光電技術基礎

1、l1 1、輻射度與光度量及轉換、輻射度與光度量及轉換 cosdddcosdde2eeAAILeMeIeLeAcosvMvIvLvAcosV, =K V( ) =683V( )me,Vw =17.1 ewHe =Ee tHv =EvtAMddee)(eedAAMIddeeeedIeeML AEddeeAEvve,（單位）（單位）發(fā)光強度的單位及定義發(fā)光強度的單位及定義l2. 2. 基本概念基本概念（1 1）量子流速率（）量子流速率（為什么其計算公式中不能出現(xiàn)光度量為什么其計算公式中不能出現(xiàn)光度量） 光源發(fā)射的輻射功率是每秒鐘發(fā)射光子能量的總和。光源在光源發(fā)射的輻射功率是每秒鐘發(fā)射光子能量的總和。

2、光源在給定波長給定波長處處, , 由由 +d +d 到波長范圍內(nèi)發(fā)射的輻射通量到波長范圍內(nèi)發(fā)射的輻射通量d de e除以該波長除以該波長的光子能量的光子能量hvhv，得到光源在該波長得到光源在該波長處每秒鐘處每秒鐘發(fā)射的光子數(shù)，稱為光譜量子流速率發(fā)射的光子數(shù)，稱為光譜量子流速率d dN Ne,e,，即，即 hvhvNddd, ee, e光源在波長光源在波長為為00范圍內(nèi)發(fā)射的總量子流速率范圍內(nèi)發(fā)射的總量子流速率: : 0, emax, e0, eeddrhchvNl(1) (1) 斯忒藩斯忒藩- -波爾茲曼輻射定律波爾茲曼輻射定律l(2) (2) 維恩位移定律維恩位移定律04, s , es

3、, edTMM428234510675152KWm.chk155se103091T.Mm,Wcm-2m-1K-5 Tm2898(m)l1 1）半導體對光的吸收）半導體對光的吸收(5(5種種) )，哪幾種吸收會引起光電效應？，哪幾種吸收會引起光電效應？ 對光吸收的一般規(guī)律對光吸收的一般規(guī)律xdd0(1 e)x吸收的光通量為：(1) (1) 本征吸收本征吸收ggL24. 1EEhc(2) (2) 雜質吸收雜質吸收 DL24. 1EAL24. 1E2 2）光電效應）光電效應(1) (1) 內(nèi)光電效應內(nèi)光電效應a.a.光電導效應（光電導效應（非平衡多數(shù)載流子產(chǎn)生復合運動引非平衡多數(shù)載流子產(chǎn)生復合運動引

4、起材料電導率的變化）起材料電導率的變化）分為兩種情況分為兩種情況微弱輻射作用微弱輻射作用,2ddelhqg2,d dhclqgSeg)1 (, eteNn(3) (3) 激子吸收激子吸收 （4 4）自由載流子吸收）自由載流子吸收 （5 5） 晶格吸收晶格吸收 ,21,213d21deeflKhbdqgtKNnftanh21e,e,1NKf) 1(KTqUDeIII, e)1 (ehqIIdsc)() 1ln(26) 1ln(OCmVIIIIqKTUDD室溫室溫300K300K時時OCOCOCln26ln()KTEEUUUmVqEEb b 光生伏特效應光生伏特效應( (少數(shù)載流子的漂移運動少數(shù)載

5、流子的漂移運動) )(2) (2) 光電發(fā)射效應光電發(fā)射效應 ( (外光電效應）外光電效應）外光電效應中光電能量轉換的基本關系為外光電效應中光電能量轉換的基本關系為 thEmvh2021AgthEEE)nm(1239ththLEEhcl（1) 1) 光電導器件的特性光電導器件的特性, e2lhqg 21,213eflKhbdqgrppgIg UUS E1221lglglglgEERR光敏電阻的阻值計算光敏電阻的阻值計算)1 (/0te)1 (/0teII/110t/110tII 強輻射作用情況下的強輻射作用情況下的時間響應時間響應 弱輻射作用情況下的弱輻射作用情況下的時間響應時間響應 （2)2

6、) 光敏電阻的主要噪聲：熱噪聲、產(chǎn)生復合光敏電阻的主要噪聲：熱噪聲、產(chǎn)生復合噪聲、低頻噪聲噪聲、低頻噪聲 l1). 1). 基本偏置電路基本偏置電路WbeWeceeUUUIIRRl2). 2). 恒流電路恒流電路RLR(RL10R) g2eWvSRRUS pcbboRIUURL1/bbbbRbbLLRUUUURRRRdUo=RcdIc=RcdIe= RcSgUwd l3). 3). 恒壓電路恒壓電路 RLR（RLR/10 ）ccbboRIUUlA. A. 硅光電二極管：最高工作頻率硅光電二極管：最高工作頻率10107 7HzHz)/exp(1 () )exp(1 (, ekTqUIdhcqId

7、光電二極管的全電流方程為光電二極管的全電流方程為 )e(hcqddISdi1lB. B. PINPIN型型光電二極管特點光電二極管特點C. C. 雪崩雪崩光電二極管特點光電二極管特點D. D. 硅光電池硅光電池l1)1)自偏置電路自偏置電路( (光電池光電池) )e,ocmmopt0.7)(0.6SUIUR Pm= Im Um=(0.60.7)UocIp 0017060dhc)d-e()qU.(Pe,-e,ocemme,ie,Pm)1 (SehcqIIdUm =(0.60.7)Uoc硅光電池自偏置電硅光電池自偏置電路的特點：可得到路的特點：可得到最大的輸出功率；最大的輸出功率；輸出電流（輸出電

8、輸出電流（輸出電壓）與入射輻射線壓）與入射輻射線性關系差。性關系差。l(2) (2) 零伏偏置零伏偏置( (R RL L=0=0時的自偏置電路時的自偏置電路) ) fSCe,foRIhcqRUl(3) (3) 反向偏置反向偏置 硅光電池反向硅光電池反向偏置電路的特偏置電路的特點：點：PN結勢結勢壘區(qū)加寬，線壘區(qū)加寬，線性范圍和光電性范圍和光電變換動態(tài)范圍變換動態(tài)范圍加寬。加寬。,LedqIIhc ,DbbLeqUURhc ,LeqURhc (5) (5) 內(nèi)光電器件特性比較內(nèi)光電器件特性比較 1 1、光電變換的線性：按、光電變換的線性：按線性由好到壞線性由好到壞排列：光電二極管、光電排列：光電

9、二極管、光電池、光電三極管、復合光電三極管、光敏電阻池、光電三極管、復合光電三極管、光敏電阻2 2、動態(tài)范圍：、動態(tài)范圍：線性動態(tài)范圍線性動態(tài)范圍，反偏光電二極管動態(tài)范圍最好反偏光電二極管動態(tài)范圍最好，其，其次是光電池、光電三極管，光敏電阻；光敏電阻的非線性動態(tài)范次是光電池、光電三極管，光敏電阻；光敏電阻的非線性動態(tài)范圍寬。圍寬。3 3、靈敏度靈敏度：光敏電阻的靈敏度最高，其次是雪崩光電二極管、光：光敏電阻的靈敏度最高，其次是雪崩光電二極管、光電三極管，光電二極管的靈敏度最低。電三極管，光電二極管的靈敏度最低。4 4、時間響應時間響應：PINPIN與與APDAPD響應時間最快，其次是光電三極管

10、、復合響應時間最快，其次是光電三極管、復合光電三極管和光電池，光電三極管和光電池，光敏電阻的時間響應最慢光敏電阻的時間響應最慢。(4)(4)如何設計光伏器件的反向偏置電路（如何設計光伏器件的反向偏置電路（P69P69，圖解法，圖解法) ) 選擇負載電阻和偏置電壓時應根據(jù)輸入光通量的變選擇負載電阻和偏置電壓時應根據(jù)輸入光通量的變化范圍和輸出信號的幅度要求來決定化范圍和輸出信號的幅度要求來決定l5 5、光譜響應：光敏電阻的光譜響應最寬（尤其是紅、光譜響應：光敏電阻的光譜響應最寬（尤其是紅外波段的光敏電阻）。外波段的光敏電阻）。l6 6、供電電源與應用的靈活性、供電電源與應用的靈活性l 光敏電阻無極

11、性，可用于交、直流電源；光電光敏電阻無極性，可用于交、直流電源；光電池可不加偏壓，但線性差；其它光伏器件要加反偏。池可不加偏壓，但線性差；其它光伏器件要加反偏。l7 7、暗電流與噪聲：光電二極管的暗電流最小，光敏、暗電流與噪聲：光電二極管的暗電流最小，光敏電阻及其它光伏器件的暗電流較大。具有高放大倍率電阻及其它光伏器件的暗電流較大。具有高放大倍率的復合光電三極管與面積較大的光電池的噪聲最大。的復合光電三極管與面積較大的光電池的噪聲最大。 (5) (5) 內(nèi)光電器件特性比較內(nèi)光電器件特性比較 l4 4 光電發(fā)射器件光電發(fā)射器件2) PMT2) PMT的特性參數(shù)的特性參數(shù)(1) (1) 靈敏度靈敏

12、度(2) (2) 量子效率量子效率(3) (3) 光譜響應（光譜響應（長、短波限長、短波限）(4) (4) 暗電流暗電流(5) (5) 增益增益NNi)(G10.7DD)(2 . 0UkakaSSIIG(6) (6) 噪聲噪聲 主要由主要由散粒噪聲和負載電阻的熱噪聲散粒噪聲和負載電阻的熱噪聲組成。組成。銻化銫（銻化銫（Cs3Sb）倍增極倍增極0.025DDU氧化的氧化的銀鎂合金銀鎂合金（AgMgOCs）1) PMT1) PMT的組成的組成它主要由它主要由光入射窗口、光電光入射窗口、光電陰極、電子光學系統(tǒng)、倍增陰極、電子光學系統(tǒng)、倍增極和陽極極和陽極等部分組成。等部分組成。)(122k2nDn散

13、粒噪聲fGqIIRfKTa4fGqI2k2k522KT42KaGqIR(7) (7) 線性（造成非線性的原因（線性（造成非線性的原因（內(nèi)因、外因，內(nèi)因、外因，P87P87、P88P88）、 疲勞與衰老疲勞與衰老。l2 2） 光電倍增管的供電電路光電倍增管的供電電路(1) (1) 電阻鏈的設計電阻鏈的設計: :原則原則 IR10Iamax (2) (2) 電源電壓電源電壓R=Ubb/IR各分壓電阻各分壓電阻R Ri i （除第一級外）為：（除第一級外）為：(1.5)bbiRURNI而而R R1 1 應為應為R1=1.5 Ri實際中常先按均勻分壓選定電流，計算出電阻鏈分壓實際中常先按均勻分壓選定電

14、流，計算出電阻鏈分壓器的總阻值器的總阻值R R0.7(0.2)NNDDGU(0.025)NNDDGU由由計算計算UDD與與Ubb。l(3) (3) 電源電壓的穩(wěn)定度電源電壓的穩(wěn)定度 bbbbUUGNUGU0.7DDDDUGNGU0.7bbbbUGNGU對銻化銫倍增極對銻化銫倍增極 對銀鎂合金倍增極對銀鎂合金倍增極 bbDDDDbbUUGNNGUU 由于光電倍增管的輸出信號由于光電倍增管的輸出信號 ，因，因此，輸出信號的穩(wěn)定度與增益的穩(wěn)定度有關此，輸出信號的穩(wěn)定度與增益的穩(wěn)定度有關 .bbbb0 7UUGNUGU對銻化銫倍增極對銻化銫倍增極 對銀鎂合金倍增極對銀鎂合金倍增極 0.7(0.2)NN

15、DDGU(0.025)NNDDGUoaLkVUI RGS PMTPMT后接的放大器常采用電壓輸入，因此要用負載后接的放大器常采用電壓輸入，因此要用負載電阻將輸出電流變換為電壓。負載電阻的選擇應考電阻將輸出電流變換為電壓。負載電阻的選擇應考慮它的壓降不能過大，否則將影響陽極的接收特性，慮它的壓降不能過大，否則將影響陽極的接收特性，使管字偏離線性工作范圍。同時還要考慮使管字偏離線性工作范圍。同時還要考慮負載電阻負載電阻的熱噪聲的熱噪聲。l(4) (4) 負載電阻負載電阻l(5)(5)接地方式接地方式( (分別適用于哪種情況分別適用于哪種情況) )l* *1 1）陽極接地（）陽極接地（陰極負高壓供電

16、）陰極負高壓供電）) ) 陽極輸出方便陽極輸出方便，既可接交流放大器，也可接直流放大器。但陰極處既可接交流放大器，也可接直流放大器。但陰極處于負高壓，因屏蔽罩都是與機殼相連接地的，所以于負高壓，因屏蔽罩都是與機殼相連接地的，所以光、磁、電的屏蔽罩不能與陰極太近，至少要間隔光、磁、電的屏蔽罩不能與陰極太近，至少要間隔1 12cm2cm，因此，因此PMTPMT的外形尺寸就大，同時暗電流和噪的外形尺寸就大，同時暗電流和噪聲也較高。聲也較高。l2 2）陰極接地（）陰極接地（陽極正高壓供電陽極正高壓供電） 光、磁、電的屏光、磁、電的屏蔽罩跟陰極靠得很近，屏蔽效果好，蔽罩跟陰極靠得很近，屏蔽效果好，暗電流

17、小暗電流小，噪，噪聲電平低。但由于陽極處于正高壓會導致寄生電容聲電平低。但由于陽極處于正高壓會導致寄生電容增大，匹配電纜增大，匹配電纜連接復雜連接復雜。若后面需接直流放大器。若后面需接直流放大器時，整個放大器就處于高電壓，這樣會產(chǎn)生不便；時，整個放大器就處于高電壓，這樣會產(chǎn)生不便；若后面接交流放大器，就必須有一個耐壓很高的隔若后面接交流放大器，就必須有一個耐壓很高的隔直電容器。直電容器。l5 5 熱輻射探測器熱輻射探測器 CjGeCjGetTtjtCG00熱輻射探測器的熱輻射探測器的兩個階段（哪個階段能產(chǎn)生熱電效應）兩個階段（哪個階段能產(chǎn)生熱電效應）；熱；熱敏電阻、熱電偶尤其是敏電阻、熱電偶尤

18、其是熱釋電探測器熱釋電探測器的工作原的工作原 理及特性理及特性l1 1）熱輻射的一般規(guī)律）熱輻射的一般規(guī)律 001122222211TTTTCG 2152122NE164fkTAfGkTP111222516NEA fDD A fPkTl2 2）熱敏電阻（半導體）熱敏電阻（半導體）特點：阻值與溫度的變化非線性關系；特點：阻值與溫度的變化非線性關系；必須加偏壓必須加偏壓， RT=RTaTT TaURRUUTbbTTbbL44TLRR1TTRRR RT T為熱敏電阻在某個溫度下的電阻值，常稱為熱敏電阻在某個溫度下的電阻值，常稱為為冷阻冷阻，如果功率為，如果功率為的輻射入射到熱敏電的輻射入射到熱敏電阻

19、上，設其吸收系數(shù)為阻上，設其吸收系數(shù)為a a，則熱敏電阻的，則熱敏電阻的熱熱阻阻定義為吸收單位輻射功率所引起的溫升，定義為吸收單位輻射功率所引起的溫升，即即 aTR4bbLTUUa a RaRaUST4bb0交流靈敏度交流靈敏度S SS S為為 22bb14aRaUSTs直流靈敏度直流靈敏度S S0 0為為 l熱敏電阻的電壓靈敏度（響應率）熱敏電阻的電壓靈敏度（響應率） 單位入射輻射功率下熱敏電阻變換電路的輸出信號電壓單位入射輻射功率下熱敏電阻變換電路的輸出信號電壓稱為靈敏度或響應率。稱為靈敏度或響應率。l2 2）熱電偶）熱電偶熱電偶是基于熱電偶是基于溫差熱電效應溫差熱電效應的一種熱探測器，響

20、應時間較長，的一種熱探測器，響應時間較長，約為約為幾毫秒到幾十毫秒幾毫秒到幾十毫秒，常用于探測直流或低頻輻射；，常用于探測直流或低頻輻射；可不可不加偏壓加偏壓。 UOC=M12TQGRRRMTRRRMU)()(Li0L12LLi12LQLiL120L0)(GRRRMUS2T2QLiL12L1)(GRRRMUSl3 3）熱釋電探測器）熱釋電探測器熱釋電器件必須工作在熱釋電器件必須工作在居里點以下居里點以下，極化強度，極化強度PS是溫度是溫度T的函數(shù)，的函數(shù)，且熱釋電器件不同于其他光電器件，在恒定輻射作用的情況下輸且熱釋電器件不同于其他光電器件，在恒定輻射作用的情況下輸出的信號電壓為零，出的信號電

21、壓為零，只有在交變輻射的作用下才會有信號輸出。只有在交變輻射的作用下才會有信號輸出。tTAtQisdddddP)(1GRAUT212e2d2122122 1/222 1/2(1)(1)vTeARSG Q =Ad(Ps/T)T = AdT 問題：問題：如何理解熱釋電效應？熱釋電探測器為什么只如何理解熱釋電效應？熱釋電探測器為什么只能檢測交變輻射信號？能檢測交變輻射信號？1、光譜響應范圍光譜響應范圍 光子探測器光子探測器是對波長響應有選擇性的探測器，是對波長響應有選擇性的探測器，其響應范圍由其響應范圍由材料自身特性材料自身特性決定；決定；熱探測器熱探測器的光譜響應范圍的光譜響應范圍最寬，其光譜響應

22、范圍主要取決于器件的最寬，其光譜響應范圍主要取決于器件的窗口材料窗口材料。2、響應頻率響應頻率 均由探測器的工作機制決定。一般規(guī)律：均由探測器的工作機制決定。一般規(guī)律：熱探測熱探測器器（熱釋電除外）響應頻率（熱釋電除外）響應頻率最低最低（幾千（幾千Hz），其中熱電偶響），其中熱電偶響應頻率在應頻率在100Hz范圍內(nèi)；光電導探測器響應頻率次之，一般范圍內(nèi)；光電導探測器響應頻率次之，一般在幾在幾MHz范圍內(nèi)；范圍內(nèi)；光伏探測器光伏探測器響應頻率比光電導探測器響應頻率比光電導探測器高高，可達幾百可達幾百MHz，其中，其中PIN管響應頻率最高管響應頻率最高，可達，可達G Hz。3、光電特性直線性光電特

23、性直線性 光電導探測器的光電特性直線性最差，光光電導探測器的光電特性直線性最差，光伏探測器較好，光電倍增管最好。伏探測器較好，光電倍增管最好。4、入射光功率范圍入射光功率范圍 一般在一般在0.1uw到幾百到幾百mw. 特殊情況特殊情況, 在探測在探測極微弱的可見光信號時多采用極微弱的可見光信號時多采用PMT，其入射光功率范圍在，其入射光功率范圍在 10-910-3W，APD在在10-710-5W；探測高能量激光功率時多采；探測高能量激光功率時多采用熱電偶。用熱電偶。5、外加偏置電壓外加偏置電壓 除熱電偶、光電池外，大部分光輻射探測器都除熱電偶、光電池外，大部分光輻射探測器都要外加偏置電壓。一般

24、偏置電壓在幾伏到幾十伏，并可由光電要外加偏置電壓。一般偏置電壓在幾伏到幾十伏，并可由光電系統(tǒng)的供電電路統(tǒng)一供電，但系統(tǒng)的供電電路統(tǒng)一供電，但PMT（6003000V）和）和APD（100-200V）必須單獨供電）必須單獨供電.6、歸一化探測率歸一化探測率D*大小大小 熱探測器的熱探測器的D*最低，光電導探測器次之，最低，光電導探測器次之，光伏探測器的光伏探測器的D*高，高，PMT在紫外和可見光波段的在紫外和可見光波段的D*最高。最高。7、工作環(huán)境及穩(wěn)定性工作環(huán)境及穩(wěn)定性 探測可見光波段的硅光電探測器、探測可見光波段的硅光電探測器、CdS,CdSe及熱電偶對環(huán)境無特殊要求，體積小，穩(wěn)定性好；在及

25、熱電偶對環(huán)境無特殊要求，體積小，穩(wěn)定性好；在紅外波段的光子探測器一般在低溫下工作，需要致冷；若對所紅外波段的光子探測器一般在低溫下工作，需要致冷；若對所探測的紅外波段信號的靈敏度要求不高時可采用常溫工作的熱探測的紅外波段信號的靈敏度要求不高時可采用常溫工作的熱探測器。探測器。PMT對雜散光、電磁干擾敏感，器件體積大，要防震、對雜散光、電磁干擾敏感，器件體積大，要防震、防潮，對環(huán)境要求苛刻。防潮，對環(huán)境要求苛刻。8、價格價格 硅、硅、 CdS、CdSe和熱敏電阻便宜，紅外波段的光子探和熱敏電阻便宜，紅外波段的光子探測器要加紅外透鏡，價格貴一些；測器要加紅外透鏡，價格貴一些；PMT最貴。另外帶前置

26、放大最貴。另外帶前置放大器的一體化探測器較貴。器的一體化探測器較貴。1 1、注入式半導體發(fā)光器件、注入式半導體發(fā)光器件LEDLED 發(fā)光二極管的基本工作原理與特性發(fā)光二極管的基本工作原理與特性 少數(shù)載流子的注入與復合而產(chǎn)生發(fā)光少數(shù)載流子的注入與復合而產(chǎn)生發(fā)光PNPN結結( (同質結同質結) )注入發(fā)光注入發(fā)光( (發(fā)生在發(fā)生在p p區(qū)區(qū)) )異質結注入發(fā)光異質結注入發(fā)光( (發(fā)生在發(fā)生在n n區(qū)區(qū)) )2 2、半導體激光器（、半導體激光器（LDLD）l光受激輻射、發(fā)出激光必須具備三個要素：光受激輻射、發(fā)出激光必須具備三個要素：l1 1）、激活介質經(jīng)受激后能實現(xiàn)能級之間的躍遷，要有）、激活介質經(jīng)

27、受激后能實現(xiàn)能級之間的躍遷，要有粒粒子數(shù)反轉子數(shù)反轉；l2 2）、能使激活介質產(chǎn)生粒子數(shù)反轉的）、能使激活介質產(chǎn)生粒子數(shù)反轉的泵浦裝置泵浦裝置；l3 3）、放置激活介質的）、放置激活介質的諧振腔諧振腔，提供光反饋并進行放大，提供光反饋并進行放大，發(fā)出激光。發(fā)出激光。L= mmnLn22或1211ln2thLR R驅動電源驅動電源工作物質工作物質諧振腔諧振腔注入式注入式光子激勵光子激勵電子束激勵電子束激勵PN結（同質結）結（同質結）異質結異質結單異質結單異質結雙異質結（雙異質結（DH）解理面解理面布拉格反饋布拉格反饋分布反饋式分布反饋式DFB分布布拉格反射式分布布拉格反射式DBR LDLD發(fā)射的

28、是受激輻射光發(fā)射的是受激輻射光 LEDLED發(fā)射的是自發(fā)輻射光發(fā)射的是自發(fā)輻射光 LEDLED的結構和的結構和LDLD相似，大多是采用雙異質結相似，大多是采用雙異質結(DH)(DH)芯片，把芯片，把有源層夾在有源層夾在P P型和型和N N型限制層中間，不同的是型限制層中間，不同的是LEDLED不需要光學諧不需要光學諧振腔，振腔， 沒有閾值。沒有閾值。三、光電耦合器件三、光電耦合器件 1 1、光電耦合器件的特點：電隔離、信號傳輸方向、具有抗、光電耦合器件的特點：電隔離、信號傳輸方向、具有抗 干擾和噪聲的能力、響應速度快、實用性強、既具有耦合干擾和噪聲的能力、響應速度快、實用性強、既具有耦合特性又

29、具有隔離特性。特性又具有隔離特性。2 2、光電耦合器件的主要特性參數(shù)：、光電耦合器件的主要特性參數(shù)：傳輸特性、隔離特性傳輸特性、隔離特性 3 3、光電耦合器件的應用、光電耦合器件的應用: :如：構成邏輯門電路如：構成邏輯門電路 Sfd1 1、光電信息變換的分類、光電信息變換的分類(6(6種基本形式，兩種光電變換電路的種基本形式，兩種光電變換電路的 特點特點) )* *2 2、光電變換電路的分類（、光電變換電路的分類（差分變換電路、光外差檢測電路的差分變換電路、光外差檢測電路的特點；激光干涉測位移（特點；激光干涉測位移（ L=n/2 ）、莫爾條紋測位移）、莫爾條紋測位移（ ，L=nqnd ）3

30、3、光電信號的變換方法：幾何光學、光電信號的變換方法：幾何光學、物理光學物理光學（干涉條紋跟干涉條紋跟蹤法、蹤法、雙頻激光干涉系統(tǒng)、雙頻激光干涉系統(tǒng)、衍射方法的光電信息變換衍射方法的光電信息變換 ） 4 4、光電信號的時域調(diào)制變換：、光電信號的時域調(diào)制變換： 調(diào)制：調(diào)幅、調(diào)相和調(diào)頻（特點、調(diào)制后的頻譜、帶寬），調(diào)制：調(diào)幅、調(diào)相和調(diào)頻（特點、調(diào)制后的頻譜、帶寬），內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制 解調(diào)：直線律檢波和相敏檢波解調(diào)：直線律檢波和相敏檢波( (特點特點) )2sin( /2)ddm圖圖像像傳傳感感器器真空成像圖像傳感器真空成像圖像傳感器 如變像管，像增強器（如變像管，像增強器（直視型直視型

31、） 攝像管：光電型、熱釋電型攝像管：光電型、熱釋電型固體成像圖像傳感器固體成像圖像傳感器CCDCCD圖像傳感器圖像傳感器（自掃描型自掃描型）（掃描型掃描型）二、組成、功能及工作原理二、組成、功能及工作原理1、像管的工作原理及典型結構、像管的工作原理及典型結構像管成像物理過程：（三個環(huán)節(jié)）像管成像物理過程：（三個環(huán)節(jié)）（1 1）、微弱的光或不可見的輸入輻射圖像轉換成電子圖像（）、微弱的光或不可見的輸入輻射圖像轉換成電子圖像（光光電陰極電陰極完成）完成）（2 2）、電子圖像獲得能量或數(shù)量增強，并聚焦成像（電子光學）、電子圖像獲得能量或數(shù)量增強，并聚焦成像（電子光學系統(tǒng)即系統(tǒng)即電子透鏡電子透鏡）（3

32、 3）、將增強的電子圖像轉換成可見光的圖像（）、將增強的電子圖像轉換成可見光的圖像（熒光屏熒光屏）CMOSCMOS圖像傳感器圖像傳感器（自掃描型自掃描型）2 2、攝像管、攝像管（1 1）光電攝像管的作用，基本功能：光電變換、光電信息）光電攝像管的作用，基本功能：光電變換、光電信息的積累、儲存及掃描輸出。的積累、儲存及掃描輸出。具體分為以下四個過程：具體分為以下四個過程： 1.1.光學圖像轉變成電荷（電位）圖像；光學圖像轉變成電荷（電位）圖像； 2.2.對電荷圖像進行存貯和積累；對電荷圖像進行存貯和積累； 3.3.對電信號進行放大和增強；對電信號進行放大和增強； 4.4.對存貯電荷圖像的各個像素

33、進行掃描，輸出與輸入信對存貯電荷圖像的各個像素進行掃描，輸出與輸入信息成比例的一維電信號。息成比例的一維電信號。1 1）內(nèi)光電變換型（視像管）：由光電導靶、電子槍及信號）內(nèi)光電變換型（視像管）：由光電導靶、電子槍及信號輸出三部分組成。光電導型（如硫化銻攝像管；輸出三部分組成。光電導型（如硫化銻攝像管；pnpn結型氧結型氧化鉛攝像管等）。沒有移像區(qū)，光電變換部分和光信息存化鉛攝像管等）。沒有移像區(qū)，光電變換部分和光信息存儲全由一個靶來完成。儲全由一個靶來完成。2 2）、外光電變換型（光電發(fā)射型）：超正析管、分流管、）、外光電變換型（光電發(fā)射型）：超正析管、分流管、二次電子導電攝像管和硅靶電子倍增

34、管等。有移像區(qū)，二次電子導電攝像管和硅靶電子倍增管等。有移像區(qū)，它的光電變換部分和光信息存儲部分是由兩部分來完它的光電變換部分和光信息存儲部分是由兩部分來完成的，彼此分離，總稱為移像區(qū)。成的，彼此分離，總稱為移像區(qū)。3 3、CCDCCD圖像傳感器圖像傳感器CCD的的特點特點：CCDCCD是由一系列排得很緊密的是由一系列排得很緊密的MOSMOS電容器電容器組成。組成。以以電荷作為信號電荷作為信號, ,通過電荷的存貯和轉移通過電荷的存貯和轉移，來，來實現(xiàn)信號的存儲實現(xiàn)信號的存儲和轉移和轉移。CCD的的基本功能基本功能：電荷的存儲和電荷的轉移電荷的存儲和電荷的轉移CCDCCD基本工作原理基本工作原理

35、信號電荷的產(chǎn)生：信號電荷的產(chǎn)生：光注入光注入、電注入、電注入信號電荷的存貯：關鍵是勢阱的形成信號電荷的存貯：關鍵是勢阱的形成信號電荷的傳輸：勢阱變化（因素）信號電荷的傳輸：勢阱變化（因素）,驅動脈沖驅動脈沖信號電荷的檢測：信號電荷的檢測：浮置擴散放大器浮置擴散放大器電壓輸出：電壓輸出：特點，特點，復位脈沖信號復位脈沖信號的作用的作用P212，P213CCDCCD攝像器件的基本特性參數(shù)攝像器件的基本特性參數(shù)1 1）電荷轉移效率電荷轉移效率2 2）驅動頻率驅動頻率 3 3）噪聲：散粒噪聲、轉移噪聲、熱噪聲）噪聲：散粒噪聲、轉移噪聲、熱噪聲 i1()2f二相i1()3f三相g1()3f三相g1()2f二相引起轉移損失的原因：界面態(tài)效應（表面態(tài)對電荷的引起轉移損失的原因：界面態(tài)效應（表面態(tài)對電荷的浮獲浮獲）；）；時鐘頻率