《光电检测期末复习题》

第一次作业1、光电检测技术有何特点？光电检测系统的根本组成是怎样的？〔1〕高精度，光电测量是各种测量技术中精度最高的一种〔〕最快的〔3〕〔4〕非接触式测量，不影响到被测物体的原始状态进展测量。光电检测系统通过接收被测物体的光辐射信号，再通过放大、滤波等电信号调理电路提取有用信息，经数模转换后输入计算机处理，最终显示，输出所需要的检测物理量等参数。2、什么是能带、允带、禁带、满带、价带和导带？绝缘体、半导体、导体的能带状况有何不同？答:晶体中电子所能具有的能量范围，在物理学中往往形象化地用一条条水平横线表示电子的各个力气值，能量愈大,线的位置愈高,确定能量范围内的很多能级〔彼此相隔很近〕进入能量较高的空带，空带中存在电子后即成为导电的能带--导带。素的作用下，可以少量价带中的电子越过禁带，跃迁到导带上去成为载流子。绝缘体和半导体的区分主要是禁的宽度不同电子的跃迁困难的多，因此，绝缘体的载流子的浓度很小。导电性能很弱。实际绝缘体里，导带里电子不是没有，并且总有一些电子会从价带跃迁到导带，但数量极少，所以，在一般脱束缚而成为自由电荷，则绝缘体就会被“击穿”而成导体。6.什么是外光电效应和内光电效应,他们有那些应用答：在光照下，物体向外表以外的空间放射电子〔即光电子〕的现象称为外光电效应。物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部运动而不逸出物质的现象称为内光电效应光电效应又可分为光电导效应和光伏特效应。外光电效应可用于制造光电管和光电倍增管。内光电效应中光电导效应可用于制造光敏电阻、光生伏特效应可用于制造光电二级管、光电池、光电三级管等。其次次作业光电检测器件中常见的噪声有那些，答：光电检测器件中常见的几种噪声为：热噪声，散粒噪声，产生-复合噪声，I/f噪声，温度噪声等〔1〕热噪声，为载流子无规章的热运动造成的噪声。〔3〕散粒噪声，噪声所呈现的起伏就像射出的散粒无规章的落在靶子上呈现出的一样随机起伏。产生-复合噪声，在半导体中确定温度下或者在确定光照下载流子不断的产生-复是有起伏的，在外加电压下，电导率的起伏使输出电流中带有产生-复合噪声I/f1KHz，故称低频噪声或I/f温度噪声：在热噪声中，不是由于辐射信号的变化，而是由于器件本身吸取和传导的热交换引起的温度起伏称为温度噪声。2，光敏电阻构造设计的根本原则是什么，由此又什么结论3/2设计的根本原则。由此可以得出光敏电阻两电极间的距离缩短，其光电灵敏度越高。5、什么是光生伏特效应？那些光电器件是利用光生伏特效应工作？电的光电效应。流小、噪声低、响应速度快、光电特性的线性好、受温度的影响小等特点。6、光电二极管和光电三极管有何区分它们在使用时需要留意哪些问题？一个PN结组成的半导体器件，接收光照后，产生于入射光强度成正比的光生电流，再把光二极管工作时需要加反向偏置电压，且更适用于高频响应场合。在使用光电二极管和光电三极管时需要留意以下几个方面：热稳定性及温度补偿：光电二极管在检测恒定弱光时要选用反向饱和电流小的光电二极管，承受电容耦合方式输出调制光时应选择放大系数随温度变化很小的光电三极管。对光电二极管和光电三极管的温度效应可承受热敏电阻进展补偿。视角及光路：在检测弱光时刻在光路加一凸透镜，以获得最正确检测效果，因此为使光电管接收到尽可能多的光，必需考虑光源及光路的设置。光信号匹配：光电管的特性必需和光信号的调制形式、信号频率波形相匹配，以保证得到没有频率损失的输出波形和良好的时间响应。7、光电倍增管的工作原理是怎样的？光电倍增管中倍增极有哪几种构造？每一种的主要特点是什么？答：光电倍增管的工作原理〔〕光子透过入射窗口入射到光电阴极K2〕极电子受光子激发，离开外表放射到真空中〔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，倍增极将放射出入射电子数目更多的二次电子，入射电子经N级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电流，在负载RL光电倍增管中的倍增极有聚拢型和非聚拢型两种，聚拢型包括鼠笼式、直线聚焦式等，非聚拢型包括百叶窗式、盒栅式等。鼠笼式：构造紧凑，体积小，但灵敏度的均匀性稍差。积存电荷而影响电子光学系统稳定性高，有时电子可能越级穿过，从而，收集率较低，渡越时间离散较大。盒栅式：电子的收集效率较高，均匀性和稳定性较好，但极间电子赌约时间离散较大。第三次作业1PNPNN型材料中的多数载流子是电子，PPNP区的空穴和N区的电子就向对方集中，构成少数载流子的注入，从而在PN结四周产生导带电子和价带空穴的符合。每一对电子和热能和局部光能的形式辐射出来。发光二极管的外量子效率与射出的光子数，电子空穴对数，半导体材料的折射率有关，2、简述激光器的工作原理、类型和特点。答：激光器一般由工作性质、谐振器和泵浦源组成。常用的泵浦源是辐射源或电源，利用泵浦源能将工作性质中的粒子从低能态激发到高能态能态的粒子数，构成粒子数的反转分布，这是产生激光的必要条件当高能态粒子从高能态跃迁到低能态而产生辐射后最多，会激发出更多的辐射，从而使辐射能量放大，这样，通过原子受激并经过放大的辐射通过局部透射的平面镜输出到腔外，便会产生激光。5、为什么要将发光二极管和光电三极管封装在一起构成光电耦合器件？光电耦合器件的主要特性有哪些？器、继电器、开关电器的功能。光电耦合器件的主要特性：1具有电隔离功能；2.信号传输信号方向；3.具有抗干扰和噪声的力气；4.响应速度快；5.有用性强；6.既具有耦合特性又具有隔离特性第四次作业1、简述CCD答：CCD的特点是以电荷作为信号，它的根本功能是电荷的存储和转移，因此，CCD的根本工作原理是信号电荷的产生，存储，传输和检测。其中光电转换与电荷的存储是在光电二极管中进展，电荷转移是在CCD移位存放器中进展，电荷检测是在FD5、什么是CCD在读出过程中损失严峻。“胖零”可削减这种损耗。第五次作业1、热辐射探测器输出信号的形成过程通常分为哪两个阶段？答：热电检测器件是将辐射到器件上的能量转换成热能，再把热能转换成电能的器件。热辐射探测器输出信号的形成过程包括两个阶段，第一个阶段为将辐射能转换成热能的阶段，其次个阶段为将热能转换成各种形式的电能阶段。2、什么是热能电阻的冷阻与热阻？为什么半导体材料的热敏电阻常具有负温度系数？值通常称为冷阻，吸取单位热辐射功率引起温度上升时的电阻称为热阻。在工作温度范围内,电阻值随温度上升而增加的是正温度系数(PTC随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻。一般状况下半导体材料的载流子〔电子和空穴〕数目少，其电阻值较高；随着温度的上升，载流子数目增加，电阻值降低，所以半导体材料的热敏电阻常具有夫温度系数。3500K550Ω700K450Ω，试求该热敏电550K600K答：：T1=500K，R1=550Ω，T2=700K,R2=450Ω由负温度系数热敏电阻公式：B=2.303〔T1*T2〕/(T2-T1)*lg〔R1/R2〕得B=2.303*〔500K*720K〕/〔700K-500K〕*lg〔550Ω/450Ω〕=361.27则温度为T1=550K2.303*〔500K*550K〕/〔550K-500K〕*lg〔550Ω/R3〕=361.27R3=515Ω则温度为T1=600K2.303*〔500K*600K〕/〔600K-500K〕*lg〔550Ω/R4〕=361.27R4=488Ω550K515Ω，600K488Ω4、简述热电偶和热电堆的工作原理。AB正是利用物质温差产生电动势的效应来检测入射辐射的。〔输出温差电动势〕是多个热电偶的输出电压之和。第六次作业1、常用的微弱光信号检测技术有哪几种？常用的微弱光信号检测技术分为锁相放大技术、取样积分技术和光子计数技术三种。锁相放大器是一种对交变信号进展相敏检波的放大器身和那些与参考信号同频〔或者倍频、同相的噪声重量有响应。因此，能大幅度抑制无用噪声，改善检测信噪比。此外，锁相放大器有很高的检测灵敏度，信号处理比较简洁，是弱光信号检测的一种有效方法。取样积分是一种利用取样和平均化技术测定深埋在噪声中的周期性信号的测量装置的统计平均值为零，所以可大大降低信噪比，恢复被噪声漂移的信号波形。入射极的负载电阻上消灭光电子脉冲，然后经处理把光信号从噪声中以数字化的方式提取出来。大、脉冲甄别和计数技术可以有效提高弱光探测的灵敏度。以锁相放大器为例，说明去除噪声、改善检测信噪比的机理。号同频同相时才可能输出直流信号并与被测信号叠加锁相放大器去除噪声改善信噪比的原理是大幅度抑制无用噪声，改善检测信噪比。第七次作业1.光纤传感系统常用的光源和器件有哪些？光二极管等，相干光源指各类型的激光器，常见的有固体、气体、液体、半导体激光器、面放射激光器、光纤激光器、放大自发辐射激光器等。常见的器件有光纤连接器件、光纤耦合器、光开关和波分复用器等。2.光纤传感器的根本分类是怎样的？利用了哪些调制原理？〔传光型调制过的信号进展解调，从而得出被测信号，典型例子：光纤陀螺、光纤水听器等。非功能模光纤。光纤在其中仅仅起到导光作用，光照在光纤型敏感元件上受被测量调制。4.强度调制型光纤传感器的工作原理是什么？它有哪几种类型？光强度调制主要有四种方式：透射式、反射式、遮挡式、投射式〔1〕透射式：可测量〔2〕电准直、电机等转动物体的转速测量；对于漫反射，是指