光电检测技术复习.ppt

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1、光电技术与光纤基础总复习（一）,韩鹏,内容,第一章：光电检测应用中的基础知识第二章：光电检测中的常用光源第三章：结型光电器件第四章：光电导器件第五章：真空光电器件第六章：真空成像器件第七章：固体成像器件第八章：红外辐射与红外探测器第九章：光导纤维与光纤传感器第十章：太赫兹的产生与检测,第一章 基础知识,辐射度学和光度学的基本概念半导体基础知识基本定律光电探测器的噪声和特性参数,辐射度学和光度学的基本概念,1、辐射功率（辐射通量）,单位：W（瓦特）,2、辐射强度,单位,3、辐射亮度,单位：,4、辐射出射度,单位：W/m2,5、辐照度,单位：W/m2,一、辐射度学基本物理量,辐射度学和光度学的基本

2、概念,二、光度学基本物理量,1、视见函数,555nm时最大！,2、基本物理量,表12，注意单位、相互之间关系,例题,已知有一白炽灯钨丝功率p3w，该灯的理想化光谱通量e分布如图。使用微瓦计，其探测面积Al10mm2，距灯的距离h100mm，测得max1.5m处的光谱辐射通量e（max）6w求：1.灯的e，Ie，2.灯的v，Iv,（m）,e,辐射度学和光度学的基本概念,三、其他基本概念,1、电源,平方反比律,2、扩展源,朗伯源,3、漫反射面,半导体基础知识,一、基本概念,1、能带结构,2、杂质半导体,3、非平衡载流子,4、扩散和漂移,基本定律,一、黑体辐射定律（概念）,1、基尔霍夫定律,2、普朗

3、克辐射公式,3、斯忒藩玻耳兹曼定律,4、维恩位移定律,基本定律,二、光电效应,1、内光电效应,2、外光电效应,光电导效应、光伏效应,光电探测器的噪声和特性参数,一、噪声（概念、特点）,1、热噪声,2、散粒噪声,3、产生复合噪声,4、1/f噪声,5、温度噪声,整体情况：,第二章 常用光源,光源的特性参数热辐射源气体放电光源固体发光光源激光器,光源的特性参数,辐射效率和发光效率如前例题中，求光谱功率分布空间光强分布光源的颜色光源的温度,概念！,热辐射源,太阳黑体模拟器白炽灯,了解！,气体放电光源,脉冲灯原子光谱灯汞灯,了解！,固体发光光源,场致发光光源了解其他平板显示器件液晶的电光效应结型发光光源

4、发光二极管，偏压？,激光器,激光原理三种跃迁过程、必要条件激光器的类型激光的特性单色、方向、亮度、相干性,第三章 结型光电器件,结型光电器件的工作原理硅光电池硅光电二极管和硅光电三极管结型光电器件的放大电路特殊结型的光电二极管结型光电器件的应用实例光电耦合器件,结型光电器件的工作原理,热平衡状态下的PN结外加偏压、反向饱和电流光照下的PN结光伏效应电流方程,硅光电池,不加外电压！,硅光电池,特性参数光照特性开路时、短路时、有限负载时,硅光电二极管和三极管,一般在反向偏压下工作,与光电池的比较,光电池工作区,光电二极管工作区,硅光电二极管和三极管的比较,光照特性伏安特性四个方面温度特性频率响应特

5、性,特殊结型光电二极管,PIN型光电二极管结构、原理光电位置传感器原理位置表达式,光电技术与光纤基础总复习（二）,韩鹏,内容,第一章：光电检测应用中的基础知识第二章：光电检测中的常用光源第三章：结型光电器件第四章：光电导器件第五章：真空光电器件第六章：真空成像器件第七章：固体成像器件第八章：红外辐射与红外探测器第九章：光导纤维与光纤传感器第十章：太赫兹的产生与检测,第四章 光电导器件,工作原理主要特性参数偏置电路和噪声特点与应用,工作原理,基于内光电效应（光电导效应）暗电流、亮电流、光电流及三者的关系,主要特性参数,光电灵敏度量子效率光电特性和g值,偏置电路,E3,禁区,有一光敏电阻已注明额定

6、功率为Pmax，负载电阻也已确定为RL，为了保证此光敏电阻在不同光照时均能安全的工作，试证明电源电压的选择必须满足：,第五章：真空光电器件,光电阴极光电管与光电倍增管光电倍增管的主要特性参数光电倍增管的供电和信号输出电路微通道板光电倍增管光电倍增管的应用,光电阴极,工作原理外光电效应主要参数灵敏度量子效率光谱响应曲线分类：反射与透射常用光电阴极材料负电子亲合势及其特点,光电管与光电倍增管,光电管玻壳、光电阴极和阳极组成，真空型和充气型光电倍增管基于外光电效应和二次电子发射效应结构上与光电管的区别：电子光学系统和倍增级,光电倍增管,工作原理典型参数,光电倍增管,入射窗口端窗、侧窗电子光学系统作用

7、：汇聚、同步电子倍增极阳极,光电倍增管的主要参数,灵敏度光谱响应，阴极、阳极灵敏度放大倍数暗电流噪声伏安特性线性饱和,光电倍增管的信号输出,用负载电阻实现电流电压转换用运算放大器实现电流电压转换,光电倍增管的应用,光谱测量微弱光探测射线探测,了解！,第六章：真空成像器件,光电成像器件,真空成像器件,固体成像器件,像管,变像管,像增强管,摄像管,光电发射型像管（摄像管）,光电导型像管（视像管）,无存储直视,不可见光可见光,弱光强光,有存储非直视,电荷耦合器件CCD,自扫描光电二极管列阵SSPD,第六章：真空成像器件,像管常见像管摄像管光导靶和存储靶摄像管的特性参数,像管,包括变像管和像增强管；结

8、构和工作原理像管的特性参数光谱特性、增益特性、等效背景照度、分辨率,了解概念！,常见像管,常见变像管红外、紫外常见像增强器级联式、微通道板、X射线,了解概念！,摄像管,与变像管的区别（作用）分类光电发射型摄像管、光电导型摄像管,两者的不同之处:,前者有移像区,后者无,光电阴极,电子光学系统,移像区,两者相同之处:,扫描区电子枪,灯丝,热阴极,控制栅极,各加速电极,聚焦线圈,偏转线圈,校正线圈,光导靶和存储靶,视像管靶硅靶，工作原理存储靶二次电子传导靶,三个过程：（1）无光照扫描 充电(归零)（2）有光照无扫描 光 电（3）电子束再次扫描,输出(归零),三个过程：（1）无光照扫描 零电位（2）有

9、光照无扫描 电位升高（3）电子束再次扫描 输出,摄像管的特性参数,灵敏度光电转换特性分辨率,了解概念！,第七章：固体成像器件,电荷耦合器件电荷耦合器件的分类CCD摄像机分类CCD的性能参数自扫描光电二极管列阵发展现状和应用,CCD：（Charge Coupled Device）电荷耦合器件,固体成像器件,SSPD：（Self Scanned Photodiod Array)自扫描光电二极管列阵,电荷耦合器件,结构耦合原理与电极结构CCD的组成与工作原理输入、转移、输出,2）电荷的耦合,电荷耦合器件的分类,线阵CCD单边、双边面阵CCD帧转移、行间转移,CCD的性能参数,转移效率和转移损失率光谱

10、响应率分辨率动态范围暗电流和噪声散粒噪声、转移噪声、热噪声,自扫描光电二极管列阵,结构形式和工作原理连续电荷存储（三个过程：准备、曝光、再充电）线阵、面阵工作原理,光电技术与光纤基础总复习（二）,韩鹏,内容,第一章：光电检测应用中的基础知识第二章：光电检测中的常用光源第三章：结型光电器件第四章：光电导器件第五章：真空光电器件第六章：真空成像器件第七章：固体成像器件第八章：红外辐射与红外探测器第九章：光导纤维与光纤传感器第十章：太赫兹的产生与检测,第四章 光电导器件,工作原理主要特性参数偏置电路和噪声特点与应用,工作原理,基于内光电效应（光电导效应）暗电流、亮电流、光电流及三者的关系,主要特性参

11、数,光电灵敏度量子效率光电特性和g值,偏置电路,E3,禁区,有一光敏电阻已注明额定功率为Pmax，负载电阻也已确定为RL，为了保证此光敏电阻在不同光照时均能安全的工作，试证明电源电压的选择必须满足：,第五章：真空光电器件,光电阴极光电管与光电倍增管光电倍增管的主要特性参数光电倍增管的供电和信号输出电路微通道板光电倍增管光电倍增管的应用,光电阴极,工作原理外光电效应主要参数灵敏度量子效率光谱响应曲线分类：反射与透射常用光电阴极材料负电子亲合势及其特点,光电管与光电倍增管,光电管玻壳、光电阴极和阳极组成，真空型和充气型光电倍增管基于外光电效应和二次电子发射效应结构上与光电管的区别：电子光学系统和倍

12、增级,光电倍增管,工作原理典型参数,光电倍增管,入射窗口端窗、侧窗电子光学系统作用：汇聚、同步电子倍增极阳极,光电倍增管的主要参数,灵敏度光谱响应，阴极、阳极灵敏度放大倍数暗电流噪声伏安特性线性饱和,光电倍增管的信号输出,用负载电阻实现电流电压转换用运算放大器实现电流电压转换,光电倍增管的应用,光谱测量微弱光探测射线探测,了解！,第六章：真空成像器件,光电成像器件,真空成像器件,固体成像器件,像管,变像管,像增强管,摄像管,光电发射型像管（摄像管）,光电导型像管（视像管）,无存储直视,不可见光可见光,弱光强光,有存储非直视,电荷耦合器件CCD,自扫描光电二极管列阵SSPD,第六章：真空成像器件

13、,像管常见像管摄像管光导靶和存储靶摄像管的特性参数,像管,包括变像管和像增强管；结构和工作原理像管的特性参数光谱特性、增益特性、等效背景照度、分辨率,了解概念！,常见像管,常见变像管红外、紫外常见像增强器级联式、微通道板、X射线,了解概念！,摄像管,与变像管的区别（作用）分类光电发射型摄像管、光电导型摄像管,两者的不同之处:,前者有移像区,后者无,光电阴极,电子光学系统,移像区,两者相同之处:,扫描区电子枪,灯丝,热阴极,控制栅极,各加速电极,聚焦线圈,偏转线圈,校正线圈,光导靶和存储靶,视像管靶硅靶，工作原理存储靶二次电子传导靶,三个过程：（1）无光照扫描 充电(归零)（2）有光照无扫描 光

14、 电（3）电子束再次扫描,输出(归零),三个过程：（1）无光照扫描 零电位（2）有光照无扫描 电位升高（3）电子束再次扫描 输出,摄像管的特性参数,灵敏度光电转换特性分辨率,了解概念！,第七章：固体成像器件,电荷耦合器件电荷耦合器件的分类CCD摄像机分类CCD的性能参数自扫描光电二极管列阵发展现状和应用,CCD：（Charge Coupled Device）电荷耦合器件,固体成像器件,SSPD：（Self Scanned Photodiod Array)自扫描光电二极管列阵,电荷耦合器件,结构耦合原理与电极结构CCD的组成与工作原理输入、转移、输出,2）电荷的耦合,电荷耦合器件的分类,线阵CCD单边、双边面阵CCD帧转移、行间转移,CCD的性能参数,转移效率和转移损失率光谱响应率分辨率动态范围暗电流和噪声散粒噪声、转移噪声、热噪声,自扫描光电二极管列阵,结构形式和工作原理连续电荷存储（三个过程：准备、曝光、再充电）线阵、面阵工作原理,