光電子技術(shù)復(fù)習(xí)

1輻射能量Qe以輻射形式發(fā)射或傳輸?shù)碾姶挪芰俊挝皇墙苟?。_dQ2、輻射通量又稱為輻射功率，定義為單位時間內(nèi)流過的輻射能量，即：七="^3、輻射出射度Me用來反映物體輻射能力的物理量。定義為輻射體單位面積向半空間發(fā)射的輻射通量，即：4、輻射強度Ie定義為點輻射源在給定方向上發(fā)射的單位立體角內(nèi)的輻射通量，即：d?5、輻射亮度LedId2虬—d?f定義為面輻射源在某一給定方向上的輻射通量，即：Le~dScOs0—dQdScos96、輻射照度Ee在輻射接收面上的輻射照度定義為照射在面元上的輻射通量與該面元的面積之比。即：?'亍吸收和散射的總效果使傳輸光輻射強度的衰減7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”。8湍流運動：無規(guī)則的漩渦流動，質(zhì)點的運動軌跡很復(fù)雜，既有橫向運動，也有縱向運動，空間每一點的運動速度圍繞某一平均值隨機起伏.9激光的大氣湍流效應(yīng)，實際上是指激光輻射在折射率起伏場中傳輸時的效應(yīng)。10聲波是一種彈性波（縱向應(yīng)力波），使介質(zhì)產(chǎn)生相應(yīng)的彈性形變，激起各質(zhì)點沿聲波的傳播方向振動，引起介質(zhì)的密度呈疏密相間的交替變化。介質(zhì)的折射率也隨著發(fā)生相應(yīng)的周期性變化。超聲場作用的這部分如同一個光學(xué)的“相位光柵”，該光柵間距（光柵常數(shù)）等于聲波波長人s。當(dāng)光波通過此介質(zhì)時，就會產(chǎn)生光的衍射。其衍射光的強度、頻率、方向等都隨著超聲場的變化而變化。11超聲波頻率較低，光波平行于聲波面入射（即垂直于聲場傳播方向），聲光互作用長度L較短時，產(chǎn)生拉曼一納斯衍射。相反情況為布拉格衍射.12當(dāng)入射光與聲波面間夾角滿足一定條件時，介質(zhì)內(nèi)各級衍射光會相互干涉，各高級次衍射光將互相抵消，只出現(xiàn)0級和+1級（或-1級）衍射光，即產(chǎn)生布拉格衍射..13若超聲功率Ps一定的情況下，欲使衍射光強盡量大，則選擇M2大的材料，并且把換能器做成長而窄（即L大H?。┑男问?4旋光定義：線偏振光在石英晶體內(nèi)部沿光軸方向傳播時，透過后偏振面被旋轉(zhuǎn)了一個角度。旋光率：w=以刁偵:旋光率15當(dāng)光波通過這種磁化的物體（磁性物質(zhì)）時，其傳播特性發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為磁光效應(yīng)。16自然旋光物質(zhì)左右旋與光的傳播方向無關(guān)光沿磁場方向通過時，振動面右旋。光逆磁場方向傳播時，振動面左旋。17這種將信息加載于激光的過程稱之為調(diào)制。解調(diào)（demodulate）：調(diào)制的反過程，把調(diào)制信號還原成原來的信息。18內(nèi)調(diào)制：是指加載調(diào)制信號是在激光振蕩過程中進行的，即以調(diào)制信號去改變激光器的振蕩參數(shù)，從而改變激光輸出特性以實現(xiàn)調(diào)制。外調(diào)制：是指激光形成之后，在激光器外的光路上放置調(diào)制器，用調(diào)制信號改變調(diào)制器的物理特性，當(dāng)激光通過調(diào)制器時，就會使光波的某參量受到調(diào)制。19機械掃描技術(shù)是利用反射鏡或棱鏡等光學(xué)元件的旋轉(zhuǎn)或振動實現(xiàn)光束掃描。電光掃描是利用電光效應(yīng)來改變光束在空間的傳播方向20光子效應(yīng)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)。特點：對光波頻率表現(xiàn)出選擇性，響應(yīng)速度一般比較快。光熱效應(yīng)：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(xué)性質(zhì)或其他物理性質(zhì)發(fā)生變化。特點：原則上對光波頻率沒有選擇性，響應(yīng)速度一般比較慢。21光電發(fā)射效應(yīng)：在光照下，物體向表面以外的空間發(fā)射電子（即光電子）的現(xiàn)象。光電發(fā)射體：能產(chǎn)生光電發(fā)射效應(yīng)的物體，在光電管中又稱為光陰極。愛因斯坦方程Ek=加-%光電導(dǎo)現(xiàn)象一一半導(dǎo)體材料的“體”效應(yīng)光伏現(xiàn)象一一半導(dǎo)體材料的“結(jié)”效應(yīng)22積分靈敏度R：光電流i（或光電壓⑴和入射光功率P之間的關(guān)系曲線的斜率TOC\o"1-5"\h\z光譜靈敏度Rl:光功率譜密度PA除以光電流光譜靈敏度R,定義為,.相對光譜靈敏度與定義為S尸七/R^m（2）相對光譜功率密度函數(shù)，它的定義為f=P/P（3）若入射光是強度調(diào)制，在其它條件不變下，’光電流￡將隨調(diào)頻f的升高而下降，這時的靈敏度稱為頻率靈敏度R°ifR=-ffP量子效率：在某一特定波長上，每秒鐘內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)與入射光量子數(shù)之比。定義探測器的通量閾Pth為p廣R（瓦）i噪聲等效功率NEP定義為單位信噪比時的信號光功率。23電荷耦合器件（CCD）特點：以電荷作為信號CCD的基本功能：電荷存儲和電荷轉(zhuǎn)移CCD工作過程：信號電荷的產(chǎn)生、存儲、傳輸和檢測的過程241轉(zhuǎn)移效率：電荷包從一個柵轉(zhuǎn)移到下一個柵時，有部分的電荷轉(zhuǎn)移過去，余下部分沒有被轉(zhuǎn)移，稱轉(zhuǎn)移損失率門=1-8定義光敏元響應(yīng)的均方根偏差對平均響應(yīng)的比值為CCD的不均勻度光敏元響應(yīng)的不均勻是工藝過程及材料不均勻性引起的，大規(guī)模器件的均勻性問題嚴重。CCD成像器件在既無光注入又無電注入情況下的輸出信號稱暗信號，即暗電流。暗電流的危害有兩個方面：限制器件的低頻限引起固定圖像噪聲靈敏度（響應(yīng)度）：在一定光譜范圍內(nèi)，單位曝光量的輸出信號電壓（電流）光譜響應(yīng)CCD的光譜響應(yīng)是指等能量相對光譜響應(yīng)噪聲散粒噪聲、轉(zhuǎn)移噪聲和熱噪聲25無源像素單元具有結(jié)構(gòu)簡單、像素填充率高及量子效率比較高的優(yōu)點。但是，由于傳輸線電容較大，CMOS無源像素傳感器的讀出噪聲較高，而且隨著像素數(shù)目增加，讀出速率加快，讀出噪聲變得更大。CMOS有源像素傳感器的功耗比較小。但與無源像素結(jié)構(gòu)相比，有源像素結(jié)構(gòu)的填充系數(shù)小CCD攝像器件?靈敏度高、噪聲低、像素面積小。-難與驅(qū)動電路及信號處理電路單片集成，需要使用相對高的工作電壓，制造成本比較高。CMOS攝像器件?集成能力強、體積小、工作電壓單一、功耗低、動態(tài)范圍寬、抗輻射和制造成本低。?需進一步提高器件的信噪比和靈敏度。26液晶是一種介于固體與液體之間，具有規(guī)則性分子排列的有機化合物把某些有機物加熱溶解，由于加熱破壞結(jié)晶晶格而形成的液晶稱為熱致液晶把某些有機物放在一定的溶劑中，由于溶劑破壞結(jié)晶晶格而形成的液晶稱為溶致液晶

1何為電光晶體的半波電壓？半波電壓由晶體的哪些參數(shù)決定?2n3rn3rkL)

o63［答］：2n3rn3rkL)

o632,推到布拉格方程(橫向應(yīng)用，在略去自然雙折射影響的情形下)圖a表示在同一鏡面上的衍射情況.入射光l和2在B,C點反射的1’和2’同相位的條件，必須使光程差A(yù)C-BD等于光波波長的整倍數(shù)，即：2,推到布拉格方程nx(cosO.-cosOd)=mX0.=Qd對于相距Xs的兩個不同鏡面上的衍射情況，如圖b所示，由C、E點反射的2’，3’光束具有同相位的條件，其光程差FE+EG必須等于光波波長的整數(shù)倍，即nXs(sin0.+sin0d)=mX考慮到0.=0d，所以(取m=1)2nXssin0e=X0.=0d=0B,稱為布拉格角3調(diào)頻與調(diào)相相比較S'調(diào)菠波與相仲波的主要參數(shù)頰聿調(diào)剩幗位調(diào)削瞬時角甄率由『(。=電+虧典)牧)=吃+%竺*CALq。［料(t)dt+每瞬時瀚角f%。=阿*+%&《)+%=實+kfJ口。)也+啊更5頰A氣=存冷)藹已禎信號%(0=&cost^f)］區(qū)*)=&c睥已*)］調(diào)制信號按余弦規(guī)律變化時，兩者在相位上相差90度；調(diào)制指數(shù)：調(diào)頻時調(diào)制指數(shù)，與調(diào)制信號的振幅成正比，而與調(diào)制頻率成反比;調(diào)相時調(diào)制指數(shù)，與調(diào)制信號的振幅成正比，而與調(diào)制頻率無關(guān)。最大頻率偏移：調(diào)頻時，與調(diào)制信號的振幅成正比，而與調(diào)制信號的頻率無關(guān)；調(diào)相時，與調(diào)制信號的振幅成正比，與調(diào)制信號的頻率成正比。4頻譜結(jié)構(gòu)與調(diào)制指數(shù)的關(guān)系mf愈大(即調(diào)制信號加強時)，則具有一定幅度的邊頻數(shù)目愈多，頻帶愈寬。這是調(diào)頻波頻譜的主要特點。這與調(diào)幅波的頻譜結(jié)構(gòu)有著根本的區(qū)別。當(dāng)布/直小(mf<1)時，其有效邊頻數(shù)和帶寬基本與調(diào)幅波相同，可認為調(diào)頻波的頻譜與調(diào)幅波相同。但當(dāng)mf值增大，其差別別越來越大。與標準調(diào)幅情況不同，調(diào)頻波的調(diào)制指數(shù)可大于1，而且通常應(yīng)用于大于1的情況。5調(diào)頻波的幅度IV，頻譜結(jié)構(gòu)如右圖；調(diào)制信號u(t)=Umcos(wmt)。求：⑴調(diào)頻波表示式uFM(t)=cos(wct+mfsinwmt)中的mf、wc、wm；⑵調(diào)頻波的頻帶寬度Bf、調(diào)頻波的最大頻偏Dwf。''6縱向電光強度調(diào)制電光晶體(KDP)置于兩個成正交的偏振器之間，其中起偏器P1的偏振方向平行于電光晶體的x軸，檢偏器P2的偏振方向平行于y軸，當(dāng)沿晶體z軸方向加電場后，它們將旋轉(zhuǎn)45o變?yōu)楦袘?yīng)主軸x’,y’。因此，沿z軸入射的光束經(jīng)起偏器變?yōu)槠叫杏趚軸的線偏振光，進入晶體后(z=0)被分解為沿x’和y’方向的兩個分量，兩個振幅(等于入射光振幅的1/和相位都相等

（1）為何要引入1/4撥片在一般情況下，調(diào)制器的輸出特性與外加電壓的關(guān)系是非線性的。若調(diào)制器工作在非線性部分,則調(diào)制光將發(fā)生畸變。為了獲得線性調(diào)制，可以通過引入一個固定的/2相位延遲常用的辦法有兩種1、除了施加信號電壓之外，再附加一個v/4的固定偏壓，但會增加電路的復(fù)雜性，且工作點的穩(wěn)定性也差。2、在光路上插入一個1/4波片其快慢軸與晶體主軸x成45o角，使Ex，和Ey,二分量間產(chǎn)生/2的固定相位差8橫向，自然雙折射的影響會導(dǎo)致調(diào)制光發(fā)生畸變:常用的補償方法有兩種：一種方法是，將兩塊幾何尺寸幾乎完全相同的晶體的光相互成90o串接排列。另一種方法是，兩塊晶體的z軸和y,軸互相反向平行排列，中間放置1/2波片7縱向橫向優(yōu)缺點縱向電光調(diào)制器具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、不存在自然雙折射的影響等優(yōu)點。其缺點是半波電壓太高，特別在調(diào)制頻率較高時，功率損耗比較大。1/2波片KDP晶體橫向電光調(diào)制的主要缺點是存在自然雙折射引起的相位延遲9降低調(diào)制器功率損耗的方法由于KDP類電光晶體的半波電壓較高為了降低其功率損耗，可采用n級晶體串聯(lián)的方式（即光路上串聯(lián)、電路上并聯(lián)）。下圖表示一個4塊KDP晶體串聯(lián)的縱向調(diào)制晶體，把相同極性的電極聯(lián)接在一起，為使四塊晶體對入射的偏振光的兩個分量的相位延遲皆有相同的符號，則把晶體的x和y軸逐塊旋轉(zhuǎn)90o安置（例如第二塊晶體的x、y軸相對于第一、三塊x、y軸旋轉(zhuǎn)90。），其結(jié)果使相位延遲相加，這相當(dāng)于降低了半波電壓。但串接晶體塊數(shù)亦不宜過多，以免造成透過率太低或電容太大。小碇電光品怦10多級棱鏡掃描器兩端的兩塊有一個角為P/2，中間的幾塊頂角為p的等腰三角棱鏡，它們的z軸垂直于圖面，棱鏡的寬度與z軸平行，前后相鄰的二棱鏡的光軸反向，電場沿z軸方向。1—n—Ann+△n△n=n3re各棱鏡的折射率交替為。和。（2°63）。故光束通過掃描器后，總的偏轉(zhuǎn)角為每級（一對棱鏡）偏轉(zhuǎn)角的m倍。mLn3rVU=mu=°~63—總hd11電光數(shù)字式掃描?敖.技一K掃川山仃中.由電光晶體和雙折射晶體組合而成會分析三級數(shù)字式電光掃描器12光電轉(zhuǎn)換原理假定光生電子-空穴對在結(jié)的結(jié)區(qū)，即耗盡區(qū)內(nèi)產(chǎn)生。由于內(nèi)電場作用，電子向n區(qū)空穴向p區(qū)漂移運動，被內(nèi)電場分離的電子和空穴就在外回路中形成電流。?敖.技一K掃川山仃中.光伏探測器工作模式普通二極管的伏安特性為",擴/方一1）光伏探測器的總伏安特性應(yīng)為、和y之和，考慮到二者的流動方向，有：i=i—i=i（eeUkBT—1）—iDDS0Di=ii=i—i=i(eeu/kBT—1)—iID書P135伏安特性圖會畫會分析1