光电检测技术与应用重点简答题

简答题光电探测器常见的噪声有哪几类？分别简要说明。答：（1）热噪声（2）散粒噪声（3）产生复合噪声（4）1/f噪声（5）温度噪声说明：（1）由于导体和半导体中载流子在一定的温度下做无规则运动，频繁与原子发生碰撞产生的（2）随机起伏产生的噪声称为微粒噪声（3）半导体受光照时，载流子不断地产生复合，在外加电压下，电导率的起伏是输出电流产生复合噪声（4）此种噪声的功率谱近似于频率成反比（5）由于器件本身温度变化引起的噪声成为温度噪声光电二极管与一般二极管相比有什么相同点和不同点？答：相同点：管芯由PN结构构成具有单项导电性不同点：（1）光电二极管的管壳由接受光照的窗口，有光照时电流剧增，无光照时，电流很小，（2）光电二极管工作在反偏，普通二极管反偏状态截止，（3）光二极管把光线号变为电信号，普通二极管整流作用简述光电三极管的工作原理。答：原理分为2个阶段，一是光电转换，二是光电流放大就是将两个PN结组合起来使用，基极和集电极之间处于发反偏状态，内建电场由集电极指向基极。光照射到P区，产生光生载流子对，电子飘移到集电极，空穴留在基极，使基极和发射极之间电位升高，发射极便有大量电子径基极流向集电极，产生光电流。简述声光相互作用中产生布喇格衍射的条件以及布喇格衍射的特点。答：条件:(1)声波频率较高(2)声波作用长度L较长(3)声波波面间以一定角度入射特点：在方向上有选择性，在波长上由选择性什么是热释电效应？热释电器件为什么不能工作在直流状态？答：热释电效应：铁电子极化强度岁温度改变表面由浮游电荷出现，相当于释放出一部分电荷原因：工作在直流状态下，温度频率不变，观察不到它的自发极化现象，所以探测的辐射必须是变化的，而且只有辐射频率F》1/T时才有输出，因此对于恒定的红外辐射，要进行调制，使其变成交变辐射，不断引起探测器温度变化，才能产生热释电。噪声等效功率？答;如果投射到探测器敏感元件的辐射功率产生的输出电压或电流正好等于探测器本身噪声电压，则这个辐射功率就叫噪声等效功率，他是信噪比为1探测器所探测到的最小辐射功率。光伏效应？答:PN结中，光子穿透P区到N区，在那激发电子空穴对时，这些光生载流子被结电场分离后，空穴流入P区，电子流入N区，在结区两边产生势垒，这就是光伏效应。像管的主要功能是什么？有哪几部分组成？像管和摄像管的最大区别是什么答：功能：是把不可见辐射图像或微弱光图像通过光电阴极和电子光学系统转换成可见光图像，由光电阴极，电子透镜，荧光屏3个部分组成。区别：像管内部没有扫描机构，不能输出电视信号，对他的使用望远镜观察远处生物一样，观察者必须通过它来直接面对景物。9.、简述光频外差探测的特点。（1）高的转换增益（2）良好的滤波性能（3）良好的空间和偏振鉴别能力（4）小的信号比损失，有利于微弱光信号的探测（5）探测灵敏度高10.、比较光子探测器和光热探测器在作用机理、性能及应用特点等方面的差异（1）光子探测器和光热探测器分别应用了光电效应和光热效应（2）光子探测器利用某些半导体红外辐射的照射下，产生光电效应，使材料电学性质发生变化，光子探测器的主要特点是灵敏度高，响应速度快，响应频率高，但需要在低温下工作，探测波段较短11、光电探测器性能参数包括哪些方面响应率，光谱响应率，等效噪声功率，探测率与比探测率，线性，量子效率12、光子效应和光热效应光子效应：指单个光子的性质对产生的光电子直接作用的一类光电效应，探测器吸收光子后，直接引起原子或分子的内部电子状态的改变。光子能量的大小直接影响内部电子状态改变。特点：光子效应对光波频率表现出选择性，响应速度一般比较快。光热效应：探测元件吸收辐射能量后，把吸收的光能变为晶格热运动能量，引起探测元件温度上升，温升使得元件电学性质或其他物理性质发生变化。特点：原则上对光波频率没有选择性，响应速度慢。13、请简要说出InSb和PBs光敏电阻的特性InSb：在77K下，噪声性能大大改善。室温长波限7.5um，时间常数2×10-2us，响应时间短。PBs：近红外波段最灵敏的光电探测器件，室温工作响应波长可达3um，响应时间长，室温下100^300us14、为什么说光电池的频率特性不是很好?（1）光电池的光敏面做的较大，因而极间电容较大（2）光电池工作在第四象限，有较小的正偏电压存在，光电池内阻值低，且随入射光功率变差。因此光电池频率特性不好。15、直接光电探测器的平方律特性表现在哪两个方面?（1）光电池正比于光电场振幅的平方（2）电输出功率正比于入射光功率的平方16、什么是半波电压？光波两个垂直分量Ex，Ey光程差为半个波长（相应相位差为π）所加电压18、红外光学系统的特点（1）红外辐射分为四个区域，近红外，中红外，远红外，极远红外（2）为了探测远距离的微弱目标，红外光学系统孔径一般比较大（3）广泛使用各类扫描器（4）8~14um波段的红外光学系统必须考虑衍射效应影响（5）在各种气象条件下或在抖动和振动条件下，具有稳定的光学性质19、光电倍增管的供电电路分为负高压供电和正高压供电，试说明这两种供电电路的特点，举例说明它们分别适用于哪种情况。答：正高压供电优点：便有屏蔽，光磁电的屏蔽罩可以跟阴极靠的近些，屏蔽效果好，暗电流小，噪声低缺点：阳极处于正高压，会导致寄生电容大，匹配电缆连接复杂，特别是后面，若结直流放大器，直流放大器处于高电压，不利于安全操作，若接交流放大器，则必须接一个耐压很高的隔直电容器，价格高体积大。负高压供电优点：便于跟后面放大器相接，操作安全，后面不仅可以通过一个低压耦合电容与交流放大器相接，也可以直接与电流放大器相连。缺点：此时印记处于负高压，屏蔽罩不能和阴极靠的很近，至少间隔1-2cm，此时屏蔽效果差，暗电流和噪声比阳极接地大。20、微弱辐射作用下，光电导材料的光电灵敏度有什么特点。答：（1）光导材料的光电灵敏度是定值，输入光电流与入射光通量成正比，保持线性关系（2）光敏电阻形成蛇形，即可以保证较大受光面积又可以减少电极之间距离，从而可以减少载流子的有效级间度越时间，有利于提高灵敏度为什么结型光电器件正向偏置时，没有明显的光电效应？必须在哪种偏置状态？为什么？答：正向偏置时，正电极远远大于光电流，光电效应不明显，工作在反向偏置。光电探测器与热探测器在工作原理、性能上有什么区别？答：光电探测器与热探测器分别应用于光电效应和光热效应原理：（看12题）什么是光纤的色散？答：光的色散就是输入脉冲在光纤内的传输过程中，由于光波群速度不同而出现的脉冲展宽现象分为材料色散，波导色散，多横色散24、光纤传感器的基本构成？答：光纤传感器由光纤，光源，光电器件组成25、相位调制型光纤传感器的工作原理？简答题光电探测器常见的噪声有哪几类？分别简要说明。答：（1）热噪声（2）散粒噪声（3）产生复合噪声（4）1/f噪声（5）温度噪声说明：（1）由于导体和半导体中载流子在一定的温度下做无规则运动，频繁与原子发生碰撞产生的（2）随机起伏产生的噪声称为微粒噪声（3）半导体受光照时，载流子不断地产生复合，在外加电压下，电导率的起伏是输出电流产生复合噪声（4）此种噪声的功率谱近似于频率成反比（5）由于器件本身温度变化引起的噪声成为温度噪声光电二极管与一般二极管相比有什么相同点和不同点？答：相同点：管芯由PN结构构成具有单项导电性不同点：（1）光电二极管的管壳由接受光照的窗口，有光照时电流剧增，无光照时，电流很小，（2）光电二极管工作在反偏，普通二极管反偏状态截止，（3）光二极管把光线号变为电信号，普通二极管整流作用简述光电三极管的工作原理。答：原理分为2个阶段，一是光电转换，二是光电流放大就是将两个PN结组合起来使用，基极和集电极之间处于发反偏状态，内建电场由集电极指向基极。光照射到P区，产生光生载流子对，电子飘移到集电极，空穴留在基极，使基极和发射极之间电位升高，发射极便有大量电子径基极流向集电极，产生光电流。简述声光相互作用中产生布喇格衍射的条件以及布喇格衍射的特点。答：条件:(1)声波频率较高(2)声波作用长度L较长(3)声波波面间以一定角度入射特点：在方向上有选择性，在波长上由选择性什么是热释电效应？热释电器件为什么不能工作在直流状态？答：热释电效应：铁电子极化强度岁温度改变表面由浮游电荷出现，相当于释放出一部分电荷原因：工作在直流状态下，温度频率不变，观察不到它的自发极化现象，所以探测的辐射必须是变化的，而且只有辐射频率F》1/T时才有输出，因此对于恒定的红外辐射，要进行调制，使其变成交变辐射，不断引起探测器温度变化，才能产生热释电。噪声等效功率？答;如果投射到探测器敏感元件的辐射功率产生的输出电压或电流正好等于探测器本身噪声电压，则这个辐射功率就叫噪声等效功率，他是信噪比为1探测器所探测到的最小辐射功率。光伏效应？答:PN结中，光子穿透P区到N区，在那激发电子空穴对时，这些光生载流子被结电场分离后，空穴流入P区，电子流入N区，在结区两边产生势垒，这就是光伏效应。像管的主要功能是什么？有哪几部分组成？像管和摄像管的最大区别是什么答：功能：是把不可见辐射图像或微弱光图像通过光电阴极和电子光学系统转换成可见光图像，由光电阴极，电子透镜，荧光屏3个部分组成。区别：像管内部没有扫描机构，不能输出电视信号，对他的使用望远镜观察远处生物一样，观察者必须通过它来直接面对景物。9.、简述光频外差探测的特点。（1）高的转换增益（2）良好的滤波性能（3）良好的空间和偏振鉴别能力（4）小的信号比损失，有利于微弱光信号的探测（5）探测灵敏度高10.、比较光子探测器和光热探测器在作用机理、性能及应用特点等方面的差异（1）光子探测器和光热探测器分别应用了光电效应和光热效应（2）光子探测器利用某些半导体红外辐射的照射下，产生光电效应，使材料电学性质发生变化，光子探测器的主要特点是灵敏度高，响应速度快，响应频率高，但需要在低温下工作，探测波段较短11、光电探测器性能参数包括哪些方面响应率，光谱响应率，等效噪声功率，探测率与比探测率，线性，量子效率12、光子效应和光热效应光子效应：指单个光子的性质对产生的光电子直接作用的一类光电效应，探测器吸收光子后，直接引起原子或分子的内部电子状态的改变。光子能量的大小直接影响内部电子状态改变。特点：光子效应对光波频率表现出选择性，响应速度一般比较快。光热效应：探测元件吸收辐射能量后，把吸收的光能变为晶格热运动能量，引起探测元件温度上升，温升使得元件电学性质或其他物理性质发生变化。特点：原则上对光波频率没有选择性，响应速度慢。13、请简要说出InSb和PBs光敏电阻的特性InSb：在77K下，噪声性能大大改善。室温长波限7.5um，时间常数2×10-2us，响应时间短。PBs：近红外波段最灵敏的光电探测器件，室温工作响应波长可达3um，响应时间长，室温下100^300us14、为什么说光电池的频率特性不是很好?（1）光电池的光敏面做的较大，因而极间电容较大（2）光电池工作在第四象限，有较小的正偏电压存在，光电池内阻值低，且随入射光功率变差。因此光电池频率特性不好。15、直接光电探测器的平方律特性表现在哪两个方面?（1）光电池正比于光电场振幅的平方（2）电输出功率正比于入射光功率的平方16、什么是半波电压？光波两个垂直分量Ex，Ey光程差为半个波长（相应相位差为π）所加电压18、红外光学系统的特点（1）红外辐射分为四个区域，近红外，中红外，远红外，极远红外（2）为了探测远距离的微弱目标，红外光学系统孔径一般比较大（3）广泛使用各类扫描器（4）8~14um波段的红外光学系统必须考虑衍射效应影响（5）在各种气象条件下或在抖动和振动条件下，具有稳定的光学性质19、光电倍增管的供电电路分为负高压供电和正高压供电，试说明这两种供电电路的特点，举例说明它们分别适用于哪种情况。答：正高压供电优点：便有屏蔽，光磁电的屏蔽罩可以跟阴极靠的近些，屏蔽效果好，暗电流小，噪声低缺点：阳极处于正高压，会导致寄生电容大，匹配电缆连接复杂，特别是后面，若结直流放大器，直流放大器处于高电压，不利于安全操作，若接交流放大器，则必须接一个耐压很高的隔直电容器，价格高体积大。负高压供电优点：便于跟后面放大器相接，操作安全，后面不仅可以通过一个低压耦合电容与交流放大器相接，也可以直接与电流放大器相连。缺点：此时印记处于负高压，屏蔽罩不能和阴极靠的很近，至少间隔1-2cm，此时屏蔽效果差，暗电流和噪声比阳极接地大。20、微弱辐射作用下，光电导材料的光电灵敏度有什么特点。答：（1）光导材料的光电灵敏度是定值，输入光电流与入射光通量成正比，保持线性关系（2）光敏电阻形成蛇形，即可以保证较大受光面积又可以减少电极之间距离，从而可以减少载流子的有效级间度越时间，有利于提高灵敏度为什么结型光电器件正向偏置时，没有明显的光电效应？必须在哪种偏置状态？为什么？答：正向偏置时，正电极远远大于光电流，光电效应不