1、光电技术期末温习第一章：光辐射与光源1辐射度的大体物理量1.辐射能Qe：一种以电磁波的形式发射，传播或接收的能量。单位为J（焦耳）。2辐射通量e：又称为辐射功率Pe，是辐射能的时刻转变率，单位为W（瓦），是单位时刻内发射，传播或接收的辐射能，e=dQe/dt(J/S焦耳每秒)3辐射强度Ie：点辐射源在给定方向上单位立体角内的辐射能量单位为W/sr（瓦每球面度）Ie=de/d.4辐射照度Ee：投射在单位面积上的辐射能量，Ee=de/dA单位为（W/瓦每平方米）。dA是投射辐射通量de的面积元。5辐射出射度Me：扩展辐射源单位面积所辐射的通量，即Me=d/dS。d是扩展源表面dS在各方向上（一样为
2、半空间360度立体角）所发出的总的辐射通量，单位为瓦每平方米（W/）。6，辐射亮度Le：扩展源表面一点处的面元在给定方向上单位立体角，单位投影面积内发出的辐射通量，单位为W/sr*(瓦每球面度平方米)。7光谱辐射量：也叫光谱的辐射量的光谱密度。是辐射量随波长的辐射率。光辐射量通量：e（）：辐射源发出的光在波长为处的单位波长距离内的辐射通量。e（）=de/d单位为W/um或W/nm。2明视觉光谱光视效率V（）：视觉要紧由人眼视网膜上散布的锥体细胞的刺激所引发的。暗视觉光谱光视效率：视觉要紧由人眼视网膜上散布的杆状细胞刺激所引发的。3，辐射气宇和光气宇的对照表辐射度量符号单位光度量符号单位辐射能Q
3、eJ光量QvLm/s辐射通量或辐射功率eW光通量vlm辐射照度EeW/光照度EvLx=lm/辐射出度MeW/光出射度MvLm/辐射强度IeW/sr发光强度IvCd=lm/sr辐射亮度LeW/sr*光亮度光谱光视效率LvV()Cd/依照人眼的视觉特性V()来评判的辐射通量e即为光通量v：v=Kme()V()d式中Km为名视觉的最大光谱光谱光视效率函数，也成为光功当量。国际有效温标理论计算值Km为680lm/W。4，热辐射的大体物理量（5页）1辐射本领 ：辐射体表面在单位波长距离单位面积内所辐射的通量 式中de2吸收率（，T）:在波长到+d距离内被物体吸收的通量与射通量之比，3绝对黑体：任何物体，
4、只要温度在绝对零度以上，就向外界发出辐射，这称为温度辐射。黑体是一种完全的温度辐射体，概念为吸收率（，T）=1的物体为绝对黑体，其辐射本领4物体的发射率（，T）5，热辐射大体上可分为两类：黑体辐射和线状，带状辐射源。六，普朗克定律七，维恩位移定律每一种温度的Meb(,T)曲线都有一个峰值，随着温度的升高此峰值向短波方向移动八，斯忒藩玻耳兹曼定律九，光源的光谱功率散布通常可分为四种情形：1，线性光谱，有假设干条明显分隔的细线组成，如低压汞灯。2，带状光谱，由一些分开的谱带组成，每一条谱带中又包括许多细谱线，如高压汞灯，高压钠灯就属于这种散布。3，持续光谱，所有热辐射光源的光谱都是持续的。4混合光
5、谱，由持续光谱与线，带谱混合而成，一样的荧光灯光谱就属于这种散布，。十，光源的色温（18页）十一：光源的颜色包括了两方面的含义即色表和显色性。色表：用眼睛直接观看光源时所看到的颜色。例如高压钠灯的色表成黄色，荧光灯的色表程白色。显色性：当用这种光源照射物体时，物体呈现的颜色（也确实是物体反射光的在人眼中产生的颜色感觉）与该物体在完全辐射体照射下所呈现的颜色一致性。十二：热辐射光源有三个特点：1，它们的发光特性都能够利用普朗克公式进行精准的估算，即能够精准把握和操纵他们发光或辐射性质；2它们发出的光通量组成持续的光谱，且光谱范围很宽，因此利用的适应性强。但在通常温度下，紫外辐射和可见光幅度含量很
6、少，这有限制了这种光源的适用范围；3采纳适当的稳压或稳流供电，可使这种光源的光输出取得很高的稳固度。十三：气体放电原理：密封在泡壳内的气体或金属气体在电场的作用下鼓励出电子和离子，电子和离子从电场中取得能量别离向阴极和阳极运动，它们与气体原子或分子碰撞时会鼓励出新的电子和离子。这一进程中会引发原子的激发，受激原子回到低能级时就会发射出辐射，这确实是气体放电原理。十四：发光二级管（LED）的工作原理：P-N结上未加电压时有必然的势垒，当加上正向偏压时在外加电场的作用下，在P-N结周围产生导带电子和价带空穴的复合。一个电子和一个空穴的每一次复合，都将释放出与材料性质有关的必然复合能量，那个能量会以
7、热能，光能，或部份热能和部份光能的形式辐射出来。十五，发光二级管的优势;1,属于低电压，小电流器件在室温下即可取得足够的亮度2发光响应速度快3性能稳固寿命长4易于和集成电路匹配，且驱动简单5与一般光源相较单色性好，其发光的半宽度一样为几十纳米6小型，耐冲击。要紧缺点：功率较小，光色有限，较难取得短波发光，且发光效率低。十六：激光器的工作原理：激光器一样有工作物质，谐振腔和泵浦源组成。经常使用的泵浦源是辐射源或电源，利用泵浦源能将工作物质中的离子从低能态激发到高能态，是处于高能态的粒子数大于处于低能态的粒子数，组成粒子数的反转散布，这是产生激光的必要条件。十七：激光器的类型：1气体激光器：2固体
8、激光器3染料激光器4半导体激光器。十八：激光的特性：单色性，方向性，亮度，相干性。课后作业5,6,7,17,18第二章光电探测器概述一：光电探测器的分类：光子探测器（光电子发射探测器，光电导探测器，光伏探测器，光电磁探测器）热探测器（测辐射温差热电偶和热电堆，电阻测辐射热器，热释电探测器）二：光电探测器的噪声：散粒噪声，热噪声，产生-复合噪声，温度噪声，电流噪声课后作业1,2,3,6第三章光电子发射探测器一，很多半导体材料具有良好的光电子发射性能的缘故：1半导体对入射光有较小的反射系数，有较大的吸收系数，通常在长波极限波长周围就有表面和体内光电子发射效应产生；2阴极层导电性适中，一来能够使光电
9、子在趋向表面运动的进程中损失能量比金属小，二来能够使层内传导电子的补充不发生困难；3半导体内存在着大量的发射中心（价带中有大的电子密度）4半导体有较小的光电逸出功，在光谱响应内有较高的量子效率。二半导体中光电子发射一样通过三个步骤：对光电子的吸收；光电子向表面的运动；克服表面势能的逸出三光电子发射材料大体能够分为三类：纯金属材料；表面吸附一层其他元素原子的金属半导体材料；用作光电管，光电倍增光，变像管，像增强器和一些摄像管等光电器件中的光电阴极，其作用是使不同波长的各类辐射信号转换为电信号。四光电倍增管结构：由光电阴极，电子光学输入系统（光电阴极到第一倍增极D1之间的系统），二次发射倍增系统及
10、阳极等组成。五课后作业1,4 ，9,12第四章;光电导探测器一光电导探测器可依照不同类型的光电导效应和材料不同分为本征型，杂志型，薄膜型和扫积型光电导探测器。二，p96-97页看看光电导探测器内增益G三，课后习题第6题第五章光伏探测器一，看看119页上面一段小字二，关于不均匀半导体，由于同质的半导体不同的搀杂形成的pn结，不同质的半导体组成的异质结或金属与半导体接触形成的肖特基势垒都存在内建电场，当光照在这种半导体时，由于半导体对光的吸收而产生了电子空穴，它们在内建电场的作用下就会向相反的方向移动和集聚而产生电位差，这种现象称为光生伏特效应。三，关于均匀半导体，由于体内没有内建电场，当光照这种
11、半导体一部份时，由于光生载流子浓度梯度的不同而引发载流子的扩散运动。但电子和空穴的迁移率不等，由于两种载流子扩散速度的不同而致使两种电荷的分开，从而产生光生电势。这种现象称为丹倍效应。四，若是将均匀半导体放在与光辐射方向相垂直的磁场中，那么将有洛伦兹力作用于扩散的电子和空穴，使他们向垂直于扩散方向的不同方向偏转，从而在半导体的双侧端面间产生电位差这种效应称为光磁电效应五，光磁电效应和霍尔效应的区别：在霍尔效应中，载流子的定向移动是由外加电场引发的。两种载流子的运动方向相反，二者形成的电流方向相同。垂直的磁场使两种载流子向同一方向偏转，成效是相互减弱。而在光磁电效应中，定向运动是由扩散引发的。两
12、种载流子扩散方向相同，二者形成的电流方向相反。在垂直磁场作用下，向相反方向偏转，成效是相互增强的。六，看123页最下面一段话七，p端为光电池正极，n端为负极，一样在地面上应用作为光电探测器的多为p+n型，如国产2CR型n+p型硅光电池具有较强的抗辐射能力，适合空间应用，作为航天的太阳能电池，如国产的2DR型。（130）八，光电二极管的分类：p-n结光电二级管；PIN光电二极管；雪崩光电二极管；九，（140）雪崩光电二极管和PIN光电二极管的联系和区别：联系：十，141页光电三极管的原理十一，光子牵引作用：当强激光脉冲（波长大于带间吸收）辐照时，具有辐射压力的光子和自由空穴彼此作用，使空穴取得能
13、量和动量，从而沿光传播方向运动，仿佛光子牵着空穴前进，即光子牵引作用。十二，课后作业1,2,5,7,8第六章，热探测器一，看155页的热释电效应二，（157）面电极结构 边电极结构三，课后作业1,6第七章，其他光电探测器件一，CCD的信号传输进程：电荷转移（或传输）；电荷注入；电荷输出。三相二位四相三位二，CCD摄像器件的大体性能参数：分辨率；暗电流；灵敏度；动态范围；光谱响应。（180页看看）第八章，光辐射的调制一，调制确实是使载波的某一参量（例如幅度，频率，相位等）按欲传输信号规律转变的进程。调制的方式能够分为三类：模拟调制；脉冲调制；数字调制。（196197）二，当一块各向同性的透明介质
14、受外力作历时，介质的折射率会发生转变，这种现象称为弹光效应。通常把超声波引发的弹光效应称为声光效应。三，（228页）当知足Q1时，并入射光以必然的角度斜入射声光介质，那么产生布拉格衍射。条件五，看233页声光调制器的结构和原理六，当电路加在晶体上时，其折射率的转变可能产生线性效应或平方效应，加电场的方向通常由两种方式：一种是沿着晶体主轴z轴方向，使电场方向与光线方向平行，产生纵向光电效应；二是电场沿晶体任一主轴x轴或y轴或z轴加在晶体上，而取通光方向与电场方向相垂直，即产生横向电场效应。七，线性电光效应：晶体受外加电场作历时，其寻常光和超级光折射率将发生转变。折射率的转变与电场大小成正比的电光
15、效应称为线性电光效应。（235）第九章，直接探测系统一，光电系统的类型：按携带信息的光源分可分为主动系统和被动系统；按光谱范围分可分为可见光探测系统和红外探测系统；按接收系统分可分为点探测系统和面探测系统；从调制方式和信号处置电路的类型分可分为模拟系统和数字系统；从光波对信息信号（或被测未知量）的携带方式可分为直接探测系统和相干探测系统。二，信噪比三，直接探测和相干探测系统的优缺点：直接探测：在多数场合中，常经常使用光波的强度转变来携带信息，用直接探测的方式可光波的强度转变所包括的信息检测出来。光的频率和相位的转变必需采纳相干探测方式。直接探测是一种简单而又有效的探测方式，在工业，航空，航天，
16、军事，医疗等领域取得普遍的应用四，在酷热的夏日，湍流对激光传播的阻碍尤其突出。要紧表现为下面几个方面：强度闪烁；光束抖动；光束偏转。五，直接探测系统中限制背景功率的方式一是在空间上限制系统视场角；另一方面是加光学滤光片对背景进行光谱滤波。（263）第十章，相干探测一，相干探测的特点：转换增益高；可取得全数信息；良好的滤波性能；有利于微弱光信号的探测。二，将相干探测量子噪声限信噪比公式与直接探测量子噪声限信噪比公式比较发觉，在滤波器带宽相同的情形下，相干探测的极限信噪比是直接探测的信噪比的2倍。（273上）三，相干探测的空间条件：必需维持信号光和本振光在空间上的角准直。四，相干探测的频率条件：为
17、了取得高灵敏度的相干探测，要求信号光和本振光具有高度的单色性和频率稳固度。五，课后习题4（如题三）,6第十一章，光电信号处置方式一，前置放大器的设计要求是低噪声，高增益，低输出阻抗，大的动态范围，良好的线性特点和较好的抗产噪声能力。（280页）二，（283）信号匹配和噪声匹配的区别：三，（293）当要求维持脉冲的形状时，带宽要求更宽些。四，采样定理五，看看303页微弱光电信号处置方式六，锁相放大器的工作原理：锁相放大器是一种对交变信号进行相敏检波的放大器。它利用和被检测信号有相同频率和相位关系的参考信号作为比较基准，只对被测信号本身和那些与参考信号同频或倍频，同相的噪声分量有响应。因此能大幅度抑制无用噪声，改善检测信噪比。它有三个要紧的部份：信号通道，参考通道和相敏检波。信号通道对混有噪声的初始信号进行选频放大，对噪声做初步的窄带滤波；参考信道通过锁相和移相提供一个与被测信号同频同相的参考电压。相敏检波由混频乘法器和滤波器滤波组成。七，（306）取样积分器的原理：利用取样和平均化技术测定深埋在噪声中的周期性信号的测量装置。八，（309）光子计数系统原理：利用光电倍增管能检测单个光子能量的功能，通过光电子计数的方式测量极微弱光脉冲信号的装置。
