光电检测 名词解释 西安理工大学 光信_光电检测名词解释题集

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光电检测技术：是利用光电传感器实现各类检测。它将被测量的量转换成光通量,再转换成电量，并综合利用信息传送和处理技术，完成在线和自动测量 光电传感器：基于光电效应，将光信号转换成电信号的一种传感器光电传感器分类：直射式、反射式、辐射式 光电检测系统：光源->光学系统->被测对象->光学变换->光电传感->变换电路->电信号处理->储存/显示/控制 光电检测技术的特点：高精度，高速度，远距离、大量程，非接触式检测，寿命长，数字化和智能化 光电检测方法：直接作用法、差动测量法、补偿测量法（指零法）、脉冲测量法

发光强度Iv：发出波长为555nm的单色辐射，在给定方向上的发光强度规定为1cd。单位：坎德拉（Candela）［cd］，它是国际单位制中七个基本单位之一。

光通量Φv：光强度为1cd的均匀点光源在1sr内发出的光通量。单位：流明［lm］。

光照度Ev：单位面积所接受的入射光的量，单位：勒克斯［lx］，相当于1平方米面积上接受到1个流明的光通量。半导体特性：温度敏感，受微量杂质影响显著，受光、热、磁影响显著 半导体分类：本征半导体、N型半导体、P型半导体 本征半导体：就是没有杂质和缺陷的半导体。掺入的杂质可以分为施主杂质和受主杂质。非平衡载流子：处于非平衡状态的半导体，其载流子浓度也不再是平衡载流子浓度，比它们多出一部分。比平衡状态多出来的这部分载流子称为非平衡载流子。平衡载流子浓度：处于热平衡状态的半导体，在一定温度下，载流子浓度一定。这种处于热平衡状态下的载流子浓度，称为平衡载流子浓度。非平衡载流子的产生：光注入；其它方法：电注入、高能粒子辐照等 载流子的输运过程：扩散、漂移、复合 半导体对光的吸收：吸收包括：本征吸收、杂质吸收、自由载流子吸收、激子吸收、晶体吸收 本征吸收：由于光子作用使电子由价带跃迁到导带，本征激发：只有在入射光子能量大于材料的禁带宽度时，才能发生本征激发

将P型和N型半导体采用特殊工艺制造成半导体半导体内有一物理界面，界面附近形成一个极薄的特殊区域，称为PN结 光电效应：照射到物体表面上使物体发射电子、或导电率发生变化、或产生光电动势等，这种因光照而引起物体电学特性发生改变统称为光电效应 光电效应包括：外光电效应和内光电效应 外光电效应：物体受光照后向外发射电子—多发生于金属和金属氧化物 内光电效应：物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部而不会逸出物体外部—多发生在半导体内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应 光电导效应：半导体受光照后，内部产生光生载流子，使半导体中载流子数显著增加而电阻减少的现象 光生伏特效应：光照在半导体PN结或金属—半导体接触上时，会在PN结或金属—半导体接触的两侧产生光生电动势。

：当用适当波长的光照射PN结时，由于内建场的作用（不加外电场），光生电子拉向n区，光生空穴拉向p区，相当于PN结上加一个正电压。半导体内部产生电动势（光生电压）；如将PN结短路，则会出现电流（光生电流）。光热效应：材料受光照射后，光子能量与晶格相互作用，振动加剧，温度升高，材料的性质发生变化． 热释电效应：介质的极化强度随温度变化而变化，引起表面电荷变化的现象． 辐射热计效应：入射光的照射使材料由于受热而造成电阻率变化的现象． 温差电效应：由两种材料制成的结点出现稳差而在两结点间产生电动势，回路中产生电流． 响应度（或称灵敏度）：是光电探测器输出信号与输入光功率之间关系的度量。描述的是光电探测器件的光电转换效率。响应度是随入射光波长变化而变化的，响应度分电压响应率和电流响应率

电压响应率：光电探测器件输出电压与入射光功率之比 电流响应率：光电探测器件输出电流与入射光功率之比 光谱响应度：探测器在波长为λ的单色光照射下，输出电压或电流与入射的单色光功率之比． 积分响应度：检测器对各种波长光连续辐射量的反应程度． 响应时间：响应时间τ是描述光电探测器对入射光响应快慢的一个参数（如图）。上升时间：入射光照射到光电探测器后，光电探测器输出上升到稳定值所需要的时间。下降时间：入射光遮断后，光电探测器输出下降到稳定值所需要的时间。频率响应：光电探测器的响应随入射光的调制频率而变化的特性称为频率响应 热噪声：或称约翰逊噪声，即载流子无规则的热运动造成的噪声。散粒噪声：光辐射随机起伏导致和光电流的随机起伏所造成的。线性度：线性度是描述光电探测器输出信号与输入信号保持线性关系的程度。工作温度：光电检测器最佳工作状态时的温度 光敏电阻分类：本征半导体光敏电阻、杂质半导体光敏电阻 光敏电阻的工作原理：当入射光子使半导体中的电子由价带跃迁到导带时，导带中的电子和价带中的空穴均参与导电，其阻值急剧减小，电导增加。光敏电阻的工作特性：光电特性、伏安特性、时间响应和频率特性、温度特性 光电倍增管工作原理：阴极在阳光下发射出光电子，光电子受到电极间的电场作用而获得较大的能量。当电子以足够高的速度打在倍增电极上时，倍增电极便会产生二次电子发射，使得向阳极方向运动的电子数目成倍增加，经过多级倍增，最后到达阳极被收集而形成阳极电流。随着光信号的变化，在倍增极不变的条件下，阳极电流也随光信息而变化，达到把小的信号变成较大的信号的目的。发光二极管工作原理：N型材料中的多数载流子是电子，P型材料的多数载流子是空穴，当加上正向偏压时，在电场作用下，P区的空穴和N区的电子就向对方扩散运动，构成少数载流子注入，从而在PN节附近产生导带电子和价带空穴复合。每个电子和空穴复合，将释放出与材料性质有关的一定复合能量，这个能量会以热能、光能、或部分热能和光能的形式辐射出来 光电耦合器件：发光器件与光接收器件组合的一种器件，它以光作为媒质把输入端的电信号耦合到输出端。两类：光电隔离器；光传感器。特点：具有电隔离功能，信号传输是单向性，具有抗干扰和噪声能力，响应速度快，使用方便，可靠，体积小，质量轻，既有耦合又有隔离特性。热释电器件基本工作原理：热释电效应在电介质内部没有自由载流子，也没有导电能力，但是，它也是带电的粒子（价电子和原子核）构成的，再外加电场作用下，带电粒子受到电场力的影响，使其运动发生变化。利用铁电体自发极化强度与温度的关系，而制造的热敏检测器成为热释电器件

：MOS光敏元(金属—氧化物—半导体)，读出移位寄存器 ＣＣＤ主要由三部分组成：信号输入、电荷转移、信号输出

：MOS光敏元，转移栅，移位寄存器，输入输出电路

：光积分（曝光），转移栅打开，电荷转移至输出端

：在ＣＣＤ栅极上施加按一定规律变化、大小超过阈值的电压，则在半导体表面形成不同深浅的势阱。势阱用于存储信号电荷，其深度同步于信号电压变化，使阱内信号电荷沿半导体表面传输，从输出二极管送出视频信号。

CCD（单通道、双通道），面阵CCD 电荷注入的方法主要有两类：光注入和电注入 直接检测:光电探测器直接把接受到的光强的变化转换为电信号的变化，然后，用解调电路检出所携带的信息。相干检测:利用光波的振幅、频率、相位携带信息，而不是光强。因为用光波的相干原理，只能用相干光。类似于无线电外茶检测，故又称光外差检测。

直接检测系统的基本工作原理：都是利用光源发射的光强携带信息,直接把接受到的光强变化转换为电信

号的变化。光外差检测的特性：可获得全部信息、转换增益高、良好的滤波性能、信噪比损失小、检测灵敏度高 影响光外差检测灵敏度的因素：空间条件、频率条件 直接检测系统（光强调制）：莫尔条纹测长仪、激光测距仪、激光准直、环境污染检测系统 光外差检测系统：激光干涉测长仪（相位调制）、多普勒测速（频率调制）、光外差通信