光電檢測作業(yè)題

1、光電檢測考試題第一章 光電檢測應(yīng)用中的基礎(chǔ)知識 1、分別解釋光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)、光電發(fā)射效應(yīng)。答：（1）光電導(dǎo)效應(yīng)：當(dāng)半導(dǎo)體材料受到光照時，由于吸收光子使其中的載流子濃度增大，導(dǎo)致材料的電導(dǎo)率增大。（2）光生伏特效應(yīng)：在PN結(jié)光伏器件中，當(dāng)光投向P區(qū)時，在近表面層內(nèi)激發(fā)出電子-空穴對，其中電子將擴(kuò)散到PN結(jié)區(qū)并被結(jié)電場拉到N區(qū)，同時空穴將進(jìn)入P區(qū)，若P層的厚度小于電子的擴(kuò)散長度，光子也可能穿透P區(qū)到達(dá)N區(qū)，激發(fā)出電子-空穴對，這些光生載流子被結(jié)電場分離后，空穴流入P區(qū)，電子流入N區(qū)，在結(jié)區(qū)兩邊參生勢壘。（3）光電發(fā)射效應(yīng)：也稱外光電效應(yīng)，就是在光的作用下，物體內(nèi)部的電子逸出物體表面向外表

2、發(fā)射的現(xiàn)象。2、光電探測器特性參數(shù)有哪些。答：響應(yīng)率 光譜響應(yīng)率 等效噪聲率 探測率與比探測率 時間常數(shù) 線性 量子效率3、光電探測系統(tǒng)的噪聲有哪幾類。答：可分三類：（1）光子噪聲：信號輻射產(chǎn)生的噪聲 背景輻射產(chǎn)生的噪聲；（2）探測器噪聲：熱噪聲 散粒噪聲 產(chǎn)生-復(fù)合噪聲 1/f噪聲 溫度噪聲；（3）信號放大及處理電路噪聲；4、光輻射探測器的幾種噪聲，并分別解釋。答：熱噪聲：載流子熱運(yùn)動引起的電流起伏或電壓起伏；散粒噪聲：隨機(jī)起伏所形成的噪聲；產(chǎn)生-復(fù)合噪聲：在外加電壓下，電導(dǎo)率的起伏使輸出電流中出現(xiàn)產(chǎn)生-復(fù)合噪聲； 1/f噪聲：噪聲的功率譜近似與頻率成反比；溫度噪聲：由于器件本身溫度變化引起

3、的噪聲。5、如何合理選擇光電探測器。答：根據(jù)待測光信號的大小，確定探測器的動態(tài)范圍；探測器和光源的光譜匹配；須知道探測器的等效噪聲功率，所產(chǎn)生電信號的信噪比；測量調(diào)制或脈沖光信號時，要考慮探測器的響應(yīng)時間或頻率響應(yīng)范圍；當(dāng)測量的光信號幅值變化時，探測輸出信號線性程度。除此之外，還需考慮其穩(wěn)定性、測量精度、測量方式等因素。6、光電效應(yīng)分為哪幾種，分別解釋。答：光電效應(yīng)分為內(nèi)光電效應(yīng)和外光電效應(yīng)，內(nèi)光電效應(yīng)又分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。發(fā)生在物體表面上的光電轉(zhuǎn)換稱為外光電效應(yīng)；發(fā)生在物體內(nèi)部，特別是半導(dǎo)體內(nèi)部載流子產(chǎn)生效應(yīng)，稱為內(nèi)光電效應(yīng)。第二章 光電檢測中的常用光源1解釋自發(fā)輻射，受激吸收，受

4、激輻射的概念。 答：1）自發(fā)輻射：原子開始處于高能態(tài)E2，自發(fā)地從高能態(tài)躍遷至低能態(tài)且E1，并發(fā)射頻率為v=(E2-E1)/h的光子。 2）受激吸收：原子開始處于低能態(tài)，在1個頻率為v=(E2-E1)/h的入射光子激發(fā)下，原子吸收了這個光子，躍遷至高能態(tài)。 3）受激輻射：原子開始處于高能態(tài)，在1個頻率為v=(E2-E1)/h的入射光子激發(fā)下，原子從高能態(tài)躍遷至低能態(tài)，并發(fā)射2個完全相同的光子。2激光產(chǎn)生的必要條件有哪些？ 答：條件有：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)：在熱平衡條件下，原子按能級服從玻耳茲曼分布，有n1>>n2。但在非平衡態(tài)，就有可能使原子數(shù)按能級分布反轉(zhuǎn)為n1<<n2，這種分

5、布即粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。光泵：將原子從低能態(tài)抽運(yùn)至高能態(tài)的過程。諧振腔：諧振腔兩個端面一是全反射，另一面是部分透射。只有沿著軸向來回反射的光子，才可能在腔內(nèi)反射多次，不斷受激輻射，使光子等比放大。從部分反射鏡端出射一束極強(qiáng)的，指向性和單色性極好的激光束。3什么是激勵？ 答：激勵是從外界吸收能量，使原子系統(tǒng)的原子不斷從低能態(tài)躍遷至高能態(tài)能級以實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的過程。（又稱“激發(fā)”，“抽運(yùn)”和“泵浦”）4說明激光器的結(jié)構(gòu)，并解釋每一部分作用。 答：激光器是由工作物質(zhì)，諧振腔，泵浦源3個部分組成。作用：工作物質(zhì)：組成原子具有亞穩(wěn)態(tài)能級結(jié)構(gòu)且產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的物質(zhì)。諧振腔：受激輻射通過諧振腔使得輻射能量放大。而受

6、激和經(jīng)過放大的輻射通過部分透射的平面鏡輸出到腔外，產(chǎn)生激光。泵浦源：是激光器的能量源泉，利用泵浦源能量將工作物質(zhì)中的粒子從低能態(tài)激發(fā)到高能態(tài)，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。5和普通光源相比，激光的特點(diǎn)有哪些？ 答：單色性：譜線寬度越窄，單色性越好。激光的單色性比普通光高1010倍。方向性：普通光源的光是均勻射向四面八方的，而激光器的發(fā)射角很小，即方向性好。亮度：激光器由于發(fā)光面小，發(fā)射角小，因此可獲得高的光譜福亮度。與太陽光相比，高出幾個乃至十幾個數(shù)量級。相干性：激光器的發(fā)光過程是受激輻射，單色性好，發(fā)射角小，因此有很好的空間相干性。6按工作介質(zhì)可以將激光器分為哪幾類，每一類的工作物質(zhì)是什么？ 答：按工作介

7、質(zhì)，激光器可分為氣體激光器，固體激光器，染料激光器和半導(dǎo)體激光器。工作物質(zhì)：氣體激光器：氦氖激光器的工作物質(zhì)為氦氣和氖氣組成；氬離子激光器的工作物質(zhì)為氬氣；二氧化碳激光器的工作物質(zhì)是二氧化碳。固體激光器：工作物質(zhì)為具有特殊能力的高質(zhì)量的光學(xué)玻璃或光學(xué)晶體，其里面摻入具有發(fā)射激光能力的金屬離子。染料激光器：工作物質(zhì)為染料。半導(dǎo)體激光器：工作物質(zhì)為半導(dǎo)體。第三章 結(jié)型光電器件1、什么是光生伏特效應(yīng)？答：PN結(jié)受光照照射時，就會在結(jié)區(qū)產(chǎn)生電子-空穴對，受內(nèi)建電場的作用，空穴順著電場運(yùn)動，電子逆電場運(yùn)動，最后在結(jié)區(qū)兩邊產(chǎn)生一個與內(nèi)建電場方向相反的光生電動勢，這就是光生伏特效應(yīng)。2、光照下的PN結(jié)有哪幾

8、種工作模式？分別說明。答：如果工作在零偏置的開路狀態(tài)，PN結(jié)型光電器件產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)，這種工作原理稱光伏工作模式。如果工作在反偏置狀態(tài)，無光照射時結(jié)電阻很大，電流很??；有光照時，結(jié)電阻變小，電流變大，而且流過它的光電流隨照度變化而變化。這種狀態(tài)稱為光電導(dǎo)工作模式。3、硅光電池的基本結(jié)構(gòu)。答：硅光電池按基底材料的不同，分為2DR型和2CR型。2DR型硅光電池是以P型硅作基底，2CR型光電池則是以N型硅作基底，然后在底上擴(kuò)散磷（或硼）作為受光面。構(gòu)成PN結(jié)后，分別在基底和光敏面上制作輸出電極，在光敏面上涂上二氧化碳做保護(hù)膜，即成硅光電池。4、硅光電池的工作原理。答：硅光電池是一個大面積的光電二極

9、管，它可把入射到它表面的光能轉(zhuǎn)化為電能。當(dāng)有光照時，入射光子將把處于介帶中的束縛電子激發(fā)到導(dǎo)帶，激發(fā)出的電子-空穴對在內(nèi)電場作用下分別漂移到N型區(qū)和P型區(qū)，當(dāng)在PN結(jié)兩端加負(fù)載時就有一光生電流流過負(fù)載。硅光電池的等效電路如下圖，圖中Ip為恒流源流出與入射光照成正比的電流，D為等效二極管，Rsh為動態(tài)結(jié)電阻，Rs是串聯(lián)電阻，Cj是結(jié)電容，RL為負(fù)載電阻，IL為流過負(fù)載電阻的電流，進(jìn)一步簡化等效電路如下右圖，其中Rsh=dU/dI,Rsh越大越好。5、硅光電池的特性參數(shù)有哪些？答：伏安特性，表示輸出電流和電壓隨負(fù)載電阻變化的曲線。光譜特性，表示在入射光能量保持一定的條件下，光電池所產(chǎn)生的短路電流與

10、入射光波長之間的關(guān)系，一般用相對響應(yīng)度表示。頻率特性，對于結(jié)型光電器件，由于載流子在PN結(jié)區(qū)內(nèi)的擴(kuò)散、漂移，產(chǎn)生與復(fù)合都要有一定時間，所以當(dāng)光照變化很快時，光電流就滯后于光照變化，光電池接收正弦型光照時常用頻率特性曲線表示。溫度特性，主要指光照射光電池時對開路電壓Uoc與短路電流Isc隨溫度變化的情況，光電池的溫度特性曲線。6、硅光電二極管是基于PN結(jié)的什么效應(yīng)而工作的？通常在什么條件下工作？答：硅光電二極管和光電池一樣，都是基于PN結(jié)的光伏效應(yīng)而工作的，它主要用于可見及紅外光譜區(qū)，硅光電二極管通常在反偏置條件下工作，也可用在零配置狀態(tài)。7、硅光電二極管與光電池的異同點(diǎn)有哪些？答：同：硅光電二

11、極管的結(jié)構(gòu)和工作原理與硅電池相似，且都是基于PN結(jié)的光伏效應(yīng)而工作的。 異：就制作襯底材料的摻雜濃度而言，光電池較高，而硅光電二極管摻雜濃度低。光電池的電阻率低光電池在零偏置下工作，而硅光電二極管通常在反向偏置下工作一般說來，光電池的光敏面面積都比硅光電二極管的光敏面大得多，因此硅光電二極管的光電流小得多，通常在微安級。8、硅光電二極管的工作原理。答：硅光電二極管通常是用在反偏的光電導(dǎo)工作模式，它在無光照條件下，若給PN結(jié)加一個適當(dāng)?shù)姆聪螂妷海瑒t反向電壓加強(qiáng)了內(nèi)建電場，使PN結(jié)空間電荷區(qū)拉寬，勢壘增大。當(dāng)硅光電二極管被光照時，在結(jié)區(qū)產(chǎn)生的光生載流子將被加強(qiáng)了的內(nèi)建電場拉開，光生電子被拉向N區(qū)，

12、光生（伏）空穴被拉向P區(qū)，于是形成以少數(shù)載流子漂移運(yùn)動為主的光電流。顯然，光電流比無光照時的反向飽和電流大得多，如果光照越強(qiáng)，表示在同樣的條件下產(chǎn)生的光生載流子越多，光電流就越大。當(dāng)硅光電二極管與負(fù)載電阻RL串聯(lián)時，則在RL的兩端便可得到隨光照度變化的電壓信號，從而完成了將光信號轉(zhuǎn)換9、硅光電三極管集電極電流受哪些因素控制？答：硅光電三極管集電極電流不只是受基極電路的電流控制，還受光的控制。10、 硅光電三極管的工作原理。答：以NPN為例，工作時需要保證集電結(jié)反偏置，發(fā)射結(jié)正偏置。由于集電結(jié)反偏，在結(jié)區(qū)內(nèi)有很強(qiáng)的內(nèi)建電場。對于3DU而言，內(nèi)建電場方向是c到b，如果有光照到集電結(jié)上，在內(nèi)建電場作

13、用下，光激發(fā)產(chǎn)生的光生載流子中的電子流向集電極，空穴流向基極，相對于外界向基極注入一個控制電流。當(dāng)基極沒有引線時，此時集電極電流為，所以光電轉(zhuǎn)換部分是在集電結(jié)區(qū)進(jìn)行的。原理上可看成一個硅光電二極管與普通晶體管結(jié)合而成。第四章 光電導(dǎo)器件1、解釋光電導(dǎo)效應(yīng)，光敏電阻是利用哪種光敏效應(yīng)制作而成的器件？ 答：光電導(dǎo)效應(yīng)是當(dāng)材料受到光輻射后，材料的電導(dǎo)率發(fā)生變化的現(xiàn)象。光敏電阻是用光電導(dǎo)體制成的光電器件，又稱光電導(dǎo)管。2、光敏電阻結(jié)構(gòu)？答：光敏電阻是在一塊均質(zhì)光電導(dǎo)體兩端加上電極，貼在硬質(zhì)玻璃、云母、高頻瓷或其他絕緣材料基板上，兩端接有電極引線，封裝在帶有窗口的金屬或塑料外殼內(nèi)而成的。3、光敏電阻有哪

14、幾類？試分別說明。答：光敏電阻分為兩類-本征型光敏電阻和摻雜型光敏電阻。前者只有當(dāng)入射光子能量h等于或大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度Eg時才能激發(fā)一個電子-空穴對。在外加電場作用下形成光電流，能帶結(jié)構(gòu)如圖（a）表示，后者如圖（b）所示的n型半導(dǎo)體，光子的能量h只要等于或大于E時，就能把施主能級上的電子激發(fā)到導(dǎo)帶而成為導(dǎo)電電子，在外加電場作用下形成電流。4、哪種類型的光敏電阻使用較多，為什么？答：從原理上說，P型、N型半導(dǎo)體均可制成光敏電阻，但由于電子的遷移率比空穴大，而且N型半導(dǎo)體材料制成的光敏電阻性能較穩(wěn)定，特性較好，故目前大都使用N型半導(dǎo)體光敏電阻。5、光敏電阻的工作原理。答：光敏電阻沒有極性，

15、純粹是一個電阻器，使用時兩電極可加直流電壓，也可加交流電壓。無光照時，光敏電阻的阻值很大，電路中電流很小。接受光照產(chǎn)生的光生載流子迅速增加。它的阻值急劇減少。在外電場作用下光生載流子沿一定方向運(yùn)動，在電路形成電流，光生載流子越多電流越大。6、名詞解釋：暗電阻、暗電流、亮電阻、亮電流。答：光敏電阻在室溫條件下，在全暗后經(jīng)過一定時間測量的電阻值，稱為暗電阻，此時流過電阻的電流稱為暗電流。光敏電阻在一定照度下的阻值，稱為該光照下的亮電阻，此時流過電阻的電流稱為亮電流。光電流和暗電流之和稱為亮電流。7、什么是前歷效應(yīng)？有哪幾種？分別解釋。答：前歷效應(yīng)是指光敏電阻的響應(yīng)特性與工作前的“歷史”有關(guān)的一種現(xiàn)

16、象。前歷效應(yīng)有：暗態(tài)前歷效應(yīng)與亮態(tài)前歷效應(yīng)之分。暗態(tài)前歷效應(yīng)是指光敏電阻測試或工作前處于暗態(tài)，當(dāng)它突然受到光照后表現(xiàn)為暗態(tài)。前歷越長，光電流上升越慢。一般情況下，工作電壓越低，光照度越低，則暗態(tài)前歷效應(yīng)就越嚴(yán)重。亮態(tài)前歷效應(yīng)是指光敏電阻測試或工作前已處于亮態(tài)，當(dāng)照度與工作時所需達(dá)到的照度不同時，所出現(xiàn)的一種滯后現(xiàn)象。8、光敏電阻易受哪幾類噪聲影響？答：光敏電阻主要易受以下三種噪聲影響：產(chǎn)生-復(fù)合噪聲：頻率在100Hz和接近1000Hz之間1/f噪聲：頻率低于100Hz熱噪聲：頻率在1000Hz以上9、光敏電阻與結(jié)型器件相比有哪些區(qū)別？答：區(qū)別主要有以下幾個方面：產(chǎn)生光電變換的部位不同。光敏電阻

17、不管哪一部分受光，受光部分的電導(dǎo)率就增大；而結(jié)型器件，只有照射到PN結(jié)區(qū)或結(jié)區(qū)附近的光才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。光敏電阻沒有極性，工作時可任意外加電壓，而結(jié)型光電器件有確定的正負(fù)極性，但在沒有外加電壓下也可以把光信號轉(zhuǎn)換成電信號。光敏電阻的光電導(dǎo)效應(yīng)主要依賴于非平衡載流子的產(chǎn)生與復(fù)合運(yùn)動，時間常數(shù)較大，頻率響應(yīng)較差；結(jié)型器件的光電效應(yīng)主要依賴于結(jié)區(qū)非平衡載流子中部分載流子的漂移運(yùn)動，電場主要加在結(jié)區(qū)，弛豫過程的時間常數(shù)相應(yīng)較小，因此響應(yīng)速度快。有些結(jié)型光電器件，如光電三極管、雪崩光電二極管等有較大的內(nèi)增益作用，因此靈敏度較高，也可通過較大的電流。10、試分析圖4-21所示路燈自動控制電路工作原理。答：

18、當(dāng)光線很弱時，光敏電阻阻值很大，與光敏電阻并聯(lián)的路燈電阻相對較小，因而流過繼電器線圈的電流很小，達(dá)不到啟動要求，繼電器不能工作；電路中的電流幾乎全部通過路燈，于是路燈點(diǎn)亮。當(dāng)環(huán)境照度逐漸變大時，光敏電阻阻電器的電流足以使繼電器J工作，動觸點(diǎn)由常閉位置跳到常開位置，與電源斷開，自動熄滅。11、光敏電阻常用來制作光控開關(guān)第五章 真空光電器件1.真空光電是基于外光電效應(yīng)的光電探測器。2.解釋光電陰極概念：答：能夠產(chǎn)生光電發(fā)射效應(yīng)的物體稱為光電發(fā)射體，光電發(fā)射體常用作陰極，故又稱光電陰極。3. 說明光電發(fā)射和二次電子發(fā)射兩者有哪些不同?簡述光電倍增管的工作原理？答:（1）不同點(diǎn)：光電發(fā)射一般情況下，十

19、個光子也就是能激發(fā)出一個電子而已。二次電子發(fā)射，則有可能一個電子激出210個電子，因此具有放大電流的功能，而光電發(fā)射則是把光子轉(zhuǎn)化成為電子，但這個轉(zhuǎn)化率即量子效率，一般會低于20%。（2）光電倍增管的工作原理:光子透過入射窗口入射到光電陰極K上；光電陰極受光照激發(fā)，表面發(fā)射光電子；光電子被電子光學(xué)系統(tǒng)加速和聚焦后入射到第一倍增極D1上，倍增極將發(fā)射出比入射電子數(shù)目更多的二次電子，入射電子經(jīng)N級倍增極倍增后，光電子數(shù)目就放大N次；經(jīng)過倍增后的二次電子由陽極P收集起來，形成陽極光電流Ip，在負(fù)載RL上產(chǎn)生信號電壓U。4、光電倍增管中的倍增極有哪幾種？每一種主要特點(diǎn)是什么？答：鼠籠式：結(jié)構(gòu)緊湊，時間

20、響應(yīng)快盒柵式：光電子收集高，均勻性穩(wěn)定性好，時間響應(yīng)稍慢。直流聚焦式：時間響應(yīng)很快，線性好百葉筒式：均勻想好，輸出電流大并且穩(wěn)定，時間較慢近貼柵網(wǎng)式：均勻性好，脈沖線性，抗磁場影響力強(qiáng)微通道板式：響應(yīng)速度極快，抗磁場干擾能力強(qiáng)，線性好5、 光電倍增管產(chǎn)生暗電流的原因有哪些？答：在低壓時，暗電流由漏電流決定。電壓較高時，主要是熱電子發(fā)射。電壓再大，導(dǎo)致發(fā)射和殘余氣體離子發(fā)射，使暗電流急劇增加，發(fā)生自持放點(diǎn)。6.光電倍增管由哪幾部分組成？簡述沒部分作用？答：共有以下五個部分組成：入射窗口：光窗是入射光的通道，光窗材料對光的吸收與波長有關(guān)，波長越大，吸收越多，所以倍增管光譜特性的短波決定于光窗材料。

21、光電陰極：能夠產(chǎn)生光電效應(yīng)。電子光學(xué)系統(tǒng)；電子光學(xué)系統(tǒng)是指陰極到倍增系統(tǒng)一倍之間的電極空間，包括光電陰極，聚焦極，加速極及第一倍增極。電子倍增極：倍增系統(tǒng)是由多倍增極組成的綜合體，每個倍增極都是由二次電子倍增材料構(gòu)成的，具有使一次電子倍增的能力。決定整管靈敏度最關(guān)鍵部分。陽極：收集收集從末級倍增極發(fā)射出的二次電子。7.列舉兩種光電倍增管的應(yīng)用：答：光譜測量：可用來測量光源在波長范圍內(nèi)的輻射功率 極微弱光信號的探測光子技術(shù)：由于光電倍增管的放大倍數(shù)很高，所以常用于光子計數(shù)，但當(dāng)測量的光照微弱到一定水平時，探測器本身噪聲偏大，所以光子計數(shù)器一般用于測量小于10-14w的連續(xù)微弱輻射。第六章 真空成

22、像器件1、光電成像器件足夠輸出圖像信息的一類器件，包括真空成像器件和固體成像器件兩大類。 2、真空成像器件根據(jù)管內(nèi)有無掃描機(jī)構(gòu)又分為像管和攝像管。3、像管和攝像管的主要功能？答：（1）像管主要功能是把不可見輻射圖像或微弱光圖像通過光電陰極和電子光學(xué)關(guān)系轉(zhuǎn)換成可見光圖像，它又分成像管和像增強(qiáng)器兩大類。（2）攝像管是把可見光或不可見輻射的二維圖像通過光電靶和電子束掃描后轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的一維視頻信號，通過顯示器件再成像。 4、固體成像器件的工作原理。答：固體成像器件不像真空器件那樣需用電子束在高真空度的管內(nèi)進(jìn)行掃描，只要通過某些特殊結(jié)構(gòu)求電路讀出電信號然后通過顯示器件再成像。5、簡述像管結(jié)構(gòu)和工作原理。

23、答：結(jié)構(gòu)：像管由光電陰極、電子透鏡、熒光屏3個基本部分組成。原理：光電陰極能把一些輻射圖像或亮度低的圖像轉(zhuǎn)換成電子圖像，而經(jīng)電子光學(xué)系統(tǒng)對電子施加強(qiáng)電場，使電子獲得能量，因而能將光電陰極傳出的電子束加速并聚焦成像在熒光屏上，在熒光屏的作用下高速電子圖像轉(zhuǎn)換成可見光圖像。第七章 固體成像器件1、固體成像器件有兩大類，分別是電荷耦合器件CCD和自掃描二極管列陣SSPD。2、電荷耦合器件的突出特點(diǎn)是以電荷作為信號而不是以電流或電壓工作為信號3、電荷耦合器件與MOS管的工作原理有何區(qū)別答：MOS晶體管是利用在電極下的半導(dǎo)體表面形成的反型層進(jìn)行工作的。CCD是利用在電極下SiO2一半導(dǎo)體界面形成的深耗層

24、進(jìn)行工作的，屬非穩(wěn)態(tài)器件4、CCD有哪幾部分組成？簡述每部分作用答：CCD有3部分組成：信號輸入部分，電荷轉(zhuǎn)移部分和信號輸出部分。 作用：信號輸入部分：將信號電荷引入到CCD的第一個轉(zhuǎn)移棚下的勢阱中。 電荷轉(zhuǎn)移部分：使電極上的電壓按一定規(guī)律變化，從而在半導(dǎo)體表 面形成一系列分布不對稱的勢阱。 輸出部分：見CCD最后一個轉(zhuǎn)移柵下勢阱中的信號電荷引出5、CCD按結(jié)構(gòu)可分為線陣CCD和面陣CCD6、按接受光譜CCD攝像機(jī)可分為：可見光CCD，紅外光CCD，X射線CCD和紫外線CCD。7、描述CCD的主要性能參數(shù)有哪些？簡單說明答：電荷轉(zhuǎn)移效率和轉(zhuǎn)移損失率：表征CCD器件性能好壞的一個重要參數(shù) 光譜響

25、應(yīng)率和干涉效應(yīng) 分辨率和調(diào)制傳遞函數(shù)：極限分辨率為空間采樣頻率的一半 動態(tài)范圍：表征器件能在多大照度范圍內(nèi)正常工作 暗電流和噪聲：當(dāng)信號電荷轉(zhuǎn)移時，暗電流的加入會引起噪聲或干擾8、試說明光電二極管列陣的結(jié)構(gòu)形成和工作原理答：結(jié)構(gòu)形式：一種是普通光電二極管列陣，另一種是自掃描光電二極管列陣SSPD工作原理：（1）連續(xù)工作方式:如右圖，當(dāng)一束光照到光電二極管的光敏面上時，光電流為IP=*AE，可知，光電二極管的光電流與入射光的照度和光敏區(qū)面積成正比，光一直照下去，負(fù)載上的電壓一直輸出。（2）電荷存儲工作方式:如右圖所示，電荷存儲工作過程可分為下3個步驟: 準(zhǔn)備過程：閉合開關(guān)S，光電二極管的結(jié)電容C

26、d充電，充電穩(wěn)定后，PN結(jié)上電壓為電源電壓Uc，此時結(jié)電容Cd上電荷為Q=CdUc 曝光過程：打開開關(guān)S，讓光照在光電二極管上。由于光電流和暗電流存在，結(jié)電容緩慢放電。若K斷開時間為TS，那么Cd上釋放的電荷為Q=（IP+ID）*TS 。室溫下，暗電流可以忽略，即Q=*TS。結(jié)電容上電壓為 Ucd=Uc-。 在充電過程：經(jīng)過Ts積分后，閉合S，Cd再次充電，電壓達(dá)到Uc ，UR,max= Uc-Ucd=。 9、列舉固體攝像管的3個應(yīng)用，并做簡單說明答：文字閱讀與圖像識別：工作時，將紙張或圖像放在傳送帶上，線陣CCD光敏無排列的方向與紙或圖像運(yùn)動方向垂直。光學(xué)鏡頭把數(shù)字或圖像聚焦在光敏元上，當(dāng)傳

27、送帶運(yùn)動時，CCD成像器即可以逐行掃描的方式將圖像讀出，最后顯示處理。圖形輪廓測繪系統(tǒng)：它是通過計算機(jī)光敏面上物象所占光敏元的個數(shù)。然后根據(jù)單個光敏元的個數(shù)，然后根據(jù)單個光敏元的尺寸及光學(xué)系統(tǒng)的放大率換算而得到被測圖形尺寸的。光譜檢測中的應(yīng)用：目前它已應(yīng)用于原子發(fā)射和吸收光譜、拉曼光譜、螢光光譜等方面的檢測。第八章 紅外輻射與紅外探測器1、說明紅外探測器的定義和工作時的物理過程分別是怎樣的？答：（1）紅外探測器是能將紅外輻射能轉(zhuǎn)換為電能的光電器件，它是紅外探測系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，也稱紅外傳感器。（2）紅外探測器工作的物理過程是：當(dāng)器件吸收輻射通量時產(chǎn)生溫升，溫升引起材料各種有賴于溫度的參數(shù)的變化，

28、監(jiān)測其中一種性能的變化可以探知輻射的存在和強(qiáng)弱2、紅外輻射的物理本質(zhì)如何，它與溫度有何關(guān)系答：紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射。物體溫度越高，輻射出來的紅外線越多，輻射出的能量就越強(qiáng)。3、 解釋什么是紅外輻射源。答：當(dāng)物質(zhì)溫度高于絕對零度時，就有紅外線向周圍空間輻射出來，有紅外輻射的物體就可視為紅外輻射源4、常見的紅外探測器有兩大類：熱探測器和光子探測器5、說明熱探測器的工作原理及它進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的過程是怎樣的?答：（1）工作原理：熱探測器是利用探測元件吸收入射的紅外輻射能量而引起溫升，在此基礎(chǔ)上借助各種物理效應(yīng)把溫升轉(zhuǎn)變成電量的一種探測器；（2）它進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的過程分為兩步：第一步是探測器吸收紅外輻

29、射引起溫升，這一步對各種熱探測器都一樣；第二步是利用熱探測器某些溫度效應(yīng)把溫升轉(zhuǎn)變成電量的變化。6、說明光子型紅外探測器的工作原理及分類答：光子型紅外探測器是利用某些半導(dǎo)體材料在紅外輻射下產(chǎn)生光電效應(yīng)，使材料的電學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。通過測量電學(xué)性質(zhì)的變化來確定紅外輻射的強(qiáng)弱。按工作原理分為：外光電探測器和內(nèi)光電探測器。內(nèi)光電效應(yīng)分為：光電導(dǎo)探測器、光生伏特探測器、光磁電探測器。7、試比較熱電探測器和光子探測器的優(yōu)缺點(diǎn)答：（1）熱電探測器： 優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)率與波長無關(guān)，屬于無選擇探測器，可在室溫下工作。 缺點(diǎn)：受熱時間常數(shù)（熱慣性）的制約，響應(yīng)速度比較慢熱探測器的探測率比光子探測器的峰值探測率低（2）光子探測器： 優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高響應(yīng)速度快 相應(yīng)頻率高 缺點(diǎn)：一般需要在低溫下工作 探測波段較窄8、說明紅外測溫的特征及測溫原理答：（1）特征：反應(yīng)速度快 靈敏度高 屬于非接觸測溫 準(zhǔn)確度高 幾乎適合所有溫度場合 （2）紅外測溫原理：全輻射測溫測量物體所輻射出來的