兩極間的電壓增加到一定數(shù)值時， 氣 體中的原子或離子受到被電場加速的電子的轟擊， 使原子中的電子受 到激發(fā)。當(dāng)它由激

3、發(fā)狀態(tài)回復(fù)到正常狀態(tài)會發(fā)光， 這一過程稱為電致 發(fā)光過程。6 .從黑體輻射曲線圖可以看出，不同溫度下的黑體輻射曲線的極 大值處的波長m隨溫度T的升高而減小。試由普朗克熱輻射公式導(dǎo) 出mT常數(shù)。答：這一關(guān)系式稱為維恩位移定律，其中常數(shù)為2.898' 103mK普朗克熱輻射公式求一階導(dǎo)數(shù)，令其等于0,即可求的。7 .黑體輻射曲線下的面積等于等于在相應(yīng)溫度下黑體的輻射出射度M。試有普朗克的輻射公式導(dǎo)出M與溫度T的四次方成正比，即M 常數(shù)T4這一關(guān)系式稱斯特藩-波耳茲曼定律，其中常數(shù)為5.67 10-8W/m2K4解答：教材P9,并參見大學(xué)物理相關(guān)容。9 .常用的彩色膠卷一般分為日光型和燈光型

4、。 你知道這是按什么 區(qū)分的嗎？按色溫區(qū)分。10 vdv為頻率在vv四間黑體輻射能量密度，d為波長在d間黑體輻射能量密度。已知8 hv3. c3 exp hv kBT1解答:由 C,通過全微分進行計算。11如果激光器和微波器分別在 入=10 w貝入=500nma 丫 =3000MHz 輸出一瓦的連續(xù)功率，問每秒鐘從激光上能級向下能級躍遷的粒子數(shù) 分別是多少？解答：P NhvhC12設(shè)一對激光能級為E2和E1（g2=g1）,相應(yīng)的頻率為丫（波長為人）, 各能級上的粒子數(shù)為 止和m。求(1)當(dāng) 丫 =3000MHz T=300K時，。加1=?(2)當(dāng)入=1W9 T=300K時，n2/ni = ?(

5、3)當(dāng)入=1小9n2/ni=0.1溫度T=?。解答:E2 E1%92-2 ge kT ,E2 Ei hv,nigii3試證明，由于自發(fā)輻射，原子在E2能級的平均壽命，”“屋解答：參見教材Pi2i4焦距f是共焦腔光束特性的重要參數(shù)，試以f表示w° , wz , R z ,V0c0。由于f和坨是一一對應(yīng)的，因而也可以用作為表征共焦腔高斯0光束的參數(shù)，試以w0表示f、wz, Rz , V00o解答：V00二 L w0s215今有一球面腔,Ri=1.5m, R2=-1m, L=0.8m。試證明該腔為穩(wěn)定腔；并求出它的等價共焦腔的參數(shù)。解答:gi ig2 iRiLR2穩(wěn)定強條件：0 gig2

6、1,求出gi和g2為腔參數(shù)。i6某高斯光束w°=i.2mm,求與束腰相距0.3m, i0m口i000m遠處的光斑W的大小及波前曲率半徑R。解答:w0 Jw w zw0 J第二章1.何為大氣窗口，試分析光譜位于大氣窗口的光輻射的大氣衰減因 素。答：對某些特定的波長，大氣呈現(xiàn)出極為強烈的吸收。光波幾乎 無法通過。根據(jù)大氣的這種選擇吸收特性，一般把近紅外區(qū)分成八個 區(qū)段，將透過率較高的波段稱為大氣窗口。2 .何為大氣湍流效應(yīng)，大氣湍流對光束的傳播產(chǎn)生哪些影響？答：是一種無規(guī)則的漩渦流動，流體質(zhì)點的運動軌跡十分復(fù)雜， 既有橫向運動，又有縱向運動，空間每一點的運動速度圍繞某一平均 值隨機起伏。

7、這種湍流狀態(tài)將使激光輻射在傳播過程中隨機地改變其 光波參量，使光束質(zhì)量受到嚴重影響，出現(xiàn)所謂光束截面的強度閃爍、 光束的彎曲和漂移（亦稱方向抖動）、光束彌散畸變以及空間相干性 退化等現(xiàn)象，統(tǒng)稱為大氣湍流效應(yīng)。3 .對于3m晶體LiNbO3 ,試求外場分別加在x,y和z軸方向的感 應(yīng)主折射率及相應(yīng)的相位延遲（這里只求外場加在x方向上）解：鋸酸鋰晶體是負單軸晶體，即 nx=ny=no nz=ne。它所屬的三 方晶系3m點群電光系數(shù)有四個，即丫 22、丫 13、丫 33、丫 51。電光系數(shù) 矩陣為：000ij 022135122率橢球方程為:1 2(222Ey 15Ez)xn0通常情況下,22051

8、001333由此可得鋁酸鋰晶體在外加電場后的折射22Ey 13Ez)y21233Ez)z2 51(Ezyz Exxz) 2 22 E*xy 1ne(1)鋸酸鋰晶體采用45° z切割，沿x軸或y軸加壓，z軸方向通光，即有Ez=Ey=0,且日#0。晶體主軸x,y要發(fā)生旋轉(zhuǎn)，上 式變?yōu)椋? x2nx2 匕2 ny2-2 2 51Exxz 2 22Exxy 1 nz(2)因51Ex 1,且光傳播方向平行于z軸，故對應(yīng)項可為零。將坐標 軸繞z軸旋轉(zhuǎn)角度得到新坐標軸，使橢圓方程不含交叉項，新坐標 軸取為x cos y sin將上式代入2式，取 程為：1 2 nOsincosx,y，' z

9、=z45°消除交叉項,(3)得新坐標軸下的橢球方22Ex x,21-2nO22 Ey'2 二 1 y 2ne(4)可求出三個感應(yīng)主軸x'、y'、z'（仍在-方向上）上的主折射率 變成：nx xn。nyn。1 - n21 n2nzne22 Ex22 Ex(5)可見，在x方向電場作用下，花酸鋰晶體變?yōu)殡p軸晶體，其折射 率橢球z軸的方向和長度基本保持不變，而x,y截面由半徑為n。變?yōu)?橢圓，橢圓的長短軸方向x' y'相對原來的x y軸旋轉(zhuǎn)了 45°,轉(zhuǎn) 角的大小與外加電場的大小無關(guān)，而橢圓的長度 nx, ny的大小與外加 電場ex成

10、線性關(guān)系。當(dāng)光沿晶體光軸 體的橫向電光效應(yīng)（z方向傳播時，經(jīng)過長度為l的晶體后，由于晶 x-z ）,兩個正交的偏振分量將產(chǎn)生位相差：2(nx' ny')l23 L ,n0 22Exl(6)若d為晶體在x方向的橫向尺寸，Vx Exd為加在晶體x方向兩 端面間的電壓。通過晶體使光波兩分量產(chǎn)生相位差（光程差/2）所需的電壓Vx,稱為“半波電壓”，以V表示。由上式可得出鋸酸鋰 晶體在以（x-z）方式運用時的半波電壓表示式：V -72n° 22 1由（7）式可以看出，花酸鋰晶體橫向電光效應(yīng)產(chǎn)生的位相差不 僅與外加電壓稱正比，還與晶體長度比l/d有關(guān)系。因此，實際運用 中，為了減

11、小外加電壓，通常使l/d有較大值，即晶體通常被加工成 細長的扁長方體。4 . 一塊45度-z切割的GaAs晶體，長度為L,電場沿z方向，證 明縱向運用時的相位延遲為2/ /"EL。解：GaAs晶體為各向同性晶體，其電光量為：000634100000041000000(1)41z軸加電場時，Ez=E, Ex=Ey=0o晶體折射率橢球方程為:2x-2 n2y2n2J 2 41E xy 1 n(2)經(jīng)坐標變換，坐標軸繞z軸旋轉(zhuǎn)45度后得新坐標軸,方程變?yōu)?4lEx'2口 41Ey'2馬 1nn(3)可求出三個感應(yīng)主軸 變成：z'（仍在z方向上）上的主折射率nx, x

12、ny1 -n 21 -n24lE4lE(4)nz'縱向應(yīng)用時，經(jīng)過長度為 生位相差：L的晶體后，兩個正交的偏振分量將產(chǎn)2(nx' ny')Ln3 41EL(5)5 .何為電光晶體的半波電壓？半波電壓由晶體的那些參數(shù)決 定？答：當(dāng)光波的兩個垂直分量 R, Ey的光程差為半個波長（相應(yīng)的 相位差為）時所需要加的電壓，稱為半波電壓。6 .在電光晶體的縱向應(yīng)用中，如果光波偏離z軸一個遠小于1的角度傳播，證明由于自然雙折射引起的相位延遲為Ln02c2n02c 21,ne式中L為晶體長度。/2.2解：4彳 得nnenonen0 12n-12ne自然雙折射引起的相位延遲:2n

13、6; ne,2Ln057 n°=12cne7.若取 vs=616m/s, n=2.35, fs=10MHz, 0=0.6328 m,試估算 發(fā)生拉曼-納斯衍射所允許的最大晶體長度 Lmax=?2L L詈解：由公式 4。計算。答案：3.523mm8利用應(yīng)變S與聲強Is的關(guān)系，證明一級衍射光強I1與入射光強I0I11 L 2 P2n6 .-2- I s之比為"20cos 1 s(近似取解答:I1. 2 Ln6P2 丁 sin -21s用公式0" ' s作近似？ ？9.由布拉格衍射方程直接計算，答案：sin 0 b=0.0036310 . 一束線偏振光經(jīng)過長 L

14、=25cm,直徑D=1cm的實心玻璃，玻 璃外繞N=250匝導(dǎo)線，通有電流I=5A。取韋爾德常數(shù)為V=0.25 10-5()/cm?T,試計算光的旋轉(zhuǎn)角。解：由公式 L和 VH計算。答案：0.3125'11 .概括光纖弱導(dǎo)條件的意義。答：從理論上講，光纖的弱導(dǎo)特性是光纖與微波圓波導(dǎo)之間的重 要差別之一。實際使用的光纖，特別是單模光纖，其摻雜濃度都很小, 使纖芯和包層只有很小的折射率差。所以弱導(dǎo)的基本含義是指很小的 折射率差就能構(gòu)成良好的光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，而且為制造提供了很大的方 便。14 .光纖色散、帶寬和脈沖展寬之間有什么關(guān)系？對光纖傳輸容 量產(chǎn)生什么影響？(P80 2.5.3 2)答：

15、光纖的色散會使脈沖信號展寬，即限制了光纖的帶寬或傳輸 容量。一般說來，單模光纖的脈沖展寬與色散有下列關(guān)系： d L占即由于各傳輸模經(jīng)歷的光程不同而引起的脈沖展寬。單模光纖色散的起因有下列三種：材料色散、波導(dǎo)色散和折射率分布 色散。光脈沖展寬與光纖帶寬有一定關(guān)系。實驗表明光纖的頻率響應(yīng)特 性H近似為高斯型，如圖2-23所示。H ( f ) P ( f ) e ( f / fc )2 ln 2P(0)fc是半功率點頻率。一一 p（ f 0）10 log H （ f c ） 10 log（。工， H(f)0顯然有3dB因此，fc稱為光纖的3dB光帶寬。光纖的色散和帶寬對通信容量的影響:（b）輸出光纖

16、的色散和帶寬描述的是光纖的同一特性。其中色散特性 是在時域中的表現(xiàn)形式，即光脈沖經(jīng)過光纖傳輸后脈沖在時間坐標軸 上展寬了多少；而帶寬特性是在頻域中的表現(xiàn)形式， 在頻域中對于調(diào) 制信號而言，光纖可以看作是一個低通濾波器，當(dāng)調(diào)制信號的高頻分 量通過光纖時，就會受到嚴重衰減，如圖所示。通常把調(diào)制信號經(jīng)過光纖傳播后，光功率下降一半（即3dB）時的 頻率（fc）的大小，定義為光纖的帶寬（B）。由于它是光功率下降3dB 對應(yīng)的頻率，故也稱為3dB光帶寬。可用下式表不。10lg=3dB光功率總是要用光電子器件來檢測，而光檢測器輸出的電流正比于被檢測的光功率，于是：101gmEc I 201gl電工c 20l

17、g P6野6dB(3.34)P電0I電0P光0從上式中可以看出，3dB光帶寬對應(yīng)于6dB電帶寬15 .光波水下傳輸有那些特殊問題？答：主要是設(shè)法克服這種后向散射的影響。措施如下：適當(dāng)?shù)剡x擇濾光片和檢偏器，以分辨無規(guī)則偏振的后向散射和 有規(guī)則偏振的目標反射。盡可能的分開發(fā)射光源和接收器。采用如圖2-28所示的距離選通技術(shù)。當(dāng)光源發(fā)射的光脈沖朝向 目標傳播時，接收器的快門關(guān)閉，這時朝向接收器的連續(xù)后向散射光 便無法進入接收器。當(dāng)水下目標反射的光脈沖信號返回到接收器時， 接收器的快門突然打開并記錄接收到的目標信息。 這樣就能有效的克 服水下后向散射的影響。第三章1. 一縱向運用的KDP電光調(diào)制器，長

18、為2cm,折射率n=2.5, 工作頻率為1000kHz。試求此時光在晶體中的渡越時間及引起的相位 延遲。解：0.167nS渡越時間為：d=nL/c相位延遲因子：i m dac t1 ei t(t) t E(t )dt0(-)e mn t di m d2 .在電光調(diào)制器中，為了得到線性調(diào)制，在調(diào)制器中插入一個/4 波片，波片的的軸向如何設(shè)置最好？若旋轉(zhuǎn)/4波片，它所提供的直流偏置有何變化？答：其快慢軸與晶體的主軸 x成45°角，從而使&和Ey兩個分 量之間產(chǎn)生/2的固定相位差。3 .當(dāng)電場反向施加時，晶體依次繞z軸旋轉(zhuǎn)90度，或電場同樣, 則光軸重合。4如果一個縱向電光調(diào)制器沒

19、有起偏器，入射的自然光能否得到光強度調(diào)制？為什么？解答：不能得到強度調(diào)制。自然光通過電光調(diào)制器后，不能形成固定相 位差。5 一個PbMoO4聲光調(diào)制器，對He-Ne激光進行調(diào)制。已知聲功率Ps=1W,聲光相互作用長度L=1.8mm ,換能器寬度H=0.8mm ,M2=36.3 10-15s3/kg,試求PbMoO4聲光調(diào)制器的布喇格衍射效率?解答：Ii計算可得71.1 %6 一個駐波超聲場會對布喇格衍射光場產(chǎn)生什么影響？給出造成的頻移和衍射方向。解答：新的光子沿著光的散射方向傳播。根據(jù)動量守恒和能量守恒定律：ks kikd ,即 ks ki kd （動量守恒）d s i（能量守恒）（能量守恒）

20、一一衍射級相對于入射光發(fā)生頻率移動，根據(jù)光波矢 量的定義，可以用矢量圖來表示上述關(guān)系，如圖所示圖147正常布拉格指射被矢圖圖1,3-8舁常布拉格希射波矢圖圖中kkd2- 2fs/c'為衍射光波矢量。dL為聲波矢量，ki " " 為入射光波矢量。 si c因為fs, fs在1010Hz以下，u在1013Hz以上，所以衍射光的頻率偏移可以忽略不計。在上面的等腰三角形中ks2kj sin B布拉格條件：sin b 2 s和書中推導(dǎo)的布拉格條件相同。入射光的布拉格角只由光波長，聲波 長決定。7,用 PbMoO4晶體做成一個聲光掃描器，取n=2.48 , M2=37.75 1

21、0-15s3/kg,換能器寬度H=0,5mm。聲波沿光軸方向傳播， 聲頻 fs=150MHz,聲速 vs=3.99 105cm/s,光束寬度 d=0.85cm,光波 長=0.5 m。 證明此掃描器只能產(chǎn)生正常布喇格衍射； 為獲得100%的衍射效率，聲功Ps率應(yīng)為多大? 若布喇格帶寬f=125MHz,衍射效率降低多少?求可分辨點數(shù)No2出,L Lo口 丁 口工、曰小甘“解： 由公式4 0證明不是拉曼-納斯衍射。22cos B1 s .2 2M2L ,PSHLIs2 cos2 B H2M2 L ,答案功率為0.195W若布喇格帶寬f =125MHz衍射效率降低多少?Bs2nvs2 sf0 f72n

22、 P vs2 23 cosPsHN ( R ) N 用公式和vs R計算。答案：148第四章1比較光子探測器和光熱探測器在作用機理、 性能及應(yīng)用特點等 方面的差異。答：光子效應(yīng)是指單個光子的性質(zhì)對產(chǎn)生的光電子起直接作用的 一類光電效應(yīng)。探測器吸收光子后，直接引起原子或分子的部電子狀 態(tài)的改變。光子能量的大小，直接影響部電子狀態(tài)改變的大小。因為, 光子能量是h , h是普朗克常數(shù)，是光波頻率，所以，光子效應(yīng)就 對光波頻率表現(xiàn)出選擇性，在光子直接與電子相互作用的情況下， 其 響應(yīng)速度一般比較快。光熱效應(yīng)和光子效應(yīng)完全不同。探測元件吸收光輻射能量后，并 不直接引起部電子狀態(tài)的改變，而是把吸收的光能變

23、為晶格的熱運動 能量，引起探測元件溫度上升，溫度上升的結(jié)果又使探測元件的電學(xué) 性質(zhì)或其他物理性質(zhì)發(fā)生變化。所以，光熱效應(yīng)與單光子能量h的大小沒有直接關(guān)系。原則上，光熱效應(yīng)對光波頻率沒有選擇性。只是 在紅外波段上，材料吸收率高，光熱效應(yīng)也就更強烈，所以廣泛用于 對紅外線輻射的探測。因為溫度升高是熱積累的作用，所以光熱效應(yīng) 的響應(yīng)速度一般比較慢，而且容易受環(huán)境溫度變化的影響。 值得注意 的是，以后將要介紹一種所謂熱釋電效應(yīng)是響應(yīng)于材料的溫度變化 率，比其他光熱效應(yīng)的響應(yīng)速度要快得多，并已獲得日益廣泛的應(yīng)用。2總結(jié)選用光電探測器的一般原則。答：用于測光的光源光譜特性必須與光電探測器的光譜響應(yīng)特性 匹

24、配；考慮時間響應(yīng)特性；考慮光電探測器的線性特性等。4已知Si光電池光敏面積為5 10mr2i在1000W/r2光照下，開路電 壓u “雙，光電流i12mA.在(200700) W/m光照下，保證線性電壓輸出的負載電阻和電壓 變化值；(2)如果取反偏壓V=0.3V,求負載電阻和電壓變化值；(3)如果希望輸出電壓變化量為0.5V,怎么辦?解答:(1)Rl 0.6u“ iuOCuOC2.6ln P' P(2)在上面計算公式中，減去一個反偏電壓再計算。(3)增大負載電阻和擴大光照變化圍。5如果Si光電二極管靈敏度為10uA/uW結(jié)電容為10pF,光照功率為5uWB寸，拐點電壓為10V ,偏壓4

25、0V ,光照信號功率pt 5 2PH 二 GlUhm cost W ,試求：(1)線性最大輸出功率條件下的負載電阻；(2)線性最大輸出功率；(3)響應(yīng)截止頻率。解答:Gp(1)S P Po 2gu2V uSPPo2Gp gfc(3)2 RlCj6證明工？空？，NEP e SNRNEP2hv f包0 PlnoP. 2e fisPs第五章5.1 以表面溝道CC汕例，簡述CCDfe荷存儲、轉(zhuǎn)移、輸出的基本原 理。CCD勺輸出信號有什么特點？答：構(gòu)成CCD的基本單元是MOS金屬-氧化物-半導(dǎo)體）電容器。 正如其它電容器一樣，MOS1容器能夠存儲電荷。如果 MOS吉構(gòu)中的 半導(dǎo)體是P型硅，當(dāng)在金屬電極（

26、稱為柵）上加一個正的階梯電壓時（襯底接地），Si-SiO2界面處的電勢（稱為表面勢或界面勢）發(fā)生相 應(yīng)變化，附近的P型硅中多數(shù)載流子一一空穴被排斥， 形成所謂耗盡 層，如果柵電壓Vg超過MOS1體管的開啟電壓，則在 Si-SiO2界面處 形成深度耗盡狀態(tài)，由于電子在那里的勢能較低，我們可以形象化地 說：半導(dǎo)體表面形成了電子的勢阱，可以用來存儲電子。當(dāng)表面存在 勢阱時，如果有信號電子（電荷）來到勢阱及其鄰近，它們便可以聚 集在表面。隨著電子來到勢阱中，表面勢將降低，耗盡層將減薄，我 們把這個過程描述為電子逐漸填充勢阱。勢阱中能夠容納多少個電 子，取決于勢阱的“深淺”，即表面勢的大小，而表面勢又隨

27、柵電壓 變化，柵電壓越大，勢阱越深。如果沒有外來的信號電荷。耗盡層及其鄰近區(qū)域在一定溫度下產(chǎn)生的電子將逐漸填滿勢阱， 這種熱產(chǎn)生的 少數(shù)載流子電流叫作暗電流，以有別于光照下產(chǎn)生的載流子。因此， 電荷耦合器件必須工作在瞬態(tài)和深度耗盡狀態(tài)，才能存儲電荷。以典型的三相CC兩例說明CCDfe荷轉(zhuǎn)移的基本原理。三相 CCD 是由每三個柵為一組的間隔緊密的 MOS吉構(gòu)組成的陣列。每相隔兩個 柵的柵電極連接到同一驅(qū)動信號上， 亦稱時鐘脈沖。三相時鐘脈沖的 波形如下圖所示。在tl時刻，。1高電位，。2、0 3低電位。此時。1 電極下的表面勢最大，勢阱最深。假設(shè)此時已有信號電荷（電子）注 入，則電荷就被存儲在&

28、#169; 1電極下的勢阱中。t2時刻，© 1、（|）2為高電 位，。3為低電位，則。1、0 2下的兩個勢阱的空阱深度相同，但因0 1下面存儲有電荷，則小1勢阱的實際深度比。2電極下面的勢阱淺，0 1下面的電荷將向。2下轉(zhuǎn)移，直到兩個勢阱中具有同樣多的電荷。t3 時刻，仙仍為高電位，0 3仍為低電位，而。1由高到低轉(zhuǎn)變。此時。 1下的勢阱逐漸變淺，使。1下的剩余電荷繼續(xù)向。2下的勢阱中轉(zhuǎn)移。 t4時刻，2 2為高電位，（|） 1、（|） 3為低電位，2 2下面的勢阱最深，信 號電荷都被轉(zhuǎn)移到。2下面的勢阱中，這與t1時刻的情況相似，但電 荷包向右移動了一個電極的位置。當(dāng)經(jīng)過一個時鐘周

29、期T后，電荷包 將向右轉(zhuǎn)移三個電極位置，即一個柵周期（也稱一位）。因此，時鐘 的周期變化，就可使CCM的電荷包在電極下被轉(zhuǎn)移到輸出端， 其工 作過程從效果上看類似于數(shù)字電路中的移位寄存器。電荷輸出結(jié)構(gòu)有多種形式，如“電流輸出”結(jié)構(gòu)、“浮置擴散輸出”結(jié)構(gòu)及“浮置柵輸出”結(jié)構(gòu)。其中“浮置擴散輸出”結(jié)構(gòu)應(yīng)用最 廣泛，。輸出結(jié)構(gòu)包括輸出柵 OG浮置擴散區(qū)FD復(fù)位柵R、復(fù)位漏 RD以及輸出場效應(yīng)管T等。所謂“浮置擴散”是指在 P型硅襯底表 面用V族雜質(zhì)擴散形成小塊的n+區(qū)域，當(dāng)擴散區(qū)不被偏置，即處于浮置狀態(tài)工作時，稱作“浮置擴散區(qū)”電荷包的輸出過程如下：VOg為一定值的正電壓，在 OG電極下形 成耗盡層

30、，使。3與FD之間建立導(dǎo)電溝道。在。3為高電位期間，電 荷包存儲在。3電極下面。隨后復(fù)位柵R加正復(fù)位脈沖0 R,使FD區(qū)與 RD區(qū)溝通，因Vrd為正十幾伏的直流偏置電壓，則 FD區(qū)的電荷被RD 區(qū)抽走。復(fù)位正脈沖過去后 FD區(qū)與RD區(qū)呈夾斷狀態(tài)，F(xiàn)D區(qū)具有一 定的浮置電位。之后，0 3轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娢唬? 3下面的電荷包通過 OG 下的溝道轉(zhuǎn)移到FD區(qū)。此時FD區(qū)（即A點）的電位變化量為：VaQfd式中，Qd是信號電荷包的大小，C是與FD區(qū)有關(guān)的總電容（包括輸 出管T的輸入電容、分布電容等）。CCDt出信號的特點是：信號電壓是在浮置電平基礎(chǔ)上的負電壓； 每個電荷包的輸出占有一定的時間長度 To;在

31、輸出信號中疊加有復(fù) 位期間的高電平脈沖。據(jù)此特點，對 CCD勺輸出信號進行處理時，較 多地采用了取樣技術(shù)，以去除浮置電平、復(fù)位高脈沖及抑制噪聲。5.2 何謂幀時、幀速？二者之間有什么關(guān)系？答：完成一幀掃描所需的時間稱為幀時 T（s）,單位時間完成的幀 數(shù)稱為幀速F （幀/s）： Tf三。5.3 用凝視型紅外成像系統(tǒng)觀察 30公里遠，10米X 10米的目標，若 紅外焦平面器件的像元大小是 50 w$50 假設(shè)目標像占4個像元，則紅外光學(xué)系統(tǒng)的焦距應(yīng)為多少？若紅外焦平面器件是128X 128元，則該紅外成像系統(tǒng)的視場角是多大？1050 10 3 2答： 30 103Tf /300mm水平及垂直視場

32、角:3-1.19050 10128 2 105130036005.5 一目標經(jīng)紅外成像系統(tǒng)成像后供人眼觀察，在某一特征頻率時， 目標對比度為0.5,大氣的MTF為0.9 ,探測器的MTF% 0.5 ,電路的 MTF為0.95 , CRT勺MTF為0.5 ,則在這一特征頻率下，光學(xué)系統(tǒng)的 MTFS少要多大？答： 0.5 0.9 0.5 0.95 0.5 MTFo 0.026MTFo 0.245.6 紅外成彳ft系統(tǒng)A的NETD小于紅外成像系統(tǒng)B的NETD,能否認為 紅外成像系統(tǒng)A對各種景物的溫度分辨能力高于紅外成像系統(tǒng) B,試 簡述理由。答：不能。NETD5E映的是系統(tǒng)對低頻景物（均勻大目標）的

33、溫度 分辨率，不能表征系統(tǒng)用于觀測較高空間頻率景物時的溫度分辨性 能。5.7 試比較帶像增強器的CCD薄型背向照明CC萬口電子轟擊型CCD 器件的特點。答：帶像增強器的CC濡件是將光圖像聚焦在像增強器的光電陰 極上，再經(jīng)像增強器增強后耦合到電荷耦合器件（ CCD上實現(xiàn)微光 攝像（簡稱ICCD。最好的ICCD是將像增強器熒光屏上產(chǎn)生的可見 光圖像通過光纖光錐直接耦合到普通 CCDE片上。像增強器光子-電 子的多次轉(zhuǎn)換過程使圖像質(zhì)量受到損失，光錐中光纖光柵干涉波紋、 折斷和耦合損失都將使ICCD輸出噪聲增加，對比度下降及動態(tài)圍減 小，影響成像質(zhì)量。靈敏度最高的ICCD攝像系統(tǒng)可工作在10-6lx靶

34、 面照度下。薄型、背向照明CC潞件克服了普通前向照明 CCD勺缺陷。光從 背面射入，遠離多晶硅，由襯底向上進行光電轉(zhuǎn)換，大量的硅被光刻 掉，在最上方只保留集成外接電極引線部分很少的多晶硅埋層。由于避開了多晶硅吸收，CCD的量子效率可提高到90%,與低噪聲制造 技術(shù)相結(jié)合后可得到30個電子噪聲背景的CCD相當(dāng)于在沒有任何 增強手段下照度為10-4lx （靶面照度）的水平。盡管薄型背向照明CCD 器件的靈敏度高、噪聲低，但當(dāng)照度低于 10-61X （靶面照度）時，只 能依賴圖像增強環(huán)節(jié)來提高器件增益，克服 CCDM聲的制約。電子轟擊型CC嘴件是將背向照明CCDS作電子轟擊型CCDW “陽極”，光電子從電子轟擊型 CCDK “光陰極”發(fā)射直接“近貼聚 焦”到CCDS體上，光電子通過CCDff面進入后，硅消耗入射光子能 量產(chǎn)生電子空穴