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第九章. 其它光电探测器件
* * * * * * * * * * * * * * * 情况2:当光学图像照射到靶面时 步骤2: 光→靶面→光电载流子→ρ↑,R↓→电容对电阻放 大VB↑ 靶面上的光强分布图变成了电位分布图 实现了光电转换和电荷积累的过程 情况3:电子第二次扫描靶面时 ,电容被再次充电 步骤3:RL上有压降→和B电位有关,即和光强有关 此时电子束的扫描作用 ①读出了电位 ②B面上这一点电位恢复到阴极电位 ①逐行扫描方式 ②扫描的间隙进行 二、影响光电导探测器摄像管分辨率的因素 ①电子束截面的大小,截面内的电流分布及电子束的运动 ②光电导靶面上载流子的横向扩散运动 三、硅靶电子倍增摄像管(SEM管) §7-3多元及多色探测器件 一、四象限探测器 结构图7-19 死区 工作区 探测波长的范围 8~14μm 可见光→红外 用途: 激光准直 二维方向上目标的方向定位 位置探测器等领域 例1:激光准直 原理图:图7-20 探测器A,B ,C,D 四个 象限接成电桥形式。 准直:电桥输出=0 建筑施工的基准线 不准直:电桥输出≠0 例2:二维方向上的 定位定向 原理:7-21 ①采用脉冲激光 ②对准远处物体,在焦平面上成像。 ③对准物体时: ④没有对准时: ⑤为消除光斑自身功率的变化,(如运动目标远近变化) 用和差比幅电路 当光斑是均匀分布的圆斑时,半径为: ⑥ 和 在一定范围内是线性关系。 例3:微位移测量 原理图:7-24 物 像 B Q B + 柱 =P M点时,光斑是圆形的。 反过来:把四象限探测器放在M处: B→C M→Q 椭圆 B→A M→P 大小反映了微位移量的大小。 二、多色探测 结构: 叠层结构 短波在长波元件之上 并列结构 用途: 1.识别假目标 2.抗干扰,紫外,具有白天全向攻击能力 白天的全向攻击能力: 白天:太阳反射强,飞机蒙皮的反射光谱辐射亮度 是一般的1~4个数量级。 黑夜:飞机是黑影:紫外 三、多元探测方式 重点:分立探测器件的双元探测方式 原理图7-32 例:测速装置 §7-4 光机扫描探测方式 * * * * * * * * * * 光电探测器的发展方向: 1.图像传感器---现代光学仪器和测控仪器 2.对可见光和红外光谱中两个或多个波段的辐射测量和比较 3.集成技术发展→多元探测 4.为解决单个探测器探测目标的瞬时视场小的问题 ①二元阵列探测器 ②光学机械扫描 像空间 阵列的 物空间 单元的 §7-1电荷耦合器件(CCD-charge coupled device) 优点:结构精细,体积小,坚实可靠,低电压下工作 应用:①电子计算机和其他数字系统:信息存储和信息处理 ②摄像装置 两个基本功能:电荷存储和电荷传输 一、CCD电荷存储 定义:CCD:(Charge Coupled Device) 是由 金属-氧化物-半导体→ MOS 构成的密排器件 Metal Oxide Semiconductor MOS结构:MOS电容 存储电荷的结构: 表面沟道CCD 体沟道CCD 1.MOS电容的热平衡态特性 设EC是半导体器件的导带底,EV为价带顶 EF :费米能级:半导体中电子的平均自由能 热平衡状态下,整个系统具有同一的EF Ei :本征半导体的费米能级 几种情况的讨论: 情况1:MOS上未加偏压时,VG=0。半导体内载流子均匀,内部能级水平均匀,设: 半导体的表面电势=金属的费米能级 情况2:VG=负 半导体内能级向上弯曲, 表面势为 ,形成积累层。 情况3:VG=正:半导体内能级下弯 表面势为 ,形成耗尽层。 当VG进一步提高时,将P型半导体中 的电子吸收到耗尽层内,形成反型层。 讨论: ①对于反型层刚建立起时的电压叫做 阈值电压。 ②此时表面电子浓度 耗尽层宽度 ③反型层中的电子来自耗尽区内热激发的电子空穴对。 激发时间:10-1~10S 此时间叫热弛豫时间。 ④反型层建立了SiO2和P型半导体之间的导电沟导。 3.MOS电容的非平衡态特性 前提:CCD是在VG阈值电压下工作,∴一定有反型层存在。 几种情况的讨论: 情况1:VG加压,t=0瞬间 ①耗尽层形成 ②由于弛豫时间来不及形成反型层→深耗尽态 深耗尽层的宽度大于反型层的宽度。 情况2: VG加压,t=0+时 ①耗尽层宽
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