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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)LambertsCosineLaw的定义及解释。

I=I*cosa。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、斯特潘一玻尔兹曼定律、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通常为什么形状?为何如此设计?