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1、光电探测与信号处理 复 习 总 结 1 1 l第二章 光电探测器的物理基础 2 2 1. 光电效应和热电效应 l各种效应的原理、特点 l各种效应的比较 l典型的代表器件 重点掌握： 3 3 l内光电效应：不发射电子 被光激发所产生的载流子（自由电子或空 穴）仍在物质内部运动，使物质的电导率发生 变化或产生光生伏特的现象。 l外光电效应：发射电子 被光激发产生的电子逸出物质表面，形成 真空中的电子的现象 （1）光电效应 光子直接与物质中的电子作用，引起电子运动状 态的改变，从而使物体的电学性质改变。 特点：光子与材料中的电子直接作用，使电子的能态 发生改变，光谱响应有选择性。 4 4 1）光电导
2、效应 本征光电导效应本征光电导效应 非本征（杂质）光电导效应非本征（杂质）光电导效应 2）光生伏特效应 扩散和漂移扩散和漂移 3）光子牵引效应 4）光磁电效应 内光电效应：内光电效应： 5 5 l电阻温度效应 l温差电效应 l热释电效应 （2）热电效应 入射光与材料的晶格相互作用，晶格吸收光入射光与材料的晶格相互作用，晶格吸收光 能而增加振动能量，引起材料的温度上升，从而能而增加振动能量，引起材料的温度上升，从而 使材料电学参量发生变化。使材料电学参量发生变化。 特点：光谱范围宽、无选择性 6 6 (a) (b) (4) (PE-Photo Emission) (PMT-PhotoMultip
3、lier Tube ) (PC-Photoconductive) (PV-Photo Voltaic ) (SBDSchottky Barrier Photo Diode) (PEM-photo electromagnetic) (photon drag effective ) (Bolometer ) Positive Temperature Coefficient (seebeck effect ) Pyroelectric sensor (MCP-Microchannel Plates ) (Dynode ) (APDAvalanche Photo Diode) thermocouple
4、s & thermopile Negative Temperature CoefficientNegative Temperature Coefficient Solar cell（photocell） Photo Diode photoconductor (image intensifiers ) 7 7 （1）辐射度量和光度量的对照表 2.掌握和应用辐射度量（光度量）单位及相互换算 8 8 KKm m 683 lm/W683 lm/W ，亦称，亦称光功当量光功当量 （2）光谱效率函数V（）、光谱光视效能Km的 定义及应用 9 9 3. 黑体辐射定律 （1 1）普朗克定律：）普朗克定律：黑体
5、光谱辐射出射度黑体光谱辐射出射度MMeb eb（ （ ，T T ）是黑体温）是黑体温 度度T T和波长和波长 的函数的函数 MMeb eb( ( ,T ,T) ) 1010 (2) 斯忒藩-波尔兹曼辐射定律 (3) 维恩位移定律 (m) Wcm-2.m-1 1111 （1） 有关响应方面的性能参数 l响应率 单色响应率 积分响应率 频率响应率 l响应时间和上限频率 l量子效率 电压响应率电压响应率 电流响应率电流响应率 4. 光电探测器的性能参数 1212 （2）有关噪声方面的参数 l噪声种类 l信噪比（SN） l噪声等效功率(NEP) l探测率D与比探测率D* NEPNEP（500500，4
6、00400，1 1）黑体黑体D*(TD*(T，f f，1)1) 单色单色D D *(*( ，f f，1)1) 1313 1.已知某种光电器件的本征吸收长波限为1.4m，则该材料的禁带宽 度为? 2.在距离标准钨丝灯2m远处放置一个照度计探头，已知探头的光敏面 积为0.5 cm2，若照度计测得的最大照度为100(lx)，试求： （1）标准钨丝灯在该方向的发光强度为多少？ （2）所发出的光通量为多少？ l硅光电二极管光敏面为0.04 cm2。辐照度0.1mW/cm2、波长为700nm的 光垂直入射到探测器上并产生56nA的光电流。该光电管的单色响应 度为?，量子效率为?. l已知某探测器的面积为3
7、4cm2，D*=1011cmHz1/2w-1，光电仪器的带 宽为300Hz，该仪器所能探测的光辐射的最小辐射功率？ 1414 l第三章 光电探测器 1515 1 光电子发射探测器 （1）掌握光电倍增管组成及工作原理 （2）掌握光电倍增管外部电路的设计及使用 （2）掌握光电发射器件的特点：使用波段、内增 益（与什么有关）、灵敏度高（用什么表示）、 低噪声、高电压（正负电压使用特点）、适用微 弱信号检测等 1616 2 PC器件 （1） 器件工作原理：内增益特性、灵敏度表示 （2）三种偏置电路特点 （3）工作条件（偏压、无极性） （4）工作波段、响应频率 1717 3 PV器件 （1）结合第二章的
8、pn结工作原理，掌握PV器件的 伏安工作曲线及对应的工作状态（零偏、反偏） （2）PN、PIN、APD管的工作原理、结构和特点， 掌握其在增益和频率响应方面的比较。 （3）光电池的工作原理、与普通光电二极管的比较 （4）光电三极管的工作原理，与光电二极管的比较 （5） PV器件相比PC器件的特点（电路工作条件、 灵敏度、频率响应等方面） 1818 4 热电探测器 （1）掌握三种热电效应所代表的器件工作原理、结构 （2）掌握器件特点 a) 热电偶：开路电压和温度的关系、频率特性 b) 测辐射热计：金属和半导体；波长特性、频率特性 c) 热释电器件：掌握只能测交变信号的原因 1919 5 成像器件
9、 （1） CCD a) 存储、转移、输出的原理。 b) 线阵CCD工作原理及波形图（单沟道或双沟道）。 （2）CMOS a) 工作原理。 b) 与CCD的比较。 2020 6 探测器性能比较 l单元光电探测器的性能及应用比较 l光谱响应范围 l频率特性 l外加偏压 l探测率 参考书251的3.7节 2121 (a) (b) (4) (PE-Photo Emission) (PMT-PhotoMultiplier Tube ) (PC-Photoconductive) (PV-Photo Voltaic ) (SBDSchottky Barrier Photo Diode) (PEM-photo
10、 electromagnetic) (photon drag effective ) (Bolometer ) Positive Temperature Coefficient (seebeck effect ) Pyroelectric sensor (MCP-Microchannel Plates ) (Dynode ) (APDAvalanche Photo Diode) thermocouples & thermopile Negative Temperature CoefficientNegative Temperature Coefficient Solar cell（photoc
11、ell） Photo Diode photoconductor (image intensifiers ) 2222 第四章 光电信号处理 2323 一、光电探测器的偏置 重点 掌握三种伏安曲线类型的相对应的器件的偏置计算 l可变电阻型：三种偏置类型的特点和比较 恒流偏置 匹配偏置 恒压偏置 l恒流型（饱和型） l光生电势型 掌握交、直流计算方法 2424 二、光电探测器的放大电路 （1）放大器的 EnIn噪声模型 （2）放大器的噪声系数F（各种表达式） （3）最佳源电阻（噪声匹配）及匹配方法 （4）多级放大器的噪声系数及设计考虑 （5）低噪声前放的选用 2525 三、微弱信号检测 （1）掌握以相关器为核心的锁定放大器的工作原理 、结构和输出特性 a) 锁定放大器的抑噪机理 b) 相关器的工作原理（不同谐波、不同波形） （2）同步积分器的原理 （3）取样积分器的原理 2626 第五章 光学信号的调制 2727 1. 调制的基本概念 广义调制和二次调制 2. 调制方法 1. 强度调制：日出式调制盘的工作原理 3.相干探测原理（与普通外差区别，波前匹配工作 条件），与直接探测比较 4. 典型应用：利用光的特性参数（频率、相位、振 幅）来进行测量的实例。 2828 2929 3030
