光電檢測(cè)簡(jiǎn)答題集(共8頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上光電三極管集電極的作用？答：光敏三極管的工作有兩個(gè)過程：一是光電轉(zhuǎn)換；二是光電流放大。光電轉(zhuǎn)換過程是在集基結(jié)內(nèi)進(jìn)行，與一般光電二極管相同。光輻射檢測(cè)器存在哪些內(nèi)部噪聲？答：光輻射檢測(cè)器中存在的內(nèi)部噪聲主要由熱噪聲、散粒噪聲、半導(dǎo)體中產(chǎn)生的符合噪聲、溫度噪聲和閃爍噪聲。從結(jié)構(gòu)上分LED有哪幾種類型？答：從結(jié)構(gòu)上，LED有五種類型表面發(fā)光二級(jí)管（SLED）側(cè)面發(fā)光二級(jí)管（ELED）、平面LED、圓頂形LED和超發(fā)光LED。什么事光電直接檢測(cè)系統(tǒng)？答：所謂光電直接檢測(cè)是將測(cè)光信號(hào)直接入射帶光檢測(cè)器光敏面上，光檢測(cè)器響應(yīng)于光輻射強(qiáng)度而輸出相應(yīng)的電路或者電壓。根據(jù)檢查原理，光電

2、檢測(cè)的有哪幾種基本方法？答：直接作用法、差動(dòng)測(cè)量法、補(bǔ)償補(bǔ)償法、脈沖測(cè)量法說(shuō)明兩種類型光敏電阻的用途和原因。答：本征半導(dǎo)體光敏電阻與雜質(zhì)半導(dǎo)體光敏電阻。本征半導(dǎo)體光敏電阻的長(zhǎng)波長(zhǎng)要短于雜質(zhì)半導(dǎo)體光敏電阻的長(zhǎng)波長(zhǎng)，因此，本征半導(dǎo)體光敏電阻常用于可見光長(zhǎng)波段的檢測(cè)，而雜質(zhì)型半導(dǎo)體光敏電阻常用于紅外波段光輻射甚至于遠(yuǎn)紅外波段光輻射的檢測(cè)。解釋什么事單元光電信號(hào)？答：由一個(gè)或幾個(gè)光電轉(zhuǎn)換期間構(gòu)成的光電轉(zhuǎn)換電路所產(chǎn)生的獨(dú)立信號(hào)稱為單眼光電信號(hào)。激光干涉?zhèn)乳L(zhǎng)由哪幾部分組成？答：激光光源、干涉系統(tǒng)、光電顯微鏡、干涉信號(hào)處理部分。什么是產(chǎn)生、復(fù)合噪聲？半導(dǎo)體受光照時(shí)，載流子不斷地產(chǎn)生復(fù)合，電導(dǎo)率起伏引起電流起

3、伏產(chǎn)生的噪聲.試述光纖的結(jié)構(gòu)并分析各部分折射率的關(guān)系。光纖由三部分組成：纖芯n1（玻璃、石英或塑料、n1最大）、包層n2（玻璃或塑料n2< n1）及外套n3. n2< n3< n1.敘述光電信號(hào)檢測(cè)電路外部噪聲產(chǎn)生原因和預(yù)防方法答：外部噪聲實(shí)際上屬于外部擾動(dòng)，包括輻射源的隨機(jī)波動(dòng)和附加的光調(diào)制、光路傳輸介質(zhì)的湍流和背景起伏。雜散光的入射以及檢查系統(tǒng)受到的電磁干擾等。這些擾動(dòng)可以通過穩(wěn)定輻射光源、遮斷雜光、選擇偏振面或?yàn)V色光片以及電氣屏蔽、電干擾濾波等措施加以改善或消除。今后光電檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)有那幾點(diǎn)？答：1.發(fā)展納米、亞納米搞精度的廣電測(cè)量新技術(shù)。2.發(fā)展小型的，快速的微

4、型光、機(jī)、電檢測(cè)系統(tǒng)。3.非接觸、快速在線測(cè)量，以滿足快速增長(zhǎng)的商品經(jīng)濟(jì)的需要。4.向微空間三維測(cè)量技術(shù)和大空間三維測(cè)量技術(shù)發(fā)展。5向人們無(wú)法觸及的領(lǐng)域發(fā)展。6.發(fā)展閉環(huán)控制的光電檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)光電測(cè)量與廣電控制一體化。7.發(fā)展光電跟蹤與光電掃描技術(shù)，如遠(yuǎn)距離的遙控、遙測(cè)技術(shù)、激光制導(dǎo)、飛行物自行跟蹤和復(fù)雜形體自動(dòng)掃描測(cè)量等。什么是外光電效應(yīng)？（8分）外光電效應(yīng)是指，光照射在金屬上，金屬向外發(fā)射電子的效應(yīng)。為什么結(jié)型光電器件在正向偏置時(shí)沒有明顯的光電效應(yīng)？必須工作在哪種偏置狀態(tài)？（12分）1）正偏效果正向?qū)щ?，電?chǎng)電流IF較大；光照電流IP相對(duì)來(lái)說(shuō)可以忽略，即有無(wú)光光照基本上不影響電流大小

5、；正偏時(shí)起不到光電檢測(cè)效果。2）零偏置或反偏效果無(wú)光照時(shí)有暗電流，即反向飽和漏電流,其值很小，幾乎為零；有光照時(shí)，電子空穴對(duì)增加，光照電流較大，有無(wú)光照反差較大，可以作為檢測(cè)元件，進(jìn)行光電檢測(cè)。因此結(jié)型器件必須工作在零偏置或反偏工作狀態(tài)。是轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)已知圓盤的孔數(shù)為 N，光電探測(cè)器輸出的脈沖信號(hào)頻率 、 所示，是轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)， ， 測(cè)量系統(tǒng) 為 f，求轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速 n（單位為 r/min）（8 分） ， 轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速為： 圖 1 轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng) 光源選擇的基本要求有那些？源發(fā)光的光譜特性必須滿足檢測(cè)系統(tǒng)的要求。按檢測(cè)的任務(wù)不同，要求的光譜范圍也有所不同，如可見光區(qū)、紫外光區(qū)、紅外光區(qū)等等。有時(shí)要求

6、連續(xù)光譜，有時(shí)又要求特定的光譜段。系統(tǒng)對(duì)光譜范圍的要求都應(yīng)在選擇光源時(shí)加以滿足。光對(duì)光源發(fā)光強(qiáng)度的要求。為確保光電測(cè)試系統(tǒng)的正常工作，對(duì)系統(tǒng)采用的光源的發(fā)光強(qiáng)度應(yīng)有一定的要求。光源強(qiáng)度過低，系統(tǒng)獲得信號(hào)過小，以至無(wú)法正常測(cè)試，光源強(qiáng)度過高，又會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)工作的非線性，有時(shí)還可能損壞系統(tǒng)、待測(cè)物或光電探測(cè)器，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致不必要的能源消耗而造成浪費(fèi)。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)探測(cè)器所需獲得的最大、最小光適量進(jìn)行正確估計(jì)，并按估計(jì)來(lái)選擇光源。對(duì)光源穩(wěn)定性的要求。不同的光電測(cè)試系統(tǒng)對(duì)光源的穩(wěn)定性有著不同的要求。通常依不同的測(cè)試量來(lái)確定。穩(wěn)定光源發(fā)光的方法很多，一般要求時(shí)，可采用穩(wěn)壓電源供電。當(dāng)要求較高時(shí)，可采

7、用穩(wěn)流電源供電。所用的光源應(yīng)該預(yù)先進(jìn)行月化處理。當(dāng)有更高要求時(shí)，可對(duì)發(fā)出光進(jìn)行采樣，然后再反饋控制光源的輸出。對(duì)光源其他方面的要求。光電測(cè)試中光源除以上幾條基本要求外；還有一些具體的要求。如燈絲的結(jié)構(gòu)和形狀；發(fā)光面積的大小和構(gòu)成；燈泡玻殼的形狀和均勻性；光源發(fā)光效率和空間分布等等，這些方面都應(yīng)該根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)的要求給以滿足。光電倍增管的供電電路分為負(fù)高壓供電和正高壓供電，說(shuō)明兩種電路各有什么特點(diǎn)？采用陽(yáng)極接地，負(fù)高壓供電。這樣陽(yáng)極輸出不需要隔直電容，可以直流輸出，一般陽(yáng)極分布參數(shù)也較小?？墒窃谶@種情況下，必須保證作為光屏蔽和電磁屏蔽的金屬筒距離管殼至少要有1020mm，否則由于屏蔽筒的影響，可能

8、相當(dāng)大地增加陽(yáng)極暗電流和噪聲。如果靠近管殼處再加一個(gè)屏蔽罩，并將它連接到陰極電位上，則要注意安全。采用正高壓電源就失去了采用負(fù)高壓電源的優(yōu)點(diǎn)，這時(shí)在陽(yáng)極上需接上耐高壓、噪聲小的隔直電容，因此只能得到交變信號(hào)輸出?？墒?，它可獲得比較低和穩(wěn)定的暗電流和噪聲。在微弱輻射作用下，光電導(dǎo)材料的靈敏度有什么特點(diǎn)？為什么把光敏電阻制成蛇形？在微弱輻射下，光電導(dǎo)材料的光電靈敏度是定值，光電流與入射光通量成正比，即保持線性關(guān)系。因?yàn)楫a(chǎn)生高增益系數(shù)的光敏電阻電極間距需很?。磘dr小），同時(shí)光敏電阻集光面積如果太小而不實(shí)用，因此把光敏電阻制造成蛇形，既增大了受光面積，又減小了極間距。為什么結(jié)型光電器件在正向偏置時(shí)

9、，沒有明顯的光電效應(yīng)？它必須在哪種偏置狀態(tài)？為什么？因?yàn)閜-n結(jié)在外加正向偏壓時(shí)，即使沒有光照，電流也隨著電壓指數(shù)級(jí)在增加，所以有光照時(shí)，光電效應(yīng)不明顯。 p-n結(jié)必須在反向偏壓的狀態(tài)下，有明顯的光電效應(yīng)產(chǎn)生，這是因?yàn)閜-n結(jié)在反偏電壓下產(chǎn)生的電流要飽和，所以光照增加時(shí)，得到的光生電流就會(huì)明顯增加論述光電檢測(cè)系統(tǒng)的基本組成，并說(shuō)明各部分的功能？下面是一個(gè)光電檢測(cè)系統(tǒng)的基本構(gòu)成框圖： （1）光源和照明光學(xué)系統(tǒng)：是光電檢測(cè)系統(tǒng)中必不可少的一部分。在許多系統(tǒng)中按需要選擇一定輻射功率、一定光譜范圍和一定發(fā)光空間、分布的光源，以此發(fā)出的光束作為載體攜帶被測(cè)信息。（2）被測(cè)對(duì)象及光學(xué)變換：這里所指的是上述

10、光源所發(fā)出的光束在通過這一環(huán)節(jié)時(shí)，利用各種光學(xué)效應(yīng)，如反射、吸收、折射、干涉、衍射、偏振等，使光束攜帶上被檢測(cè)對(duì)象的特征信息，形成待檢測(cè)的光信號(hào)。光學(xué)變換通常是用各種光學(xué)元件和光學(xué)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，實(shí)現(xiàn)將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為光參量（振幅、頻率、相位、偏振態(tài)、傳播方向變化等）。（3）光信號(hào)的匹配處理：這一工作環(huán)節(jié)的位置可以設(shè)置在被檢測(cè)對(duì)象前面，也可設(shè)在光學(xué)變換后面，應(yīng)按實(shí)際要求來(lái)決定。光信號(hào)匹配處理的主要目的是為了更好地獲得待測(cè)量的信息，以滿足光電轉(zhuǎn)換的需要。（4）光電轉(zhuǎn)換：該環(huán)節(jié)是實(shí)現(xiàn)光電檢測(cè)的核心部分。其主要作用是以光信號(hào)為媒質(zhì)，以光電探測(cè)器為手段，將各種經(jīng)待測(cè)量調(diào)制的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（電流、電壓或頻

11、率），以利于采用目前最為成熟的電子技術(shù)進(jìn)行信號(hào)的放大、處理、測(cè)量和控制等。（5）電信號(hào)的放大與處理：這一部分主要是由各種電子線路所組成。光電檢測(cè)系統(tǒng)中處理電路的任務(wù)主要是解決兩個(gè)問題：實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱信號(hào)的檢測(cè)；實(shí)現(xiàn)光源的穩(wěn)定化。（6）存儲(chǔ)、顯示與控制系統(tǒng)：許多光電檢測(cè)系統(tǒng)只要求給出待測(cè)量的具體值，即將處理好的待測(cè)量電信號(hào)直接經(jīng)顯示系統(tǒng)顯示。 (6分)在光度單位體系中，基本單位是如何定義的。什么是光視效能？在光度體系中，被選作基本單位的不是光量或光通量，而是發(fā)光強(qiáng)度，其單位是坎德拉（1分）。定義為一個(gè)光源發(fā)出頻率為的單色輻射，如果在一給定方向上的輻射強(qiáng)度為，則該光源在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度為1坎德拉（2

12、分）。光度量和輻射度量之間可以用光是效能與光視效率聯(lián)系起來(lái)。光視效能描述某一波長(zhǎng)的單色光輻射通量可以產(chǎn)生多少相應(yīng)的單色光通量。即光視效能Kl定義為同一波長(zhǎng)下測(cè)得的光通量與輻射通量的比之，即單位：流明/瓦特（lm/W）。大氣湍流效應(yīng)對(duì)光束傳播的影響有哪些方面，分別加以簡(jiǎn)單說(shuō)明。是一種無(wú)規(guī)則的漩渦流動(dòng)，流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡十分復(fù)雜，既有橫向運(yùn)動(dòng)，又有縱向運(yùn)動(dòng)，空間每一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度圍繞某一平均值隨機(jī)起伏。這種湍流狀態(tài)將使激光輻射在傳播過程中隨機(jī)地改變其光波參量，使光束質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，出現(xiàn)所謂光束截面內(nèi)的強(qiáng)度閃爍、光束的彎曲和漂移（亦稱方向抖動(dòng)）、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

13、應(yīng)。光束強(qiáng)度在時(shí)間和空間上隨機(jī)起伏，光強(qiáng)忽大忽小，即所謂光束強(qiáng)度閃爍。波長(zhǎng)短，閃爍強(qiáng)，波長(zhǎng)長(zhǎng)，閃爍小。然而，理論和實(shí)驗(yàn)都表明，當(dāng)湍流強(qiáng)度增強(qiáng)到一定程度或傳輸距離增大到一定限度時(shí)，閃爍方差就不再按上述規(guī)律繼續(xù)增大，卻略有減小而呈現(xiàn)飽和，故稱之為閃爍的飽和效應(yīng)。接收平面上，光束中心投射點(diǎn)（即光斑位置）以某個(gè)統(tǒng)計(jì)平均位置為中心，發(fā)生快速的隨機(jī)性跳動(dòng)（其頻率可由數(shù)赫到數(shù)十赫），此現(xiàn)象稱為光束漂移。若將光束視為一體，經(jīng)過若干分鐘會(huì)發(fā)現(xiàn)，其平均方向明顯變化，這種慢漂移亦稱為光束彎曲。如果不是用靶面接收，而是在透鏡的焦平面上接收，就會(huì)發(fā)現(xiàn)像點(diǎn)抖動(dòng)。什么是半波電壓？對(duì)比KDP晶體的橫向、縱向應(yīng)用的特點(diǎn)。當(dāng)光波

14、的兩個(gè)垂直分量Ex¢，Ey¢的光程差為半個(gè)波長(zhǎng)（相應(yīng)的相位差為p）時(shí)所需要加的電壓，稱為半波電壓。（2分）橫向運(yùn)用時(shí)，存在自然雙折射產(chǎn)生的固有相位延遲，它們和外加電場(chǎng)無(wú)關(guān)。表明在沒有外加電場(chǎng)時(shí)，入射光的兩個(gè)偏振分量通過晶后其偏振面已轉(zhuǎn)過了一個(gè)角度，這對(duì)光調(diào)制器等應(yīng)用不利，應(yīng)設(shè)法消除。（2分）橫向運(yùn)用時(shí)，無(wú)論采用那種方式，總的相位延遲不僅與所加電壓成正比，而且晶體的長(zhǎng)寬比(L/d)有關(guān)。而縱向應(yīng)用時(shí)相位差只和V=EzL有關(guān)。因此，增大L或減小d就可大大降低半波電壓。（2分）說(shuō)明光子效應(yīng)和光熱效應(yīng)各自特點(diǎn)。1. 光子效應(yīng)：指單個(gè)光子的性質(zhì)對(duì)產(chǎn)生的光電子起直接作用的一類光電效應(yīng)。

15、探測(cè)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)的改變。特點(diǎn)：光子效應(yīng)對(duì)光波頻率表現(xiàn)出選擇性，響應(yīng)速度一般比較快。2. 光熱效應(yīng)：探測(cè)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\(yùn)動(dòng)能量，引起探測(cè)元件溫度上升,溫度上升的結(jié)果又使探測(cè)元件的電學(xué)性質(zhì)或其他物理性質(zhì)發(fā)生變化。特點(diǎn)：原則上對(duì)光波頻率沒有選擇性，響應(yīng)速度一般比較慢。（在紅外波段上，材料吸收率高，光熱效應(yīng)也就更強(qiáng)烈，所以廣泛用于對(duì)紅外線輻射的探測(cè)。紅外光學(xué)系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）紅外輻射源的輻射波段位于1m以上的不可見光區(qū)，普通光學(xué)玻璃對(duì)2.5m以上的光波不透明，

16、而在所有有可能透過紅外波段的材料中，只有幾種材料有必需的機(jī)械性能，并能得到一定的尺寸，如鍺、硅等，這就大大限制了透鏡系統(tǒng)在紅外光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，使反射式和折反射式光學(xué)系統(tǒng)占有比較重要的地位。（2）為了探測(cè)遠(yuǎn)距離的微弱目標(biāo)，紅外光學(xué)系統(tǒng)的孔徑一般比較大。（3）在紅外光學(xué)系統(tǒng)中廣泛使用各類掃描器，如平面反射鏡、多面反射鏡、折射棱鏡及光楔等。（4）8至14m波段的紅外光學(xué)系統(tǒng)必須考慮衍射效應(yīng)的影響。（5）在各種氣象條件下或在抖動(dòng)和振動(dòng)條件下，具有穩(wěn)定的光學(xué)性能。光電探測(cè)器性能參數(shù)包括哪些方面。為了評(píng)價(jià)探測(cè)器性能優(yōu)劣，比較不同探測(cè)器之間的差異，從而達(dá)到根據(jù)具體需要合理正確選擇光電探測(cè)器件的目的，制

17、定了一套性能參數(shù)。通常包括積分靈敏度，也成為響應(yīng)度，光譜靈敏度，頻率靈敏度，量子效率，通量閾和噪聲等效功率，歸一化探測(cè)度及工作電壓、電流、溫度及入射光功率允許范圍。光子效應(yīng)和光熱效應(yīng)答：光子效應(yīng)是指單個(gè)光子的性質(zhì)對(duì)產(chǎn)生的光電子起直接作用的一類光電效應(yīng)。探測(cè)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?yàn)?，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(duì)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(cè)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

18、的光能變?yōu)榫Ц竦臒徇\(yùn)動(dòng)能量，引起探測(cè)元件溫度上升,溫度上升的結(jié)果又使探測(cè)元件的電學(xué)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(duì)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(qiáng)烈，所以廣泛用于對(duì)紅外線輻射的探測(cè)。因?yàn)闇囟壬呤菬岱e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。3請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)出InSb和PbS光敏電阻的特性。（1）PbS近紅外輻射探測(cè)器波長(zhǎng)響應(yīng)范圍在13.4m，峰

19、值響應(yīng)波長(zhǎng)為2m內(nèi)阻（暗阻）大約為1M響應(yīng)時(shí)間約200s（2）InSb在77k下,噪聲性能大大改善峰值響應(yīng)波長(zhǎng)為5m響應(yīng)時(shí)間短（大約50×10-9s）為什么說(shuō)光電池的頻率特性不是很好? 答:光電池總的來(lái)說(shuō)頻率特性不是很好,這是由于兩個(gè)方面的原因:第一,光電池的光敏面一般做的較大,因而極間電容較大;第二,光電池工作在第四象限,有較小的正偏壓存在,所以光電池的內(nèi)阻較低,而且隨入射光功率變差,因此光電池的頻率特性不好. 直接光電探測(cè)器的平方律特性表現(xiàn)在哪兩個(gè)方面?答:直接探測(cè)器的平方律特性表現(xiàn)在: 什么是熱光源   答： 物體由于溫度較高而向周圍溫度較低環(huán)境發(fā)射熱量的形式稱為熱輻射，這種物體稱為熱輻射源。    何謂“白噪聲”？何謂“1/f噪聲”？要降低電阻的熱噪聲應(yīng)采用什么措施？答：功率譜大小與頻率無(wú)關(guān)，稱為白噪聲；功率譜與 1/f成正比，稱為1/f噪聲。熱噪聲功率公式看出，熱噪聲與溫度、頻寬、電阻的倒數(shù)成正比，因此要降低溫度；常溫時(shí)，工作范圍要在1012Hz頻率以下。 什么叫光伏效應(yīng)？半導(dǎo)體受光照，產(chǎn)生電子空穴對(duì)，在結(jié)電場(chǎng)作用下，空穴流向P區(qū)，電子流向N區(qū)，在結(jié)區(qū)兩邊產(chǎn)生勢(shì)壘的效應(yīng)