光電測試技術(shù)復(fù)習(xí)資料

1、PPT中簡答題匯總1. 價帶、導(dǎo)帶、禁帶的定義及它們之間的關(guān)系。施主能級和受主能級的定義及符號。答：價帶：原子中最外層電子稱為價電子，與價電子能級相對應(yīng)的能帶稱為價帶；EV(valence)導(dǎo)帶：價帶以上能量最低的允許帶稱為導(dǎo)帶；EC(conduction)禁帶：導(dǎo)帶與價帶之間的能量間隔稱為禁帶。 Eg(gap) 施主能級：易釋放電子的原子稱為施主，施主束縛電子的能量狀態(tài)。ED(donor)受主能級：容易獲取電子的原子稱為受主，受主獲取電子的能量狀態(tài)。EA( acceptor )2. 半導(dǎo)體對光的吸收主要表現(xiàn)為什么？它產(chǎn)生的條件及其定義。 半導(dǎo)體對光的吸收主要表現(xiàn)為本征吸收。半導(dǎo)體吸收光子的能

2、量使價帶中的電子激發(fā)到導(dǎo)帶， 在價帶中留下空穴，產(chǎn)生等量的電 子與空穴，這種吸收過程叫本征吸收。產(chǎn)生本征吸收的條件：入射光子的能量( h V要大于等于材料的禁帶寬度 Eg3. 擴散長度的定義。擴散系數(shù)和遷移率的愛因斯坦關(guān)系式。 多子和少子在擴散和漂移中的作 用。擴散長度：表示非平衡載流子復(fù)合前在半導(dǎo)體中擴散的平均深度。擴散系數(shù)D (表示擴散的難易)與遷移率卩(表示遷移的快慢)的愛因斯坦關(guān)系式：D=(kT/q)卩 kT/q為比例系數(shù)漂移主要是多子的貢獻，擴散主要是少子的貢獻。4. 敘述 p-n 結(jié)光伏效應(yīng)原理。當(dāng) P-N 結(jié)受光照時，多子( P 區(qū)的空穴， N 區(qū)的電子)被勢壘擋住而不能過結(jié)，只

3、有少子( P 區(qū)的電子和 N 區(qū)的空穴和結(jié)區(qū)的電子空穴對)在內(nèi)建電場作用下漂移過結(jié),這導(dǎo)致在 N 區(qū)有光生電子積累，在 P 區(qū)有光生空穴積累，產(chǎn)生一個與內(nèi)建電場方向相反的光生電 場，其方向由P區(qū)指向N區(qū)。5. 熱釋電效應(yīng)應(yīng)怎樣解釋？熱釋電探測器為什么只能探測調(diào)制輻射？在某些絕緣物質(zhì)中，由于溫度的變化引起極化狀態(tài)改變的現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)。 因為在恒定光輻射作用下探測器的輸出信號電壓為零， 既熱釋電探測器對未經(jīng)調(diào)制的光 輻射不會有響應(yīng)。6. 簡述紅外變象管和象增強器的基本工作原理。 紅外變象管：紅外光通過光電導(dǎo)技術(shù)成象到光電導(dǎo)靶面上， 形成電勢分布圖象，利用調(diào)制的 電子流使熒光面發(fā)光。象增強器：光

4、電陰極發(fā)射的電子圖像經(jīng)電子透鏡聚焦在微通道板上，電子圖像倍增后在均勻電場作用下投射到熒光屏上。7. 簡述光導(dǎo)型攝像管的基本結(jié)構(gòu)和工作過程基本結(jié)構(gòu)包括兩大部分： 光電靶和電子槍。 工作過程：通過光電靶將光學(xué)圖象轉(zhuǎn)變成電學(xué)圖象， 電子槍發(fā)出的電子束對光電靶進行 掃描，將電學(xué)圖象轉(zhuǎn)換成僅隨時間變化的電信號(視頻信號)傳送出去。8簡述一維CCD攝像器件的基本結(jié)構(gòu)和工作過程。基本結(jié)構(gòu)：光電二極管陣列，CCD移位存儲器，輸出機構(gòu)。然后光生電荷工作過程：光電二極管陣列通過光電變換作用和光電存儲作用積累光生電荷, 并行地流入CCD移位寄存器，通過輸出機構(gòu)串行地轉(zhuǎn)移出去。9敘述半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管的發(fā)光原理

5、半導(dǎo)體激光器發(fā)光原理：PN結(jié)正偏時結(jié)區(qū)發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，導(dǎo)帶中的電子產(chǎn)生自發(fā)輻射和受激輻射，在諧振腔中形成了光振蕩，從諧振腔兩端發(fā)射出激光。發(fā)光二極管的發(fā)光原理： 發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的 火光。10敘述電光調(diào)制器克爾盒的工作原理當(dāng)非偏振光經(jīng)過起偏器后變?yōu)槠矫嫫窆?，?dāng)給克爾盒加電壓時， 通過它的平面偏振光改變其振動方向，在檢偏器光軸方向上產(chǎn)生光振動的分量。a)的光學(xué)介質(zhì)11.試述聲光偏轉(zhuǎn)器的工作原理。激光束入射到超聲媒質(zhì)中產(chǎn)生衍射，此衍射光強度和方向隨超聲波強度和頻率的改變而變化，因超

6、聲波與光的相互作用產(chǎn)生的聲光效應(yīng)，就是聲光偏轉(zhuǎn)器的工作原理。PPT中計算題匯總1一支氦氖激光器(波長632.8nm )發(fā)出激光的功率為2mw。該激光束的平面發(fā)散角為 Imrad , 激光器的放電毛細(xì)管直徑為1mm。求出該激光束的光通量、發(fā)光強度、光亮度、光出射度。A) = Kffy(2曲(Q = 6K3xO.265x2x10 -0.36加Ml(LW22(1 - cos 6T)i =; = = l.5x(f cd2暫(1 一心硏 2(1-cdsOJMH)厶=必-= 一 Y - = 1.46x 1011 cd / in2dS cos & AS cos g XF cos 0叫032廠4尿汕加腫2.

7、計算出300K溫度下?lián)饺?015/cm3硼原子的硅片中電子和空穴的濃度及費米能級，畫出其 能帶圖。(當(dāng) 300K 時,ni=i.5x1O10/cm 3,Eg=1.12eV)。(k:波耳茲曼常數(shù)，1.38 X 103j/k, 1C約相當(dāng)于6.25 X 10A1個電子的電量。)為P型半導(dǎo)體，則空穴濃度為p=Na=1015/cm3電子濃度為 n= ni2/ Na=2.25 x105/cm3Na費米能級為 Efp Ei kT In - =E-0.29ev3. (a)求在300K時，本征硅的電導(dǎo)率；(b)倘若每108硅原子中摻入一淺能級施主雜質(zhì)原子，求出電導(dǎo)率。(硅的原子數(shù)為5x1022個/cm3，遷移

8、率 =1350cm2/(V s)=4&0cm2/(V )基本電荷e = 1.6 X 10 -19庫侖4、解：(a) 300艮時.本征硅的電導(dǎo)豐 1 .3 x 10 x j ,6 x ID n (IJ50+ 480 ) 4.4 n 10 * Il on (b)揍朵率1(A 則摻入的施主濃慳為 = y 10 = S，10 114.( a)具有11級倍增極的光電倍增管均勻分壓, 陰極入射光的照度為 0.1lx，陰極有效面積為 電子的收集率為0.98,倍增極的電子收集率為(b)設(shè)計前置放大電路，使輸出的信號電壓為負(fù)高壓1200V供電。陰極靈敏度為20卩A/lm 2 cm2，各倍增極二次發(fā)射系數(shù)均相等為

9、 4,光 0.95,試計算倍增系統(tǒng)的放大倍數(shù)和陽極電流。200mV,求放大器的有關(guān)參數(shù)，并畫出原理圖G = 0.9K x(0?5 4)= 2.13K x IO1陰極 ill漩* =StEA = 20 m 10 6 x2 xlO xQJ =4xlO-10陽槻電流：/ = GJ( = 2.338 x 10* x 4x HT”/ = 0.94kathode(陰極),anticathode 邙日極)如圈所示前胃放大吐路=包=二 213Q整撫常用電阻陰值，姑用200電陽5. 有一光電倍增管的光電陰極面積為2cm2,陰極靈敏度為25卩A/lm,倍增系統(tǒng)的放大倍數(shù)為105,陽極額定電流為 200 A,求允許

10、的最大光照解；陰様額定電流為兀冷廠2“0-*叭酗大允許光通莖為p=i-=2xio-y 85cW -llu允許的戢大光聘為E 各小1 %血=4X lft_： h6.光敏電阻R與R. =2 K的負(fù)載電阻串聯(lián)后接于 Vb =12V的直流電源上，無光照時負(fù)載上的 輸出電壓為 V1 =20mV有光照時負(fù)載上的輸出電壓為 V2 =2V。求（1）光敏電阻的暗電阻和亮 電阻值。（2）若光敏電阻的光電導(dǎo)靈敏度 Sg=6x10-6s/lx ,求光敏電阻所受的照度？了1札in-T,芹無光照時，負(fù)載上的電壓兒帯1t有光照時，負(fù)載上的電壓r,-2v負(fù)載上的電流初TA -葉*員載上的電流；3葉“1 ftL1 鳳 2*1因

11、此光散電阻的暗屯阻因此光敏電阻的亮電吧1 rRy- -2 Mil- = 1)98 kit人1 jr“才：ns*光敏電阻的光電導(dǎo)，考慮暗電流時*光敏電阻所受的照度2M0.16531X6*10 67已知 光敏電阻的暗電阻 FD=10MQ在照度為100IX時亮電阻R =5k Q,用此光敏電阻控制 繼電器，其原理電路如圖所示，如果繼電器的線圈電阻為4kQ,繼電器的吸合電流為2mA,問需要多少照度時才能使繼電器吸合？如果需要在400IX時繼電器才能吸合，則此電路需作如何改進?+光蝕電咀的光電分若垮世弋電N時麹度為1001耳時光敏電阻的光電導(dǎo)靈敏度g=-=!r!= L.W*10 Er H 此 Jl-ID

12、IDLO*F 10*吸合時的光蛾電阻阻值為吸含賊it瞰屯閤的光電卩為f 亠也4- f 農(nóng) 2 w*na* *光電導(dǎo)圉敬墳與梵嫩電阻材料有關(guān)*所tX輕合時所需原度為，Mil.r 1.WW |w鼻4QQIx時才吸鮎it時的比電導(dǎo)為吐-JE Sf 00 *a I#1 - J If 4 S-*光載電阻的袒值1 =“Mr叮 bn *墓攣負(fù)載的邀U載寸fes可弗 jpi f 0,75 kOEj ii Pfi8下圖是用硒光電池制作照度計的原理圖，已知硒光電池在100lx照度下，最佳功率輸出時的Vm =0.3V, m=1.5mA,如果選用100uA表頭作照度指標(biāo)，表頭內(nèi)阻為1k Q ,指針滿刻度值為 100l

13、x，試計算電阻Ri和咼值。100 圧：F =03(/ =1.57, =100xl0-6m7 m71Z + /, = I, = / , = 1 AmAII.Efrah(R八 RX人= &=2kaR: =J/A = 2I4Q9下圖為一理想運算放大器，對光電二極管2CU2的光電流進行線性放大，若光電二極管未受光照時，運放輸出電壓 Vo =0.6V。在E=100 lx的光照下，輸出電壓 Vi =2.4V。求（1） 2CU2 的暗電流；（2） 2CU2的電流靈敏度。牛-pR, -0 6/ 1.5x10*-04x10E = 10Mct打=1嚴(yán)上冬=1如RfS ,= Z /E = t2xl0/100 = l

14、 2x10 J/fr p10.已知一熱釋電探測器的D*=1x109cm.Hz1/2W-1、NEP=1x1010W （取 fRHz）,能否決定其光敏面面積？5.解：因為歸一化探測率A探測器光敏元伯i積 A t - I U XP )1 4/ (I X to * M 1 K 10 _li J1 X I - K 10 cm211.二相驅(qū)動CCD象元數(shù)N=1024，若要求最后位仍有 50%的電荷輸出，求電荷轉(zhuǎn)移損失率 =解：二槓優(yōu)D,電極數(shù)：w = 2 = 2048總轉(zhuǎn)移效率上fn =(l-c)n1- nc = 0,5所以* e = _J = 0.0244 %2048409612.用2CU1型光電二極管

15、接受輻射信號， 如圖所示，已知2CU1的靈敏度S=0.4A/W,暗電流 小于0.2uA,3DG6C的B =50,當(dāng)最大輻射功率為 400uW時的拐點電壓 Vm=10V,求獲得最大電 壓輸出時的Re值。若入射輻射功率由400uW減小到350uW時，輸出電壓的變化量為多少？10. JH2CU1用光電一極管按枚廟射佰號，如題 圈所示。 oJLI Y 已Sn2CU1的靈敏度比昭電流小于3DG6C Q 專Ul 的/7 = 50當(dāng)規(guī)大栩射功率為400 pW時的拐點電雨J = io V, | J 3iXi6 求獲得最大電壓輸出時的局值.若入射福肘功皇由400 |1W減占小到350 fK，輯出電壓旳變優(yōu)量毘多

16、少？貽 由丁最大光電流匚”“ =%和亞=04x40） - IfiO |JlA遠(yuǎn)大于硝電流T4 - 0.2歷以暗電流可嘆忽略.注 最大輻肘功率為40gW吋，拐點電汗】I-ic V,這吋輸出電壓- U. - Uu 站一0.7 - L0 7.S V由于5 - IR, -+】注”十R-，所以b）當(dāng)輻射坊率從4O0|iW誠小到站0W時, 2 = ft.d = (Ji + 】)丫卩 士沖/?. 150 + 1) K 0 4 x 50 x 0 * x 95 = 0 91 V13光電二極管2CU2E,其光電靈敏度 S=0.5uA/uW,結(jié)間電導(dǎo) G=0.005S,拐點電壓 Vm=10V輸 入輻射功率 P= (5+3sint) uW偏置電壓 Vb=40V信號由放大器接收，求取得最大功率時的 負(fù)載電阻Rc和放大器的輸入電阻 Ri的值，以及輸入給放大器的電流，電壓和功率值。11.由逼童+遜曲胃潰:覽嶽電阻,來確宦直眾工柞點，放尢賽軸入盹RU,與直裁負(fù)魏電I4U片聯(lián)共利寥減比巾Vi*?的込毛瓠 其林電說和如f灣衛(wèi)電潮如fti*沛。在交流情況下.應(yīng)有任取得最人輸出功率的倩況口應(yīng)有厲=6+0, U上三式聯(lián)立求解.得:0.5 x 10所以;2 x (40 - 10 )R = 600 nG i G