張永林第二版《光電子技術(shù)》課后習(xí)題答案

波長(zhǎng)：380~780nm400“760nm

頻率：385r790THz400T~750THz

能量：eV

人處，將入?入+d入范圍內(nèi)發(fā)射的輻射通量d①e,除以該波長(zhǎng)人的光子能量hv,就得到光

源在人處每秒發(fā)射的光子數(shù)，稱為光譜量子流速率。

一只白熾燈，假設(shè)各向發(fā)光均勻，懸掛在離地面的高處，用照度計(jì)測(cè)得正下方地面的照度為

301x,求出該燈的光通量。

中二L*4b

1mm。

求出該激光束的光通量、發(fā)光強(qiáng)度、光亮度、光出射度。

若激光束投射在10m

式這一關(guān)系式稱為維恩位移定律中，常數(shù)為。

普朗克熱輻射公式求一階導(dǎo)數(shù)，令其等于0,即可求的。教材P8

什么是光輻射的調(diào)制？有哪些調(diào)制的方法？它們有什么特點(diǎn)和應(yīng)用？

光輻射的調(diào)制是用數(shù)字或模擬信號(hào)改變光波波形的幅度、頻率或相位的過(guò)程。

光輻射的調(diào)制方法有內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制。

內(nèi)調(diào)制：直接調(diào)制技術(shù)具有簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。但存在波長(zhǎng)（頻率）的抖動(dòng)。

LD、LED

外調(diào)制：調(diào)制系統(tǒng)比較復(fù)雜、消光比高、插損較大、驅(qū)動(dòng)電壓較高、難以與光源集成、

偏振敏感、損耗大、而且造價(jià)也高。但譜線寬度窄。機(jī)械調(diào)制、電光調(diào)制、聲光調(diào)制、磁光

調(diào)制

說(shuō)明利用泡克爾斯效應(yīng)的橫向電光調(diào)制的原理。畫出橫向電光調(diào)制的裝置圖，說(shuō)明其中各個(gè)

器件的作用。若在KDP晶體上加調(diào)制電壓U=Um,U在線性區(qū)內(nèi)，請(qǐng)寫出輸出光通量的表達(dá)

式。

Pockels效應(yīng)：折射率的改變與外加電場(chǎng)成正比的電光效應(yīng)。也稱線性電光效應(yīng)。

光傳播方向與電場(chǎng)施加的方向垂直，這種電光效應(yīng)稱為橫向電光效應(yīng)。

聲光布拉格衍射調(diào)制光通量的原理。超聲功率Ps的大小決定于什么？在石英晶體上應(yīng)加怎樣

的電信號(hào)才能實(shí)現(xiàn)光通量的調(diào)制？該信號(hào)的頻率和振幅分別起著什么作用？

當(dāng)超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，將引起介質(zhì)的彈性應(yīng)變作時(shí)間上和空間上的周期性的變化，

并且導(dǎo)致介質(zhì)的折射率也發(fā)生相應(yīng)的變化。當(dāng)光束通過(guò)有超聲波的介質(zhì)后就會(huì)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象,

這就是聲光效應(yīng)。

聲光介質(zhì)在超聲波的作用下，就變成了一個(gè)等效的相位光柵，當(dāng)光通過(guò)有超聲波作用的

介質(zhì)時(shí)，相位就要受到調(diào)制，其結(jié)果如同它通過(guò)一個(gè)衍射光柵，光柵間距等于聲波波長(zhǎng)，光

束通過(guò)這個(gè)光柵時(shí)就要產(chǎn)生衍射，這就是聲光效應(yīng)。布拉格衍射是在超聲波頻率較高，聲光

作用區(qū)較長(zhǎng)，光線與超聲波波面有一定角度斜入射時(shí)發(fā)生的。

用法拉第電磁旋光效應(yīng)進(jìn)行磁光強(qiáng)度調(diào)制的原理。

磁場(chǎng)使晶體產(chǎn)生光各向異性，稱為磁光效應(yīng)。

法拉第效應(yīng)：光波通過(guò)磁光介質(zhì)、平行于磁場(chǎng)方向傳播時(shí)，線偏振光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)

的現(xiàn)象。

電路磁場(chǎng)方向在YIG棒軸向，控制高頻線圈電流，改變軸向信號(hào)磁場(chǎng)強(qiáng)度，就可控制光

的振動(dòng)面的旋轉(zhuǎn)角，使通過(guò)的光振幅隨角的變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)調(diào)制。

光電探測(cè)器的工作原理是將光輻射的作用視為所含光子與物質(zhì)內(nèi)部電子的直接作用，而

熱電探測(cè)器是在光輻射作用下，首先使接收物質(zhì)升溫，由于溫度的變化而造成接受物質(zhì)的電

學(xué)特性變化。光電探測(cè)器響應(yīng)較快，噪聲小；而熱電探測(cè)器的光譜響應(yīng)與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，可以在

室溫下工作。

物質(zhì)在光的作用下釋放出電子的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。

光電效應(yīng)又分為外光電效應(yīng)（如光電發(fā)射效應(yīng)）和內(nèi)光電效應(yīng)（如光電導(dǎo)效應(yīng)和光伏效

應(yīng)）。

當(dāng)半導(dǎo)體材料受光照時(shí)，由于對(duì)光子的吸收引起載流子濃度的增大，因而導(dǎo)致材料電導(dǎo)

率的增大，這種現(xiàn)象稱光電導(dǎo)效應(yīng)。光敏電阻、光導(dǎo)探測(cè)器

當(dāng)半導(dǎo)體PN結(jié)受光照射時(shí)，光子在結(jié)區(qū)（耗盡區(qū)）激發(fā)電子-空穴對(duì)。在自建場(chǎng)的作用

下，電子流向N區(qū)，空穴流向P區(qū)，從而在勢(shì)壘兩邊形成電荷堆積，使P區(qū)、N區(qū)兩端產(chǎn)生

電位差。P端為正，N端為負(fù)。這種效應(yīng)稱為光伏效應(yīng)。光電池、光電二極管、雙光電二極管,

光電三極管、光電場(chǎng)效應(yīng)管、光電開關(guān)管、光電雪崩二極管

某些金屬或半導(dǎo)體受到光照時(shí)，物質(zhì)中的電子由于吸收了光子的能量，致使電子逸出物

質(zhì)表面，這種現(xiàn)象稱為光電發(fā)射效應(yīng)，又稱外光電效應(yīng)。光電倍增管，真空光電管、充氣光

電管。

當(dāng)光電器件上的電壓一定時(shí)，光電流與入射于光電器件上的光通量的關(guān)系I=F（①）稱

為光電特性，光電流與光電器件上光照度的關(guān)系I=F（L）稱為光照特性。

什么是光電器件的光譜特性？了解它有何重要性？

光電器件對(duì)功率相同而波長(zhǎng)不同的入射光的響應(yīng)不同，即產(chǎn)生的光電流不同。光電流或

輸出電壓與入射光波長(zhǎng)的關(guān)系稱為光譜特性。光譜特性決定于光電器件的材料。應(yīng)盡量使所

選的光電器件的光譜特性與光源的光譜分布較接近。由光電器件的光譜特性可決定光電器件

的靈敏度（響應(yīng)率）一一光譜靈敏度和積分靈敏度。

為什么結(jié)型光電器件在正向偏置時(shí)沒(méi)有明顯的光電效應(yīng)？結(jié)型光電器件必須工作在哪種偏置

狀態(tài)？

因?yàn)閜-n結(jié)在外加正向偏壓時(shí)，即使沒(méi)有光照，電流也隨著電壓指數(shù)級(jí)在增加，所以有

光照時(shí)，光電效應(yīng)不明顯。p-n結(jié)必須在反向偏壓的狀態(tài)下，有明顯的光電效應(yīng)產(chǎn)生，這是

因?yàn)閜-n結(jié)在反偏電壓下產(chǎn)生的電流要飽和，所以光照增加時(shí)，得到的光生電流就會(huì)明顯增

加。

表面區(qū)域能帶彎曲，真空能級(jí)降低到導(dǎo)帶之下。

特點(diǎn)：1.量子效率高2.光譜響應(yīng)延伸到紅外，光譜響應(yīng)率均勻3熱電子發(fā)射小4.光電

發(fā)射小，光電子能量集中

何謂“白噪聲”？何謂“嘉噪聲”？要降低電阻的熱噪聲應(yīng)采取什么措施？

功率譜大小與頻率無(wú)關(guān)的噪聲，稱白噪聲。功率譜與f成反比，稱1/f噪聲。

措施：1.盡量選擇通帶寬度小的2.盡量選擇電阻值小的電阻3.降低電阻周圍環(huán)境的溫度

探測(cè)器的D*=1011cm?Hz1/2?W-1,探測(cè)器光敏器的直徑為,用于f=5x103Hz的光電儀器中，

它能探測(cè)的最小輻射功率為多少？

應(yīng)怎樣理解熱釋電效應(yīng)？熱釋電探測(cè)器為什么只能探測(cè)調(diào)制輻射？

熱電晶體的自發(fā)極化矢量隨溫度變化，從而使入射光可引起電容器電容改變的現(xiàn)象成為

熱釋電效應(yīng)。

由于熱釋電信號(hào)正比于器件的溫升隨時(shí)間的變化率，因此它只能探測(cè)調(diào)制輻射。

敘述光電池的工作原理以及開路電壓、短路電流與光照度的關(guān)系。為什么光電池的輸出與所

接的負(fù)載有關(guān)系？

（1）工作原理

光電池是一個(gè)簡(jiǎn)單得PN結(jié)。當(dāng)光線照射PN結(jié)時(shí)，PN結(jié)將吸收入射光子。如果光子能量超過(guò)

半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則由半導(dǎo)體能帶理論可知，在PN結(jié)附近會(huì)產(chǎn)生電子和空穴。在內(nèi)電

場(chǎng)的作用下，空穴移向P區(qū)，電子移向N區(qū)，使N區(qū)聚集大量的電子而帶上負(fù)電，在P區(qū)聚

集大量的空穴而帶上正電。于是在P區(qū)和N區(qū)之間產(chǎn)生了電勢(shì)，成為光生電動(dòng)勢(shì)。如果用導(dǎo)

線或電阻把N區(qū)和P區(qū)連接起來(lái)，回路中就會(huì)有光電流I流過(guò)，電流方向是由P區(qū)流向N區(qū)。

（6分）

（2）光電池的電動(dòng)勢(shì)即開路電壓與照度成非線性關(guān)系，在照度光電池的短路電流與照度

成線性關(guān)系（4分）

（3）當(dāng)負(fù)載電阻較大時(shí)，光電流流過(guò)負(fù)載電阻時(shí)，必然使外加電場(chǎng)增大，由于外電場(chǎng)的

方向是與內(nèi)電場(chǎng)方向相反，故要削弱內(nèi)電場(chǎng)的強(qiáng)度，從而使光生的電子和空穴不能移過(guò)PN結(jié),

使對(duì)外輸出的光電流減少。（5分）2CR和2DR,2CU和2DU在結(jié)構(gòu)上有何主要區(qū)別？2DU光電

二極管增設(shè)環(huán)極的目的是什么？畫出正確接法的線路圖，使用時(shí)環(huán)極不接是否可用？為什

么？

硅光電池按基底材料不同分為2CR和2DRo2CR為N型單晶硅，2DR為P型單晶硅。按襯

底材料的不同，硅光電二極管分為2CU和2DU兩種系列。2DU光電二極管增設(shè)環(huán)極的目的是

為了減少暗電流和噪聲。

工作原理：PIN管加反向電壓時(shí)，勢(shì)壘變寬，在整個(gè)本征區(qū)展開，耗盡層寬度基本上是I

區(qū)的寬度，光照到I層，激發(fā)光生電子空穴時(shí)，在內(nèi)建電場(chǎng)和反向電場(chǎng)作用下，空穴向P區(qū)

移動(dòng)，電子向N區(qū)移動(dòng)，形成光生電流，通過(guò)負(fù)載，在外電路形成電流。特點(diǎn)：頻帶寬，線

性輸出范圍寬。優(yōu)點(diǎn)：1,工作電壓比較低，一般為5V。2,探測(cè)靈敏度比較高；3,內(nèi)量子

效率較高；4,響應(yīng)速度快；5,可靠性高；6,PIN管能低噪聲工作。

工作原理：當(dāng)光電二極管的PN結(jié)上加相當(dāng)大的反向偏壓時(shí)，在耗盡層內(nèi)將產(chǎn)生一個(gè)很高

的電場(chǎng)，它足以使在該強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)產(chǎn)生和漂移的光生載流子獲得充分的動(dòng)能，電子空穴與晶格

原子碰撞，將產(chǎn)生新的電子空穴對(duì)。新的電子空穴對(duì)在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，分別向相反的方向運(yùn)

動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，又可能與原子碰撞，再一次產(chǎn)生新的電子空穴對(duì)。如此反復(fù)，形成雪崩

式的載流子倍增。特性：靈敏度高，響應(yīng)速度快；

PIN光電二極管因由較厚的i層，因此p-n結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)就基本上全集中于i層中，使p-n

結(jié)的結(jié)間距離拉大，結(jié)電容變小，由于工作在反偏，隨著反偏電壓的增大，結(jié)電容變的更小,

從而提高了p-n光電二極管的頻率響應(yīng)。

由于PIN管耗盡層變寬，這就相當(dāng)于增大了結(jié)電容之間的距離，使結(jié)電容變小，而且耗

盡層的厚度隨反向電壓的增加而加寬，因而結(jié)電容隨著外加反向偏壓的增大而變得更小。同

時(shí)，由于I層的電阻率很高，故能承受很高的電壓，I層電場(chǎng)很強(qiáng)，對(duì)少數(shù)載流子漂移運(yùn)動(dòng)

起加速作用，雖然渡越距離增大一些，但少數(shù)載流子的渡越時(shí)間相對(duì)還是短了。總之，由于

結(jié)電容變小，載流子渡越耗盡層的時(shí)間短，因此PIN管的特性好。

uA/u肌拐點(diǎn)電壓U=10V,輸入輻射功率=（5+3sint）nW,偏置電壓Ub=40V,信號(hào)由

放大器接收，求取得最大功率時(shí)的負(fù)載電阻Rb和放大器的輸入電阻R的值，以及輸入給放

大器的電流、電壓和功率值。

□W的光信號(hào)，其工作偏壓Ub=30V,拐點(diǎn)電壓Um=10V,且Rb=RL。uA/uW,結(jié)電容Cj=3pF,

分布電容C0=3pF。試計(jì)算：1.

結(jié)電容Cj=8pF,放大器的輸入電容Ci=5pF,輸入電阻r=10k計(jì)算變換電路中頻時(shí)的輸出電壓

U0上限頻率f

要求光照大于2001x時(shí)繼電器J吸合。

PSD的工作原理，與象限探測(cè)器相比，PSD有什么優(yōu)點(diǎn)？

PSD是利用離子注入技術(shù)制成的一種對(duì)入射到光敏面上的光點(diǎn)位置敏感的光電器件，分為

一維和二維兩種。當(dāng)入射光是非均勻的或是一個(gè)光斑時(shí)，其輸出與光的能量中心有關(guān)。與象

限探測(cè)器相比，PSD的優(yōu)點(diǎn)有：對(duì)光斑的形狀無(wú)嚴(yán)格要求；光敏面上無(wú)象限分隔線，對(duì)光斑

位置可進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，位置分辨率高，可同時(shí)檢測(cè)位置和光強(qiáng)。

光電發(fā)射是光轟擊材料使電子逸出，二次電子發(fā)射是電子轟擊材料，使新的電子逸出。

1）光子透過(guò)入射窗口入射在光電陰極K上。

2）光電陰極電子受光子激發(fā)，離開表面發(fā)射到真空中。

3)光電子通過(guò)電子加速和電子光學(xué)系統(tǒng)聚焦入射到第一倍增極D1上，倍增極將發(fā)射出

比入射電子數(shù)目更多的二次電子，入射電子經(jīng)N級(jí)倍增極倍增后光電子就放大N次方倍。

4)經(jīng)過(guò)倍增后的二次電子由陽(yáng)極P收集起來(lái)，形成陽(yáng)極光電流，在負(fù)載RL上產(chǎn)生信號(hào)

電壓

鼠籠式：結(jié)構(gòu)緊湊，體積?。坏`敏度的均勻性稍差。

直線聚焦式：極間電子渡越時(shí)間的離散性小，時(shí)間響應(yīng)很快，線性好：但絕緣支架可能

積累電荷而影響電子光學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

盒柵式：電子的收集效率較高，均勻性和穩(wěn)定性較好；但極間電子渡越時(shí)間零散較大。

百葉窗式：工作面積大，與大面積光電陰極配合可制成探測(cè)弱光的倍增管;但極間電壓高,

有時(shí)電子可能越級(jí)穿過(guò)，從而，收集率較低，渡越時(shí)間離散較大。

近貼柵網(wǎng)式：極好的均勻性和脈沖線性，抗磁場(chǎng)影響能力強(qiáng)。

微通道板式：尺寸大為縮小，電子渡越時(shí)間很短，響應(yīng)速度極快，抗磁場(chǎng)干擾能力強(qiáng)，

線性好。

(a)畫出具有11級(jí)倍增極，負(fù)高壓1200V供電，均勻分壓的光電倍增管的工作原理，分別寫

出各部分名稱及標(biāo)出Ik,Ip和lb的方向。

(b)若該倍增管的陰極靈敏器Sk為20口2cm2，各倍增極發(fā)射系數(shù)均相等(。

(c)設(shè)計(jì)前置放大電路，使輸出的信號(hào)電壓為200mV,求放大器的有關(guān)參數(shù)，并畫出原理圖

(a)如圖

61

(b)陰極電流：Ik=Sk*0=2OxlOxx2xlO

=4X1OHOA

倍增系統(tǒng)的放大倍數(shù):M=^=￡。?(。xe)11

1k

x(4x"

?xl06

陽(yáng)極電流：IP=M?h=936uA

Cf

vc

°Vo>

(c)

陽(yáng)極光電靈敏度為10A/lm,為什么還要限制其陽(yáng)極輸出電流小于50~100uA范圍內(nèi)？問(wèn)其陰

極面上最大允許的光通量為多少流明？

因?yàn)殛?yáng)極電流過(guò)大會(huì)加速光電倍增管的疲勞與老化。

某GDB的陽(yáng)極積分靈敏度為10A/lm,Sk=20uA/lm,倍增極有11級(jí)。若各級(jí)的電子收集效率

為1,問(wèn)各倍增極的平均倍增系數(shù)為多少？

現(xiàn)有GDB-423型光電倍增管的光電陰極面積為2cm2,陰極靈敏度Sk為25uA/lm,倍增系統(tǒng)

的放大倍數(shù)為10~5,陽(yáng)極額定電流為20uA,求允許的最大光照。

光學(xué)圖像投射到光電陰極上，產(chǎn)生相應(yīng)的光電子發(fā)射，在加速電場(chǎng)和聚焦線圈所產(chǎn)生的

磁場(chǎng)共同作用下打到靶上，在靶的掃描面形成與圖像對(duì)應(yīng)的電位分布最后，通過(guò)電子束掃描

把電位圖像讀出，形成視頻信號(hào)，

攝像器件的參量一一極限分辨率、調(diào)制傳遞函數(shù)和惰性是如何定義的？

分辨率表示能夠分辨圖像中明暗細(xì)節(jié)的能力。極限分辨率和調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)

極限分辨率：人眼能分辨的最細(xì)條數(shù)。用在圖像(光柵)范圍內(nèi)所能分辨的等寬度黑白

線條數(shù)表示。也用線對(duì)/mm表示。

MTF：能客觀地表示器件對(duì)不同空間頻率目標(biāo)的傳遞能力。

惰性：指輸出信號(hào)的變化相對(duì)于光照度的變化有一定的滯后。原因：靶面光電導(dǎo)張弛過(guò)程和

電容電荷釋放惰性。

以表面溝道CCD為例，簡(jiǎn)述CCD電荷存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移、輸出的基本原理。CCD的輸出信號(hào)有什

么特點(diǎn)？

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，MOS電

容器能夠存儲(chǔ)電荷。如果MOS結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體是P型硅，當(dāng)在金屬電極（稱為柵）上加一個(gè)

正的階梯電壓時(shí)（襯底接她），Si-SiOz界面處的電勢(shì)（稱為表面勢(shì)或界面勢(shì)）發(fā)生相應(yīng)變化，

附近的P型硅中多數(shù)載流子——空穴被排斥，形成所謂耗盡層，如果柵電壓％超過(guò)MOS晶體

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(shì)能較低，我們可

以形象化地說(shuō)：半導(dǎo)體表面形成了電子的勢(shì)阱，可以用來(lái)存儲(chǔ)電子。當(dāng)表面存在勢(shì)阱時(shí)，如

果有信號(hào)電子（電荷）來(lái)到勢(shì)阱及其鄰近，它們便可以聚集在表面。隨著電子來(lái)到勢(shì)阱中，

表面勢(shì)將降低，耗盡層將減薄，我們把這個(gè)過(guò)程描述為電子逐漸填充勢(shì)阱。勢(shì)阱中能夠容納

多少個(gè)電子，取決于勢(shì)阱的“深淺”，即表面勢(shì)的大小，而表面勢(shì)又隨柵電壓變化，柵電壓

越大，勢(shì)阱越深。如果沒(méi)有外來(lái)的信號(hào)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(shì)阱，這種熱產(chǎn)生的少數(shù)截流子電流叫作暗電流，以有別于光照下產(chǎn)生的截流子。

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(chǔ)電荷。

以典型的三相CCD為例說(shuō)明CCD電荷轉(zhuǎn)移的基本原理。三相CCD是由每三個(gè)柵為一組的

間隔緊密的MOS結(jié)構(gòu)組成的陣列。每相隔兩個(gè)柵的柵電極連接到同一驅(qū)動(dòng)信號(hào)上，亦稱時(shí)鐘

脈沖。三相時(shí)鐘脈沖的波形如下圖所示。在t1時(shí)刻，61高電位，62、63低電位。此時(shí)61

電極下的表面勢(shì)最大，勢(shì)阱最深。假設(shè)此時(shí)已有信號(hào)電荷（電子）注入，則電荷就被存儲(chǔ)在

5電極下的勢(shì)阱中。t2時(shí)刻，儲(chǔ)、為高電位，為低電位，則儲(chǔ)、下的兩個(gè)勢(shì)阱的

空阱深度相同，但因如下面存儲(chǔ)有電荷，則儲(chǔ)勢(shì)阱的實(shí)際深度比風(fēng)電極下面的勢(shì)阱淺，

5下面的電荷將向下轉(zhuǎn)移，直到兩個(gè)勢(shì)阱中具有同樣多的電荷。t3時(shí)刻，心仍為高電位，

5仍為低電位，而5由高到低轉(zhuǎn)變。此時(shí)儲(chǔ)下的勢(shì)阱逐漸變淺，使如下的剩余電荷繼續(xù)

向M下的勢(shì)阱中轉(zhuǎn)移。匕時(shí)刻，為高電位，垢、63為低電位，下面的勢(shì)阱最深，信

號(hào)電荷都被轉(zhuǎn)移到帆下面的勢(shì)阱中，這與3時(shí)刻的情況相似，但電荷包向右移動(dòng)了一個(gè)電

極的位置。當(dāng)經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)鐘周期T后，電荷包將向右轉(zhuǎn)移三個(gè)電極位置，即一個(gè)柵周期（也

稱一位）。因此，時(shí)鐘的周期變化，就可使CCD中的電荷包在電極下被轉(zhuǎn)移到輸出端，其工作

過(guò)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(kuò)散輸出”結(jié)構(gòu)及“浮置柵輸

出”結(jié)構(gòu)。其中“浮置擴(kuò)散輸出”結(jié)構(gòu)應(yīng)用最廣泛，。輸出結(jié)構(gòu)包括輸出柵0G、浮置擴(kuò)散區(qū)

FD、復(fù)位柵R、復(fù)位漏RD以及輸出場(chǎng)效應(yīng)管T等。所謂“浮置擴(kuò)散”是指在P型硅襯底表面

用V族雜質(zhì)擴(kuò)散形成小塊的n區(qū)域，當(dāng)擴(kuò)散區(qū)不被偏置，即處于浮置狀態(tài)工作時(shí)，稱作“浮

置擴(kuò)散區(qū)”。

電荷包的輸出過(guò)程如下：V（x；為一定值的正電壓，在0G電極下形成耗盡層，使以與FD

之間建立導(dǎo)電溝道。在心為高電位期間，電荷包存儲(chǔ)在風(fēng)電極下面。隨后復(fù)位柵R加正復(fù)

位脈沖如“使FD區(qū)與RD區(qū)溝通，因丫電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(guò)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，科

轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娢?，心下面的電荷包通過(guò)0G下的溝道轉(zhuǎn)移到FD區(qū)。此時(shí)FD區(qū)（即A點(diǎn)）的電

位變化量為：

式中，QFD是信號(hào)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）。

CCD輸出信號(hào)的特點(diǎn)是：信號(hào)電壓是在浮置電平基礎(chǔ)上的負(fù)電壓；每個(gè)電荷包的輸出占

有一定的時(shí)間長(zhǎng)度T。；在輸出信號(hào)中疊加有復(fù)位期間的高電平脈沖。據(jù)此特點(diǎn)，對(duì)CCD的輸

出信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，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。

CCD驅(qū)動(dòng)脈沖工作頻率的上、下限受哪些條件限制，應(yīng)該如何估算？

“1、62、SH、RS起什么作用？它們之間的位相關(guān)系如何？為什么？

01、02：驅(qū)動(dòng)脈沖1、驅(qū)動(dòng)脈沖2,將模擬寄存器中的信號(hào)電荷定向轉(zhuǎn)移到輸出端形成

序列脈沖輸出。

SH：轉(zhuǎn)移柵控制光生電荷向CCDA或CCDB轉(zhuǎn)移。

RS：復(fù)位脈沖，使復(fù)位場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，將剩余信號(hào)電荷卸放掉，以保證新的信號(hào)電荷接

收。

Um,它能分辨的最小間距是多少？它的極限分辨率怎樣計(jì)算？

它能分辨的最小間距是14Um。

簡(jiǎn)述變像管和圖像增強(qiáng)器的基本工作原理，指出變像管和圖像增強(qiáng)器的主要區(qū)別。

亮度很低的可見(jiàn)光圖像或者人眼不可見(jiàn)的光學(xué)圖像經(jīng)光電陰極轉(zhuǎn)換成電子圖像；

電子光學(xué)系統(tǒng)將電子圖像聚焦成像在熒光屏上，并使光電子獲得能量增強(qiáng)；

熒光屏再將入射到其上的電子圖像轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光圖像。

變像管：接受非可見(jiàn)輻射圖像并轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光圖像的直視型光電成像器件：紅外變像管、

紫外變像管和X射線變像管等，功能是完成圖像的電磁波譜轉(zhuǎn)換。

像增強(qiáng)器：接受微弱可見(jiàn)光圖像的直視型光電成像器件：級(jí)聯(lián)式像增強(qiáng)器、帶微通道板的

像增強(qiáng)器、負(fù)電子親和勢(shì)光陰極的像增強(qiáng)器等，功能是完成圖像的亮度增強(qiáng)。

存儲(chǔ)密度高。非接觸式讀/寫信息（獨(dú)特）。存儲(chǔ)壽命長(zhǎng)。信息的信噪比高。信息位價(jià)格

低。

⑴存儲(chǔ)密度高⑵數(shù)據(jù)傳輸速率高⑶存儲(chǔ)壽命長(zhǎng)⑷信息位價(jià)低⑸更換容易

自美國(guó)ECD及IBM公式共同研制出第一片光盤以來(lái)，光盤經(jīng)歷了四代：

⑴只讀存儲(chǔ)光盤（readonlymemory,ROM）

這種光盤中的數(shù)據(jù)是在光盤生產(chǎn)過(guò)程中刻入的，用戶只能從光盤中反復(fù)讀取數(shù)據(jù)。這

種光盤制造工藝簡(jiǎn)單，成本低，價(jià)格便宜，其普及率和市場(chǎng)占有率最高。

⑵一次寫入多次讀出光盤(writeoncereadmany,WORM)

這種光盤具有寫、讀兩種功能，寫入數(shù)據(jù)后不可擦除。

(3)可擦重寫光盤(rewrite,RW)

用戶除了可在這種光盤上寫入、讀出信息外，還可以將已經(jīng)記錄在盤上的信息擦除掉,

然后再寫入新的信息；但擦與寫需要兩束激光、兩次動(dòng)作才能完成。

(4)直接重寫光盤(overwrite,0W)

這種光盤上實(shí)現(xiàn)的功能與可擦重寫重寫光盤一樣，所不同的是，這類光盤可用同一束

激光、通過(guò)一次動(dòng)作就擦除掉舊信息并錄入新信息。

將事先記錄在主磁帶上的視頻或音頻信息通過(guò)信號(hào)發(fā)生器、前置放大器去驅(qū)動(dòng)電光或聲

光調(diào)制器，使經(jīng)過(guò)調(diào)制的激光束以不同的功率密度聚焦在甩有光刻膠的玻璃襯盤上，使光刻

膠曝光，之后經(jīng)過(guò)顯影、刻蝕，制成主盤(又稱母盤，master),再經(jīng)噴鍍、電鍍等工序制成

副盤(又稱印模,stamper),然后再經(jīng)過(guò)“2P”注塑形成ROM光盤。

說(shuō)明激光熱致相變RW光盤的讀、寫、擦原理。

近紅外波段的激光作用在介質(zhì)上，能加劇介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中原子、分子的振動(dòng)，從而加速相變

的進(jìn)行。因此近紅外激光對(duì)介質(zhì)的作用以熱效應(yīng)為主，其中寫、讀、擦激光與其相變的進(jìn)行。

圖的上半部是用來(lái)寫入、讀出及擦除信息的激光脈沖，下半部表示出在這三種不同的脈沖作

用下，在介質(zhì)內(nèi)部發(fā)生的相應(yīng)相變過(guò)程。

⑴信息的記錄對(duì)應(yīng)介質(zhì)從晶態(tài)C向玻璃態(tài)G的轉(zhuǎn)變。選用功率密度高、脈寬為幾十

至幾百納秒的激光脈沖，使光斑微區(qū)因介質(zhì)溫度剎那間超過(guò)熔點(diǎn)圖而進(jìn)入液相，再經(jīng)過(guò)液相

快瘁完成到達(dá)玻璃態(tài)的相轉(zhuǎn)變。

⑵信息的讀出用低功率密度、短脈寬的激光掃描信息道，從反射率的大小辨別寫入

的信息。一般介質(zhì)處在玻璃態(tài)(即寫入態(tài))時(shí)反射率小，處在晶態(tài)(即擦除態(tài))時(shí)反射率大。

在讀出過(guò)程中，介質(zhì)的相結(jié)構(gòu)保持不變。

⑶信息的擦除對(duì)應(yīng)介質(zhì)從玻璃態(tài)G向晶態(tài)C的轉(zhuǎn)變。選用中等功率密度、較寬脈

沖的激光，使光斑微區(qū)因介質(zhì)溫度升至接近處，再通過(guò)成核一生長(zhǎng)完成晶化。在此過(guò)程中，

光誘導(dǎo)缺陷中心可以成為新的成核中心，因此激光作用使成核速率、生長(zhǎng)速度大大增加，從

而導(dǎo)致激光熱晶化壁單純熱晶化的速率要高。

簡(jiǎn)述可擦重寫磁光光盤讀、寫、擦原理。

如圖9-14,目前磁光薄膜的記錄方式有補(bǔ)償點(diǎn)記錄和居里點(diǎn)記錄兩類，前者以稀土一鉆

合金為主，后者則多為稀土一鐵合金。以補(bǔ)償點(diǎn)寫入的磁介質(zhì)為例來(lái)討論磁光記錄介質(zhì)的讀、

寫、擦原理。

⑴信息的寫入GdCo有一垂直于薄膜表面的易磁化軸。在寫入信息前，用一定強(qiáng)度

的磁場(chǎng)”"對(duì)介質(zhì)進(jìn)行初始磁化，使各磁疇單元具有相同的磁化方向。在寫入信息時(shí)，磁光讀

寫頭的脈沖激光聚焦在介質(zhì)表面，光照微斑因升溫而迅速退磁，此時(shí)通過(guò)讀寫頭中的線圈施

加一反偏磁場(chǎng)，就可使光照區(qū)微斑反向磁化，如圖所示，而無(wú)光照的相鄰磁疇磁化方向仍將

保持原來(lái)的方向，從而實(shí)現(xiàn)磁化方向相反的反差記錄。

⑵信息的讀出信息讀出是利用Kerr效應(yīng)檢測(cè)記錄單元的磁化方向。用線偏振光掃

描錄有信息的信道，光束到達(dá)磁化方向向上的微斑，經(jīng)反射后，偏折方向會(huì)繞反射線右旋一

個(gè)角度4,如圖所示。反之，若光掃描到磁化方向向下的微斑，反射光的偏振方向則左旋一

個(gè)仇，以一珞表示。實(shí)際測(cè)試時(shí)，使檢偏器的主截面調(diào)到與一為對(duì)應(yīng)的偏振方向相垂直的方

位，則來(lái)自向下磁化微斑的反射光不能通過(guò)檢偏器到達(dá)探測(cè)器，而從向上磁化微斑反射的光

束則可以通過(guò)sm（24）的分量，這樣探測(cè)器就有效地讀出了寫入的信號(hào)。

⑶擦除信息時(shí)，如圖所示，用原來(lái)的寫入光束掃描信息道，并施加與初始乩方向相同的

偏置磁場(chǎng)，則記錄單元的磁化方向又會(huì)回復(fù)原狀。

對(duì)于稀土一鐵合金磁光介質(zhì)，其寫、讀、擦原理與補(bǔ)償點(diǎn)記錄方式一樣，所不同的是，

這類介質(zhì)有一個(gè)居里點(diǎn)當(dāng)介質(zhì)微斑溫度高于