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光电检测技术-复习大纲 2014 春班 1. 基本概念原理 1) Lambert’s Cosine Law 的定义及解释。 I = I *cos。朗伯余弦定律，朗伯辐射表面在某方向辐射光强随该方向和法线 之间夹角余弦变化。 2) 照度与距离平方成反比定律 若均匀点光源向空间发射球面波，则点光源在传输方向上某点的照度与该点 到点光源距离平方成反比。 3) 亮度守恒定律 光在同一介质中传播时，若传输过程中无能量损失，则光能传输的任意表面 亮度相等且守恒。 2. 光源 1) 发光的机理：热辐射、发光。 一、一类是物质受热，产生热辐射而发光；二、一类是物体受激发吸收能量 而跃迁至激发态（非稳定态）在返回到基态的过程中，以光的形式放出能量。 2) 光源类型：黑体辐射，非相干光，激光。区别是什么。 一、黑体辐射：能量按波长的分布仅与温度有关，随着温度不同，光的颜色 各不相同； 二、非相干光：相位无规则变化，总光强是各束光的总合，一般普通光源即 为非相干光； 三、激光光源：受激辐射，有很好的相干性。 …… 3) 激光器的主要构成部分及其作用。 ① 工作物质 （又称激活媒质或增益介质）：粒子有适当能级结构, 可实现粒 子数反转； ② 激励能源：抽运（又叫泵浦），即把大量粒子激励到激光上能级（高能级）； ③光学谐振腔：选模 （提高N 即相干性），实现光学正反馈。 4) 激光的特点。 高方向性、高亮度和高功率辐射密度、高单色性、高相干性 5) 何为黑体，黑体的辐射光谱特征 （黑体辐射三定理）。 一、在任何条件下，对任何波长的外来辐射完全吸收而无任何反射的物体， 即吸收比为1 的物体。 二、 ①黑体发射的光谱是连续的； ②黑体单色辐射力随温度身高而增大，单色辐射力曲线下的面积就是黑体辐 射力曲线下的面积就是黑体的总辐射力； ③给定温度下，黑体的单色辐射力具有一最大值，对应波长称为最大单色辐 射力波长。随着温度升高，最大单色辐射力波长向短波方向移动； 三、斯特潘—玻尔兹曼定律、维恩位移定理、普朗克定律 3 光信道 1) 采用激光无线通信时，信道对其影响可能有哪些？ 由于大气散射、折射、湍流等诸多因素的影响，会造成激光信号在传输过程 中能量衰减，光强闪烁，光束随机偏转。 4.光电转换器 （传感器、探测器） 1) 描述光电探测器的主要技术指标是什么？ 光电器件的探测灵敏度、响应时间和频率相应、噪声等效功率、探测度D 与 比探测度D* 、量子效率 2) 设计一个光电系统时，选择光电探测器的主要考虑有哪些？ ①光电检测器件必须和辐射信号源及光学系统在光谱特性上匹配；②光电检 测器件的光电转换特性必须和入射辐射能量相匹配；③光电检测器件的响应 特性必须和光信号的调制形式、信号频率及波形相匹配，以保证得到没有频 率失真和良好的时间响应；④光电检测器件必须和输入电路以及后续电路在 电特性上相互匹配，以保证最大的转换系数、线性范围、信噪比以及快速的 动态响应。 3) 解释内光电效应、外光电效应。为何说材料的禁带宽度Eg 是个重要参数？ 一、 ①由于光量子作用，引发物质电化学性质变化。内光电效应又可分为光电导 效应和光生伏特效应。 光电导效应：当入射光子射入到半导体表面时，半导体吸收入射光子产生电 子空穴对，使其自生电导增大；光生伏特效应：当一定波长的光照射非均匀 半导体（如p -n 结），在自建场的作用下，半导体内部产生光电压。 ②某些材料在入射光子的能量足够大时有电子逸出材料表面的现象。 二、半导体能带结构中，导带最低点与价带最高点之间的能量差，禁带宽度 的大小实际上是反映了价电子被束缚强弱程度的一个物理量，也就是产生本 征激发所需要的最小能量。 禁带宽度对于半导体器件性能的影响是不言而喻的，它直接决定着器件的耐 压和最高工作温度；对于BJT ，当发射区因为高掺杂而出现禁带宽度变窄时， 将会导致电流增益大大降低。 4.1 光子探测器 1) 光电导器件的电极设计