光電子技術(shù)(第二版)答案詳解

1、光電子技術(shù)（第二版）答案詳解第一章1. 設(shè)在半徑為Rc的圓盤中心法線上，距盤圓中心為l0處有一個輻射強度為Ie的點源S，如圖所示。試計算該點源發(fā)射到盤圓的輻射功率。l0SRc第1.1題圖解：因為， 且 所以LeDAsDAcl0qsqc第1.2題圖2. 如圖所示，設(shè)小面源的面積為DAs，輻射亮度為Le，面源法線與l0的夾角為qs；被照面的面積為DAc，到面源DAs的距離為l0。若qc為輻射在被照面DAc的入射角，試計算小面源在DAc上產(chǎn)生的輻射照度。解：亮度定義:強度定義:可得輻射通量：在給定方向上立體角為：則在小面源在DAc上輻射照度為：3.假如有一個按朗伯余弦定律發(fā)射輻射的大擴展源（如紅外裝

2、置面對的天空背景），其各處的輻亮度Le均相同，試計算該擴展源在面積為Ad的探測器表面上產(chǎn)生的輻照度。答：由得，且則輻照度：4. 霓虹燈發(fā)的光是熱輻射嗎？ 不是熱輻射。霓虹燈發(fā)的光是電致發(fā)光，在兩端放置有電極的真空充入氖或氬等惰性氣體，當兩極間的電壓增加到一定數(shù)值時，氣體中的原子或離子受到被電場加速的電子的轟擊，使原子中的電子受到激發(fā)。當它由激發(fā)狀態(tài)回復到正常狀態(tài)會發(fā)光，這一過程稱為電致發(fā)光過程。6. 從黑體輻射曲線圖可以看出，不同溫度下的黑體輻射曲線的極大值處的波長lm隨溫度T的升高而減小。試由普朗克熱輻射公式導出。 答：這一關(guān)系式稱為維恩位移定律，其中常數(shù)為2.898´10-3m&

3、#183;K。 普朗克熱輻射公式求一階導數(shù)，令其等于0，即可求的。7.黑體輻射曲線下的面積等于等于在相應(yīng)溫度下黑體的輻射出射度M。試有普朗克的輻射公式導出M與溫度T的四次方成正比，即這一關(guān)系式稱斯特藩-波耳茲曼定律，其中常數(shù)為5.67´10-8W/m2K4解答：教材P9，并參見大學物理相關(guān)內(nèi)容。9. 常用的彩色膠卷一般分為日光型和燈光型。你知道這是按什么區(qū)分的嗎？按色溫區(qū)分。10 為頻率在間黑體輻射能量密度，為波長在 間黑體輻射能量密度。已知 ，試求。解答：由，通過全微分進行計算。11 如果激光器和微波器分別在=10m，=500nm和=3000MHz輸出一瓦的連續(xù)功率，問每秒鐘從激光

4、上能級向下能級躍遷的粒子數(shù)分別是多少？ 解答： ，12 設(shè)一對激光能級為E2和E1（g2=g1），相應(yīng)的頻率為（波長為），各能級上的粒子數(shù)為n2和n1。求（1）當=3000MHz，T=300K時，n2/n1=？（2）當=1m，T=300K時，n2/n1=？（3）當=1m，n2/n1=0.1 溫度T=？。 解答：13 試證明，由于自發(fā)輻射，原子在E2能級的平均壽命。 解答： 參見教材P1214 焦距f是共焦腔光束特性的重要參數(shù)，試以f表示， 。 由于f和是一一對應(yīng)的，因而也可以用作為表征共焦腔高斯光束的參數(shù)，試以表示f、，。 解答：15 今有一球面腔，R1=1.5m，R2=-1m，L=0.8m。

5、試證明該腔為穩(wěn)定腔；并求出它的等價共焦腔的參數(shù)。 解答： 穩(wěn)定強條件：，求出g1和g2為腔參數(shù)。16 某高斯光束=1.2mm，求與束腰相距0.3m，10m和1000m遠處的光斑的大小及波前曲率半徑R。 解答：第二章1. 何為大氣窗口，試分析光譜位于大氣窗口內(nèi)的光輻射的大氣衰減因素。答：對某些特定的波長，大氣呈現(xiàn)出極為強烈的吸收。光波幾乎無法通過。根據(jù)大氣的這種選擇吸收特性，一般把近紅外區(qū)分成八個區(qū)段，將透過率較高的波段稱為大氣窗口。2. 何為大氣湍流效應(yīng)，大氣湍流對光束的傳播產(chǎn)生哪些影響？答：是一種無規(guī)則的漩渦流動，流體質(zhì)點的運動軌跡十分復雜，既有橫向運動，又有縱向運動，空間每一點的運動速度圍

6、繞某一平均值隨機起伏。這種湍流狀態(tài)將使激光輻射在傳播過程中隨機地改變其光波參量，使光束質(zhì)量受到嚴重影響，出現(xiàn)所謂光束截面內(nèi)的強度閃爍、光束的彎曲和漂移（亦稱方向抖動）、光束彌散畸變以及空間相干性退化等現(xiàn)象，統(tǒng)稱為大氣湍流效應(yīng)。3對于3m晶體LiNbO3，試求外場分別加在x,y和z軸方向的感應(yīng)主折射率及相應(yīng)的相位延遲（這里只求外場加在x方向上）解：鈮酸鋰晶體是負單軸晶體，即nx=ny=n0、nzne 。它所屬的三方晶系3m點群電光系數(shù)有四個，即22、13、33、51。電光系數(shù)矩陣為：由此可得鈮酸鋰晶體在外加電場后的折射率橢球方程為： （1）通常情況下，鈮酸鋰晶體采用450z切割，沿x軸或y軸加壓

7、，z軸方向通光，即有Ez=Ey=0,且Ex0。晶體主軸x,y要發(fā)生旋轉(zhuǎn)，上式變?yōu)椋?（2）因，且光傳播方向平行于z軸，故對應(yīng)項可為零。將坐標軸繞z軸旋轉(zhuǎn)角度得到新坐標軸，使橢圓方程不含交叉項，新坐標軸取為，z=z （3）將上式代入2式，取消除交叉項，得新坐標軸下的橢球方程為： （4）可求出三個感應(yīng)主軸x、y、z（仍在z方向上）上的主折射率變成： （5） 可見，在x方向電場作用下，鈮酸鋰晶體變?yōu)殡p軸晶體，其折射率橢球z軸的方向和長度基本保持不變，而x,y截面由半徑為n0變?yōu)闄E圓，橢圓的長短軸方向x y相對原來的x y軸旋轉(zhuǎn)了450，轉(zhuǎn)角的大小與外加電場的大小無關(guān)，而橢圓的長度nx，ny的大小與外

8、加電場Ex成線性關(guān)系。當光沿晶體光軸z方向傳播時，經(jīng)過長度為的晶體后，由于晶體的橫向電光效應(yīng)（x-z），兩個正交的偏振分量將產(chǎn)生位相差： （6） 若為晶體在x方向的橫向尺寸，為加在晶體x方向兩端面間的電壓。通過晶體使光波兩分量產(chǎn)生相位差（光程差/2）所需的電壓，稱為“半波電壓”，以表示。由上式可得出鈮酸鋰晶體在以（x-z）方式運用時的半波電壓表示式： （7）由（7）式可以看出，鈮酸鋰晶體橫向電光效應(yīng)產(chǎn)生的位相差不僅與外加電壓稱正比，還與晶體長度比/有關(guān)系。因此，實際運用中，為了減小外加電壓，通常使/有較大值，即晶體通常被加工成細長的扁長方體。4一塊45度-z切割的GaAs晶體，長度為L，電場沿

9、z方向，證明縱向運用時的相位延遲為。解：GaAs晶體為各向同性晶體，其電光張量為： （1）z軸加電場時，EzE，Ex=Ey=0。晶體折射率橢球方程為： （2）經(jīng)坐標變換，坐標軸繞z軸旋轉(zhuǎn)45度后得新坐標軸，方程變?yōu)椋?（3）可求出三個感應(yīng)主軸x、y、z（仍在z方向上）上的主折射率變成： （4） 縱向應(yīng)用時，經(jīng)過長度為L的晶體后，兩個正交的偏振分量將產(chǎn)生位相差： （5）5. 何為電光晶體的半波電壓？半波電壓由晶體的那些參數(shù)決定？答：當光波的兩個垂直分量Ex¢，Ey¢的光程差為半個波長（相應(yīng)的相位差為p）時所需要加的電壓，稱為半波電壓。6在電光晶體的縱向應(yīng)用中，如果光波偏離z軸

10、一個遠小于1的角度傳播，證明由于自然雙折射引起的相位延遲為，式中L為晶體長度。解：，得自然雙折射引起的相位延遲：7. 若取vs=616m/s，n=2.35， fs=10MHz，l0=0.6328mm，試估算發(fā)生拉曼-納斯衍射所允許的最大晶體長度Lmax=?解：由公式計算。答案：3.523mm。8 利用應(yīng)變S與聲強Is的關(guān)系，證明一級衍射光強I1與入射光強I0之比為（近似?。?解答：用公式作近似？9. 由布拉格衍射方程直接計算，答案：sinB=0.0036310. 一束線偏振光經(jīng)過長L=25cm，直徑D=1cm的實心玻璃，玻璃外繞N=250匝導線，通有電流I=5A。取韋爾德常數(shù)為V=0.25&#

11、180;10-5（¢）/cm·T，試計算光的旋轉(zhuǎn)角q。解：由公式和計算。答案：0.312511. 概括光纖弱導條件的意義。答：從理論上講，光纖的弱導特性是光纖與微波圓波導之間的重要差別之一。實際使用的光纖，特別是單模光纖，其摻雜濃度都很小，使纖芯和包層只有很小的折射率差。所以弱導的基本含義是指很小的折射率差就能構(gòu)成良好的光纖波導結(jié)構(gòu)，而且為制造提供了很大的方便。14 光纖色散、帶寬和脈沖展寬之間有什么關(guān)系？對光纖傳輸容量產(chǎn)生什么影響？（P80 2.5.3 2）答：光纖的色散會使脈沖信號展寬，即限制了光纖的帶寬或傳輸容量。一般說來，單模光纖的脈沖展寬與色散有下列關(guān)系：即由于各

12、傳輸模經(jīng)歷的光程不同而引起的脈沖展寬。單模光纖色散的起因有下列三種：材料色散、波導色散和折射率分布色散。光脈沖展寬與光纖帶寬有一定關(guān)系。實驗表明光纖的頻率響應(yīng)特性H(f)近似為高斯型，如圖2-23所示。 fc是半功率點頻率。 顯然有 因此，fc稱為光纖的3dB光帶寬。 光纖的色散和帶寬對通信容量的影響： 光纖的色散和帶寬描述的是光纖的同一特性。其中色散特性是在時域中的表現(xiàn)形式，即光脈沖經(jīng)過光纖傳輸后脈沖在時間坐標軸上展寬了多少；而帶寬特性是在頻域中的表現(xiàn)形式，在頻域中對于調(diào)制信號而言，光纖可以看作是一個低通濾波器，當調(diào)制信號的高頻分量通過光纖時，就會受到嚴重衰減，如圖所示。 通常把調(diào)制信號經(jīng)過

13、光纖傳播后，光功率下降一半(即3dB)時的頻率(fc)的大小，定義為光纖的帶寬(B)。由于它是光功率下降3dB對應(yīng)的頻率，故也稱為3dB光帶寬?？捎孟率奖硎?。 光功率總是要用光電子器件來檢測，而光檢測器輸出的電流正比于被檢測的光功率，于是：從上式中可以看出，3dB光帶寬對應(yīng)于6dB電帶寬。15. 光波水下傳輸有那些特殊問題？答：主要是設(shè)法克服這種后向散射的影響。措施如下：適當?shù)剡x擇濾光片和檢偏器，以分辨無規(guī)則偏振的后向散射和有規(guī)則偏振的目標反射。盡可能的分開發(fā)射光源和接收器。采用如圖2-28所示的距離選通技術(shù)。當光源發(fā)射的光脈沖朝向目標傳播時，接收器的快門關(guān)閉，這時朝向接收器的連續(xù)后向散射光便

14、無法進入接收器。當水下目標反射的光脈沖信號返回到接收器時，接收器的快門突然打開并記錄接收到的目標信息。這樣就能有效的克服水下后向散射的影響。第三章1. 一縱向運用的KDP電光調(diào)制器，長為2cm，折射率n=2.5，工作頻率為1000kHz。試求此時光在晶體中的渡越時間及引起的相位延遲。解：0.167nS渡越時間為：td=nL/c相位延遲因子：2. 在電光調(diào)制器中，為了得到線性調(diào)制，在調(diào)制器中插入一個l/4波片，波片的的軸向如何設(shè)置最好？若旋轉(zhuǎn)l/4波片，它所提供的直流偏置有何變化？答：其快慢軸與晶體的主軸x成45°角，從而使和兩個分量之間產(chǎn)生p/2的固定相位差。3當電場反向施加時，晶體

15、依次繞z軸旋轉(zhuǎn)90度，或電場同樣，則光軸重合。4 如果一個縱向電光調(diào)制器沒有起偏器，入射的自然光能否得到光強度調(diào)制？為什么？解答：不能得到強度調(diào)制。自然光通過電光調(diào)制器后，不能形成固定相位差。5 一個PbMoO4聲光調(diào)制器，對He-Ne激光進行調(diào)制。已知聲功率Ps=1W，聲光相互作用長度L=1.8mm，換能器寬度H=0.8mm，M2=36.3´10-15s3/kg，試求PbMoO4聲光調(diào)制器的布喇格衍射效率？ 解答：計算可得71.16 一個駐波超聲場會對布喇格衍射光場產(chǎn)生什么影響？給出造成的頻移和衍射方向。解答：新的光子沿著光的散射方向傳播。根據(jù)動量守恒和能量守恒定律：，即 （動量守

16、恒） （能量守恒）（能量守恒）衍射級相對于入射光發(fā)生頻率移動,根據(jù)光波矢量的定義，可以用矢量圖來表示上述關(guān)系，如圖所示圖中為聲波矢量， 為入射光波矢量。為衍射光波矢量。因為，fs 在1010Hz以下，在1013Hz以上，所以衍射光的頻率偏移可以忽略不計。則 在上面的等腰三角形中 布拉格條件： 和書中推導的布拉格條件相同。入射光的布拉格角只由光波長，聲波長決定。 7. 用PbMoO4晶體做成一個聲光掃描器，取n=2.48，M2=37.75´10-15s3/kg，換能器寬度H=0.5mm。聲波沿光軸方向傳播，聲頻fs=150MHz，聲速vs=3.99´105cm/s，光束寬度d

17、=0.85cm，光波長l=0.5mm。 證明此掃描器只能產(chǎn)生正常布喇格衍射； 為獲得100%的衍射效率，聲功Ps率應(yīng)為多大？ 若布喇格帶寬Df=125MHz，衍射效率降低多少？ 求可分辨點數(shù)N。解： 由公式證明不是拉曼-納斯衍射。 ，答案功率為0.195W。 若布喇格帶寬Df=125MHz，衍射效率降低多少？， 用公式和計算。答案：148。第四章1 比較光子探測器和光熱探測器在作用機理、性能及應(yīng)用特點等方面的差異。答：光子效應(yīng)是指單個光子的性質(zhì)對產(chǎn)生的光電子起直接作用的一類光電效應(yīng)。探測器吸收光子后，直接引起原子或分子的內(nèi)部電子狀態(tài)的改變。光子能量的大小，直接影響內(nèi)部電子狀態(tài)改變的大小。因為，

18、光子能量是h，h是普朗克常數(shù), 是光波頻率，所以，光子效應(yīng)就對光波頻率表現(xiàn)出選擇性，在光子直接與電子相互作用的情況下，其響應(yīng)速度一般比較快。光熱效應(yīng)和光子效應(yīng)完全不同。探測元件吸收光輻射能量后，并不直接引起內(nèi)部電子狀態(tài)的改變，而是把吸收的光能變?yōu)榫Ц竦臒徇\動能量，引起探測元件溫度上升,溫度上升的結(jié)果又使探測元件的電學性質(zhì)或其他物理性質(zhì)發(fā)生變化。所以，光熱效應(yīng)與單光子能量h的大小沒有直接關(guān)系。原則上，光熱效應(yīng)對光波頻率沒有選擇性。只是在紅外波段上，材料吸收率高，光熱效應(yīng)也就更強烈，所以廣泛用于對紅外線輻射的探測。因為溫度升高是熱積累的作用，所以光熱效應(yīng)的響應(yīng)速度一般比較慢，而且容易受環(huán)境溫度變化

19、的影響。值得注意的是，以后將要介紹一種所謂熱釋電效應(yīng)是響應(yīng)于材料的溫度變化率，比其他光熱效應(yīng)的響應(yīng)速度要快得多，并已獲得日益廣泛的應(yīng)用。2 總結(jié)選用光電探測器的一般原則。答：用于測光的光源光譜特性必須與光電探測器的光譜響應(yīng)特性匹配；考慮時間響應(yīng)特性；考慮光電探測器的線性特性等。4 已知Si光電池光敏面積為5´10mm2，在1000W/m2光照下，開路電壓,光電流.(1)在（200700）W/m2光照下，保證線性電壓輸出的負載電阻和電壓變化值；（2）如果取反偏壓V=0.3V，求負載電阻和電壓變化值；（3）如果希望輸出電壓變化量為0.5V，怎么辦？ 解答：（1），（2）在上面計算公式中，

20、減去一個反偏電壓再計算。（3）增大負載電阻和擴大光照變化范圍。5 如果Si光電二極管靈敏度為10uA/uW，結(jié)電容為10pF，光照功率為5uW時，拐點電壓為10V，偏壓40V，光照信號功率，試求：（1）線性最大輸出功率條件下的負載電阻；（2）線性最大輸出功率；（3）響應(yīng)截止頻率。 解答：（1）（2） （3）6 證明 第五章5.1 以表面溝道CCD為例，簡述CCD電荷存儲、轉(zhuǎn)移、輸出的基本原理。CCD的輸出信號有什么特點？答：構(gòu)成CCD的基本單元是MOS(金屬-氧化物-半導體)電容器。正如其它電容器一樣，MOS電容器能夠存儲電荷。如果MOS結(jié)構(gòu)中的半導體是P型硅，當在金屬電極（稱為柵）上加一個正

21、的階梯電壓時（襯底接地），Si-SiO2界面處的電勢（稱為表面勢或界面勢）發(fā)生相應(yīng)變化，附近的P型硅中多數(shù)載流子空穴被排斥，形成所謂耗盡層，如果柵電壓VG超過MOS晶體管的開啟電壓，則在Si-SiO2界面處形成深度耗盡狀態(tài)，由于電子在那里的勢能較低，我們可以形象化地說：半導體表面形成了電子的勢阱，可以用來存儲電子。當表面存在勢阱時，如果有信號電子（電荷）來到勢阱及其鄰近，它們便可以聚集在表面。隨著電子來到勢阱中，表面勢將降低，耗盡層將減薄，我們把這個過程描述為電子逐漸填充勢阱。勢阱中能夠容納多少個電子，取決于勢阱的“深淺”，即表面勢的大小，而表面勢又隨柵電壓變化，柵電壓越大，勢阱越深。如果沒有

22、外來的信號電荷。耗盡層及其鄰近區(qū)域在一定溫度下產(chǎn)生的電子將逐漸填滿勢阱，這種熱產(chǎn)生的少數(shù)載流子電流叫作暗電流，以有別于光照下產(chǎn)生的載流子。因此，電荷耦合器件必須工作在瞬態(tài)和深度耗盡狀態(tài)，才能存儲電荷。以典型的三相CCD為例說明CCD電荷轉(zhuǎn)移的基本原理。三相CCD是由每三個柵為一組的間隔緊密的MOS結(jié)構(gòu)組成的陣列。每相隔兩個柵的柵電極連接到同一驅(qū)動信號上，亦稱時鐘脈沖。三相時鐘脈沖的波形如下圖所示。在t1時刻，1高電位，2、3低電位。此時1電極下的表面勢最大，勢阱最深。假設(shè)此時已有信號電荷（電子）注入，則電荷就被存儲在1電極下的勢阱中。t2時刻，1、2為高電位，3為低電位，則1、2下的兩個勢阱的

23、空阱深度相同，但因1下面存儲有電荷，則1勢阱的實際深度比2電極下面的勢阱淺，1下面的電荷將向2下轉(zhuǎn)移，直到兩個勢阱中具有同樣多的電荷。t3時刻，2仍為高電位，3仍為低電位，而1由高到低轉(zhuǎn)變。此時1下的勢阱逐漸變淺，使1下的剩余電荷繼續(xù)向2下的勢阱中轉(zhuǎn)移。t4時刻，2為高電位，1、3為低電位，2下面的勢阱最深，信號電荷都被轉(zhuǎn)移到2下面的勢阱中，這與t1時刻的情況相似，但電荷包向右移動了一個電極的位置。當經(jīng)過一個時鐘周期T后，電荷包將向右轉(zhuǎn)移三個電極位置，即一個柵周期（也稱一位）。因此，時鐘的周期變化，就可使CCD中的電荷包在電極下被轉(zhuǎn)移到輸出端，其工作過程從效果上看類似于數(shù)字電路中的移位寄存器。

24、 電荷輸出結(jié)構(gòu)有多種形式，如“電流輸出”結(jié)構(gòu)、“浮置擴散輸出”結(jié)構(gòu)及“浮置柵輸出”結(jié)構(gòu)。其中“浮置擴散輸出”結(jié)構(gòu)應(yīng)用最廣泛，。輸出結(jié)構(gòu)包括輸出柵OG、浮置擴散區(qū)FD、復位柵R、復位漏RD以及輸出場效應(yīng)管T等。所謂“浮置擴散”是指在P型硅襯底表面用V族雜質(zhì)擴散形成小塊的n+區(qū)域，當擴散區(qū)不被偏置，即處于浮置狀態(tài)工作時，稱作“浮置擴散區(qū)”。電荷包的輸出過程如下：VOG為一定值的正電壓，在OG電極下形成耗盡層，使3與FD之間建立導電溝道。在3為高電位期間，電荷包存儲在3電極下面。隨后復位柵R加正復位脈沖R，使FD區(qū)與RD區(qū)溝通，因 VRD為正十幾伏的直流偏置電壓，則 FD區(qū)的電荷被RD區(qū)抽走。復位正

25、脈沖過去后FD區(qū)與RD區(qū)呈夾斷狀態(tài)，F(xiàn)D區(qū)具有一定的浮置電位。之后，3轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娢唬?下面的電荷包通過OG下的溝道轉(zhuǎn)移到FD區(qū)。此時FD區(qū)（即A點）的電位變化量為： 式中，QFD是信號電荷包的大小，C是與FD區(qū)有關(guān)的總電容（包括輸出管T的輸入電容、分布電容等）。 CCD輸出信號的特點是：信號電壓是在浮置電平基礎(chǔ)上的負電壓；每個電荷包的輸出占有一定的時間長度T。；在輸出信號中疊加有復位期間的高電平脈沖。據(jù)此特點，對CCD的輸出信號進行處理時，較多地采用了取樣技術(shù)，以去除浮置電平、復位高脈沖及抑制噪聲。5.2 何謂幀時、幀速？二者之間有什么關(guān)系？答：完成一幀掃描所需的時間稱為幀時Tf(s)，單位時

26、間完成的幀數(shù)稱為幀速（幀s）：。5.3 用凝視型紅外成像系統(tǒng)觀察30公里遠，10米×10米的目標，若紅外焦平面器件的像元大小是50m×50m，假設(shè)目標像占4個像元，則紅外光學系統(tǒng)的焦距應(yīng)為多少？若紅外焦平面器件是128×128元，則該紅外成像系統(tǒng)的視場角是多大？答： 水平及垂直視場角： 5.5 一目標經(jīng)紅外成像系統(tǒng)成像后供人眼觀察，在某一特征頻率時，目標對比度為0.5,大氣的MTF為0.9，探測器的MTF為0.5，電路的MTF為0.95，CRT的MTF為0.5，則在這一特征頻率下，光學系統(tǒng)的MTF至少要多大？答： 5.6 紅外成像系統(tǒng)A的NETDA小于紅外成像系統(tǒng)

27、B的NETDB，能否認為紅外成像系統(tǒng)A對各種景物的溫度分辨能力高于紅外成像系統(tǒng)B，試簡述理由。答：不能。NETD反映的是系統(tǒng)對低頻景物（均勻大目標）的溫度分辨率，不能表征系統(tǒng)用于觀測較高空間頻率景物時的溫度分辨性能。5.7 試比較帶像增強器的CCD、薄型背向照明CCD和電子轟擊型CCD器件的特點。答：帶像增強器的CCD器件是將光圖像聚焦在像增強器的光電陰極上，再經(jīng)像增強器增強后耦合到電荷耦合器件（CCD）上實現(xiàn)微光攝像（簡稱ICCD）。最好的ICCD是將像增強器熒光屏上產(chǎn)生的可見光圖像通過光纖光錐直接耦合到普通CCD芯片上。像增強器內(nèi)光子電子的多次轉(zhuǎn)換過程使圖像質(zhì)量受到損失，光錐中光纖光柵干涉

28、波紋、折斷和耦合損失都將使ICCD輸出噪聲增加，對比度下降及動態(tài)范圍減小，影響成像質(zhì)量。靈敏度最高的ICCD攝像系統(tǒng)可工作在10-6lx靶面照度下。薄型、背向照明CCD器件克服了普通前向照明CCD的缺陷。光從背面射入，遠離多晶硅，由襯底向上進行光電轉(zhuǎn)換，大量的硅被光刻掉，在最上方只保留集成外接電極引線部分很少的多晶硅埋層。由于避開了多晶硅吸收， CCD的量子效率可提高到90，與低噪聲制造技術(shù)相結(jié)合后可得到30個電子噪聲背景的CCD，相當于在沒有任何增強手段下照度為10-4lx（靶面照度）的水平。盡管薄型背向照明CCD器件的靈敏度高、噪聲低，但當照度低于10-6lx（靶面照度）時，只能依賴圖像增強環(huán)節(jié)來提高器件增益，克服CCD噪聲的制約。 電子轟擊型CCD器件是將背向照明CCD當作電子轟擊型CCD的“陽極”，光電子從電子轟擊型CCD的“光陰極”發(fā)射直接“近貼聚焦”到CCD基體上，光電子通過CCD背面進入后，硅消耗入射光子能量產(chǎn)生電子空穴對，進而發(fā)生電子轟擊半導體倍增，電子轟擊過程產(chǎn)生的噪聲比用微通道板倍增產(chǎn)生的噪聲低得多，與它獲得的3000倍以上增益相比是微不足到的。電子轟擊型CCD器件采用電子從“光陰極”直接射入CCD基體的成像方法，簡化了光子被多次轉(zhuǎn)換的過程，信噪比大大提高，與ICCD相比，電子轟擊型CCD具有體積小、重量輕、可靠