西南交大光电技术复习题纲

光电技术复习题纲试题类型：填空（10分）、选择（20分）、判断（10分）、简答（20分）、综合题（30分）、设计题（10分）备注：本复习提纲只是一个概要，请同学们不要脱离书本以及上课课件。1绪论1.光电探测系统的组成（选＊2）光电探测系统由光辐射源、光学系统、调制器、传输介质、光电探测器和电子系统等基本环节组成，可分为主动探测系统和主动探测系统，如图0-1所示。2区别：被动探测系统其信息源来自被探测物体自身的辐射，如所要探测的飞机、舰船、星体、火焰和人体等物体自身的紫外、红外或可见光辐射；也可以是来自其他自然辐射源（如太阳）照射在被探测物体上形成的反射、散射等光辐射。例如遥感技术中地球表面不同物体的反射光谱。主动探测系统其信息源不同时兼作辐射源，即系统不是利用信息源自身辐射或者信息源为非光学量。将非光学的物理量（如语音、数据等）先设法变成电信号，然后通过调制器把信息加载到光波上进行传输，如光纤通信系统；或者采用人工光源照射被测物体，使所需要信息能加载到反射、透射、散射或衍射光波上，然后利用光电探测系统进行检测，如激光制导、激光测距系统。3第1章光辐射探测的理论基础1.1辐射度学与光度学基础知识光学谱区：0.01～1000μm可见光谱区：0.38～0.78μm光辐射量度：辐射度量（电磁波谱），光度量（可见光谱区）1.2半导体物理的基础知识（概念理解）半导体能带：导带、价带、禁带半导体类型：本征半导体、P型半导体、N型半导体、半导体中载流子的分布：费米能级的“标尺”作用半导体对光的吸收：本征吸收、非本征吸收(会画能带结构图）非平衡状态下的载流子：过剩载流子、光生载流子、产生、复合、光生载流子的寿命。载流子的扩散与漂移41.3半导体的光电效应（掌握概念，公式不做要求）光电导效应、光伏效应、光电子发射效应、光电转换的基本规律（量子效率）。本征吸收、杂质吸收、激子吸收、自由载流子吸收、晶格吸收描述（补充课件）

5第2章常见光辐射源1.黑体的描述。2.黑体辐射的几个描述定律：基尔霍夫定律、普朗克公式、维恩位移定律、斯蒂芬－玻尔兹曼定律。3.光源的基本特性参数：辐射效率、发光效率4.自然辐射源：目标辐射、背景辐射。5.激光器画图并说明激光器的基本组成。激光器的工作原理。6第3章光电导探测器1.光电导探测器的材料及分类本征型光电导探测器、杂质型光电导探测器P型、N型半导体均可制成光电导探测器，但电子的迁移率比空穴大，而且用N型材料制成的光电导探测器性能较稳定，特性较好，故目前大都使用N型半导体光电导探测器。同一种半导体材料的杂质电离能比本征半导体的电离能小得多，所以它的长波限比本征探测器的长波限长得多。2.光电探测器的惰性、弛豫过程。3.不同光照条件下光电导响应过程弱光照——响应时间为常数，稳态光电导与光生载流子的产生率成线性关系。强光照——响应时间是光照的函数，稳态光电导与入射辐射通量平方根成正比关系。4.光敏电阻的结构设计原则是什么？为什么这样设计？光敏电阻做成蛇形，电极作成梳状。这样的结构设计既可以保证有较大的受光表面，也可以减小电极之间的距离，从而可减小电子渡越时间，有利于提高灵敏度。74.光电导探测器的主要特性参数：光电特性、照度指数、光电导灵敏度、响应时间、频率特性、光谱特性、温度特性、前历效应、伏安特性、噪声特性5.光电导探测器的偏置电路及几种典型结构：恒流偏置电路、恒压偏置电路、恒功率偏置电路光电导探测器应用举例。891011第4章光伏探测器4.2节常用光伏探测器4.3节光伏探测器组合器件12第5章光电子发射探测器1.光电阴极的定义及分类：常规光电阴极、负电子亲和势光电阴极2.光电倍增管的结构及各部分作用（见补充课件）光窗、光电阴极、光电子光学系统、电子倍增管、阳极3.光电发射和二次电子发射有哪些不同？简述光电倍增管的工作原理。4.光电倍增管的工作电路及应用高压供电电路、信号输出电路光电倍增管采用负高压供电或正高压供电，各有什么优缺点？它们分别适用哪些场合？疲劳与衰老的定义。13光电发射效应：当金属或半导体受到光照时，电子从材料表面逸出的现象。一个良好的光电发射材料应具备的条件？①光吸收系数大②光电子在体内传输过程中受到的能量损失小③表面势垒低，使表面逸出几率大。14负电子亲和势的形成电子亲和势EA：真空能级与导带底能级之差称为电子亲和势。面N型材料自由电子较多，衬底P型材料自由空穴较多，它们间因存在浓度差而互相扩散，形成表面电荷的局部耗尽，耗尽区内发生能带弯曲。产生能带弯曲后的电子亲和势表示为：如果掺杂浓度足够高，使得能带弯曲足够大，则可使能带弯曲度Ed>EA2，从而EAe<0，这样就形成了负电子亲和势。15真空型光电管的工作原理当入射光透过真空型光电管的入射窗照射到光电阴极面上时，光电子就从阴极发射出去，在阴极和阳极之间形成的电场作用下，光电子在极间作加速运动，被高电位的阳极收集，其光电流的大小主要由阴极灵敏度和入射辐射的强度决定。充气型光电管的工作原理光照生电子在电场的作用下运动，途中与惰性气体原子碰撞而电离，电离又产生新的电子，它与光电子一起都被阳极收集，形成数倍于真空型光电管的光电流。16具有足够动能的电子轰击某些材料时，材料表面将发射新的电子，这种现象称为二次电子发射。轰击材料的入射电子称为一次电子，从材料表面发射出的电子称为二次电子。二次发射过程可以分三步来描述：①材料吸收一次电子的能量，激发体内电子到高能态，这些被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一部分向表面运动，在运动过程中因散射而损失能量；③如果到达界面的内二次电子仍有足以克服表面势垒的能量，即逸出表面成为二次电子。17第6章热探测器1.热探测器的基本原理6.3测辐射热计（不记公式）6.4热释电探测器（不记公式）2.热探测器的定义及分类：热电偶（热电堆）、测辐射热计、热释电探测器3.三种常用热探测器的基本原理、主要特点和性能参数等的比较18第7章光电成像器件7.1像管（像管的主要特性参数不考）像管是指可以将人眼不可见的或微弱的光学图像转换为人眼可直接观察的图像的一类电真空成像器件，它包括变像管和像增强器。变像管：将人眼不可见的（红外、紫外和X射线）光学图像变换为可见光图像的成像器件。光谱变换像增强器：将亮度很低的光学图像增强到足够亮度的成像器件，微通道板像增强器是其中一种重要的像增强器。亮度增强19像管的工作原理在像管中，光电阴极是像管的光－电变换部分，利用它通过外光电效应把亮度很低的可见光图像或者人眼不可见的光学图像经光电阴极转换成电子图像；电子光学系统将电子图像聚焦成像在荧光屏上，并使光电子获得能量增强；荧光屏再将入射到其上的电子图像转换为可见光图像。20光电导技术的变像原理：入射的红外辐射图像经红外物镜成像在光电导靶上，在靶面上形成相应的电势分布图像；当电子枪发射的电子束在偏转磁场的作用下，入射到靶面上时，就会受到电势图像的调制；原入射的电子束中有一部分电子再经偏转磁场和电场的作用而返回到荧光屏上，使之发出荧光。21选通式变像管的结构选通式变像管的关键是在电子光学系统的阴极与阳极之间增加一对带孔栏的金属电极（称为控制栅）。选通式变像管的工作原理：改变控制栅的电压，从而控制变像管的导通和光电子的发射。变像管导通——控制栅的电压UG比光电阴极电压高175V。变像管截止——控制栅的电压UG比光电阴极电压低90V。22信息的存储和扫描输出（一维时序电信号）的全过程。2.电视制式3.电真空摄像管的结构及工作原理（见补充课件）。4.固体摄像器件（CCD）231.微光夜瞄镜工作原理：远处目标在夜天光的照射下发出的微弱光学图像被物镜接收并聚焦在像增强器的光电阴极上，像增强器形成的可见光图像再经目镜放大后，可由人眼直接观察。242.红外夜视仪工作原理：由红外光源发出的红外光照射到目标上，经目标反射后，被红外物镜接收并聚焦在红外变像管的光电阴极上，红外变像管形成的可见光图像再经目镜放大后，可由人眼直接观察。25第8章光学信号的调制1.光学调制的基本概念、作用及调制方式：一次调制、二次调制2.光信号调制的基本原理：连续波调制：幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制（PM）脉冲调制：脉冲幅度调制（PAM）、脉冲频率调制（PFM）、脉冲宽度调制（PWM）编码调制：抽样、量化、编码

3.解调的基本概念。26第9章直接探测和相干探测1.直接探测的基本原理、及主要性能指标：信噪比、噪声等效功率、视场、作用距离2.直接探测的几种应用举例：强度调制—直接探测光纤通信系统用相位和时间法测量空间距离像分析器定位法3.相干探测的基本原理、基本特性及探测条件：空间条件、频率条件274.相干探测的几种应用举例：