光电检测考试笔记

1．光电检测器件和热电检测器件的比较。

答：光电检测器件是利用物质的光电效应把光信号转换成电信号的器件，响应波长有选择性，相应快；热电检测器件是将辐射能转换成热能，再将热能转换成电能的器件。响应波长无选择性，相应慢。

2．简述光电池与光电二极管的区别。

答：相同点：均为光生伏特器件；

不同点：光电二极管PN 结面积小于光电池；

光电池无需偏压，光敏二极管一般在负偏压的情况下使用。

3．用图示的方法简述CCD 的电荷转移过程。

4．简述光电检测电路设计依据及其设计要求。

答：灵敏的光电转换能力

快速的动态响应能力

最佳的信号检测能力

长期工作的稳定性和可靠性

5．什么是二次调制，二次调制的具有哪些作用？

6．对于扩散型PiN 硅光敏二极管来说，i 层主要起到了什么作用？

答：i 层为高阻区，承受大部分外加电压，使耗尽区增大，展宽了光电转换的有效工作区域；提高了灵敏度；i 层一般选择高电阻率的基体材料，提高了串联电阻，提高了击穿电压；提高了频率响应。

7．简述变像管和像增强管的工作原理及区别？

工作原理：都是光电阴极接收辐射，将光学图像转换为电子数密度图像，加有正高压的阳极起到了电子透镜的作用，使阴极发出的电子聚焦成像在荧光屏上，最终得到目标物的图像。

区别是：变像管是将不可见图像转换为可见图像的器件，而像增强管是把强度低于视觉阈值的图像增强到可以观察程度的光电成像器件。

8. 探测器件在进行极为微弱的信号探测时，有时要放入液氮中使用，为什么？

答：载流子无规则的热运动造成的噪声称为热噪声。当温度高于绝对零度时，导体或半导体中每一电子都携带着C 191059.1-?的电量作随机运动，尽管其平均值为零，但瞬时电流扰动在导体两端会产生一个均方根电压，称为热噪声电压。其平均值为：

f kTR U

NT ??=42

当0=T 时，02=NT U 而且，光电探测器件绝大多数都是半导体材料，受温度影响很大。综上所述， 当探测器件在对微弱的信号探测时，为了减少温度的影响，放入液氮中使用，是非常行之有效的办法。

9．简述光电池与光电二极管的相同点和区别。

相同点：光敏二极管和光电池都是利用入射光照射到P-N 结上产生光生伏特效应的器件； 不同点：光电池结面积较大而光电二极管的结面积较小，光电池不需要加偏置电压而光电二极管需要通过施加负偏压提高灵敏度。

10. 简述光电检测电路的组成及各部分的作用。

答：光电检测电路由光电器件、输入电路和前置放大器组成。光电器件把被测光信号转换成相应的电信号，而输入电路则是为光电器件提供正常的工作条件，进行电参量的变换，同时完成和前置放大器的电路匹配。光电器件输出的微弱电信号由前置放大器进行放大，前置放大器另一作用是匹配后置处理电路与检测器件之间的阻抗。

11.以热敏电阻探测温度为例，分析热敏电阻典型桥路的输出电压变化U ?与热敏电阻温度变化T ?之间关系？

电桥电路如图下所示，其中，1T R 和2T R 的其暗电阻分别为01R 和02R ，

并且有R R R ==21，00201R R R ==与101R R R +<

答：当无外来辐射照射时，调节补偿电阻2R ，使电桥平衡。此时1221R R R R T T =，电桥输出00=U 。当有辐射作用于热敏电阻1T R 上时，升温T ?引起电阻的变化为R R R T ?+=011，此时平衡被破坏，开路输出电压为：

)

)(()()()(211012212101010R R R R R R R U R R R U R R R R R U U T b T T b b +?++?=+-?++?+= 又由给出的已知条件，上式可以化简为： R R R R U U b ?+=

200)( 可见输出电压与R ?成比例，并与负载电阻R 有关。

11、光电导体的灵敏度大小取决于哪些因素？为什么要把光敏电阻的形状制成蛇形？在微弱的光照下，光电导和光强之间是什么样的关系？

答:光电导体的灵敏度可以用光电增益Ｇ表示：2l U G βτμ

=。光电导体的非平衡载流子寿命越快，迁移率越大，电极间距越小灵敏度越高。（2分）

做成蛇形使电极间距ｌ变小，提高了光敏电阻的灵敏度。（2分）

微弱的光照下，光电导和光强之间是直线性光电导关系。（1分）

12、简述像点轴外偏移检测的像偏移法测位移的工作原理.

当将光束照射到被测物体时．用成像物镜从另外的角度对物体上的光点位置成像，通过三角测量关系可以计算出物面的轴向偏移。激光器发出的光线，经汇聚透镜聚焦后垂直入射到被测物体表面上。物体移动或其表面的变化入射点沿光轴方向移动。入射点处的散射光径接收透镜入射到（CCD 或PSD ）光电探测器上。被测表面偏移Z ?时，照明光点从1O 移到2O ，相应像点从1P 偏移到2P ，则

βθA Z =?。只要测出像点的横向偏移量A ，即可计向偏移Z ?。

算出待测的物面轴

13.雪崩光敏二极管和光电倍增管的异同？

答：光电倍增管由光入射窗、光电阴极、电子光学系统、倍增极、阳极组成，光入射到光电阴极产生电子发射，发射的电子在电场和电子光学系统的作用会聚加速到倍增极上，经N 级倍增后，电子被放大N 次，最后最阳极收集。外形较大，多用于快速、精密微光测量的场

合。（3分）雪崩光电二极管与光电倍增管不同，是基于内增益机理，当所加的反向偏压足够大时，在结区产生一个很高的电场，光生电子在这种强电场中可得到极大的加速，同时与晶格碰撞而产生电离雪崩反应。

14.帧转移型面阵CCD的组成及工作过程？

答：该器件由相同像素数量的成像部分、存储部分和读出寄存器三个基本部分组成。（2分）场正程期间（18.4ms）图像的二维信号电荷被积累在成像区；场逆程期间（1.6ms）通过加在成像区和存储区电极上的时钟脉冲使成像区的整场信号电荷快速转移到存储区；下一个场正程期间，成像区积累光生电荷生成下一场电像，存储区所存的上一场图像信号电荷在时钟脉冲作用下，在行逆程期间（12微秒）将一行光生电荷送进读出寄存器，从而使存储区内各行光生电荷向读出寄存器方向进一次；在行正程期间，在读出寄存器脉冲的驱动下，使一行信号电荷向输出结构依次转移，经输出极输出。

15.简单画出光电成像系统的原理方框图？

16.在微弱辐射作用下，光电导材料的光电灵敏度有什么特点？当辐射增强，该特点有何变化？

答：.微弱辐射作用下，输出光电流与输入辐射通量具有线性关系；辐射增强，呈抛物线光电导

17.画图说明用4象限光生伏特器件检测均匀光斑中心二维偏移量的检测方法。

18.PSD器件的主要特点是什么？画图说明激光三角法测量中PSD的作用。

PSD对入射到光敏面上的光位置敏感，对光斑的形状没有严格要求，光敏面无需分割

可以连续测量光斑在光敏面上的位置变化。

19.CMOS图像传感器与CCD图像传感器的主要区别是什么？

答：CCD以电荷耦合为基本特征，围绕信号的产生、存储、转移和读取来工作，以行为单位对信号进行读取。

CMOS的信号读取方式相对灵活，既可以以移位寄存器的形式以行为单位读取信号，也可以只输出某一行或某一列的信号，还可以输出某些点的信号。

20.说明热释电摄像管中斩光器的作用。当斩光器的微电机出现不转或转速变慢故障时，会

发生什么现象？

答:斩光器的主要作用是将恒定的辐射变为交变辐射作用在热释电器件上，当输入辐射恒定，而斩光器微电机不转或

转速变慢时，输出信号为零或很小。

21.单元光电信号的二值化处理方法有哪些，其各自有何特点？

固定阈值法：当输入光电信号高于固定电位Uth时，比较器输出高电平，即为1；否则输出低电平。该电路简单可靠，但受光源的不稳定影响较大，需要稳定光源。

浮动阈值法：阈值电压为从光源分得一部分光加到光电二极管上，光电二极管在适当偏压下输出与光源的发光度成线性变化的电压信号，以此信号作阈值，即可得到随发光强度浮动的阈值Uth。将Uth加到比较器的反向输入端，将检测信号的输出加到电压比较器的同向输入端，在输出端得到的信号为随发光强度浮动的二值化信号，当被测信号高于阈值时输出高电平。浮动阈值法避免了光电检测系统的精度受光源的稳定性的影响。

22.激光扫描系统的组成及测量原理

系统组成：激光器、扫描阵镜、 f透镜、物镜、接收器件

23.光栅莫尔条纹的产生原理及在位移测量中的作用和特点？

两个光栅以一定角度相互重叠，产生的明暗交错的条纹就是光栅莫尔条纹。

光栅莫尔条纹具有位移放大作用、位移对应关系和误差平均效应。

24.光电导效应、光生伏特效应和光电发射效应有什么区别？

25.简述光电倍增管的工作原理？

26.为什么说受激辐射和分布反转是激光产生的必要条件？

27.图示分析三相CCD的电荷耦合过程

28.分析如何使用微分法进行光电信号的二值化处理，并给出原理框图？

【分析】

1. 简述差动法双通道测量系统的工作原理，分析双通道测量系统比单通道测量系统相比有什么优点。

答：差动法双通道测量系统工作原理：光源发出的光借助于反射镜和透镜分别沿着基准通道和测量通道并行传送，在基准通道放置具有已知透过率的标准样品，

出射光经检测器件１接收作为参考信号，在测量通道放置待测样品，出射光经检测器件２接收并与参考信号比较处理，从而得到测量结果。与单通道相比，双通道测量系统能够消除由于光源波动和温度变化带来的影响。

2. 分析比较增量式编码器与绝对是编码器的异同点。

（１）增量式编码器图案均匀，光信号脉冲一样，可把任意位置作为基准点，从该点起将位移或转角按一定的量化单位检测，计量脉冲数即可折算成位移或转角。零点可以任意予置，测量范围仅受计数器容量限制而与光学器件无关。没有确定的测量点，断电则丢失当前位置，噪声的影响造成计数误差会逐渐积累，无法输出绝对位置信息。（2分）

（２）绝对式编码器图案不均匀，光信号脉冲不一样，它是在可运动的光学元件的各位置坐标上刻制出表示相应坐标的代码形式的绝对地址，在元件运动过程中读取这些代码实现实时测量坐标的变化。坐标固定，与测量前的状态无关，不需要运动时的位置重合；抗干扰能力强，无误差累积；切断电源信号消失，但通电后能恢复原状态；信号并行传送，不需要方向判别和可逆计数等。可将任意位置取作零点时需进行一定的运算。（3分）

3.分析热释电探测器的工作原理，并进一步说明为什么热释电探测器件要工作在居里温度以下？

工作原理：用交变的入射辐射照射热释电晶体，使得晶体的温度、晶体的自发计划以及由此因此的面束缚电荷均随入射辐射的频率变化而变化，如果频率较大，体内电荷来不及中和，结果就使得晶体在与极轴垂直的两端面间出现开路交流电压。如果接上相应负载，就会在负载的两端产生交流信号电压。（3分）

热释电器件的极化强度与温度有关，温度升高，极化强度降低，升高到一定温度，自发极化就突然消失，这个温度称为“居里温度”。在居里点以下，极化强度是温度的函数，热释电探测器件就是利用这点制造出的热敏类探测器。即热释电探测器件要工作在居里温度以下。

4.火炮身管直线度测量系统主要由哪些部分组成？分析如何进行身管内膛直线度的测量。

火炮身管直线度测量系统主要由激光器、光束准直系统和光电接收及处理电路组成。激光器可采用氦氖激光器，激光器、接收器选用四象限光电池，固定在靶标上，两者分别放置于炮口和炮尾。将激光束的强度中心作为直线基准，调整使其对准四象限光电池的检测中心，移动靶标，探测器件输出信号，信号处理后输入到记录器上记录不直度曲线。

7.如下图电路所示，简要说明如何使用光敏电阻实现路灯自动点熄控制？

光敏电阻在光照强（白天）的时候电阻小、电路中电流变大，能驱动继电器，关闭路灯，在光照弱（晚上）的时候电阻大电路中电流变小，不能驱动继电器，继电器就会接通另一开关，从而打开路灯。

8.设计一直线度检测系统，画出简图，并叙述其工作原理。

9.使用相位法进行距离的测量，画出简图，并说明系统测距原理。

【设计】

六、设计题

1.某造纸厂生产的纸张为宽1米的长条状，需要切成长2米/张，根据下图裁纸机和浮动阈值二值化电路，试设计一个光电检测系统来实现，阐述其原理并画出系统示意图。

（a）浮动阈值二值化电路（b）裁纸机

答：光源发出的光被分束镜分为两路，一路经履带边缘透过被光电检测器件接收变成电压信号Ui，成为浮动阈值电路的输入端，另一路直接进入阈值电路的光电转换器件转换成阈值电压。当纸进入接收器视场时，光电器件输出光电流减小，引起输出电压的跳变，此时输出信号Uo为低电平，裁纸刀下落，纸切断后，器件又恢复照亮时的状态，输出信号Uo为高电平，裁纸刀抬起，如此反复，实现自动裁剪。

2. 利用激光扫描测量法设计回转体直径检测系统，画出典型激光扫描检测系统原理图，说明检测原理、使用的器件和测量数学模型。

3.试说明脉冲法激光测距仪和相位法激光测距仪的测距原理，并选用适当的方法精确测量出两座建筑物之间的距离Ｌ，要求△Ｌ≈±５ｃｍ，绘制相应的原理框图，并简述其工作原理。

答：

4.根据实验课内容，试设计基于CCD器件的钢棒直径测量系统？

5.运用所学知识，设计一套激光监听装置，要求在10米外用激光器照射房间玻璃，监听房间内谈话内容。

激光监听与声源定位系统是利用激光获得室内被监听对象内容及位置信息。本文提出一种基于四象限探测器的设计方案，其工作原理为声源的振动引起玻璃表面的受迫振动，准直的激光光束经玻璃反射后产生载有声源振动信息的反射光，利用四象限探测器(QD)各象限的光积分关系分析反射光斑中心位置信息，并处理即可还原声音信息，可有效地消除背景光的干扰。

声波经过空气传播至窗户、水杯等玻璃物体时，会产生声压于玻璃表面，引起玻璃振动。玻璃表面的反应只和直接作用在上面的局部声压成正比[5]。

因此利用激光束照射到玻璃表面时，受声波振动影响的玻璃会调制反射激

光。激光监听与声源定位系统能够实现两个功能，对被监测的房间室内的还原，以及对声源位置的定位。声音信息还原部分实质上是一台激光监听仪，它主要由激光器及其光机结构，四象限探测器及其驱动控制处理电路组成。定位功能由三台激光监听仪和到达时差法定位模块两部分共同实现。系统原理结构如图所示。

系统原理结构图

1、阐述用差动法检测溶液浓度的工作原理及工作过程。（13分）

3、CCD测细丝直径d

3、在微弱辐射作用下，光电导材料的光电灵敏度有什么特点，？为什么要把光敏电阻制造成蛇形？

答：在微弱辐射下，光电导材料的光电灵敏度是定值，光电流与入射光通量成正比，即保持线性关系。

因为产生高增益系数的光敏电阻电极间距需很小（即t dr小），同时光敏电阻集光面积如果太小而不实用，因此把光敏电阻制造成蛇形，既增大了受光面积，又减小了极间距。

说明汽车光电式车速传感器的工作原理

LED

1.答：汽车的光电式车速传感器的工作原料：当遮光板不能遮断光速时，放光二极管的光射带光敏三极管上，光敏三极管的集电极中有电流通过，该管导通，这时三极管也导通，因此在S1端子上就有5V电压输出。脉冲频率取决于车速，子车速为60km/h时，仪表绕性驱动轴的转速为637r/min，仪表软轴每转一圈，传感器就有20个脉冲输出。

说明汽车光电式转向盘转角传感器的设计原理

输出信号A

刷出信号B

5.答：设计转向盘传感器时，将两个信号发送器通、断变换的相位角错开90度。汽车直线行驶时，信号A处于通断状态（高电平）的中间位置，转向时，根据信号A下降沿外信B的状态;即可判断出转向的方向，信号A由断状态变为同状态（低电压）时，如果信号B为通状态，则为左转向；如果信号B为断状态，则为右转向。

根据下图的外差检测试验装置，说明其工作原理

CO1激光器

答：这是外差检测的实验装置，光源是进过稳频的CO2激光器。由分束镜把入射光分成两路：一路经过反射的作为本振光波，其频率为fL；另一路经过偏心轮反射，并由透镜聚焦到可变光澜上作为信号光束。偏心轮转动相当于目标沿光波方向并有一运动速度，光的回波就产生了多普勒频移，其频率为fs。可变光澜用来限制两光束射向光电检测器的空间方向。线栅偏振镜用来使两束光变为偏振方向相同的干光，然后两束光垂直投射到检测器上。

、某生产线上需要设计一个产品尺寸自动光电检测分拣线，检测标准是：对尺寸在一定范围内的产品视为合格品，超出该范围的产品视为不合格品。请设计出满足上述功能要求的原理图，并对其结构、原理予以论述。

设计：（自己选其中一种方案）

方案一：

原理：利用光电传感器和继电器判别长度

缺陷：物体移动速度的变化会影响检测结果的可靠性

方案二：

原理：利用门电路检测物体的长度

不足：继电器动作慢、体积大、寿命短

1、设计一套测量材料透过率的光电测试自动装置，要求消除光源的不稳定性因素的影响。

⑴绘出工作原理图。⑵绘出原理框图。⑶说明工作原理。

答：⑴工作原理图

⑵原理框图

⑶说明工作原理：

①在装上被测样品4之前，光屏处于最大吸收位置，并使二通道的输出光通量相等，处于平衡状态。

②当插入被测样品之后，测量通道的光通量减少。此时若移动光屏改变透过率值使光屏上透过增大恰好等于被测样品的吸收值，这就可以使二个通道重新达到平衡。

③光屏的移动由与之相连的指针机构9显示，指针的位置和不同被测样品的透过率相对应。

④这样，光屏或指针的位置就是被测透过率的量度值，并在二通道的输出光通量相等时读出。

2、主动红外报警电路如图所示，分析它的工作原理？

答：当光信号被阻挡时，光敏三极管处于截止状

态，光敏三极管的集电极为高电平，即三极管基极为

高电平，三极管饱和导通，三极管的集电极为低电平，

驱动继电器J工作，使开关闭合，电路形成回路，晶

闸管控制端有效，晶闸管导通，报警器正常工作。S

为复位键。

当有光信号时，光敏三极管处于导通状态，光敏

三极管的集电极为低电平，即三极管基极为低电平，

三极管截止，三极管的集电极为高电平，驱动继电器

不工作，开关保持断开状态，晶闸管控制端无效，报

警器不工作。

3、照明灯的光控原理图如图所示，分析工作原理。

答：二极管D和电容C组成半波整流滤波电路，为

光电控制电路提供直流电源；电阻R、光敏电阻和继电器

绕组组成测光与控制电路；继电器常闭触头构成执行电路，

它控制照明灯的开关。

光敏电阻在有强光照时（白天），电阻值降低，通过光

敏电阻的电流增大，继电器工作，常闭触头断开，路灯熄

灭。当弱光照时，光敏电阻的电阻值很大，电路中的电流

很小，而不足以驱动继电器工作，常闭触头保持，路灯点

亮。

4

5、相机电子快门工作原理分析

答：R1/RW1/RW2/R/C1/S组成电压比较器；R/RW2/C1/S组

成充电电路，决定曝光时间；R2/D/M/T组成执行电路。在初始状

态，开关处于图中所示的位置，运放的反相输入端的电压高于同

相输入端的电压，运放输出低电平，T截止，电磁铁不吸合，快

门叶片闭合。

当按动快门的按钮S时，电容两端的电压不能突变，所以C

两端的电压为零，运放的反相输入端的电压低于同相输入端的电

压，运放输出高电平，T导通，电磁铁吸合，快门叶片打开，照

相机开始曝光。于此同时，电容C开始充电，运放反相输入端的

电压开始上升，当电压上升至大于同相输入端电压时运放输出低

电平，T截止，电磁铁失去吸合，快门叶片闭合，曝光结束。

6、设计一使用CCD面阵器件测量外径尺寸的光电检测系统，要求画出系统框图，并说明工作原理。

利用CCD进行工件尺寸测量的原理是根据工件成像轮廓覆盖的光敏单元的数量来计算工件尺寸数据。如果在光学系统放大率为1/M的装置中，有：

2

=

(±

L)

Nd

M

d

式中：L—工件尺寸；N—覆盖的光敏单元数；d—相邻光敏单元中心距离（±2d 为图像末端两个光敏单元之间可能的最大误差）。

CCD测量系统由光学系统、图像传感器和微处理机等组成。

光电检测总结

第一章概论 1.检测技术的概念与分类。 定义：确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作 检测技术分类 按工作原理：机械式阻抗式电量式光电式辐射式 按工作方式：接触式，非接触式 按工作物质：电量式，非电量式 2.光电检测技术特点，光电检测系统组成。 特点：光电检测技术以激光、红外、光纤等现代光电器件为基础，通过对载有被检测 光学变换电路处理 第二章基础知识 电磁波谱图

i o V P V S 光谱光视效率函数 器件的基本特性参数 响应特性 噪声特性 量子效率 线性度 工作温度 一、响应特性 １．响应度（或称灵敏度）：是光电探测器输出信号与输入光功率之间关系的度量。描 述的是光电探测器件的光电转换效率。 响应度是随入射光波长变化而变化的 响应度分电压响应率和电流响应率 电压响应率： 光电探测器件输出电压与入射光功率之比 电流响应率：光电探测器件输出电流与入射光功率之比 ２．光谱响应度：探测器在波长为λ的单色光照射下，输出电压或电流与入射的单色光功率之比 ３．积分响应度：检测器对各种波长光连续辐射量的反应程度． ４．响应时间：响应时间τ是描述光电探测器对入射光响应快慢的一个参数. 上升时间：入射光照射到光电探测器后，光电探测器输出上升到稳定值所需要的时间。 下降时间：入射光遮断后，光电探测器输出下降到稳定值所需要的时间。 ５．频率响应：光电探测器的响应随入射光的调制频率而变化的特性称为频率响应

二、噪声特性 在一定波长的光照下光电探测器输出的电信号并不是平直的，而是在平均值上下随机地起伏，它实质上就是物理量围绕其平均值的涨落现象 用均方噪声来表示噪声值大小 噪声的分类及性质 外部干扰噪声:人为干扰噪声的和自然干扰噪声。 人为干扰：电子设备的干扰噪声。如焦距测量仪在日光灯下，人的走动对干涉仪的光程影响。 自然干扰：雷电、太阳等。如光电导盲器在太阳下 内部噪声:人为噪声和固有噪声两类。 人为噪声：如工频交流电（50Hz)、测试仪器的散热风扇引起的光路变化。 固有噪声：散粒噪声、热噪声、产生-复合噪声、1/f噪声、温度噪声 光电探测器常见的噪声 热噪声：载流子无规则的热运动造成的噪声。热噪声存在于任何电阻中，热噪声与温度成正比，与频率无关，热噪声又称为白噪声。 散粒噪声：入射到光探测器表面的光子是随机的，光电子从光电阴极表面逸出是随机的，PN结中通过结区的载流子数也是随机的。 散粒噪声也是白噪声，与频率无关。散粒噪声是光电探测器的固有特性，对大多数光

光电检测技术试题及答案

光电检测技术试题及答案 光电检测技术试题及答案1、光电器件的基本参数特性有哪些? (响应特性噪声特性量子效率线性度工作温度) @响应特性分为电压响应度电流响应度光谱响应度积分响应度响应时间频率响应 @噪声分类：热噪声散粒噪声产生-复合噪声 1/f噪声信噪比S/N 噪声等效功率NEP 2、光电信息技术是以什么为基础，以什么为主体，研究和发展光电信息的形成、传输、接收、变换、处理和应用。 (光电子学光电子器件) 3、光电检测系统通常由哪三部分组成 (光学变换光电变换电路处理) 4、光电效应包括哪些 外光电效应和内光电效应) 外光电效应：物体受光照后向外发射电子——多发生于金属和金属氧化物。内光电效应：物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部而不会逸出物体外部——多发生在半导体。 内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。

光电导效应：半导体受光照后，内部产生光生载流子，使半导体中载流子数显著增加而电阻减少的现象。 光生伏特效应：光照在半导体PN结或金属—半导体接触面上时，会在PN结或金属—半导体接触的两侧产生光生电动势。 5、光电池是根据什么效应制成的将光能转换成电能的器件，按用途可分为哪几种? (光生伏特效应太阳能光电池和测量光电池) 6、激光的定义，产生激光的必要条件有什么? ( 定义：激光是受激辐射的光放大粒子数反转光泵谐振腔) 7、热释电器件必须在什么样的信号的作用下才会有电信号输出? (交变辐射) 8、 CCD是一种电荷耦合器件，CCD的突出特点是以什么作为信号，CCD的基本功能是什么? (电荷 CCD的基本功能是电荷的存储和电荷的转移。) 9根据检查原理，光电检测的方法有哪四种。 (直接作用法差动测量法补偿测量法脉冲测量法) 10、光热效应应包括哪三种。 (热释电效应辐射热计效应温差电效应) 11、一般PSD分为两类，一维PSD和二维PSD，他们各自用途是什么?

光电检测技术

光电检测技术总结 经过一学期的光电检测技术课程的学习，我们大致上了解了光电检测技术有许多方面的知识，按照传感器、转换电路、检测装置划分排列。接下来我们来仔细探讨一下究竟有什么值得我们学习的。 首先是光电技术的定义。何为光电技术？光电检测技术是以激光、红外、光纤等现代光电子器件作为基础，通过对被检测物体的光辐射，经光电检测器接收光辐射并转换为电信号，由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用信息，或进入计算机处理，最终显示输出所需要的检测物理参数。其中检测和测量有一些不同的地方：检测：通过一定的物理方式，分辨出被测参量并归属到某一范围带，以此来判别被测参数是否合格或是否存在。测量：将被测的未知量与同性质的标准量比较，确定被测量对标准量的倍数，并通过数字表示出这个倍数的过程。而光电检测技术的应用存在在生活中的每一个部分。比如人的视觉功能，人眼是一个直径为23mm的近似球体，眼球前方横径为11mm的透明角膜具有屈光作用，角膜后的虹膜中央有称为瞳孔的圆孔，它可以扩大或缩小以调节进入眼球的光亮。虹膜后的水晶体相当于光学系统中的透镜，其直径为9mm。在眼球的后方有视网膜，这是光学细胞和杆状细胞，它们和视网膜上的其他细胞组成的微小感光单元。这些感光单元接收光刺激后转化为神经冲动，经视神经传导到大脑的高级视觉中枢，从而产生亮度和彩色的感觉，同时也形成有关物体状和大小的判断。因此，人眼是一个高灵敏度、高分辨率和极为复杂而精巧的光传感器。正好光学仪器是人眼的视觉扩展，通过利用光辐射的各种现象和特性，摄取信息实现控制的有力工具，它是人类视觉参与下才能工作的。光学仪器一共在人类视觉上做出了以下的扩展：1、时间上扩展，可以通过摄像机记录过去的样子；2、空间上的扩展，通过地球卫星观看世界个地的样貌；3、识别能力的扩展，通过放大镜和显微镜我们能够观测到人眼看不见的细微东西。 光电检测系统由哪些东西组成？典型的光电仪器包括了精密机械、光学系统、光电信号传感器、电信号处理器和运算控制计算机以及输出显示设备等环节。各种环节分别实现各自的职能，组成光、机、电的综合系统。一个典型的光电检测系统的组成由辐射源开始，依次为传输媒质、检测目标、光学系统、光点检测器件、信息处理、输出设备。其中辐射源通过传输媒质由对象空间进入到光电系统。

光电检测技术课程作业及答案(打印版)

思考题及其答案 习题01 一、填空题 1、通常把对应于真空中波长在（0.38m μ）范围内的电磁辐 μ）到（0.78m 射称为光辐射。 2、在光学中，用来定量地描述辐射能强度的量有两类，一类是（辐射度学量），另一类是(光度学量)。 3、光具有波粒二象性，既是（电磁波），又是（光子流）。光的传播过程中主要表现为（波动性），但当光与物质之间发生能量交换时就突出地显示出光的（粒子性）。 二、概念题 1、视见函数：国际照明委员会（CIE）根据对许多人的大量观察结果，用平均值的方法，确定了人眼对各种波长的光的平均相对灵敏度，称为“标准光度观察者”的光谱光视效率V(λ),或称视见函数。 2、辐射通量：辐射通量又称辐射功率，是辐射能的时间变化率，单位为瓦(1W=1J/s)，是单位时间内发射、传播或接收的辐射能。 3、辐射亮度：由辐射表面定向发射的的辐射强度，除于该面元在垂直于该方向的平面上的正投影面积。单位为(瓦每球面度平方米) 。 4、辐射强度：辐射强度定义为从一个点光源发出的，在单位时间内、给定方向上单位立体角内所辐射出的能量，单位为W／sr(瓦每球面度)。 三、简答题 辐射照度和辐射出射度的区别是什么？ 答：辐射照度和辐射出射度的单位相同，其区别仅在于前者是描述辐射接

收面所接收的辐射特性，而后者则为描述扩展辐射源向外发射的辐射特性。 四、计算及证明题 证明点光源照度的距离平方反比定律，两个相距10倍的相同探测器上的照度相差多少倍？答： 2 22 4444R I R I dA d E R dA d E R I I ===∴=ππφπφφπφ＝的球面上的辐射照度为半径为又＝的总辐射通量为在理想情况下，点光源设点光源的辐射强度为ΘΘ ()1 2222222221 122 12 11001001010E E L I E L I L I L I E R I E L L L L =∴====∴= =ΘΘ又的距离为第二个探测器到点光源， 源的距离为设第一个探测器到点光 习题02 一、填空题 1、物体按导电能力分（绝缘体）（半导体）（导体）。 2、价电子的运动状态发生变化,使它跃迁到新的能级上的条件是（具有能向电子提供能量的外力作用）、（电子跃入的那个能级必须是空的）。 3、热平衡时半导体中自由载流子浓度与两个参数有关：一是在能带中（能态的分布），二是这些能态中（每一个能态可能被电子占据的概率）。 4、半导体对光的吸收有（本征吸收）（杂质吸收）（自由载流子吸收）（激子吸收）（晶格吸收）。半导体对光的吸收主要是（本征吸收）。 二、概念题 1、禁带、导带、价带：

光电探测技术实验报告

光电探测技术实验报告 班级：08050341X 学号：28 姓名：宫鑫

实验一光敏电阻特性实验 实验原理: 光敏电阻又称为光导管,是一种均质的半导体光电器件,其结构如图(1)所示。由于半导体在光照的作用下,电导率的变化只限于表面薄层,因此将掺杂的半导体薄膜沉积在绝缘体表面就制成了光敏电阻，不同材料制成的光敏电阻具有不同的光谱特性。光敏电阻采用梳状结构是由于在间距很近的电阻之间有可能采用大的灵敏面积,提高灵敏度。 实验所需部件: 稳压电源、光敏电阻、负载电阻（选配单元）、电压表、 各种光源、遮光罩、激光器、光照度计（由用户选配） 实验步骤: 1、测试光敏电阻的暗电阻、亮电阻、光电阻 观察光敏电阻的结构,用遮光罩将光敏电阻完全掩 盖,用万用表测得的电阻值为暗电阻 R暗,移开遮光罩，在环境光照下测得的光敏电阻的 阻值为亮电阻，暗电阻与亮电阻之差为光电阻，光 电阻越大，则灵敏度越高。 在光电器件模板的试件插座上接入另一光敏电阻， 试作性能比较分析。 2、光敏电阻的暗电流、亮电流、光电流 按照图(3)接线，电源可从+2~+8V间选用，分别在暗光和正常环境光照下测出输出电压V暗和V亮则暗电流L暗=V暗/R L,亮电流L亮=V亮/R L，亮电流与暗电流之差称为光电流，光电流越大则灵敏度越高。 分别测出两种光敏电阻的亮电流，并做性能比较。 图（2）几种光敏电阻的光谱特性 3、伏安特性: 光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系。 按照图(3)分别测得偏压为2V、4V、6V、8V、10V、12V时的光电流，并尝试高照射光源的光强，测得给定偏压时光强度的提高与光电流增大的情况。将所测得的结果填入表格并作出V/I曲线。 注意事项: 实验时请注意不要超过光电阻的最大耗散功率P MAX, P MAX=LV。光源照射时灯胆及灯杯温度均很高，请勿用手触摸，以免烫伤。实验时各种不同波长的光源的获取也可以采用在仪器上的光源灯泡前加装各色滤色片的办法，同时也须考虑到环境光照的影响。

《光电检测技术》考试大纲

《光电检测技术》考试大纲 一、课程性质 专业基础课。 二、适用科学 仪器科学与技术、光学工程(包括专业型硕士：仪器仪表工程、光学工程)。 三、试卷结构 基础知识占60％，应用能力占40％。 四、参考书目 教材：徐熙平、张宁编著，光电检测技术及应用，机械工业出版社，2016 参考：雷玉堂主编，光电检测技术，中国计量出版社，2009 王庆有主编，光电传感应用技术，机械工业出版社，2011 五、考试内容与基本要求 第一章绪论 [考试要求]光电检测技术及特点、光电检测系统的组成。 [考试内容]光电检测技术、光电检测系统的组成。 第二章光电检测技术基础 [考试要求] 辐射度量和光度量的基本概念，半导体的物理基础，半导体对光的吸收，各类光电效应概念，光电器件的基本参数。 [考试内容] 辐射度量和光度量的基本概念 半导体物理基础：半导体特性、能带、半导体导电结构、载流子的运动， PN结、半导体对光的吸收； 内光电效应：光电导效应、光生伏特效应； 外光电效应； 光电器件常用的各种基本参数。 第三章光电检测器件 [考试要求]光电导器件、光生伏特器件、光电发射器件、热辐射探测器件、热释电器件、光电耦合器件和图像传感器件等各种光电传感器的结构、工作原理、 特性参数和使用方法，关键参数计算等。 [考试内容]光电导器件：光敏电阻； 光生伏特器件：光敏二极管、硅光电池、光敏晶体管、光电位置敏感器件；

光电发射器件：光电倍增管； 热辐射探测器件：热敏电阻、热电偶、热电堆； 热释电器件：工作原理，居里温度，热释电器件优点； 光耦合器件：定义、原理、如何用光耦合器件组成简单的逻辑电路？ 图像传感器：电荷耦合器件、CMOS图像传感器、红外热成像、图像的增强 与变像。 第四章半导体发光管与激光器 [考试要求] 发光二极管、激光器等常用光源的工作原理、特性及其应用。 [考试内容]发光二极管：发光机理、应用； 半导体激光器：发光机理、结构； 几种典型的激光器：气体激光器、固体激光器结构。 第五章辐射信号检测 [考试要求] 辐射信号检测的方法，如直接检测、光外差检测、基于几何光学方法的光电信息变换检测、温度检测、莫尔条纹检测，并结合实际举例说明了如何 使用调制盘检测、投影放大法、光三角法、光扫描法、光焦点法等进行长、 宽尺寸测量的原理、结构，典型信号检测的优缺点。 [考试内容]直接探测法：光学系统、调制盘； 光外差探测法：探测原理、光外差探测的特性； 几何光学方法的光电信息变换：长、宽、位移、速度； 莫尔条纹特点及特性参数计算。 第六章光电检测系统典型电路 [考试要求] 常用的光电传感器如光敏电阻、光敏二极管、CCD电荷耦合器件等对应的典型电路，并举例说明了使用可编程逻辑器件进行CCD驱动的方法，视 频信号的二值化处理方法，光电信号常用的辨向处理和细分电路。 [考试内容]光敏电阻的变换电路：基本偏置、恒流电路、恒压电路； 光生伏特器件的偏置电路：反偏、零偏； CCD器件驱动电路：驱动电路时序方法、可编程器件产生驱动时序； 视频信号二值化处理电路：阈值法、微分法； 常用的光电信号辨向处理与细分电路。 第七章微弱信号检测

光电检测技术期末试卷试题大全

1、光电器件的基本参数特性有哪些? （响应特性噪声特性量子效率线性度工作温度） 响应特性分为电压响应度电流响应度光谱响应度积分响应度响应时间频率响应 噪声分类：热噪声散粒噪声产生-复合噪声1/f噪声信噪比S/N 噪声等效功率NEP 2、光电信息技术是以什么为基础，以什么为主体，研究和发展光电信息的 形成、传输、接收、变换、处理和应用。 （光电子学光电子器件） 3、光电检测系统通常由哪三部分组成 （光学变换光电变换电路处理） 4、光电效应包括哪些 外光电效应和内光电效应） 外光电效应：物体受光照后向外发射电子——多发生于金属和金属氧化物。 内光电效应：物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部而不会逸出物体外部——多发生在半导体。 内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。 光电导效应：半导体受光照后，内部产生光生载流子，使半导体中载流子数显著增加而电阻减少的现象。 光生伏特效应：光照在半导体PN结或金属—半导体接触面上时，会在PN结或金属—半导体接触的两侧产生光生电动势。 5、光电池是根据什么效应制成的将光能转换成电能的器件，按用途可分为 哪几种？ （光生伏特效应太阳能光电池和测量光电池） 6、激光的定义，产生激光的必要条件有什么？ （定义：激光是受激辐射的光放大粒子数反转光泵谐振腔） 7、热释电器件必须在什么样的信号的作用下才会有电信号输出？ （交变辐射） 8、CCD是一种电荷耦合器件，CCD的突出特点是以什么作为信号，CCD的 基本功能是什么？ （电荷CCD的基本功能是电荷的存储和电荷的转移。） 9根据检查原理，光电检测的方法有哪四种。 （直接作用法差动测量法补偿测量法脉冲测量法） 10、光热效应应包括哪三种。 （热释电效应辐射热计效应温差电效应） 11、一般PSD分为两类，一维PSD和二维PSD，他们各自用途是什么？ （一维PSD主要用来测量光点在一维方向的位置；二维PSD用来测定光点在平面上的坐标。） 12、真空光电器件是基于什么效应的光电探测器，它的结构特点是有一个真空管，其他元件都在真空管中，真空光电器件包括哪两类。 （外光电效应光电管光电倍增管） 二、名词解释 1、响应度 （响应度（或称灵敏度）：是光电检测器输出信号与输入光功率之间关系的度量。）2、信噪比 （是负载电阻上信号功率与噪声功率之比）

光电检测技术考试试卷

光电检测技术期中考试试卷 2014 一．选择题（20分） 1．对于费米能级，以下说法不正确的是（ ） A 一个平衡的系统只能有唯一一个费米能级 B 电子占据率为0.5时所对应的能级 C p 型半导体材料费米能级靠近价带顶 D n 型半导体材料费米能级靠近价带顶 2．负电子亲和势阴极和正电子亲和势比较有重要差别，参与发射的的电子（ ） A 不是冷电子，而是热电子 B 不是热电子，而是冷电子 C 既是冷电子，又是热电子 D 既不是冷电子，也不是热电子 3．下列器件按照响应速度由快到慢的顺序，正确的是（ ） A PIN 光电二极管 PN 结光电二极管 光电三极管 光敏电阻 B PIN 光电二极管 光敏电阻PN 结光电二极管 光电三极管 C 光电三极管 PIN 光电二极管 光敏电阻PN 结光电二极管 D PN 结光电二极管 光电三极管 PIN 光电二极管 光敏电阻 4．下列探测器的光－电响应时间，由少数载流子的寿命决定： （ ） A 光电导探测器 B 光电二极管 C 光电倍增管 D 光电倍增管 5．对于光敏电阻，下列说法不正确的是( ) A 弱光照下，光电流与照度之间具有良好的线性关系 B 光敏面做成蛇形，有利于提高灵敏度 C 光敏电阻光谱特性的峰值波长，低温时向短波方向移动 D 光敏电阻具有前历效应 6．下列光源中哪一种光源，可作为光电探测器在可见光区的积分灵敏度测量标准光源：（ ） A 氘灯 B 低压汞灯 C 色温2856K 的白炽灯 D 色温500K 的黑体辐射器 7．当黑体的温度升高时，其峰值光谱辐射出射度所对应的波长的移动方向为（ ） A.向短波方向移动 B.向长波方向移动 C.不移动 D.均有可能 8．表中列出了几种国外硅APD 的特性参数 根据表中数据，要探测830nm 的弱光信号，最为合适的器件是 （ ） A C30817E B C30916E C C30902E D C30902S 9．已知甲、乙两厂生产的光电器件在色温2856K 标准钨丝灯下标定出的灵敏度分别为uW uA S e /5=， lm A o S v /4.=，则甲乙两厂中光电器件灵敏度比较结果正确的是（ ） A. 甲场灵敏度高 B. 乙场灵敏度高 C. 甲乙两场灵敏度一样高 D. 无法比较

光电检测技术课程作业及答案(打印版)

光电检测技术课程作业及答案(打印版)

思考题及其答案 习题01 一、填空题 1、通常把对应于真空中波长在（0.38m μ）范围内的电磁辐 μ）到（0.78m 射称为光辐射。 2、在光学中，用来定量地描述辐射能强度的量有两类，一类是（辐射度学量），另一类是(光度学量)。 3、光具有波粒二象性，既是（电磁波），又是（光子流）。光的传播过程中主要表现为（波动性），但当光与物质之间发生能量交换时就突出地显示出光的（粒子性）。 二、概念题 1、视见函数：国际照明委员会（CIE）根据对许多人的大量观察结果，用平均值的方法，确定了人眼对各种波长的光的平均相对灵敏度，称为“标准光度观察者”的光谱光视效率V(λ),或称视见函数。 2、辐射通量：辐射通量又称辐射功率，是辐射能的时间变化率，单位为瓦(1W=1J/s)，是单位时间内发射、传播或接收的辐射能。 3、辐射亮度：由辐射表面定向发射的的辐射强度，除于该面元在垂直于该方向的平面上的正投影面积。单位为(瓦每球面度平方米) 。 4、辐射强度：辐射强度定义为从一个点光源发出的，在单位时间内、给定方向上单位立体角内所辐射出的能量，单位为W／sr(瓦每球面度)。 三、简答题 辐射照度和辐射出射度的区别是什么？ 答：辐射照度和辐射出射度的单位相同，其区别仅在于前者是描述辐射接

收面所接收的辐射特性，而后者则为描述扩展辐射源向外发射的辐射特性。 四、计算及证明题 证明点光源照度的距离平方反比定律，两个相距10倍的相同探测器上的照度相差多少倍？答： 2 22 4444R I R I dA d E R dA d E R I I ===∴=ππφπφφπφ＝的球面上的辐射照度为半径为又＝的总辐射通量为在理想情况下，点光源设点光源的辐射强度为ΘΘ ()1 2222222221 122 12 11001001010E E L I E L I L I L I E R I E L L L L =∴====∴= =ΘΘ又的距离为第二个探测器到点光源， 源的距离为设第一个探测器到点光 习题02 一、填空题 1、物体按导电能力分（绝缘体）（半导体）（导体）。 2、价电子的运动状态发生变化,使它跃迁到新的能级上的条件是（具有能向电子提供能量的外力作用）、（电子跃入的那个能级必须是空的）。 3、热平衡时半导体中自由载流子浓度与两个参数有关：一是在能带中（能态的分布），二是这些能态中（每一个能态可能被电子占据的概率）。 4、半导体对光的吸收有（本征吸收）（杂质吸收）（自由载流子吸收）（激子吸收）（晶格吸收）。半导体对光的吸收主要是（本征吸收）。 二、概念题 1、禁带、导带、价带：

南京理工大学-光电检测技术总结汇编

习题01 一、填空题 1、通常把对应于真空中波长在（0.38m μ）到（0.78m μ ）范围内的电磁辐射称为光辐射。 2、在光学中，用来定量地描述辐射能强度的量有两类，一类是（辐射度学量），另一类是(光度学量)。 3、光具有波粒二象性，既是（电磁波），又是（光子流）。光的传播过程中主要表现为（波动性），但当光与物质之间发生能量交换时就突出地显示出光的（粒子性）。 4、光量Q ：?dt φ，s lm ?。 5、光通量φ：光辐射通量对人眼所引起的视觉强度值，单位：流明lm 。 6、发光强度I ：光源在给定方向上单位立体角内所发出的光通量，称为光源在该方向上的发光强度，ωφd d /，单位：坎德拉)/(sr lm cd 。 7、光出射度M ：光源表面单位面积向半球面空间内发出的光通量，称为光源在该点的光出射度，dA d /φ,单位：2/m lm 。 8、光照度E ：被照明物体单位面积上的入射光通量，dA d /φ，单位：勒克斯lx 。 9、光亮度L ：光源表面一点的面元dA 在给定方向上的发光强度dI 与该面元在垂直于给定方向的平面上的正投影面积之比，称为光源在该方向上的亮度，)cos /(θ?dA dI ，单位：2/m cd 。 10、对于理想的散射面，有Ee= Me 。 二、概念题 1、视见函数：国际照明委员会（CIE ）根据对许多人的大量观察结果，用平均值的方法，确定了人眼对各种波长的光的平均相对灵敏度，称为“标准光度观察者”的光谱光视效率V (λ),或称视见函数。 2、辐射通量e φ：是辐射能的时间变化率，单位为瓦 (1W=1J/s)，是单位时间内发射、传播或接收的辐射能。 3、辐射强度e I ：从一个点光源发出的，在单位时间内、给定方向上单位立体角内所辐射出的能量，单位为W ／sr(瓦每球面度)。 4、辐射出射度e M ：辐射体在单位面积内所辐射的通量，单位为2/m W 。 5、辐射照度e E ：单位面积内所接收到的辐射通量，单位为2/m W 。 6、辐射亮度e L ：由辐射表面给定方向发射的辐射强度，除于该面元在垂直于给定方向的平面上的正投影面积。单位为)/(2sr m W ?。 7、光谱响应度：探测器在波长为λ的单色光照射下，输出电压或电流与入射的单色光功率之比。 8、朗伯定律：发光体在各方向上的辐射亮度一致，有θcos o e I I =。 9、光学多普勒效应：运动物体能改变入射于其上的光波频率。 10、黑体：是一个理想的余弦辐射体，其亮度与方向无关。 11、积分响应度：光电探测器输出的电流或电压与入射总通量之比。

光电测试技术考试版

1、光电测试技术的发展，从功能上来看具有什么特点： 1、 从静态测量向动态测量发展； 2、 从逐点测量向全场测量发展； 3、 从低速测量向高速测量发展，同时具有存储和记录功能。 2、测量中应遵循的原则：阿贝原则，封闭原则 3、人眼进行调焦的方法中最简单、最常用的是清晰度法和消视差法。 人眼的对准不确定度和调焦不确定度 最简便最常用的调焦方法是清晰度法和消视差法。 清晰度法是以目标与比较标志同样清晰为准。调焦不确定度是由于存在几何焦深和物理焦深所造成的。 消视差法是以眼睛在垂轴平面上左右摆动也看不出目标和标志有相对横移为准的。 用望远镜调焦的目的是提高精度、准确度 4、 光电对准按功能原理分类： a) 光度式：普通光度式、差动光度式 b) 相位式:光度式的基础上加入一个调制器即成为相位式 5、 关于光具座： 测量焦距时使用玻罗板 6、 分辨率测试技术有几种判据？ ? 瑞利（Rayleigh ）判据认为，当两衍射斑中心距正好等于第一暗环的半径时，人眼刚 能分辨开这两个像点，这时两衍射斑的中心距为 ? 道斯（Dawes ）判据认为，人眼刚能分辨两个衍射像点的最小中心距为 ? 斯派罗（Sparrow ）判据认为，当两个衍射斑之间的合光强刚好不出现下凹时为刚可 分辨的极限情况，两衍射斑之间的最小中心距为 例：假设汽车两盏灯相距r =1.5m ，人的眼睛瞳孔直径D=4mm ，问最远在多少米的地方，人眼恰好能分辨出这两盏灯? 1－平行光管 2－透镜夹持器 3－测量显微镜 4－ 测微目镜 5－导轨 1 2 3 4 5 0'1.22 1.22f F D σλλ==0 1.02F σλ=00.947F σλ=

光电检测课程总结

1.光电检测技术的特点 高精度：从地球到月球激光测距的精度达到1米。 高速度：光速是最快的。 远距离、大量程：遥控、遥测和遥感。 非接触式检测：不改变被测物体性质的条件下进行测量。 寿命长：光电检测中通常无机械运动部分，故测量装置寿命长，工作可靠、准确度高，对被测物无形状和大小要求。 数字化和智能化：强的信息处理、运算和控制能力。 2.简述本征吸收、杂质吸收。 本征吸收:电子从价带激发到导带引起的吸收称为本征吸收, 当一定波长的光照射到半导体上时，电子吸收光后能从价带跃迁入导带，显然，要发生本征吸收，光子能量必须大于半导体的禁带宽度Eg。 杂质吸收:由光纤材料的不纯净而造成的附加吸收损耗 (二章38-43)3.外光电效应、内光电效应、光伏效应 外光电效应：固体受光照后从其表面逸出电子的现象称为光电发射效应或外光电效应。当金属或半导体受到光照射时，其表面和体内的电子因吸收光子能量而被激发，如果被激发的电子具有足够的能量，足以克服表面势垒而从表面离开，产生了光电子发射效应。被光逸出的电子称为光电子,基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。 内光电效应：物质受到光辐射的作用后，内部电子能量状态产生变化，但不存在表面发射电子的现象。 (二章57）光伏效应：又称光生伏特效应，是指由内建电场形成势垒，此势垒将光照产生的电子空穴对分开，从而在势垒两侧形成电荷堆积，产生光生电动势的效应。 (二章91-112)4.简述光电探测器的特性参数。 响应特性、噪声特性、量子效率、线性度、工作温度 响应度（或称灵敏度）：是光电探测器输出信号与输入光功率之间关系的量度。描述的是光电探测器件的光电转换效率(响应度是随入射光波长变化而变化的,响应度分电压响应率和电流响应率)[电压响应度:光电探测器件输出电压与入射光功率之比;电流响应度:光电探测器件输出电流与入射光功率之比;光谱响应度：探测器在波长为λ的单色光照射下，输出电压或电流与入射的单色光功率之比;积分响应度：检测器对各种波长光连续辐射量的反应程度;响应时间：响应时间τ是描述光电探测器对入射光响应快慢的一个参数(上升时间：入射光照射到光电探测器后，光电探测器输出上升到稳定值所需要的时间。下降时间：入射光遮断后，光电探测器输出下降到稳定值所需要的时间。);频率响应：光电探测器的响应随入射光的调制频率而变化的特性称为频率响应] 噪声特性:在一定波长的光照下光电探测器输出的电信号并不是平直的，而是在平均值上下随机地起伏，它实质上就是物理量围绕其平均值的涨落现象[光电探测器常见的噪声：热噪声、散粒噪声、产生-复合噪声、1/f噪声] 工作温度：工作温度就是指光电探测器最佳工作状态时的温度。光电探测器在不同温度下，性能有变化。 5.光子器件和热电器件的区别 光子器件：响应波长有选择性，一般有截止波长，超过该波长，器件无响应。响应快，吸收辐射产生信号需要的时间短，一般为纳秒到几百微秒。 热电器件：响应波长无选择性，对可见光到远红外的各种波长的辐射同样敏感，响应慢，一

传感器与检测技术总结材料

《传感器与检测技术》总结 ：王婷婷 学号：14032329 班级：14-11

传感器与检测技术 这学期通过学习《传感器与检测技术》，懂得了很多，以下是我对这本书的总结。 第一章 概 述 传感器的作用是：传感器是各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件，具有不可替代的重要作用。 传感器的定义：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。 传感器的组成：被测量量---敏感元件---转换元件----基本转换电路----电量输出 传感器的分类：按被测量对象分类（部系统状态的部信息传感器{位置、速度、力、力矩、温度、导演变化}、外部环境状态的外部信息传感器{接触式[触觉、滑动觉、压觉]、非接触式[视觉、超声测距、激光测距）；按工作机理分类（结构型{电容式、电感式}、物性型{霍尔式、压电式}）；按是否有能量转换分类（能量控制型[有源型]、能量转换型[无源型]）；按输出信号的性质分类（开关型[二值型]{接触型[微动、行程、接触开关]、非接触式[光电、接近开关]}、模拟型{电阻型[电位器、电阻应变片]，电压、电流型[热电偶、光电电池]，电感、电容型[电感、电容式位置传感器]}、数字型{计数型[脉冲或方波信号+计数器]、代码型 [回转编码器、磁尺]}）。 传感器的特性主要是指输出与输入之间的关系。当输入量为常量，或变化极慢时，称为静态特性；输出量对于随时间变化的输入量的响应特性，这一关系称为动态特性，这一特性取决于传感器本身及输入信号的形式。可以分为接触式环节（以刚性接触形式传递信息）、模拟环节（多数是非刚性传递信息）、数字环节。动态测量输入信号的形式通常采用正弦周期（在频域）信号和阶跃信号(在时域)。 传感器的静态特性：线性度（以一定的拟合直线作基准与校准曲线比较% 100max ??=Y L L δ）、迟滞、重复性、灵敏度（K0=△Y/△X=输出变化量/输入变化量 =k1k2···kn ）和灵敏度误差（rs=△K0/K0×100%、稳定性、静态测量不确定性、其他性能参数：温度稳定性、抗干扰稳定性。 传感器的动态特性：传递函数、频率特性（幅频特性、相频特性）、过渡函数。 0阶系统：静态灵敏度；一阶系统：静态灵敏度，时间常数；二阶系统：静态灵敏度，时间常数，阻尼比。 传感器的标定：通过各种试验建立传感器的输入量与输出量之间的关系，确定传感器在不同使用条件下的误差关系。国家标准测力机允许误差±0.001%，省、部一级计量站允许误差±0.01%，市、企业计量站允许误差±0.1%，三等标准测力机、传感器允许误差±（0.3～0.5）%，工程测试、试验装置、测试用力传感器允许误差±1%。分为静态标定和动态标定。 第二章 位 移 检 测 传 感 器 测量位移常用的传感器有电阻式、电容式、涡流式、压电式、感应同步器式、磁栅式、光电式。参量位移传感器是将被测物理量转化为电参数，即电阻、电容或电感等。发电型位移传感器是将被测物理量转换为电源性参量，如电动势、电荷等。属于能量转换型传感器，这类传感器有磁电型、压电型等。 电位计的电阻元件通常有线绕电阻、薄膜电阻、导塑料（即有机实心电位计）等。电位计结构简单，输出信号大，性能稳定，并容易实现任意函数关系。其缺点是要求输入能量大，电刷与电阻元件之间有干摩擦，容易磨损，产生噪声干扰。 线性电位计的空载特性：x K x l R R R x == ，KR----电位计的电阻灵敏度（Ω/m ）。电

《光电检测技术题库》

《光电检测》题库 一、填空题 1.光电效应分为内光电效应和外光电效应，其中内光电效应包括 和。 2.对于光电器件而言，最重要的参数是、和。 3.光电检测系统主要由光电器件、和等部分组成。 4.为了取得很好的温度特性，光敏二极管应在较负载下使用。 5.光电倍增管由阳极、光入射窗、电子光学输入系统、和等构成。 6.光电三极管的工作过程分为和。 7.激光产生的基本条件是受激辐射、和。 8.检测器件和放大电路的主要连接类型有、和 等。 https://www.wendangku.net/doc/261933860.html,D的基本功能是和。 10.已知本征硅材料的禁带宽度E g=1.2eV，则该半导体材料的本征吸收长波限为。 11. 非平衡载流子的复合大致可以分为和。 12.在共价键晶体中，从最内层的电子直到最外层的价电子都正好填满相应的能带，能量最高的是填满的能带，称为价带。价带以上的能带，其中最低的能带常称为，与之间的区域称为。 13.本征半导体在绝对零度时，又不受光、电、磁等外界条件作用，此时导带中没有，价带中没有，所以不能。 14.载流子的运动有两种型式，和。 15. 发光二极管发出光的颜色是由材料的决定的。 16. 光电检测电路一般情况下由、、组成。 17. 光电效应分为内光电效应和效应，其中内光电效应包括和，光敏电阻属于效应。 18.导带和价带中的电子的导电情况是有区别的，导带愈多，其导电能力愈强；而价带的愈多，即愈少，其导电能力愈强。 19.半导体对光的吸收一般有、、、和这五种形式。 20. 光电器件作为光电开关、光电报警使用时，不考虑其线性，但要考虑。 24.半导体对光的吸收可以分为五种，其中和可以产生光电效应。 22.光电倍增管由阳极、光入射窗、电子光学输入系统、和等构成，光电倍增管的光谱响应曲线主要取决于材料的性质。 23.描述发光二极管的发光光谱的两个主要参量是和。

光电探测实验报告

光电探测技术 实验报告 班级：10050341 学号：05 姓名：解娴

实验一光敏电阻特性实验 一、实验目的 1.了解一些常见的光敏电阻的器件的类型； 2.了解光敏电阻的基本特性； 3.测量不同偏置电压下的光敏电阻的电压与电流，并作出V/A曲线。 二、实验原理 伏安特性显示出光敏电阻与外光电效应光电元件间的基本差别。这种差别是当增加电压时，光敏电阻的光电流没有饱和现象，因此，它的灵敏度正比于外加电压。 光敏电阻与外光电效应光电元件不同，具有非线性的光照特性。各种光敏电阻的非线性程度都是各不相同的。 大多数场合证明，各种光敏电阻均存在着分析关系。这一关系为 式中，K为比例系数；是永远小于1的分数。 光电流的增长落后于光通量的增长，即当光通量增加时，光敏电阻的积分灵敏度下降。 这样的光照特性，使得解算许多要求光电流与光强间必需保持正比关系的问题时不能利用光敏电阻。 光照的非线性特性并不是一切光敏半导体都必有的。目前已有就像真空光电管—样，它的光电流随光通量线性增大的光敏电阻的实验室试样。光敏电阻的积分灵敏度非常大，最近研究出的硒—鎘光敏电阻达到12A／lm，这比普通锑、铯真空光电管的灵敏度高120，000倍。

三、实验步骤 1、光敏电阻的暗电流、亮电流、光电流 按照图1接线，电源可从+2V～+8V间选用，分别在暗光和正常环境光照下测出输出电压V暗和V亮。则暗电流L暗=V暗/RL,亮电流L亮=V亮/RL，亮电流与暗电流之差称为光电流，光电流越大则灵敏度越高。 2、伏安特性 光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系即为伏安特性。按照图1接线，分别测得偏压为2V、4V、6V、8V、10V时的光电流，并尝试高照度光源的光强，测得给定偏压时光强度的提高与光电流增大的情况。将所测得的结果 填入表格并做出V/I曲线。 图1光敏电阻的测量电路 偏压2V4V6V8V10V12V 光电阻I 四、实验数据 实验数据记录如下： 光电流： E/V246810 U/V0.090.210.320.430.56 I/uA1427.54255.270.5 暗电流：0.5uA 实验数据处理：

光电检测技术题库试卷

光电检测技术题库试卷 一、单项选择题（每小题2分,共40分） 1．材料的禁带宽度，最大的是( C ) A. 金属; B. 杂质半导体 C. 绝缘体; D. 本征半导体． 2．紫外线频率的范围在（ D ）． A. 1011～1012 B. 108～109 C. 1013～1014 D. 1015～1016 3．等离子体是一种( B ). A. 气体光源 B. 固体光源 C. 液体光源 D. 激光光源4．费米能级Ef的意义是电子占据率为( D )时所对应的能级 A. 0； B. 0.1； C. 0.2； D. 0.5． 5．光源在指定方向上通过单位立体角内的辐射通量的多少，称为( B ). A. 辐功率； B. 辐强度； C. 辐照度； D. 辐出度 6．光子探测是利用入射光和磁，产生（ B ）。使材料的电学性质发生变化。通过测量电学性质的变化，可以知道红外辐射的强弱。 A. 光子效应 B. 霍尔效应 C. 热电效应 D. 压电效应7．在光源λ一定的情况下，通过半导体的透射光强随温度T 的增加而( B )。

A. 增加; B. 减少; C. 不变; D. 不能确定． 8．电子亲和势，是指电子从（A 差。 A.导带底能级 B. 价带顶能级 C. 费米能级 D. 施主能级 9．光纤通信指的是（ B ）。 A. 以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式 B. 以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式 C. 以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式 D. 以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式 10．光电探测器单位信噪比的光功率，称为光电探测器的（ C ）。 A. 电流灵敏度; B. 光谱灵敏度; C. 噪声等效功率; D. 通量阈 11．N型半导体的费米能级处于禁带（B）. A. 中间 B. 上部 C. 下部 D. 不确定． 12．PN结和光敏电阻的时间常数（ B ）. A前者大 B. 后者大 C. 一样大 D. 不能确定 13. 下列像管的性能指标( A )的值越高，像管的成像质量越好。

光电检测技术知识点总结

1、光电效应应按部位不同分为内光电效应和外光电效应，内光电效应包括（光电导）和（光生伏特效应）。 2、真空光电器件是一种基于（外光电）效应的器件，它包括（光电管）和（光电倍增管）。结构特点是有一个真空管，其他元件都放在真空管中 3、光电导器件是基于半导体材料的（光电导）效应制成的，最典型的光电导器件是（光敏电阻）。 4、硅光电二极管在反偏置条件下的工作模式为（光电导），在零偏置条件下的工作模式为（光生伏特模式）。 5、变象管是一种能把各种（不可见）辐射图像转换成为可见光图像的真空光电成像器件。 6、固体成像器件（CCD）主要有两大类，一类是电荷耦合器件（CCD），另一类是（SSPD）。CCD电荷转移通道主要有：一是SCCD（表面沟道电荷耦合器件）是电荷包存储在半导体与绝缘体之间的界面，并沿界面传输；二是BCCD 称为体内沟道或埋沟道电荷耦合器件，电荷包存储在离半导体表面一定深度的体内，并沿着半导体内一定方向传输 7、光电技术室（光子技术）和（电子技术）相结合而形成的一门技术。 8、场致发光有（粉末、薄膜和结型三种形态。 9、常用的光电阴极有正电子亲合势光电阴极（PEA）和负电子亲合势光电阴极（NEA），正电子亲和势材料光电阴极有哪些（Ag-O-Cs,单碱锑化物，多碱锑化物）。 10、根据衬底材料的不同，硅光电二极管可分为（2DU）型和（2CU）型两种。 11、像增强器是一种能把微弱图像增强到可以使人眼直接观察的真空光电成像器件，因此也称为（微光管）。 12、光导纤维简称光纤，光纤有（纤芯）、（包层）及（外套）组成。 13、光源按光波在时间，空间上的相位特征可分为（相干）和（非相干）光源。 14、光纤的色散有材料色散、（波导色散）和（多模色散）。 15、光纤面板按传像性能分为（普通OFP）、（变放大率的锥形OFP）和（传递倒像的扭像器）。 16、光纤的数值孔径表达式为，它是光纤的一个基本参数、它反映了光纤的（集光）能力，决定了能被传播的光束的半孔径角 17、真空光电器件是基于（外光电）效应的光电探测器，他的结构特点是有一个（真空管），其他元件都置于（真空管）。 18、根据衬底材料的不同，硅光电电池可分为2DR（以P型硅作基底）型和（2CR）型两种。 19、根据衬底材料的不同，硅光点二、三级管可分为2CU和2DU、3CU和3DU 20、为了从数量上描述人眼对各种波长辐射能的相对敏感度，引入视见函数V（f）, 视见函数有（明视见函数）和（暗视见函数）。 21、PMT由哪几部分组成？入射窗口D、光子阴极、电子光学系统、电子倍增系统和光电阳极。 22、电子光学系统的作用是：（1）是光阳极发射的光电子尽可能全部汇聚到第一倍增级上，而将其他部的杂散热电子散射掉，提高信噪比。（2）使阴极面上各处发射的光电子在电子学系统的中渡越时间尽可能相等 1．光子透过入射窗口入射在光电阴极K上 2．光电阴极K受光照激发，表面发射光电子 3．光电子被电子光学系统加速和聚焦后入射到第一倍增极D1上，将 发射出比入射电子数更多的二次电子。入射电子经N级倍增后， 光电子数就放大N次. 4．经过倍增后的二次电子由阳极P收集起来，形成阳极光电流I p，在负载R L上产生信号电压0。 22、PMT的倍增极结构有几种形式个有什么特点？ （1）鼠笼式：特点结构紧凑，时间响应快。（2）盒栅式：特点光电子收集率高，均匀性和稳定性较好，但时间响应稍慢些。（4）百叶窗式，特点：管子均匀性好，输出电流大并且稳定，响应时间较慢。（5）近贴栅网式，特点：极好的均匀性和脉冲线性，抗磁场影响能力强。（6）微通道板式，特点：响应速度快，抗磁场干扰能力强，线性好23、什么是二次电子？并说明二次电子发射过程的三个阶段是什么？光电子发射过程的三步骤？ 答：当具有足够动能的电子轰击倍增极材料时，倍增极表面将发射新的电子。称入射的电子为一次电子，从倍增极表面发射的电子为二次电子。 二次电子发射3阶段：（1）材料吸收一次电子的能量，激发体内电子到高能态，这些受激电子称为内二次电子。 （2）内二次电子中初速指向表面的那部分像表面运动。（3）到达界面的内二次电子能量大于表面垒的电子发射到真空中成为二次电子。 光电子发射过程的三步骤：(1) 物体吸收光子后体内的电子被激发到高能态；(2) 被激发电子向表面运动，在运动中因碰撞损失部分能量；(3) 克服表面势垒逸出金属表面。 24、简述Si-PIN光电二极管的结构特点，并说明Si-PIN管的频率特性为什么比普通光电二极管好？p69 25、简述常用像增强器的类型？并指出什么是第一、第二和第三代像增强器，第四代像增强器在在第三代基础上突破