光电检测技术复习.ppt

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1、光电技术与光纤基础总复习（一）韩鹏内容 第一章：光电检测应用中的基础知识 第二章：光电检测中的常用光源 第三章：结型光电器件 第四章：光电导器件 第五章：真空光电器件 第六章：真空成像器件 第七章：固体成像器件 第八章：红外辐射与红外探测器 第九章：光导纤维与光纤传感器 第十章：太赫兹的产生与检测第一章 基础知识1 辐射度学和光度学的基本概念2 半导体基础知识3 基本定律4 光电探测器的噪声和特性参数辐射度学和光度学的基本概念1、辐射功率（辐射通量）单位：W（瓦特）2、辐射强度 单位3、辐射亮度单位：4、辐射出射度单位：W/m25、辐照度 单位：W/m2一、辐射度学基本物理量辐射度学和光度学的

2、基本概念二、光度学基本物理量1、视见函数555nm时最大！2、基本物理量表12，注意单位、相互之间关系例题已知有一白炽灯钨丝功率p3w，该灯的理想化光谱通量e分布如图。使用微瓦计，其探测面积Al10mm2，距灯的距离h100mm，测得max1.5m处的光谱辐射通量e（max）6w求：1.灯的e，Ie，2.灯的v，Iv01.5 3 4 5 5.50.10.30.50.70.91T1930k（m）e辐射度学和光度学的基本概念三、其他基本概念1、电源平方反比律2、扩展源朗伯源3、漫反射面半导体基础知识一、基本概念1、能带结构2、杂质半导体3、非平衡载流子4、扩散和漂移基本定律一、黑体辐射定律（概念）

3、1、基尔霍夫定律2、普朗克辐射公式3、斯忒藩玻耳兹曼定律4、维恩位移定律基本定律二、光电效应1、内光电效应2、外光电效应光电导效应、光伏效应光电探测器的噪声和特性参数一、噪声（概念、特点）1、热噪声2、散粒噪声3、产生复合噪声4、1/f噪声5、温度噪声整体情况：整体情况：f/Hz1/f噪声产生复合噪声散粒、温度和热噪声第二章 常用光源1 光源的特性参数2 热辐射源3 气体放电光源4 固体发光光源5 激光器光源的特性参数 辐射效率和发光效率如前例题中，求 光谱功率分布 空间光强分布 光源的颜色 光源的温度概念！热辐射源 太阳 黑体模拟器 白炽灯了解！气体放电光源 脉冲灯 原子光谱灯 汞灯了解！固

4、体发光光源 场致发光光源了解 其他平板显示器件液晶的电光效应 结型发光光源发光二极管，偏压？激光器 激光原理三种跃迁过程、必要条件 激光器的类型 激光的特性单色、方向、亮度、相干性第三章 结型光电器件1 结型光电器件的工作原理2 硅光电池3 硅光电二极管和硅光电三极管4 结型光电器件的放大电路5 特殊结型的光电二极管6 结型光电器件的应用实例光电耦合器件结型光电器件的工作原理 热平衡状态下的PN结外加偏压、反向饱和电流 光照下的PN结光伏效应电流方程SEE漂移扩散硅光电池 不加外电压！IDIPRLURsCjRshILE=0E1E2UIL光伏工作区RL1RL2硅光电池 特性参数光照特性开路时、短

5、路时、有限负载时ILUUoc4Isc4Isc1Isc2Isc3Uoc2 Uoc1Uoc3线性区RL1RL2硅光电二极管和三极管 一般在反向偏压下工作光导工作区E=0E1E2UI与光电池的比较光电池工作区UbRLE=0E1E2UIL光电二极管工作区RLUb=0RLRLUb IP硅光电二极管和三极管的比较 光照特性 伏安特性四个方面 温度特性 频率响应特性特殊结型光电二极管 PIN型光电二极管结构、原理 光电位置传感器原理位置表达式光电技术与光纤基础总复习（二）韩鹏内容 第一章：光电检测应用中的基础知识 第二章：光电检测中的常用光源 第三章：结型光电器件 第四章：光电导器件 第五章：真空光电器件

6、第六章：真空成像器件 第七章：固体成像器件 第八章：红外辐射与红外探测器 第九章：光导纤维与光纤传感器 第十章：太赫兹的产生与检测第四章 光电导器件 工作原理 主要特性参数 偏置电路和噪声 特点与应用工作原理 基于内光电效应（光电导效应）暗电流、亮电流、光电流及三者的关系主要特性参数 光电灵敏度 量子效率 光电特性和g值一般情况下：一般情况下：或偏置电路UUbRLRPIIU=PmaxUbUb/RLE2E3禁区UIQ3Q2Q1E1E=0 有一光敏电阻已注明额定功率为Pmax，负载电阻也已确定为RL，为了保证此光敏电阻在不同光照时均能安全的工作，试证明电源电压的选择必须满足：第五章：真空光电器件

7、光电阴极 光电管与光电倍增管 光电倍增管的主要特性参数 光电倍增管的供电和信号输出电路 微通道板光电倍增管 光电倍增管的应用光电阴极 工作原理外光电效应 主要参数灵敏度量子效率光谱响应曲线 分类：反射与透射 常用光电阴极材料负电子亲合势及其特点光电管与光电倍增管 光电管玻壳、光电阴极和阳极组成，真空型和充气型 光电倍增管基于外光电效应和二次电子发射效应结构上与光电管的区别：电子光学系统和倍增级光电倍增管 工作原理 典型参数阴极KA阳极AU1U2U5U6U3D2U4D3D1D4D5光电倍增管 入射窗口端窗、侧窗 电子光学系统作用：汇聚、同步 电子倍增极 阳极光电倍增管的主要参数 灵敏度光谱响应，

8、阴极、阳极灵敏度 放大倍数 暗电流 噪声 伏安特性 线性饱和光电倍增管的信号输出 用负载电阻实现电流电压转换 用运算放大器实现电流电压转换光电倍增管的应用 光谱测量 微弱光探测 射线探测了解！第六章：真空成像器件光电成像器件真空成像器件固体成像器件像管变像管像增强管摄像管光电发射型像管（摄像管）光电导型像管（视像管）无存储直视不可见光 可见光弱光 强光有存储非直视电荷耦合器件CCD自扫描光电二极管列阵SSPD第六章：真空成像器件 像管 常见像管 摄像管 光导靶和存储靶 摄像管的特性参数像管 包括变像管和像增强管；结构和工作原理 像管的特性参数光谱特性、增益特性、等效背景照度、分辨率光电阴极 电

9、子透镜 荧光面照像机或人眼 像管结构原理示意图了解概念！常见像管 常见变像管红外、紫外 常见像增强器级联式、微通道板、X射线了解概念！摄像管 与变像管的区别（作用）分类光电发射型摄像管、光电导型摄像管两者的不同之处:前者有移像区,后者无光电阴极电子光学系统移像区两者相同之处:扫描区电子枪灯丝,热阴极,控制栅极,各加速电极,聚焦线圈,偏转线圈,校正线圈光导靶和存储靶 视像管靶硅靶，工作原理 存储靶二次电子传导靶三个过程：（1）无光照扫描 充电(归零)（2）有光照无扫描 光 电（3）电子束再次扫描,输出(归零)三个过程：（1）无光照扫描 零电位（2）有光照无扫描 电位升高（3）电子束再次扫描 输出

10、摄像管的特性参数 灵敏度 光电转换特性 分辨率了解概念！第七章：固体成像器件 电荷耦合器件 电荷耦合器件的分类 CCD摄像机分类 CCD的性能参数 自扫描光电二极管列阵 发展现状和应用CCD：（Charge Coupled Device）电荷耦合器件固体成像器件SSPD：（Self Scanned Photodiod Array)自扫描光电二极管列阵电荷耦合器件 结构 耦合原理与电极结构 CCD的组成与工作原理输入、转移、输出10V 10V 2Vt22）电荷的耦合10V 2V 2Vt14V 10V 2Vt32V 10V 2Vt42V 4V 10Vt52V 2V 10Vt6t1t2t3t4123

11、tttt5UUU三相时钟t6电荷耦合器件的分类 线阵CCD单边、双边 面阵CCD帧转移、行间转移CCD的性能参数 转移效率和转移损失率 光谱响应率 分辨率 动态范围 暗电流和噪声散粒噪声、转移噪声、热噪声自扫描光电二极管列阵 结构形式和工作原理连续电荷存储（三个过程：准备、曝光、再充电）线阵、面阵工作原理光电技术与光纤基础总复习（二）韩鹏内容 第一章：光电检测应用中的基础知识 第二章：光电检测中的常用光源 第三章：结型光电器件 第四章：光电导器件 第五章：真空光电器件 第六章：真空成像器件 第七章：固体成像器件 第八章：红外辐射与红外探测器 第九章：光导纤维与光纤传感器 第十章：太赫兹的产生与

12、检测第四章 光电导器件 工作原理 主要特性参数 偏置电路和噪声 特点与应用工作原理 基于内光电效应（光电导效应）暗电流、亮电流、光电流及三者的关系主要特性参数 光电灵敏度 量子效率 光电特性和g值一般情况下：一般情况下：或偏置电路UUbRLRPIIU=PmaxUbUb/RLE2E3禁区UIQ3Q2Q1E1E=0 有一光敏电阻已注明额定功率为Pmax，负载电阻也已确定为RL，为了保证此光敏电阻在不同光照时均能安全的工作，试证明电源电压的选择必须满足：第五章：真空光电器件 光电阴极 光电管与光电倍增管 光电倍增管的主要特性参数 光电倍增管的供电和信号输出电路 微通道板光电倍增管 光电倍增管的应用光

13、电阴极 工作原理外光电效应 主要参数灵敏度量子效率光谱响应曲线 分类：反射与透射 常用光电阴极材料负电子亲合势及其特点光电管与光电倍增管 光电管玻壳、光电阴极和阳极组成，真空型和充气型 光电倍增管基于外光电效应和二次电子发射效应结构上与光电管的区别：电子光学系统和倍增级光电倍增管 工作原理 典型参数阴极KA阳极AU1U2U5U6U3D2U4D3D1D4D5光电倍增管 入射窗口端窗、侧窗 电子光学系统作用：汇聚、同步 电子倍增极 阳极光电倍增管的主要参数 灵敏度光谱响应，阴极、阳极灵敏度 放大倍数 暗电流 噪声 伏安特性 线性饱和光电倍增管的信号输出 用负载电阻实现电流电压转换 用运算放大器实现

14、电流电压转换光电倍增管的应用 光谱测量 微弱光探测 射线探测了解！第六章：真空成像器件光电成像器件真空成像器件固体成像器件像管变像管像增强管摄像管光电发射型像管（摄像管）光电导型像管（视像管）无存储直视不可见光 可见光弱光 强光有存储非直视电荷耦合器件CCD自扫描光电二极管列阵SSPD第六章：真空成像器件 像管 常见像管 摄像管 光导靶和存储靶 摄像管的特性参数像管 包括变像管和像增强管；结构和工作原理 像管的特性参数光谱特性、增益特性、等效背景照度、分辨率光电阴极 电子透镜 荧光面照像机或人眼 像管结构原理示意图了解概念！常见像管 常见变像管红外、紫外 常见像增强器级联式、微通道板、X射线了

15、解概念！摄像管 与变像管的区别（作用）分类光电发射型摄像管、光电导型摄像管两者的不同之处:前者有移像区,后者无光电阴极电子光学系统移像区两者相同之处:扫描区电子枪灯丝,热阴极,控制栅极,各加速电极,聚焦线圈,偏转线圈,校正线圈光导靶和存储靶 视像管靶硅靶，工作原理 存储靶二次电子传导靶三个过程：（1）无光照扫描 充电(归零)（2）有光照无扫描 光 电（3）电子束再次扫描,输出(归零)三个过程：（1）无光照扫描 零电位（2）有光照无扫描 电位升高（3）电子束再次扫描 输出摄像管的特性参数 灵敏度 光电转换特性 分辨率了解概念！第七章：固体成像器件 电荷耦合器件 电荷耦合器件的分类 CCD摄像机分

16、类 CCD的性能参数 自扫描光电二极管列阵 发展现状和应用CCD：（Charge Coupled Device）电荷耦合器件固体成像器件SSPD：（Self Scanned Photodiod Array)自扫描光电二极管列阵电荷耦合器件 结构 耦合原理与电极结构 CCD的组成与工作原理输入、转移、输出10V 10V 2Vt22）电荷的耦合10V 2V 2Vt14V 10V 2Vt32V 10V 2Vt42V 4V 10Vt52V 2V 10Vt6t1t2t3t4123tttt5UUU三相时钟t6电荷耦合器件的分类 线阵CCD单边、双边 面阵CCD帧转移、行间转移CCD的性能参数 转移效率和转移损失率 光谱响应率 分辨率 动态范围 暗电流和噪声散粒噪声、转移噪声、热噪声自扫描光电二极管列阵 结构形式和工作原理连续电荷存储（三个过程：准备、曝光、再充电）线阵、面阵工作原理