西南交大光電技術(shù)復(fù)習(xí)題綱

光電技術(shù)復(fù)習(xí)題綱試題類型：填空（10分）、選擇（20分）、判斷（10分）、簡(jiǎn)答（20分）、綜合題（30分）、設(shè)計(jì)題（10分）備注：本復(fù)習(xí)提綱只是一個(gè)概要，請(qǐng)同學(xué)們不要脫離書(shū)本以及上課課件。1緒論1.光電探測(cè)系統(tǒng)的組成（選＊2）光電探測(cè)系統(tǒng)由光輻射源、光學(xué)系統(tǒng)、調(diào)制器、傳輸介質(zhì)、光電探測(cè)器和電子系統(tǒng)等基本環(huán)節(jié)組成，可分為主動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)和主動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)，如圖0-1所示。2區(qū)別：被動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)其信息源來(lái)自被探測(cè)物體自身的輻射，如所要探測(cè)的飛機(jī)、艦船、星體、火焰和人體等物體自身的紫外、紅外或可見(jiàn)光輻射；也可以是來(lái)自其他自然輻射源（如太陽(yáng)）照射在被探測(cè)物體上形成的反射、散射等光輻射。例如遙感技術(shù)中地球表面不同物體的反射光譜。主動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)其信息源不同時(shí)兼作輻射源，即系統(tǒng)不是利用信息源自身輻射或者信息源為非光學(xué)量。將非光學(xué)的物理量（如語(yǔ)音、數(shù)據(jù)等）先設(shè)法變成電信號(hào)，然后通過(guò)調(diào)制器把信息加載到光波上進(jìn)行傳輸，如光纖通信系統(tǒng)；或者采用人工光源照射被測(cè)物體，使所需要信息能加載到反射、透射、散射或衍射光波上，然后利用光電探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，如激光制導(dǎo)、激光測(cè)距系統(tǒng)。3第1章光輻射探測(cè)的理論基礎(chǔ)1.1輻射度學(xué)與光度學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)光學(xué)譜區(qū)：0.01～1000μm可見(jiàn)光譜區(qū)：0.38～0.78μm光輻射量度：輻射度量（電磁波譜），光度量（可見(jiàn)光譜區(qū)）1.2半導(dǎo)體物理的基礎(chǔ)知識(shí)（概念理解）半導(dǎo)體能帶：導(dǎo)帶、價(jià)帶、禁帶半導(dǎo)體類型：本征半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體、半導(dǎo)體中載流子的分布：費(fèi)米能級(jí)的“標(biāo)尺”作用半導(dǎo)體對(duì)光的吸收：本征吸收、非本征吸收(會(huì)畫(huà)能帶結(jié)構(gòu)圖）非平衡狀態(tài)下的載流子：過(guò)剩載流子、光生載流子、產(chǎn)生、復(fù)合、光生載流子的壽命。載流子的擴(kuò)散與漂移41.3半導(dǎo)體的光電效應(yīng)（掌握概念，公式不做要求）光電導(dǎo)效應(yīng)、光伏效應(yīng)、光電子發(fā)射效應(yīng)、光電轉(zhuǎn)換的基本規(guī)律（量子效率）。本征吸收、雜質(zhì)吸收、激子吸收、自由載流子吸收、晶格吸收描述（補(bǔ)充課件）

5第2章常見(jiàn)光輻射源1.黑體的描述。2.黑體輻射的幾個(gè)描述定律：基爾霍夫定律、普朗克公式、維恩位移定律、斯蒂芬－玻爾茲曼定律。3.光源的基本特性參數(shù)：輻射效率、發(fā)光效率4.自然輻射源：目標(biāo)輻射、背景輻射。5.激光器畫(huà)圖并說(shuō)明激光器的基本組成。激光器的工作原理。6第3章光電導(dǎo)探測(cè)器1.光電導(dǎo)探測(cè)器的材料及分類本征型光電導(dǎo)探測(cè)器、雜質(zhì)型光電導(dǎo)探測(cè)器P型、N型半導(dǎo)體均可制成光電導(dǎo)探測(cè)器，但電子的遷移率比空穴大，而且用N型材料制成的光電導(dǎo)探測(cè)器性能較穩(wěn)定，特性較好，故目前大都使用N型半導(dǎo)體光電導(dǎo)探測(cè)器。同一種半導(dǎo)體材料的雜質(zhì)電離能比本征半導(dǎo)體的電離能小得多，所以它的長(zhǎng)波限比本征探測(cè)器的長(zhǎng)波限長(zhǎng)得多。2.光電探測(cè)器的惰性、弛豫過(guò)程。3.不同光照條件下光電導(dǎo)響應(yīng)過(guò)程弱光照——響應(yīng)時(shí)間為常數(shù)，穩(wěn)態(tài)光電導(dǎo)與光生載流子的產(chǎn)生率成線性關(guān)系。強(qiáng)光照——響應(yīng)時(shí)間是光照的函數(shù)，穩(wěn)態(tài)光電導(dǎo)與入射輻射通量平方根成正比關(guān)系。4.光敏電阻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則是什么？為什么這樣設(shè)計(jì)？光敏電阻做成蛇形，電極作成梳狀。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既可以保證有較大的受光表面，也可以減小電極之間的距離，從而可減小電子渡越時(shí)間，有利于提高靈敏度。74.光電導(dǎo)探測(cè)器的主要特性參數(shù)：光電特性、照度指數(shù)、光電導(dǎo)靈敏度、響應(yīng)時(shí)間、頻率特性、光譜特性、溫度特性、前歷效應(yīng)、伏安特性、噪聲特性5.光電導(dǎo)探測(cè)器的偏置電路及幾種典型結(jié)構(gòu)：恒流偏置電路、恒壓偏置電路、恒功率偏置電路光電導(dǎo)探測(cè)器應(yīng)用舉例。891011第4章光伏探測(cè)器4.2節(jié)常用光伏探測(cè)器4.3節(jié)光伏探測(cè)器組合器件12第5章光電子發(fā)射探測(cè)器1.光電陰極的定義及分類：常規(guī)光電陰極、負(fù)電子親和勢(shì)光電陰極2.光電倍增管的結(jié)構(gòu)及各部分作用（見(jiàn)補(bǔ)充課件）光窗、光電陰極、光電子光學(xué)系統(tǒng)、電子倍增管、陽(yáng)極3.光電發(fā)射和二次電子發(fā)射有哪些不同？簡(jiǎn)述光電倍增管的工作原理。4.光電倍增管的工作電路及應(yīng)用高壓供電電路、信號(hào)輸出電路光電倍增管采用負(fù)高壓供電或正高壓供電，各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？它們分別適用哪些場(chǎng)合？疲勞與衰老的定義。13光電發(fā)射效應(yīng)：當(dāng)金屬或半導(dǎo)體受到光照時(shí)，電子從材料表面逸出的現(xiàn)象。一個(gè)良好的光電發(fā)射材料應(yīng)具備的條件？①光吸收系數(shù)大②光電子在體內(nèi)傳輸過(guò)程中受到的能量損失?、郾砻鎰?shì)壘低，使表面逸出幾率大。14負(fù)電子親和勢(shì)的形成電子親和勢(shì)EA：真空能級(jí)與導(dǎo)帶底能級(jí)之差稱為電子親和勢(shì)。面N型材料自由電子較多，襯底P型材料自由空穴較多，它們間因存在濃度差而互相擴(kuò)散，形成表面電荷的局部耗盡，耗盡區(qū)內(nèi)發(fā)生能帶彎曲。產(chǎn)生能帶彎曲后的電子親和勢(shì)表示為：如果摻雜濃度足夠高，使得能帶彎曲足夠大，則可使能帶彎曲度Ed>EA2，從而EAe<0，這樣就形成了負(fù)電子親和勢(shì)。15真空型光電管的工作原理當(dāng)入射光透過(guò)真空型光電管的入射窗照射到光電陰極面上時(shí)，光電子就從陰極發(fā)射出去，在陰極和陽(yáng)極之間形成的電場(chǎng)作用下，光電子在極間作加速運(yùn)動(dòng)，被高電位的陽(yáng)極收集，其光電流的大小主要由陰極靈敏度和入射輻射的強(qiáng)度決定。充氣型光電管的工作原理光照生電子在電場(chǎng)的作用下運(yùn)動(dòng)，途中與惰性氣體原子碰撞而電離，電離又產(chǎn)生新的電子，它與光電子一起都被陽(yáng)極收集，形成數(shù)倍于真空型光電管的光電流。16具有足夠動(dòng)能的電子轟擊某些材料時(shí)，材料表面將發(fā)射新的電子，這種現(xiàn)象稱為二次電子發(fā)射。轟擊材料的入射電子稱為一次電子，從材料表面發(fā)射出的電子稱為二次電子。二次發(fā)射過(guò)程可以分三步來(lái)描述：①材料吸收一次電子的能量，激發(fā)體內(nèi)電子到高能態(tài)，這些被激電子稱為內(nèi)二次電子；②內(nèi)二次電子中初速指向表面的那一部分向表面運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中因散射而損失能量；③如果到達(dá)界面的內(nèi)二次電子仍有足以克服表面勢(shì)壘的能量，即逸出表面成為二次電子。17第6章熱探測(cè)器1.熱探測(cè)器的基本原理6.3測(cè)輻射熱計(jì)（不記公式）6.4熱釋電探測(cè)器（不記公式）2.熱探測(cè)器的定義及分類：熱電偶（熱電堆）、測(cè)輻射熱計(jì)、熱釋電探測(cè)器3.三種常用熱探測(cè)器的基本原理、主要特點(diǎn)和性能參數(shù)等的比較18第7章光電成像器件7.1像管（像管的主要特性參數(shù)不考）像管是指可以將人眼不可見(jiàn)的或微弱的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為人眼可直接觀察的圖像的一類電真空成像器件，它包括變像管和像增強(qiáng)器。變像管：將人眼不可見(jiàn)的（紅外、紫外和X射線）光學(xué)圖像變換為可見(jiàn)光圖像的成像器件。光譜變換像增強(qiáng)器：將亮度很低的光學(xué)圖像增強(qiáng)到足夠亮度的成像器件，微通道板像增強(qiáng)器是其中一種重要的像增強(qiáng)器。亮度增強(qiáng)19像管的工作原理在像管中，光電陰極是像管的光－電變換部分，利用它通過(guò)外光電效應(yīng)把亮度很低的可見(jiàn)光圖像或者人眼不可見(jiàn)的光學(xué)圖像經(jīng)光電陰極轉(zhuǎn)換成電子圖像；電子光學(xué)系統(tǒng)將電子圖像聚焦成像在熒光屏上，并使光電子獲得能量增強(qiáng)；熒光屏再將入射到其上的電子圖像轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光圖像。20光電導(dǎo)技術(shù)的變像原理：入射的紅外輻射圖像經(jīng)紅外物鏡成像在光電導(dǎo)靶上，在靶面上形成相應(yīng)的電勢(shì)分布圖像；當(dāng)電子槍發(fā)射的電子束在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，入射到靶面上時(shí)，就會(huì)受到電勢(shì)圖像的調(diào)制；原入射的電子束中有一部分電子再經(jīng)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和電場(chǎng)的作用而返回到熒光屏上，使之發(fā)出熒光。21選通式變像管的結(jié)構(gòu)選通式變像管的關(guān)鍵是在電子光學(xué)系統(tǒng)的陰極與陽(yáng)極之間增加一對(duì)帶孔欄的金屬電極（稱為控制柵）。選通式變像管的工作原理：改變控制柵的電壓，從而控制變像管的導(dǎo)通和光電子的發(fā)射。變像管導(dǎo)通——控制柵的電壓UG比光電陰極電壓高175V。變像管截止——控制柵的電壓UG比光電陰極電壓低90V。22信息的存儲(chǔ)和掃描輸出（一維時(shí)序電信號(hào)）的全過(guò)程。2.電視制式3.電真空攝像管的結(jié)構(gòu)及工作原理（見(jiàn)補(bǔ)充課件）。4.固體攝像器件（CCD）231.微光夜瞄鏡工作原理：遠(yuǎn)處目標(biāo)在夜天光的照射下發(fā)出的微弱光學(xué)圖像被物鏡接收并聚焦在像增強(qiáng)器的光電陰極上，像增強(qiáng)器形成的可見(jiàn)光圖像再經(jīng)目鏡放大后，可由人眼直接觀察。242.紅外夜視儀工作原理：由紅外光源發(fā)出的紅外光照射到目標(biāo)上，經(jīng)目標(biāo)反射后，被紅外物鏡接收并聚焦在紅外變像管的光電陰極上，紅外變像管形成的可見(jiàn)光圖像再經(jīng)目鏡放大后，可由人眼直接觀察。25第8章光學(xué)信號(hào)的調(diào)制1.光學(xué)調(diào)制的基本概念、作用及調(diào)制方式：一次調(diào)制、二次調(diào)制2.光信號(hào)調(diào)制的基本原理：連續(xù)波調(diào)制：幅度調(diào)制（AM）、頻率調(diào)制（FM）、相位調(diào)制（PM）脈沖調(diào)制：脈沖幅度調(diào)制（PAM）、脈沖頻率調(diào)制（PFM）、脈沖寬度調(diào)制（PWM）編碼調(diào)制：抽樣、量化、編碼

3.解調(diào)的基本概念。26第9章直接探測(cè)和相干探測(cè)1.直接探測(cè)的基本原理、及主要性能指標(biāo)：信噪比、噪聲等效功率、視場(chǎng)、作用距離2.直接探測(cè)的幾種應(yīng)用舉例：強(qiáng)度調(diào)制—直接探測(cè)光纖通信系統(tǒng)用相位和時(shí)間法測(cè)量空間距離像分析器定位法3.相干探測(cè)的基本原理、基本特性及探測(cè)條件：空間條件、頻率條件274.相干探測(cè)的幾種應(yīng)用舉例：