光電檢測技術(shù)與應(yīng)用重點(diǎn)簡答題

簡答題光電探測器常見的噪聲有哪幾類？分別簡要說明。答：（1）熱噪聲（2）散粒噪聲（3）產(chǎn)生復(fù)合噪聲（4）1/f噪聲（5）溫度噪聲說明：（1）由于導(dǎo)體和半導(dǎo)體中載流子在一定的溫度下做無規(guī)則運(yùn)動，頻繁與原子發(fā)生碰撞產(chǎn)生的（2）隨機(jī)起伏產(chǎn)生的噪聲稱為微粒噪聲（3）半導(dǎo)體受光照時，載流子不斷地產(chǎn)生復(fù)合，在外加電壓下，電導(dǎo)率的起伏是輸出電流產(chǎn)生復(fù)合噪聲（4）此種噪聲的功率譜近似于頻率成反比（5）由于器件本身溫度變化引起的噪聲成為溫度噪聲光電二極管與一般二極管相比有什么相同點(diǎn)和不同點(diǎn)？答：相同點(diǎn)：管芯由PN結(jié)構(gòu)構(gòu)成具有單項導(dǎo)電性不同點(diǎn)：（1）光電二極管的管殼由接受光照的窗口，有光照時電流劇增，無光照時，電流很小，（2）光電二極管工作在反偏，普通二極管反偏狀態(tài)截止，（3）光二極管把光線號變?yōu)殡娦盘?，普通二極管整流作用簡述光電三極管的工作原理。答：原理分為2個階段，一是光電轉(zhuǎn)換，二是光電流放大就是將兩個PN結(jié)組合起來使用，基極和集電極之間處于發(fā)反偏狀態(tài)，內(nèi)建電場由集電極指向基極。光照射到P區(qū)，產(chǎn)生光生載流子對，電子飄移到集電極，空穴留在基極，使基極和發(fā)射極之間電位升高，發(fā)射極便有大量電子徑基極流向集電極，產(chǎn)生光電流。簡述聲光相互作用中產(chǎn)生布喇格衍射的條件以及布喇格衍射的特點(diǎn)。答：條件:(1)聲波頻率較高(2)聲波作用長度L較長(3)聲波波面間以一定角度入射特點(diǎn)：在方向上有選擇性，在波長上由選擇性什么是熱釋電效應(yīng)？熱釋電器件為什么不能工作在直流狀態(tài)？答：熱釋電效應(yīng)：鐵電子極化強(qiáng)度歲溫度改變表面由浮游電荷出現(xiàn)，相當(dāng)于釋放出一部分電荷原因：工作在直流狀態(tài)下，溫度頻率不變，觀察不到它的自發(fā)極化現(xiàn)象，所以探測的輻射必須是變化的，而且只有輻射頻率F》1/T時才有輸出，因此對于恒定的紅外輻射，要進(jìn)行調(diào)制，使其變成交變輻射，不斷引起探測器溫度變化，才能產(chǎn)生熱釋電。噪聲等效功率？答;如果投射到探測器敏感元件的輻射功率產(chǎn)生的輸出電壓或電流正好等于探測器本身噪聲電壓，則這個輻射功率就叫噪聲等效功率，他是信噪比為1探測器所探測到的最小輻射功率。光伏效應(yīng)？答:PN結(jié)中，光子穿透P區(qū)到N區(qū)，在那激發(fā)電子空穴對時，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)兩邊產(chǎn)生勢壘，這就是光伏效應(yīng)。像管的主要功能是什么？有哪幾部分組成？像管和攝像管的最大區(qū)別是什么答：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)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成可見光圖像，由光電陰極，電子透鏡，熒光屏3個部分組成。區(qū)別：像管內(nèi)部沒有掃描機(jī)構(gòu)，不能輸出電視信號，對他的使用望遠(yuǎn)鏡觀察遠(yuǎn)處生物一樣，觀察者必須通過它來直接面對景物。9.、簡述光頻外差探測的特點(diǎn)。（1）高的轉(zhuǎn)換增益（2）良好的濾波性能（3）良好的空間和偏振鑒別能力（4）小的信號比損失，有利于微弱光信號的探測（5）探測靈敏度高10.、比較光子探測器和光熱探測器在作用機(jī)理、性能及應(yīng)用特點(diǎn)等方面的差異（1）光子探測器和光熱探測器分別應(yīng)用了光電效應(yīng)和光熱效應(yīng)（2）光子探測器利用某些半導(dǎo)體紅外輻射的照射下，產(chǎn)生光電效應(yīng)，使材料電學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，光子探測器的主要特點(diǎn)是靈敏度高，響應(yīng)速度快，響應(yīng)頻率高，但需要在低溫下工作，探測波段較短11、光電探測器性能參數(shù)包括哪些方面響應(yīng)率，光譜響應(yīng)率，等效噪聲功率，探測率與比探測率，線性，量子效率12、光子效應(yīng)和光熱效應(yīng)光子效應(yīng)：指單個光子的性質(zhì)對產(chǎn)生的光電子直接作用的一類光電效應(yīng)，探測器吸收光子后，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。特點(diǎn)：光子效應(yīng)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)：探測元件吸收輻射能量后，把吸收的光能變?yōu)榫Ц駸徇\(yùn)動能量，引起探測元件溫度上升，溫升使得元件電學(xué)性質(zhì)或其他物理性質(zhì)發(fā)生變化。特點(diǎn)：原則上對光波頻率沒有選擇性，響應(yīng)速度慢。13、請簡要說出InSb和PBs光敏電阻的特性InSb：在77K下，噪聲性能大大改善。室溫長波限7.5um，時間常數(shù)2×10-2us，響應(yīng)時間短。PBs：近紅外波段最靈敏的光電探測器件，室溫工作響應(yīng)波長可達(dá)3um，響應(yīng)時間長，室溫下100^300us14、為什么說光電池的頻率特性不是很好?（1）光電池的光敏面做的較大，因而極間電容較大（2）光電池工作在第四象限，有較小的正偏電壓存在，光電池內(nèi)阻值低，且隨入射光功率變差。因此光電池頻率特性不好。15、直接光電探測器的平方律特性表現(xiàn)在哪兩個方面?（1）光電池正比于光電場振幅的平方（2）電輸出功率正比于入射光功率的平方16、什么是半波電壓？光波兩個垂直分量Ex，Ey光程差為半個波長（相應(yīng)相位差為π）所加電壓18、紅外光學(xué)系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）紅外輻射分為四個區(qū)域，近紅外，中紅外，遠(yuǎn)紅外，極遠(yuǎn)紅外（2）為了探測遠(yuǎn)距離的微弱目標(biāo)，紅外光學(xué)系統(tǒng)孔徑一般比較大（3）廣泛使用各類掃描器（4）8~14um波段的紅外光學(xué)系統(tǒng)必須考慮衍射效應(yīng)影響（5）在各種氣象條件下或在抖動和振動條件下，具有穩(wěn)定的光學(xué)性質(zhì)19、光電倍增管的供電電路分為負(fù)高壓供電和正高壓供電，試說明這兩種供電電路的特點(diǎn)，舉例說明它們分別適用于哪種情況。答：正高壓供電優(yōu)點(diǎn)：便有屏蔽，光磁電的屏蔽罩可以跟陰極靠的近些，屏蔽效果好，暗電流小，噪聲低缺點(diǎn)：陽極處于正高壓，會導(dǎo)致寄生電容大，匹配電纜連接復(fù)雜，特別是后面，若結(jié)直流放大器，直流放大器處于高電壓，不利于安全操作，若接交流放大器，則必須接一個耐壓很高的隔直電容器，價格高體積大。負(fù)高壓供電優(yōu)點(diǎn)：便于跟后面放大器相接，操作安全，后面不僅可以通過一個低壓耦合電容與交流放大器相接，也可以直接與電流放大器相連。缺點(diǎn)：此時印記處于負(fù)高壓，屏蔽罩不能和陰極靠的很近，至少間隔1-2cm，此時屏蔽效果差，暗電流和噪聲比陽極接地大。20、微弱輻射作用下，光電導(dǎo)材料的光電靈敏度有什么特點(diǎn)。答：（1）光導(dǎo)材料的光電靈敏度是定值，輸入光電流與入射光通量成正比，保持線性關(guān)系（2）光敏電阻形成蛇形，即可以保證較大受光面積又可以減少電極之間距離，從而可以減少載流子的有效級間度越時間，有利于提高靈敏度為什么結(jié)型光電器件正向偏置時，沒有明顯的光電效應(yīng)？必須在哪種偏置狀態(tài)？為什么？答：正向偏置時，正電極遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光電流，光電效應(yīng)不明顯，工作在反向偏置。光電探測器與熱探測器在工作原理、性能上有什么區(qū)別？答：光電探測器與熱探測器分別應(yīng)用于光電效應(yīng)和光熱效應(yīng)原理：（看12題）什么是光纖的色散？答：光的色散就是輸入脈沖在光纖內(nèi)的傳輸過程中，由于光波群速度不同而出現(xiàn)的脈沖展寬現(xiàn)象分為材料色散，波導(dǎo)色散，多橫色散24、光纖傳感器的基本構(gòu)成？答：光纖傳感器由光纖，光源，光電器件組成25、相位調(diào)制型光纖傳感器的工作原理？簡答題光電探測器常見的噪聲有哪幾類？分別簡要說明。答：（1）熱噪聲（2）散粒噪聲（3）產(chǎn)生復(fù)合噪聲（4）1/f噪聲（5）溫度噪聲說明：（1）由于導(dǎo)體和半導(dǎo)體中載流子在一定的溫度下做無規(guī)則運(yùn)動，頻繁與原子發(fā)生碰撞產(chǎn)生的（2）隨機(jī)起伏產(chǎn)生的噪聲稱為微粒噪聲（3）半導(dǎo)體受光照時，載流子不斷地產(chǎn)生復(fù)合，在外加電壓下，電導(dǎo)率的起伏是輸出電流產(chǎn)生復(fù)合噪聲（4）此種噪聲的功率譜近似于頻率成反比（5）由于器件本身溫度變化引起的噪聲成為溫度噪聲光電二極管與一般二極管相比有什么相同點(diǎn)和不同點(diǎn)？答：相同點(diǎn)：管芯由PN結(jié)構(gòu)構(gòu)成具有單項導(dǎo)電性不同點(diǎn)：（1）光電二極管的管殼由接受光照的窗口，有光照時電流劇增，無光照時，電流很小，（2）光電二極管工作在反偏，普通二極管反偏狀態(tài)截止，（3）光二極管把光線號變?yōu)殡娦盘?，普通二極管整流作用簡述光電三極管的工作原理。答：原理分為2個階段，一是光電轉(zhuǎn)換，二是光電流放大就是將兩個PN結(jié)組合起來使用，基極和集電極之間處于發(fā)反偏狀態(tài)，內(nèi)建電場由集電極指向基極。光照射到P區(qū)，產(chǎn)生光生載流子對，電子飄移到集電極，空穴留在基極，使基極和發(fā)射極之間電位升高，發(fā)射極便有大量電子徑基極流向集電極，產(chǎn)生光電流。簡述聲光相互作用中產(chǎn)生布喇格衍射的條件以及布喇格衍射的特點(diǎn)。答：條件:(1)聲波頻率較高(2)聲波作用長度L較長(3)聲波波面間以一定角度入射特點(diǎn)：在方向上有選擇性，在波長上由選擇性什么是熱釋電效應(yīng)？熱釋電器件為什么不能工作在直流狀態(tài)？答：熱釋電效應(yīng)：鐵電子極化強(qiáng)度歲溫度改變表面由浮游電荷出現(xiàn)，相當(dāng)于釋放出一部分電荷原因：工作在直流狀態(tài)下，溫度頻率不變，觀察不到它的自發(fā)極化現(xiàn)象，所以探測的輻射必須是變化的，而且只有輻射頻率F》1/T時才有輸出，因此對于恒定的紅外輻射，要進(jìn)行調(diào)制，使其變成交變輻射，不斷引起探測器溫度變化，才能產(chǎn)生熱釋電。噪聲等效功率？答;如果投射到探測器敏感元件的輻射功率產(chǎn)生的輸出電壓或電流正好等于探測器本身噪聲電壓，則這個輻射功率就叫噪聲等效功率，他是信噪比為1探測器所探測到的最小輻射功率。光伏效應(yīng)？答:PN結(jié)中，光子穿透P區(qū)到N區(qū)，在那激發(fā)電子空穴對時，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)兩邊產(chǎn)生勢壘，這就是光伏效應(yīng)。像管的主要功能是什么？有哪幾部分組成？像管和攝像管的最大區(qū)別是什么答：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)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成可見光圖像，由光電陰極，電子透鏡，熒光屏3個部分組成。區(qū)別：像管內(nèi)部沒有掃描機(jī)構(gòu)，不能輸出電視信號，對他的使用望遠(yuǎn)鏡觀察遠(yuǎn)處生物一樣，觀察者必須通過它來直接面對景物。9.、簡述光頻外差探測的特點(diǎn)。（1）高的轉(zhuǎn)換增益（2）良好的濾波性能（3）良好的空間和偏振鑒別能力（4）小的信號比損失，有利于微弱光信號的探測（5）探測靈敏度高10.、比較光子探測器和光熱探測器在作用機(jī)理、性能及應(yīng)用特點(diǎn)等方面的差異（1）光子探測器和光熱探測器分別應(yīng)用了光電效應(yīng)和光熱效應(yīng)（2）光子探測器利用某些半導(dǎo)體紅外輻射的照射下，產(chǎn)生光電效應(yīng)，使材料電學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，光子探測器的主要特點(diǎn)是靈敏度高，響應(yīng)速度快，響應(yīng)頻率高，但需要在低溫下工作，探測波段較短11、光電探測器性能參數(shù)包括哪些方面響應(yīng)率，光譜響應(yīng)率，等效噪聲功率，探測率與比探測率，線性，量子效率12、光子效應(yīng)和光熱效應(yīng)光子效應(yīng)：指單個光子的性質(zhì)對產(chǎn)生的光電子直接作用的一類光電效應(yīng)，探測器吸收光子后，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。特點(diǎn)：光子效應(yīng)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)：探測元件吸收輻射能量后，把吸收的光能變?yōu)榫Ц駸徇\(yùn)動能量，引起探測元件溫度上升，溫升使得元件電學(xué)性質(zhì)或其他物理性質(zhì)發(fā)生變化。特點(diǎn)：原則上對光波頻率沒有選擇性，響應(yīng)速度慢。13、請簡要說出InSb和PBs光敏電阻的特性InSb：在77K下，噪聲性能大大改善。室溫長波限7.5um，時間常數(shù)2×10-2us，響應(yīng)時間短。PBs：近紅外波段最靈敏的光電探測器件，室溫工作響應(yīng)波長可達(dá)3um，響應(yīng)時間長，室溫下100^300us14、為什么說光電池的頻率特性不是很好?（1）光電池的光敏面做的較大，因而極間電容較大（2）光電池工作在第四象限，有較小的正偏電壓存在，光電池內(nèi)阻值低，且隨入射光功率變差。因此光電池頻率特性不好。15、直接光電探測器的平方律特性表現(xiàn)在哪兩個方面?（1）光電池正比于光電場振幅的平方（2）電輸出功率正比于入射光功率的平方16、什么是半波電壓？光波兩個垂直分量Ex，Ey光程差為半個波長（相應(yīng)相位差為π）所加電壓18、紅外光學(xué)系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）紅外輻射分為四個區(qū)域，近紅外，中紅外，遠(yuǎn)紅外，極遠(yuǎn)紅外（2）為了探測遠(yuǎn)距離的微弱目標(biāo)，紅外光學(xué)系統(tǒng)孔徑一般比較大（3）廣泛使用各類掃描器（4）8~14um波段的紅外光學(xué)系統(tǒng)必須考慮衍射效應(yīng)影響（5）在各種氣象條件下或在抖動和振動條件下，具有穩(wěn)定的光學(xué)性質(zhì)19、光電倍增管的供電電路分為負(fù)高壓供電和正高壓供電，試說明這兩種供電電路的特點(diǎn)，舉例說明它們分別適用于哪種情況。答：正高壓供電優(yōu)點(diǎn)：便有屏蔽，光磁電的屏蔽罩可以跟陰極靠的近些，屏蔽效果好，暗電流小，噪聲低缺點(diǎn)：陽極處于正高壓，會導(dǎo)致寄生電容大，匹配電纜連接復(fù)雜，特別是后面，若結(jié)直流放大器，直流放大器處于高電壓，不利于安全操作，若接交流放大器，則必須接一個耐壓很高的隔直電容器，價格高體積大。負(fù)高壓供電優(yōu)點(diǎn)：便于跟后面放大器相接，操作安全，后面不僅可以通過一個低壓耦合電容與交流放大器相接，也可以直接與電流放大器相連。缺點(diǎn)：此時印記處于負(fù)高壓，屏蔽罩不能和陰極靠的很近，至少間隔1-2cm，此時屏蔽效果差，暗電流和噪聲比陽極接地大。20、微弱輻射作用下，光電導(dǎo)材料的光電靈敏度有什么特點(diǎn)。答：（1）光導(dǎo)材料的光電靈敏度是定值，輸入光電流與入射光通量成正比，保持線性關(guān)系（2）光敏電阻形成蛇形，即可以保證較大受光面積又可以減少電極之間距離，從而可以減少載流子的有效級間度越時間，有利于提高靈敏度為什么結(jié)型光電器件正向偏置時，沒有明顯的光電效應(yīng)？必須在哪種偏置狀態(tài)？為什么？答：正向偏置時，正電極遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光電流，光電效應(yīng)不