光电技术复习资料--2.0版(42页).docx

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1、-光电技术复习资料-2.0版-第 42 页1、何谓光源的色温？辐射源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源的色温。2、费米能级的物理意义是什么？在绝对零度，电子占据费米能级以下的能级，而以上的能级是空的，不被电子占据。温度高于绝对零度时，费米能级的电子占据率为50%，比费米能级能量高得愈多的能级，电子的占据概率愈小。3、写出辐射度量学的基本物理量，并说明它们的定义。辐射能：以辐射的形式发射、传播或接受的能量。辐射通量：以辐射形式发射、传播或接受的功率。辐射强度：在给定方向上的单位立体角内，离开点辐射源的辐射通量。辐射出射度：面辐射源表面单位面积上发射的辐射

2、通量。辐射照度：接受面上单位面积所照射的辐射通量。辐射亮度：辐射源表面一点处的面元在给定方向上的辐射强度除以该面 元在垂直于该方向的平面上的正投影面积。 光谱辐射量：辐射源发出的光在波长处的单位波长间隔内的辐射物理量。4、写出光度学系统的基本物理量，并说明它们的定义。光量：以可见光的形式发射、传播或接受的光的多少的量度。光通量：单位时间内，以可见光的形式发射、传播或接受的光量。光强度：在给定方向上的单位立体角内，离开点光源的光通量。光出射度：面光源表面单位面积上发射的光通量。光照度：接受面上单位面积所照射的光通量。光亮度：辐射源表面一点处的面元在给定方向上的光强度除以该面元在 垂直于该方向的平

3、面上的正投影面积。5、什么是光谱光视效率（视见函数）？国际照明委员会根据对许多人的大量观察结果，确定了人眼对各种波长光的平均相对灵敏度，称为“标准光度观察者”光谱光视效率或光视见函数。光谱光视效率分明视觉光谱光视效率（光强度大于3坎德拉）和暗视觉光谱光视效率（光强度小于0.001坎德拉），分别用和表示。一般来说，光度学量和对应的辐射度量学量之间有如下关系：式中是光度学量，是对应的辐射度量学量。等于683 Lm/W，称为明视觉最大光谱光视效能，它表示人眼对波长为555 nm的光辐射所产生的视觉刺激值。积分上下限表示该积分从0.39 nm到0.78 nm之间进行。6、发光强度的单位坎德拉，是国际单

4、位制中七个基本单位之一。给出它的科学含义及操作性定义。它相当于1lm的光通量均匀照射在1面积上所产生的光照度 科学定义：光源发出频率为5401012Hz的单色辐射，在给定方向上的辐射强度为1/683W Sr-1时，在该方向上发光强度为1cd。 操作性定义： 在101325牛顿/平方米的压力下，处于铂凝固点温度（2024K）的绝对黑体的1/600000平方米表面沿法线方向的发光强度为1坎德拉（其亮度为60熙提，1熙提=1烛光/厘米）。7、什么是朗伯辐射体？在任意发射方向上辐射亮度不变的表面，即对任何角为恒定值（理想辐射表面）。朗伯辐射表面在某方向上的辐射强度与该方向和表面法线之间夹角的余弦成正比

5、。 8、写出黑体辐射的基尔霍夫定律。所有物体的光谱辐射出射度与吸收比的比值是相同的，并等于绝对黑体的光谱辐射出射度。9、说明维恩位移定律、斯蒂芬玻尔兹曼定律与普朗克黑体辐射公式之间的关系。 普朗克黑体辐射公式：（一）维恩位移定律令：，得：mm K。这就是维恩位移定律。 （二）斯蒂芬玻尔兹曼定律式中，W cm-2 K-4 10、写出光源的基本特性参数。（1）辐射效率和发光效率在给定波长范围内，某一光源发出的辐射通量与产生这些辐射通量所需的电功率之比，称为光源在规定光谱范围内的辐射效率，于是e=eP=12e（）dP 如果光电探测量系统的光谱范围为12，那么应经可能选用e较高的光源。某一光源所发射的

6、光通量与产生这些光通量所需要的电功率之比，就是该光源的光效率，即=P=Km380780eV（）dP 单位为lm/W。在照明领域或光度量系统中，一般应选用较高的光源。（2）光谱功率分布不同光源在不同光谱上辐射出不同的光谱功率，常用光谱功率分布来描述。（3）空间光强分布:对于各向异性光源，其发光强度在空间各方向上是不相同的。若在空间某一截面上，自原点向各径向取矢量，矢量的长度与该方向的发光强度成正比。将各矢量的端点连起来，就得到光源在该截面上的发光强度曲线，即配光曲线。（4）光源的色温:辐射源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源的色温。（5）光源的颜色光源的

7、颜色包含了俩方面的含义，即色表和显色性。用眼睛直接观察光源时所看到的颜色称为光源的色表。当用这种光源照射物体时，物体呈现的颜色与物体在完全辐射体照射下所呈现的颜色的一致性，称为该光源的显色性。11、光电探测器常用的光源有哪些？热辐射光源：太阳；白炽灯，卤钨灯；黑体辐射器（模拟黑体，动物活体）。气体放电光源：汞灯，钠灯，氙灯，荧光灯等。固体发光光源：场致发光灯，发光二极管等。SiO2铝电极背电极PN题12图发光二极管的结构图激光器：气体激光器，固体激光器，染料激光器，半导体激光器等。12、画出发光二极管的结构图并说明其工作原理。发光二极管的基本结构是半导体P-N结。工作原理：n型半导体中多数载流

8、子是电子，p型半导体中多数载流子是空穴。P-N结未加电压时构成一定势垒。加正向偏压时，内电场减弱，p区空穴和n区电子向对方区域的扩散运动相对加强，构成少数载流子的注入，从而p-n结附近产生导带电子和价带空穴的复合，复合中产生的与材料性质有关的能量将以热能和光能的形式释放。以光能形式释放的能量就构成了发光二极管的光辐射。13、说明发光二极管的基本特性参数有哪些。（1）量子效率：1）内发光效率：PN结产生的光子数与通过器件的电子数的比例。2）外发光效率：发射出来的光子数与通过器件的电子数的比例。（2）发光强度的空间分布：（3）发光强度与电流关系：电压低于开启电压时，没有电流，也不发光。电压高于开启

9、电压时显示出欧姆导通性。在额定电流范围内，发光强度与通过的电流成正比。（4）光谱特性：发射功率随光波波长（或频率）的变化关系。（5）响应时间：从注入电流到发光二极管稳定发光或停止电流到发光二极管熄灭所用的时间。表达了发光二极管的频率特性。（6）寿命：亮度随时间的增加而减小。当亮度减小到初始值的e-1时所延续的时间。14、说明半导体激光器的工作原理及特性参数半导体P-N结是激活介质，两个与结面垂直的晶体边界构成谐振腔，当P-N结正向导通时，可激发激光，阈值电流产生激光输出所需最小注入电流。工作电压、电流，发光功率，发光功率的空间分布，光谱范围与峰值波长，电流阈值，频率特性，寿命等。15、场致发光

10、有哪三种形态？各有什么特点？场致发光的三种形态，即粉末，薄膜和结型。交流粉末场致发光光源：（1）固体化，平板化，因而可靠，安全，占地小，易安装；（2）面积，形状几乎不受限制，因此可以通过光刻，透明导电膜和金属电极掩蔽镀膜的方法，制成任意发光图形；（3）无红外辐射的冷光源，因而隐蔽性好，对周围环境没有影响；（4）视角大光线柔和，易于观察；（5）寿命长。可连续使用几千小时，而发光不会突然全部熄灭；（6）功耗低，约几毫瓦/厘米2；（7）发光易于电控。直流粉末场致发光光源：光源亮度高，且亮度随电压上升而迅速上升；制造工艺简单，成本低，外部驱动方便。薄膜场致发光光源：厚度薄，没有介质，均匀细密，分辨率高

11、，成像质量高，对比显示度好，驱动电压低，平板化，可以制成各种形状，视角大。光线柔和，制备工工艺简单，造价便宜。发光二极管：（1）属于低电压，小电流器件，在室温下即可得到足够的亮度；（2）发光响应速度快（10-710-9s）；（3）由于器件在正向偏置下使用，因此性能稳定，寿命长（一般在105小时以上）；（4）易于和集成电路匹配，且驱动简单；（5）与普通光源相比，单色性好，其发光的半宽度一般为几十纳米；（6）小型，耐冲击。第三章16、简述光电导效应。光电导效应是一种内光电效应，是光电导探测器光电转换的基础。当半导体材料受光照时，对于对光子的吸收引起载流子浓度的增大，因而导致材料电导率增大，这种现象

12、称为光电导效应。17、简述PN结光伏效应（分正偏、反偏、零偏三种情况）。是一种内光电效应，当光子产生时，能产生一个光生电动势，基于两种材料相接触形成的内建势垒，光子激发的光生载流子被内建电场扫向势垒两面三刀边，从而形成光生电动势。18、简述光电发射效应（分金属与半导体两种情况）。当光照射物质时，若入射光子能量h足够大，它和物质中的电子相互作用，使电子吸收光子的能量而逸出物质表面。（1）第一定律：当入射辐射的光谱分布不变时，饱和光电流与入射的辐射量成正比。（2）第二定律：发射的光子最大动能随入射光子频率的增加而线性的增加，与入射光强度无关。19、什么是负电子亲合势，它的工作原理、主要用途及优缺点

13、。如果给半导体的表面做特殊处理，使表面区域能带弯曲，真空能级降到导带之下，从而使有效的电子亲和势为负值，经过这种特殊处理的阴极称作负电子亲和势光电阴极。 特点：1）量子效率高2）光谱响应延伸到红外3）热电子发射小4）光电子的能量集中20、探测器噪声主要有哪几种？（1）热噪声：载流子在一定温度下做无规则热运动，载流子热运动引起的电流起伏或电压起伏。 （2）复合噪声：载流子产生复合瞬间有起伏。 （3）散粒噪声：随机起伏所形成的噪声。 （4）1/F噪声：噪声功率谱与频率与反比。主要由于材料表面态和内部缺陷引起电子散射而产生。 （5）温度噪声：由于器件本身吸收和传导的热交换，引起的温度起伏。21、写出

14、电阻热噪声的电压、电流、功率表达式。热噪声均方电流： 热噪声均方电压： 22、何谓等效噪声带宽？ 通常在D*后附加测量条件D*（500K，900，5）表示用500K黑体，调制频率900Hz，测量系统带宽5Hz测量得到的值。23、何谓等效噪声功率？何谓探测率？何谓归一化等效噪声功率？如果入射到探测器的辐通量按某一频率变化，当探测器输出信号电流Is等于噪声均方根电流时，所对应的入射辐通量e称为等效噪声功率NEP。等效噪声功率NEP的倒数为探测率D。 NEP常与探测器面积和测量系统带宽的乘积的平方根成正比。为比较探测器性能，需除去和的影响，用归一化参数表示。24、何谓“白噪声”？何谓“1/f噪声”？

15、要降低电阻的热噪声应采取什么措施？热噪声与测量仪器的电子带宽f成正比，而与频率无关，这说明热噪声频谱无限宽，功率谱密度4KT为常数，类似于白光由各种频率的光合成，所以热噪声又称“白噪声”。1/f噪声:这种噪声的功率谱与频率成反比变化，故称1/f噪声降低温度，选择带通小的电阻。25、说明光电导器件、PN结光电器件和光电发射器件的禁带宽度和截止波长之间的关系。 光电效应发生的条件：E=hn Eg(Eg为半导体禁带宽度)截止波长：第四章26、常用的光电阴极有哪些？各有何特点？（1）银氧铯Ag-O-Cs光电阴极（2）单碱锑化物光电阴极，在可见短波区和近紫外区响应率最高（3）多碱锑化物光电阴极，耐高温（

16、4）紫外光电阴极：只对探测的紫外信号灵敏（5）负电子亲和势光电阴极：量子效率高，光谱响应延伸到红外，势电子发射小，光电子能量集中27、简述光电倍增管的工作原理。1）光子透过入射窗口入射在光电阴极K上。2）光电阴极电子受光子激发，离开表面发射到真空中。3）光电子通过电子加速和电子光学系统聚焦入射到第一倍增极D1上，倍增极将发射出比入射电子数目更多的二次电子，入射电子经N级倍增极倍增后光电子就放大N次方倍。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，在负载RL上产生信号电压。28、光电倍增管的特性参数？灵敏度、增益、暗电流、噪声、伏安特性、线性、漂移与滞后、时间响应、温度特性、磁场特

17、性与空间均匀性等。29、实践中，我们采取什么措施以降低光电倍增管的暗电流与噪声？减少暗电流的方法：1）直流补偿2）选频和锁相放大 3）制冷4）电磁屏蔽法5）磁场散焦法30、实践中，我们采取什么措施以保证光电倍增管的线性与增益稳定性？保证线性：1）使光电倍增管得阳极和最后几级倍增极之间的电压保持较高，而让管内的电流密度尽可能小一些，防止空间电荷引起的非线性化。2）增大阴极电阻的照射面积。3）选择合适的倍增极结构。4）应用运算放大器作为电流电压转换器。5）电阻链中的电流至少应大于1000倍的最大阳极光电流。保证增益稳定性：1）稳定性要求比较高的场合，阳极光电流应控制在1A以下。 2）采用“抗滞后设

18、计”，在倍增极陶瓷支架上镀上一层络，并使其与阴极处于同一电位，从而排斥杂散电子，消除滞后效应。31、光电倍增管中的倍增极有哪几种结构？主要特点各是什么？1）鼠笼式 结构紧凑，时间响应快；2）直线聚焦式 时间响应快，线性好；3）盒栅式 均匀性和稳定性较好，但时间响应稍慢一些；4）百叶窗式 管子的均匀性好，输出电流大并且稳定。响应时间较慢，最高响应频率仅几十兆赫；5）近贴栅网式 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 响应速度极快，抗磁场能力强，线性好。32、端窗式光电倍增管的光电阴极做成球面有何优点？使各处的灵敏度一致。33、解释光电导增益。光电导增益是表征光敏电阻特性的一个重

19、要参数，它表示长度为L的光电导体两端加上电压后，由光照产生的光生载流子在电场作用下所形成的外部光电流与光电子形成的内部电流之间的比值。34、什么是前历效应？它对我们的测量工作有何影响？顾名思义，就是测试前光敏电阻所处的状态（无光照或有光照）对光敏特性的影响，大多数的光敏电阻在稳定的光照下，其阻值有明显的漂移现象，而且经过一段时间间隔后复测阻值还有变化，这种现象称为光敏电阻的前历效应。一般说来，在光度，色度测量和照相机中用的光敏电阻，要求前历效应尽可能小。在强光和连续光测量中，前历效应不予以考虑。第五章35、说明光敏电阻的几种基本偏置电路。1）恒流偏置：负载电阻Rl比光敏电阻Rp大的多，负载电流

20、 I=Vb/Rl 负载电流的变化 I=SqVb（RpRl)2特点：信噪比高-弱信号检测2)恒压偏置：3）恒功率偏置：36、为什么结型光电器件在正向偏置时没有明显的光电效应？他们应工作在哪种偏置状态？1）当其工作于零偏置的开路状态时，将产生光生伏特效应。这种工作原理称为光伏工作模式。 2）若其工作在反偏置状态，无光照时，电阻很大，电流很小；有光照时电阻变小，电流变大。且流过的电流随照度变化而变化。这就是光电导工作模式。 3）工作在正偏置状态时，正向导通电流很大，远远大于由于光照而产生的光电流，我们感受不到光电流。 所以，结型光电器件应工作在零偏置或反偏置偏置状态。第六章37、如果硅光电池的负载是

21、，画出它的等效电路图，写出流过负载的电流方程及、的表达式，说明其含义（图中标出电流方向）。 1)当负载电阻 断开时，p端对n端的电压称为开路电压，用 表示2）当负载电阻短路时，发生电压接近与零，流过器件的电流叫短路电流，用表示： 38、硅光电池的开路电压为，当照度增大到一定值后，为什么不再随入射照明的增加而增大，只是接近0.6V？在同一照度下，为什么加负载后输出电压总是小于开路电压？39、硅光电池的开路电压为何随温度上升而下降？40、硅光电池的负载取何值时输出功率最大？如何确定？在什么条件下可将它看做恒压源使用？41、ZDU型光电二极管设环极的目的是什么？画出正确的线路图。使用时环极不接是否可

22、用？为什么？加环极的目的是为了减少暗电流和噪声。不可，在接电源的时候，使环极电位始终高于前极电位，使极大部分的表面漏电流从环极流向后极，不在流过负载，因而消除了表面效应的影响。42、一维光电位置探测器是如何测量光点位置的？写出测量方程。可写出入射光点位于A点的坐标位置,即总电流为43、说明PIN管、雪崩光电二极管的工作原理和各自特点。并说明为什么它们的频率特性比普通光电二极管好？1) PIN光电二极管工作原理：无光照时，若给p-n结加一个适当的反向电压，则反向电压加强了内建电场，使p-n结空间电荷区拉宽，势垒增大，流过PN结的反向饱和电流很小，反向电流是由少数载流子的漂移运动形成的。当有光照时

23、，满足条件hvEg时，则在结区产生的光生载流子将被内建电场拉开，光生电子被拉向n区，光生空穴被拉向p区，于是在外加电场的作用下形成了以少数载流子漂移运动为主的光电流。光照越强，产生的光生载流子越多，光电流越大。特点：p-n结内电场基本上集中在 层中，使p-n结的结间间距拉大，结电容变小，则频率响应快，量子效率高，灵敏度高，长波响应率大。特点：内部增益高；耗尽区宽，能吸收大多数光子，因此量子效率高。响应速度快，噪声低。44、雪崩光电二极管的保护环起什么作用？增加高阻区宽度，减小表面漏电流避免边缘过早击穿。45、达通型雪崩光电二极管结构上有什么特点？使用这种结构的优点是什么？结构特点：把耗尽层分高

24、电场倍增区和低电场漂移区。优点：当光照射时，漂移区产生的光生载流子（电子）在电场中漂移到高电场区，发生雪崩倍增，从而得到较高的内部增益，耗尽区很宽，能吸收大多数的光子，因此量子效率也高，另外，达通型雪崩光电二极管还具有更高的响应速度和更低的噪声。46、什么是半导体色敏器件，它是依据什么原理来工作的？半导体色敏器件是根据人眼视觉的三色原理，利用结深不同的p-n结光电二极管对各种波长的光谱灵敏度的差别，实现对光源或物体的颜色测量 半导体色敏器件的工作原理：由在同一块硅片上制造两个深浅不同的p-n结构成（浅结为PD1，它对波长短的光电灵敏度高，PD2为深结，它对波长长的光电灵敏度高），这种结构又称为

25、双结光电二极管，通过测量单色光的波长，或者测量光谱功率分布与黑体辐射相接近的光源色温来确定颜色，当用双结光电二极管作颜色测量时，一般是测出此器件中两个硅光电二极管的短路电流比与入射光波长的关系，每一种波长的光都对应于一短路电流比值，再根据短路电流比值的不同来判断入射光的波长以达到识别颜色的目的。47、什么是光电耦合器件？它分为哪两类，特点是什么？各有何用途？光电耦合器件是发光器件与接收器件组合的一种器件，它是以光作为媒介把输入端的电信号耦合到输出端,因此也称为光电耦合器光电耦合器件根据结构和用途,可分为两类: 一类称光电隔离器,它能在电路之间传送信息,实现电路间的电气隔离和消除噪声影响; 一类

26、称光传感器,用于检测物体的有无状态或位置。48、光电二极管的基本特性有哪些？光照特性，伏安特性，温度特性，频率响应特性。第八章49、光电耦合器件的基本特性有哪些？隔离性、电流传输比、频率特性、输出特性、输入输出绝缘特性光电耦合器件的基本特性：50、说明象管的主要结构和特性参量主要结构：1）光电阴极 2）电子光学系统 3）荧光屏特性参数：光谱响应特性与光谱匹配、增益特性、等效背景照度、分辨率。51、常用象增强器有哪几种，各有何特点？1）次联式象增强器：提高了响应速率。2）微通道板象增强器：双近贴式（这种管子体积小，重量轻，使用方便，但象质和分辨率较差） 倒象式（具有较高的分辨率和象质。若改变微通

27、道板俩端电压即可改变增益，此种管子还具有自动防强光的有点）3）负电子亲和势（NEA）光电阴极和第三代象增强器：这种象增强器能同时起到光谱变换和微光增强的作用，因此可做到一机二用。4）X射线象增强器：将不可见的X射线图像转换成可见光图像，并使图像亮度增强。53、说明CCD的电荷存储与移动（耦合）原理。CCD电荷储存原理：只有当栅极电压刚加上去的瞬间，耗尽区的宽度Xd特别宽，也即势阱最深，能储蓄电荷的可能性最大，随着时间的增加，耗尽层变窄，势阱变浅，存蓄电荷的可能性变小；当t大于弛豫时间T时，势阱因被热激发的电子填满而形成反型层，势阱消失，不可能在存蓄新的电荷。电荷耦合原理：从t1t3，深势阱从（

28、1）电极下移动到（2）电极下面，势阱内的信号电荷也向右转移（传输）了一位，如果不断地改变电极上的电压，就能使信号电荷可控制地一位一位地按顺序传输，这就是所谓的电荷耦合。54、说明CCD的特性参数（1）电荷转移效率和转移损失率：定义：转移效率是指电荷包在进行每一次转移中的效率，用表示，剩下的部分没有被转移，称为失效率。根据电荷守恒原理由定义可知一电荷量为 Q0的电荷包，经过n次转移后的输出电荷量为 总效率为：转移损失的起因：界面态俘获（或体态俘获）、电荷转移速度太慢、电极间隙的影响、表面复合等转移损失的危害：1）信号的衰减 2）滞后电荷叠加到后面的信号电荷引，起传输失真（2）工作频率：由于CCD

29、器件是工作在不平衡状态，所以驱动脉冲频率的选择显得十分重要：频率太低，热激发少数载流子过多，它的加入降低了输出信号的信噪比；频率太高，又会降低总转移效率，减小了输出信号幅值，同样降低信噪比。（3）电荷存储容量：CCD的电荷储存容量表示在电极的势阱中能容纳的电荷量。由于CCD是电荷存蓄与转移的器件，因此电荷存蓄容量等于时钟脉冲变化幅值电压V与氧化层电容Cox（忽略耗尽层电容Cd，因为Cox10Cd）的乘积，即：Q=Cox*V*A 式中：V为时钟脉冲变化幅值；Cox为SiO2层的电容；A为栅电极面积。（4）噪声：CCD的噪声源：散粒噪声、转移噪声和热噪声 散粒噪声：由于粒子的无规性，无论是光注入、

30、电注入还是热电子产生的信号电荷包的电子数总有一定的不确定性。 转移噪声：其根本原因是转移损失及界面态俘获 热噪声：信号电荷注入及检出时引进的 55、CCD器件为什么必须在动态下工作？其驱动脉冲上下限受到哪些条件的限制？应如何估算？CCD器件是在栅极电压VG Vth(阀值电压)，但尚未出现反型层时工作的。只有当栅极电压刚加上去的瞬间，耗尽区的宽度XD特别宽，即势阱最深，能贮存电荷的可能性最大。随着时间增加，耗尽区变窄，势阱变浅，贮存电荷的可能性变小。当t大于弛豫时间T时，势阱被热激发的电子填满而形成反型层，势阱消失，不能贮存新电荷。则CCD贮存有用信号电荷的时间必须小于热激发电子的存贮时间。则C

31、CD必须工作在动态（非稳态）。CCD器件的驱动脉冲下限受少数载流子寿命的影响，驱动脉冲下限受达到转移效率所需转移时间t2的影响。驱动脉冲工作上限驱动脉冲工作下限56、简述光电二极管的电荷存储工作原理。它与连续工作方式相比有什么特点？工作原理如下。特点：可以获得较高的增益，并克服布线上的困难。57、自扫描光电二极管列阵SSPD由哪几部分组成，画出其电路框图，并简述其工作原理。1）准备：首先闭合K，光电二极管充电，达到稳定后，由于光电流、暗电流都很小，可认为负载上压降几乎为零，Vc全部降落在p-n结上，结电容Cd上的电荷2）曝光：打开开关K，光电流和暗电流的存在使光电二极管放电，设打开时间为Ts，

32、结电容Cd上释放的电荷此时Cd上的电荷Cd上的压降3）再充电： 闭合K，结电容充电，达到平衡后，电压升至Vc，因此充电期间Cd上电压有一上升过程，直到达到Vc。同时负载上电压变化为：开始有一峰值，随着充电的继续，下降到0，即输出一脉冲，其峰值电压为式中为 平均辐照度58、SSPD中产生开关噪声的原因是什么?怎样才能减少开关噪声？原因：当SSPD器件中各二极管按顺序被扫描采样时，采样脉冲的瞬变通过MOS开关的栅漏电容串入视频线上，形成微分状尖脉冲，使SSPD器件输出信号的信噪比降低。补偿开关噪声一种比较好的常用方法是在SSPD内增加一列补偿列阵。59、比较SSPD与CCD的主要优缺点。SSPD的

33、优缺点 ： 1）栅极-漏极电容产生的开关噪声大； 2）视频线输出电容比较大，其容量和二极管数目成正比； 3）可用于作多路调制器，外电路简单，时钟线电容低，驱动容易。 CCD的特点：1）体积小，功耗低，可靠性高，寿命长。2）空间分辨率高，可以获得很高的定位精度和测量精度。3）光电灵敏度高，动态范围大，红外敏感性强，信噪比高 。4）高速扫描，基本上不保留残象(电子束摄象管有1520的残象)5）集成度高6）可用于非接触精密尺寸测量系统。7）无像元烧伤、扭曲，不受电磁干扰。8）有数字扫描能力。象元的位置可由数字代码确定，便于与计算机结合接口。65、（汞镉碲）探测器为什么能改变其峰值波长？为什么峰值波长

34、越长，要求工作温度越低？探测器可以通过改变组成成比达到改变光谱响应的峰值波长；工作温度越低截止波长也就越长，相应的峰值波长越长。67、常用的光子探测器有哪几种？都是利用什么原理工作的？真空光电器件，基于外光电效应；固体光电器件，基于内光电效应。68、哪些光电器件应工作于平衡态？哪些光电器件只能在非平衡态下工作？为什么？69、列出你所知道的所有的光电探测器件，并将它们按探测原理进行分类。（1）真空光电器件：光电管，光电倍增管，真空摄像管，变象管，象增强器（2）固体光电器件：光敏电阻，光电池，光电二极管，光电三级管，光电耦合器，光中断器，位置传感器PSD，电荷耦合器件CCD，自扫描光电二极管列阵S

35、SPD。70、什么是驰豫过程，光电驰豫过程的长短用什么来描述？驰豫过程对光电器件的什么特性影响最大？一个系统从一个平衡状态到另一个平衡状态的中间变化过程称为驰豫过程。光电驰豫过程的长短用时间常数来描述，它表示广电系统的参数从开始值到最终变化值的=0.63倍时所用的时间。驰豫过程对光电器件的频率特性影响最大。71、常用的光电材料都是半导体材料，为什么？光电灵敏度与半导体材料的什么特性有关？因为：半导体材料具有很好的光电导效应，即当半导体材料受光照时，由于对光子的吸收引起载流子浓度的增的，因而导致材料电导率增大。材料的光电灵敏度与带宽是矛盾的：材料光电灵敏度高，则带宽窄；材料带宽宽，则光电灵敏度低

36、。72、接触电势差由什么决定？能否由电压表（或静电电位计）加以测量？（1）两种金属电子的逸出功不同。两种金属的电子浓度不同。不能73、PN结电容由什么决定？写出PN结电容方程。I=LWj=I0exp（qVkT）-1-I 式中I0 =LWj0为反向饱和电流；LW为材料的截面积；74、写出光照下PN结的电流方程。75、为什么光电阴极一般都用P型半导体作为基底材料制作？基底为P型材料有丰富的空穴，它们相互扩散形成表面电荷局部耗尽。76、为什么研究半导体光电发射时使用亲和势的概念，而不用电子溢出功？电子亲和势：电子真空能级与导带底能级之差称为电子亲和势。77、什么叫热电子和冷电子？为什么说负电子亲和势

37、光电材料主要靠冷电子发射？处于激发状态的电子称为热电子；处于未激发态的电子为冷电子；负电子亲和势材料的禁带宽度一般比较宽，所以在没有强电场的情况下，热电子发射较小，所以主要靠冷电子发射。78、简述温差电偶的工作原理。79、明视觉最大光谱光视效能及其物理意义。81、为了提高光电接收系统的信噪比，我们学习过哪些方法用来压制噪声？82、你学过哪几种光电信号调制方法？各是用什么原理、方法进行调制的？内调制：调幅、调频、调相、调宽、光学编码等；外调制：调制盘、电光调制、声光调制、莫阿条纹调制、液晶光阀调制等。83、说明对光源选择的基本要求。在选择光源时，它的光谱功率分布应由测量对象的要求来决定。在目视光

38、学系统中，一般采用可见区光谱辐射比较丰富的光源。对于彩色摄影用光源，为了获的较好的色彩还原，应采用类似于日光色的光源，如卤钨灯，氙灯等。在紫外分光光度计中，通常使用氘灯，紫外汞氙灯等紫外辐射较强的光源。二、选择题1、关于人眼的光谱光视效率，以下说法正确的是： （D）对波长为589 nm的入射光，人眼亮视觉的光谱光视效率大于人眼暗视觉的光谱光视效率。2、关于朗伯体的说法中，正确的是： （C）对于沿任意方向入射的光，散射光的光强度均与散射方向和法线方向的夹角的余弦成正比；3、在光电技术中，对光源的主要要求有： （D）光源的光谱功率分布应与光电探测器件光谱响应相匹配。4、关于光电倍增管，下列说法正确

39、的是： （B）电子光学系统的作用是使光电阴极发射的光电子尽可能多的汇集到第一倍增极，并使光电子的渡越时间尽可能相等；5、设某光电倍增管的阴极灵敏度为10 mA/W，各级电子收集率均为1，二次电子发射系数均为2，共有19级电子倍增。如入射光辐射通量是W，则阳极电流是：（A）A 6、光电探测器的主要噪声有： （C）热噪声，散粒噪声，产生复合噪声，1/f噪声，温度噪声；7、半导体PN结受到光照时，在外电路中产生的电流为： 8、对半导体光电导器件，以下说法中正确的是： （C）光电导器件可以测量交变光照，必须加偏压才能工作；9、对热释电器件，以下说法中正确的是： （A）热释电器件只能测量交变光照，不加偏

40、压即可工作；10、热敏电阻与入射光的关系有： （D）其响应取决于入射光辐射通量，与入射光波长无关。11、光敏电阻与入射光的关系有： （A）其响应取决于入射光辐射通量，与光照度无关；12、常用的快速光电探测器件有： （B）PIN光电二极管，雪崩光电二极管，光电倍增管等；13、某光电子发射器件的量子效率是0.6，如入射光波长是555nm，则其光照灵敏度是：0.33mA/lm 14、在1000 lx的光照下，某光电池的开路电压是0.56伏，短路电流是0.28毫安。若要使用此光电池测量从几百到几千勒克斯的光照度，则关于其负载电阻最合适的说法是：1400 15、一个三相CCD，其材料中少数载流子寿命为，

41、极间转移时间为，则其工作频率应满足： ； 16、关于半导体光伏器件，以下说法正确的是： 光电池通常工作在其伏安特性曲线的第四象限；17、减小光电二极管时间常数的基本方法是： （D）给光电二极管加较大的反向偏置电压。18、关于电阻的热噪声，以下说法正确的是： （C）热噪声电压的表示式是：；19、在光电技术中使用的探测器经常需要在低温下工作，这是为了： （C）减小电阻热噪声的影响；20、提高一个光电探测器的探测率最有效的方法是： （A）降低光电探测器的温度，减小电路系统的通频带宽度；21、使用经过致冷的光电探测器，可以使： （C）光电探测器中的电阻的热噪声减小；22、在以下各种说法中，正确的是：

42、（D）光电二极管可以通过P-N结存储电荷，可以通过曝光的办法把电荷泄放掉。23、在以下各种说法中，正确的是： （D）光电位置传感器是通过光电导效应来测量的，可以同时测量光点的位置和强度；24、使用热电偶测量光照的优点是：（A）输出电压与光的波长无关；25、某光电二极管加反向偏置电压，如以脉冲光照明，则从光照时刻算起，电流变化的规律为： 26、在内光电效应材料中： （D）随着入射光波长由长变短，光吸收系数越来越大，但量子效率则由低到高后，又随波长变短而越来越低；27、在光电导材料中，从材料突然受到光照到稳定状态，光电流的变化是 28、下列各物体哪个是绝对黑体 (B) 不能反射任何光线的物体 二、

43、计算题： 1、设受光表面的光照度为100lx，能量反射系数0.6，求该表面的光出射度和光亮度（假定该表面为朗伯辐射体）。（）解：设受光表面光谱反射率相同，则每单位表面反射的光通量为 Lm/m2这也就是该表面的光出射度Mv。对朗伯辐射体，其光亮度与方向无关，沿任意方向（与法线方向成角）的发光强度与法线方向发光强度之间的关系为每单位面积辐射出的光通量除以即为其光亮度： Cd/m2sr附：朗伯体法向发光强度I0与光通量的关系 由定义，发光强度，所以在立体角内的光通量：在半球面内的光通量 2、计算电子占据比高2KT、10KT的能级的几率和空穴占据比低2KT、10KT能级的几率。解：能量为E的能级被电子占据的概率为E比Ef高2kT时，电子占据比：E比Ef高10kT时，电子占据比：E比Ef低2kT时，空穴占据比：E比Ef低10kT时，空穴占据比：3、设NSi中，掺杂浓度，少子寿命。如果由于外界作用，少子浓度P0（加大反向偏压时的PN结附近就是这种情况），问这时电子一空穴的产生率是多少？（复合率，当复合率为负值时即为产生率）解：在本征硅中，在N型硅中，少子浓度：产生率为： R=每秒钟每立方厘米体积内可产生2.25109个。4、一块半导体样品，时间常数为，在弱光