光电探测技术

第一章：

1，光电检测系统的基本组成及各部分的主要作用？

光源——光学系统——被测对象——光学变换——光电转换——电信号放大与处理[存储，显示，控制]

作用：光学变换：将被测量转换为光参量，有时需要光信号的匹配处理，目的是更好的获得待测量的信息。

电信号放大与处理的作用：存储，显示，控制。

第二章：

1、精密度、准确度、精确度、误差、不确定度的意义、区别。

答：精密度高指偶然误差较小，测量数据比较集中，但系统误差大小不明确；

准确度高指系统误差较小，测量数据的平均值偏离真值较少；

精确度高指偶然误差和系统误差都比较小，测量数值集中在真值附近；

误差=测量结果-真值；不确定度用标准偏差表示。

2、朗伯辐射体的定义？有哪些主要特性？

答：定义：辐射源各方向的辐亮度不变的辐射源。特性：自然界大多数物体的辐射特性，辐亮度与观察角度无关。

3、光谱响应度、积分响应度、量子效率、NEP、比探测率的定义、单位及物理意义。

答：灵敏度又叫响应度，定义为单位辐射度量产生的电信号量，记作R，电信号可以是电流，称为电流响应度；也可以是电压，称为电压响应度。对应不同辐射度量的响应度用下标来表示。辐射度量测量中，测不同的辐射度量，应当用不同的响应度。

对辐射通量的电流响应度(AW-1 )

对辐照度的电流响应度(AW-1 m 2 ) E

对辐亮度的电流响应度(AW-1 m 2 Sr)L

量子效率：在单色辐射作用于光电器件时，单位时间产生的的光电子数与入射的光子数之比，为光电器件的量子效率。

NEP：信噪比等于1时所需要的最小输入光信号的功率。单位：W。物理意义：反映探测器理论探测能力的重要指标。

比探测率：定义；物理意义：用单位探测系统带宽和单位探测器面积的噪声电流来衡量探测器的探测能力。

第三章：

1、光源的分类及各种光源的典型例子；相干光源和非相关光源包括哪些？

答：按照光波在时间、空间上的相位特征，一般将光源分成相干光源和非相干光源；按发光机理可分为：热辐射光源，常用的有：太阳、黑体源、白炽灯，典型军事目标辐射；气体辐射光源，广泛用作摄影光源；固体辐射光源，用于数码、字符和矩阵的显示；激光光源，应用：激光器。相干光源：激光；非相关光源：普通光源。

2、对一个光电检测系统的光源通常都有哪方面要求？

答：1.波长（光谱）特性2.发光强度（光功率）3.光源稳定性（强度、波长）

3、辐射效率和发光效率的概念及意义

答：在给定λ1～λ2波长范围内，某一辐射源发出的辐射通量与产生这些辐射通量所需比，称为该辐射源在规定光谱范围内的辐射效率；某一光源所发射的光通量与产生这些光通量所需的电功/率之比，就是该光源的发光效率。

4、色温，配光曲线的概念及意义

答：色温：如果辐射源发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射出的光的颜色相同，则黑体的

这一温度称为该辐射源的色温。

配光曲线表示一个灯具或光源发射出的光在空间中的分布情况。意义：记录了灯具在各个方向上的光强。

5、热光源的主要特点是什么？

答：1.发光特性（光谱分布、出射度、亮度）可以用普朗克公式估算。2.发出连续光谱，谱宽很宽，适应性强。

3.大多属于电热型，可以通过控制输入电量控制发光特性。

6、大气窗口的概念及作用。

答：大气窗口即透过率较高的波段。作用：有效地利用大气窗口可增加光电探测系统的工作距离。

7、激光器的性能特点

答：优点：1.高方向性2.单色性好3.相干性好4.高亮度。缺点：体积比较庞大

8、光强标准器的结构，工作原理及光度标准的传递方法

答：光强标准器是一个被定义在铂熔点温度(2046.05K)的黑体辐射器。

工作原理：光强标准器是采用1MHz高频感应炉来加热的，熔化铂需要7kw的电功率，铂2046． 05K的温度下熔化。该装置可维持铂转相的时间约20分钟以上，测量就在这段时

间内进行。在这段时间中由于温度没有变化，腔口辐射量也应维持不变，这时小孔的亮度为60cd／cm2，对应发光强度为1.06×10-4cd。

传递方法：由光度标准器向外传递的光度标准将寄存在特制的钨丝白炽灯．即标准灯中。利用目视光度计进行传递，通过对标准灯的光强度校准，从而将标准通过标准灯传出。

第四章：

1，光电探测器与热电探测器的工作原理及性能对比？

光电探测器：利用光电效应，把入射到物体表面的辐射能直接变换成可测量的电量。

热电探测器：探测器接收光辐射，先引起温度升高，再使探测器的某些电学量发生变化，如电阻或电容发生变化、

或者表面电荷发生变化，或产生电动势。

性能对比：光电探测器：探测灵敏度高（探测能力，响应波长范围，响应速度），对波长探测选择敏感，多数工作在低温环境下，需要制冷。

热电探测器：与光电探测器相反，可以在室温下工作。

2，热敏电阻与光敏电阻的区别？

热敏电阻定义：凡吸收入射辐射后引起温升而使电阻值改变，导致负载两端电压的变化，并给出电信号的器件。

半导体对光的吸收——本征和杂质吸收——产生光生载子——光电导率变化，伴随少量的热能产生——光敏电阻。

半导体对光的吸收——晶格吸收，自由电子吸收——不产生光生载子——热能产生，温升导致电阻值变化——热敏电阻。

为了提高热敏电阻的吸收系数，常对其表面进行黑化处理。

热敏电阻的特点

A、热敏电阻的温度系数大，灵敏度高，热敏电阻的温度系数常比一般金属电阻大10～ 100倍。

B、结构简单，体积小，可以测量近似几何点的温度。

C、电阻率高，热惯性小，工作温度范围宽，适宜做动态测量。

D、光谱响应基本上与入射辐射的波长无关

E、阻值与温度的变化关系呈非线性。

F、稳定性和互换性较差

3，热释电器件的优缺点和使用中的注意事项？

优点：无波长选择性，可工作于室温

缺点：响应速度慢，只能测量变化的辐射

注意事项：

1.热释电器件不同于其他光电器件，在恒定辐射作用的情况下输出的信号为零, 只有在交变辐射的作用下才会有

信号输出。

2.只要使热释电晶体的温度在面束缚电荷被中和掉之前因吸收辐射而发生变化，即入射辐射调制频率f>1/τ

时，才会有热释电信号输出——非平衡器件。

4，光电探测器的选用原则？

1.与辐射源及光学系统在光谱特性上匹配；

2.光电转换特性或动态范围与入射辐射能量匹配；（对微弱信号，要有足够比探测率；入射光通量变化中心取在线性范围内；）

3.当测量调制或脉冲光信号时，需考虑探测器的响应时间或频率响应范围。（时间响应与入射光信号的调制形式、信号频率及波形匹配，以确保变换后的信号不产生频率失真引起的输出波形失真。变换电路的频率响应特性也要与之匹配。）

4.探测器的最小分辨率，即考虑等效噪声功率、所产生电信号的信噪比。

5.当测量的光信号幅值变化时，需考虑探测器输出的信号的线性程度。

6.光电器件与变换电路必须与后面的应用电路的输入阻抗良好地匹配，以保证具有足够大的变换系数、线性

范围、信噪比及快速的动态响应。

7.稳定性和使用环境。器件参数应高于使用环境要求，并留有足够余地，并保证器件工作在额定使用条件范

围内。

8.其它：测量精度、测量方式等在设计光电检测系统时，无法保证上述要求都满足，

因此需根据测量要求反复比较各种探测器的主要特性参数，然后选定最佳的器件。

5，一般变光度方法的优缺点？

1.吸收滤光片：优点：简单方便。缺点：加入后会引起像点位移；中性程度不高

2.薄膜滤光片特点：窄光谱，可实现偏振态改变或光分离器

3.筛网优点：很宽的光谱范围内的均匀性较好，不会使光学像发生位移，对偏振态无影响。可使筛网相对于光轴产生不同倾斜来调整其透射比。

缺点：改变了光能在光束截面上的分布

4.膜片光阑或狭缝：优点：很宽的光谱范围内的均匀性较好，不会引起像点的移动，不改变偏振态。

缺点：衰减量与光束横截面上的分布特性有关，精度低。

5.偏振减光器：优点：连续减光，精度较高，不会引起像点的移动。

缺点：有波长选择性（偏振度、吸收都与波长有关），改变偏振态，不能完全消光。

6.镜面反射器：优点：可采用多次镜面反射，扩大变光度的范围，精度较高。

缺点：有波长选择性（折射率与波长有关），改变偏振态，改变光束方向

7.漫反射减光器：优点：在可见光和近红外区域有较好的衰减均匀性

应用：改变了入射光的几何形状、能量分布及偏振信息，常用于纯通量的衰减

6，积分球的材料及基本工作原理？

积分球通常由两个半球的外壳相接而成，按需要在球面上开若干个小孔，内部还可附加挡板，反射镜及光陷阱等，球内壁涂敷反射系数极高，且漫射性能极好的材料，常用氧化镁（反射比较高，光谱性能不稳定），硫酸钡。

工作原理：光线由输入孔入射后，光线在球内部被均匀的反射及漫射，在球面上形成均匀的能量分布，因此输

出孔所得到的光线为非常均匀的漫射光束。而且入射光的入射角度、空间分布、以及偏振特性都不会对输出的光束照度和均匀度造成影响。

7，什么情况下要考虑光谱校正？

在某些系统中，要求探测器与光源具有某种特定的光谱特性，而实际上不具备这样的特性，这就需要把它们的光谱特性进行必要的校正。

8，滤光片的主要特性参数及定义？

按照滤光特性分为长波通、短波通、带通和带阻四大类。性能：最大透过率和截止波长

截止波长：最大透过率一半处，对应的波长。带通和带阻类：性能由最大透过率、中心波长和带宽描述

中心波长：最大透过率处的波长。带宽：最大透过率一半处，对应的两波长之差。

按照滤光特性分为长波通、短波通

9，光谱模板校正法的工作原理？

光束经棱镜分光后，在物镜1的焦面上产生光谱带，在该平面上附加模板m，将模板按需要做成一定形状，使各谱线的通光宽度按校正要求变窄，再经物镜2将光会聚后，由光电探测器接收。该方法对光源光谱或探测器光谱都能进行校正，精度很高，机构将较为复杂。

第五章

1光电探测中的光学系统的主要功能（1收集待测目标光辐射通量2观察或瞄准目标3确立目标方位4实现大视唱捕获目标与成像）

2景深的概念，如何调整（被摄景物中能产生清晰物象的最近点与最远点之间的距离要拍摄小景深的照片，如特定镜头，应选择长焦距、小光圈，对准距离近。要拍摄大景深的照片，如远景镜头，应选择短焦距、大光圈，对准距离远。）

3物镜按照光学结构分为哪几类（1折射式优点封闭的镜筒减弱了空气流动对成像质量的破坏，同时保护了光学镜头。不需要额外的维护费用。

缺点价格较昂贵。同样口径下，折射式望远镜更重、更长、体积更大。2反射式优点：反射镜的造价比透镜低的多。

缺点：开放的镜筒式的空气可以流通，这样不仅会影响到成像的稳定度，而且一些尘埃会随着流动的空气进入镜筒并附着在物镜上，长此以往会破坏物镜表面的镀膜，使其反射力下降。由于这种结构的物镜比较容易破裂，所以使用的时候需要倍加小心 3折反式）

4什么是场景，基本工作要求是什么，在光电探测系统中使用场镜有什么好处（工作在物镜附近的透镜，作用：1提高边缘光束入射到探测器的能力2减小探测器的面积3使探测器光敏面上的光照均匀化4使用使用平像场镜时可获得平场像面5场镜放置在像面附近好让出像面位置放置调盘）

5横向莫尔条纹的特点及辩向原理（）

同步性；光栅移动一个栅距莫尔条纹移动一个间距且方向对应

当指示光栅沿与栅线垂直的方向作相对移动时，莫尔条纹则沿光栅刻线方向移动（两

者的运动方向相互垂直）；指示光栅反向移动，莫尔条纹亦反向移动。在图中，当指

示光栅向右移动时，莫尔条纹向上运动。

6绝对式编码器与增量式编码器在结构及性能上的对比（绝对有固定零位，增量无固定零位。）第六章

1调制技术在光电探测中的意义（1可以减少自然光或杂散光对检测结果的影响2可以消除光电探测器暗电流对检测结果的影响3有效抑制噪声实现高精度测量4扩大应用范围获得更多信息）

2光源调制的基本概念，内外调制的比较（调制：将简单的直流信号转换为特定形式的交变信号。内调制：直接用电调制信号来控制半导体光源的振荡参数，优：实现简单，缺：调制速率受限。外调制：通过外加的光调制器对光波的幅度频率及相位等进行调制，优：适合高速率，应用较多。缺：系统相对复杂）

激光检测技术研究现状与发展趋势

激光检测技术研究现状与发展趋势 提要：激光检测学科发展现状在光电检测领域，利用光的干涉、衍射和散射进行检测已经有很长的历史。由泰曼干涉仪到莫尔条纹，然后到散斑，再到全息干涉，出现了一个个干涉场，物理量（如位移、温度、压力、速度、折射率等）的测量不再需要单独测量，而是整个物理量场一起进行测量。自从激光出现以后，电子学领域的许多探测方法（如外差、相关、取样平均、光子计数等）被引入，使测量灵敏度和测量精度得到大大提高。用激光检测关键技术(激光干涉测量技术、激光共焦测量技术、激光三角测量技术)实现的激光干涉仪、激光位移传感器等，可以完成纳米级非接触测量。可以说，超精密加工技术将随着高精密激光检测技术的发展而发展；在此基础上，提出了激光测量需解决的关键技术及今后的发展方向。 1.测量原理 1.1激光测距原理 先由激光二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号。记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，即可测定目标距离。

1.2激光测位移原理 激光发射器通过镜头将可见红色激光射向被测物体表面，经物体反射的激光通过接收器镜头，被内部的CCD线性相机接收，根据不同的距离，CCD线性相机可以在不同的角度下“看见”这个光点。根据这个角度及已知的激光和相机之间的距离，数字信号处理器就能计算出传感器和被测物体之间的距离。 2.激光测量系统的应用 激光功率和能量是描述激光特性的两个基本参数，激光功率计和能量计是最常用的两类激光测量仪器。随着激光技术的不断发展，对激光测试技术和测量仪器提出了更高要求。由于调Q和锁模激光的出现和应用，要求测量的激光功率已从毫瓦、瓦、千瓦、兆瓦直到千兆瓦以上。激光能量也从毫焦尔逐渐跨过千焦尔。脉冲激光的持续时间也由毫秒、微秒、毫微秒、而缩短至微微秒量级。光谱范围也从紫外、可见、红外扩展到近毫米波段。激光精密测量和某些生物医学方面的研究和应用(如眼科治疗、细胞手术器等)的发展，对激光测量的精度也提出了非常高的要求。 2.1激光非球面检测技术 长期以来，非球面检测技术一直制约着非球面制造精度的提高，尤其对于高精度非球面的检测。规的非球面检测方法如刀口阴影法、激光数字干涉法及接触式光栅测量法等，对于检测工件表面来说都有一定的局限性。原子力显微镜是利用纳米级的探针固定在可灵敏操控的微米级尺度的弹性悬臂上，当针尖很靠近样品时，其顶端的原子与

光电探测器原理

光电探测器原理

光电探测器原理及应用 光电探测器种类繁多，原则上讲，只要受到光照后其物理性质发生变化的任何材料都可以用来制作光电探测器。现在广泛使用的光电探测器是利用光电效应工作的，是变光信号为电信号的元件。 光电效应分两类，内光电效应和外光电效应。他们的区别在于，内光电效应的入射光子并不直接将光电子从光电材料 内部轰击出来，而只是将光电材料内部的光 电子从低能态激发到高能态。于是在低能态 留下一个空位——空穴，而高能态产生一个 自由移动的电子，如图二所示。 硅光电探测器是利用内光电效应的。 由入射光子所激发产生的电子空穴对，称为光生电子空穴对，光生电子空穴对虽然仍在材料内部，但它改变了半导体光电材料的导电性能，如果设法检测出这种性能的改变，就可以探测出光信号的变化。 无论外光电效应或是内光电效应，它们的产生并不取决于入射光强，而取决于入射光波的波长λ或频率ν，这是因为光子能量E只和ν有关： E=hν（1） 式中h为普朗克常数，要产生光电效应，每个光子的能量必须足够大，光波波长越短，频率越高，每个光子所具有的能量hν也就越大。光强只反映了光子数量的多少，并不反映每个光子的能量大小。 目前普遍使用的光电探测器有耗尽层光电二极管和雪崩光电二极管，是由半导体材料制作的。 半导体光电探测器是很好的固体元件，主要有光导型，热电型和P—N结型。但在许多应用中，特别是在近几年发展的光纤系统中，光导型探测器处理弱信号时噪声性能很差；热电型探测器不能获得很高的灵敏度。而硅光电探测器在从可见光到近红外光区能有效地满足上述条件，是该波长区理想的光接收器件。 一、耗尽层光电二极管 在半导体中，电子并不处于单个的分裂 能级中，而是处于能带中，一个能带有许多

光电探测技术发展概况

光电探测技术发展概况 学号：20121226465姓名：熊玉宝 摘要:本文扼要论述光电探测技术重要性，并简要地介绍了光电探测技术的几种主要方法及发展趋势。 关键词:光电；探测；技术 光电探测技术是根据被探测对象辐射或反射的光波的特征来探测和识别对象的一种技术，这种技术本身就赋予光电技术在军事应用中的四大优点，即看得更清、打得更准、反应更快和生存能力更强。 光电探测技术是现代战争中广泛使用的核心技术，它包括光电侦察、夜视、导航、制导、寻的、搜索、跟踪和识别多种功能。光电探测包括从紫外光（0.2～0.4μm）、可见光（0.4～0.7μm）、红外光（1～3μm，3～5μm，8～12μm）等多种波段的光信号的探测。 新一代光电探测技术及其智能化，将使相关武器获得更长的作用距离，更强的单目标/多目标探测和识别能力，从而实现更准确的打击和快速反应，在极小伤亡的情况下取得战争的主动权。同时使武器装备具有很强的自主决策能力，增强了对抗，反对抗和自身的生存能力。实际上，先进的光电探测技术已成为一个国家的军事实力的重要标志。 现代高技术战争的显著特点首先是信息战，而信息战中首要的任务是如何获取信息。谁获取更多信息，谁最早获取信息，谁就掌握信息战的主动权。光电探测正是获取信息的重要手段。微波雷达和光电子成像设备常常一起使用，互相取长补短，相辅相成，可以获取更多信息，可以更早获取信息。前者作用距离远，能全天候工作；后者分辨率高，识别能力和抗干扰能力强。无论侦察卫星、预警卫星、预警飞机还是无人侦察机往往同时装备合成孔径雷达和CCD相机、红外热像仪或多光谱相机。为改进对弹道导弹的预警能力，美国正在研制的天基红外系统（SBIRS）拟用双传感器方案，即一台宽视场扫描短波红外捕获传感器和一台窄视场凝视多色（中波/长波红外、长波红外/可见光）跟踪传感器，能捕获和跟踪弹道导弹从发射到再入大气的全过程。美国已经装备并正在不断改进的CR-135S眼镜蛇球预警机，采用可见光和中波红外像机，能精确测定420km外的导弹发射，确定发动机熄火点，计算出它的弹道和碰撞点。最近在上面加了一台远程激光测距机，其作用距离可达400km。美国海军也在为战区弹道导弹防御

光电探测器调研报告

题目：光电探测器的原理及国内外研究现状 学生姓名：学号： 院（系）：专业：

光电探测器的原理及国内外研究现状 摘要 概述了光电探测器的分类和基本原理，并从材料体系的选择和器件的主要应用等方面阐述了光电探测器国内外研究现状，预测了硅基雪崩光电探测器在军事和激光雷达等方向的应用前景。 关键词：光电探测器；硅基雪崩光电探测器；激光雷达 Principle and Research Statue at Home and Abroad of photoelectric detector Abstract Described the basic principle and assortment of the photoelectric detector. The domestic and abroad research statue from the aspects of material selection and device main applications is summarized. At last the application prospects of silicon-based avalanche photodetector are predicted, such as research on military and laser radar. Keywords: phoroelectric detector；silicon-based avalanche photodetector；laser radar

1 引言 光电探测器的发展历史比较悠久，已有上百年的研究历史。由于这种器件在军事和民用中的重要性，发展非常迅速。随着激光与红外技术的发展，材料性能的改进和制造工艺的不断完善，光电探测器朝这集成化的方向发展。这大大缩小体积、改善性能、降低成本。此外将光辐射探测器阵列与CCD 器件结合起来，可以实现信息的传输也可用于热成像领域。 因此，进一步研究光电探测器是一项重要课题，本文章就从原理及国内外最新的研究状况探索光电探测器领先应用。 2 光电探测器入门 2.1 光电探测器的发展历史 最早用来探测可见光辐射和红外辐射的光辐射探测器是热探测器。其中，热电偶早在1826年就已发明出来【1】。1880年又发明了金属薄膜测辐射计。1947年制成了金属氧化物热敏电阻测辐射热计。1947年又发明了气动探测器。经过多年的改进和发展，这些光辐射探测器日趋完善，性能也有了较大的改进和提高。但是，与光子探测器相比，这些光辐射探测器的探测率仍较低，时间常数也较大。从五十年代开始人们对热释电探测器进行了一系列研究工作，发现它具有许多独特的优点，因此近年来有关热释电探测器的研究工作特别活跃，发展异常迅速。热释电探测器的发展以使得热探测器这个领域大为改观，以致有人估计热释电技术将成为发展电子——光学工业的先导。 应用广泛的光子探测器，除了发展最早、技术上也最成熟、响应波长从紫光到近红外的光电倍增管以外，硅和锗材料制作的光电二极管、铅锡、Ⅲ～Ⅴ族化合物、锗掺杂等光辐射探测器，目前均已达到相当成熟的阶段，器主要性能已接近理论极限。 1970年以后又出现了一种利用光子牵引效应制成的光子牵引探测器。其主要用于CO 2 激光的探测。八十年代中期，出现了利用掺杂的GaAs/AlGaAs材料、基于导带跃迁的新型光探测器——量子阱探测器。这种器件工作于8～12μm波段，工作温度为77K。 2.2 光电探测的分类及原理 光电探测器能把光信号转换为电信号。根据器件对辐射响应的方式不同或者说器件工作的机理不同，光电探测器可分为两大类：一类是光子探测器；另一类是热探测器。 光电探测器的工作原理是基于光电效应【2】。热探测器是用探测元件吸收入射辐射而产生热、造成温升,并借助各种物理效应把温升转换成电量的原理而制成的器件。最常用的有温差电偶、测辐射热计、高莱管、热电探测器。一般来说，热探测器的接收元由于表面涂黑它的光谱响应是无选择性的，它只受透光窗口光谱透射特性的限制，因此主要应用于红外区和紫外区，但它的响应率较低、响应速度慢、机械强度低，近来由于热电探测器和薄膜器件的发展，上述缺点已有所改进。 光子型探测器，利用外光电效应制成的光子型探测器是真空电子器件，如光电管、光电倍增管和红外变像管等。这些器件都包含一个对光子敏感的光电阴极，当光子投射到光电阴极上时，光子可能被光电阴极中的电子吸收，获得足够大能量的电子能逸出光电阴极而成为自由的光电子。在光电管中，光电子在带正电的阳极的作用下运动，构成

光电检测技术与应用-郭培源-课后答案

光电检测技术与应用课后答案 第1章 1、举例说明你说知道的检测系统的工作原理。 （1）光电检测技术在工业生产领域中的应用：在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位…（2）光电检测技术在日常生活中的应用： 家用电器——数码相机、数码摄像机：自动对焦---红外测距传感器自动感应灯：亮度 检测---光敏电阻 空调、冰箱、电饭煲：温度检测---热敏电阻、热电偶遥控接收：红外检测---光敏二极管、光敏三极管可视对讲、可视电话：图像获取---面阵CCD 医疗卫生——数字体温计：接触式---热敏电阻，非接触式---红外传感器办公商务——扫描仪：文档扫描---线阵CCD 红外传输数据：红外检测---光敏二极管、光敏三极管（3）光电检测技术在军事上的应用：夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标光电检 测技术应用实例简介点钞机 （1）激光检测—激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字，会使荧光字产生一定波长的激光，通过对此激光的检测可辨别钞票的真假。由于仿制 困难，故用于辨伪很准确。（2）红外穿透检测—红外信号的检测红外穿透的工作原理是利用人民币的纸张比较坚固、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高，因而 对红外信号的吸收能力较强来辨别钞票的真假。人民币的纸质特征与假钞的纸质特征 有一定的差异，用红外信号对钞票进行穿透检测时，它们对红外信号的吸收能力将会 不同，利用这一原理，可以实现辨伪。 （3）荧光反应的检测—荧光信号的检测荧光检测的工作原理是针对人民币的纸质进行检测。人民币采用专用纸张制造（含85％以上的优质棉花），假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造，经漂白处理后的纸张在紫外线（波长为365nm的蓝光）的照射下会出现荧光反应（在紫外线的激发下衍射出波长为420－460nm的蓝光），人民 币则没有荧光反应。所以，用紫外光源对运动钞票进行照射并同时用硅光电池检测钞 票的荧光反映，可判别钞票真假。 （4）纸宽的检测—红外发光二极管及接收二极管的应用主要是用于根据钞票经过此红外发光及接收二极管所用的时间及电机的转速来间接的计算出钞票的宽度，并对机器 的运行状态进行判断，比如有无卡纸等；同时也能根据钞票的宽度判断出其面值。

光电技术在生物医学中的应用一现状与发展

论文题目： 光电技术在生物医学中的应用——现状与发展 学院 专业名称 班级学号 学生 2013年12月19日

摘要： 简要介绍光电技术在生物医学应用中的发展概况，从基因表达与蛋白质——蛋白质相互作用研究方面，重点讨论了生物分子光子技术的特点与优势，阐明基于分子光学标记的光学成像技术是重要的实时在体监测手段，最后简要讨论了医学光学成像技术在组织功能成像和脑功能成像中的应用原理。 关键词：光电技术，医学诊断与治疗，分子光子学，医学成像

1.生物医学光子学发展简介 光电技术在生物医学中的应用实质上就是生物医学光子学的研究畴。生物医学光子学是近年来受到国际光学界和生物医学界广泛关注的研究热点。在国际上一般称为生物医学光子学或生物医学光学。 光子学以量子为单位，研究能量的产生、探测、传输与信息处理。光子技术在生物与医学中的应用即定义为生物医学光子学，其相应产业涉及人类疾病的诊断、预防、监护、治疗以及保健、康复等。研究容包括:光子医学与光子生物学，X-射线成像，MRI ，PET等。近年来，生物医学光子学在生物活检、光动力治疗、细胞结构与功能检测、对基因表达规律的在体观测等问题上取得了可喜研究成果，目前正在从宏观到微观多层面上对大脑活动与功能进行研究。美国《科学》杂志在最近儿年已发表相关论文近20篇。随着光子学技术的发展，生物医学光子学将在多层次上对研究生物体特别是人体的结构、功能和其他生命现象产生重要影响。 在国际上已经成立了国际生物医学光学学会(International Biomedical Optics Society)，简称IBOS。IBOS每年与国际光学工程学会(SPIE)联合举办学术会议。国外 学术交流方面，作为生物医学工程和光学工程领域重要国际会议的“生物医学光学国际学术研讨会”(International BiomedicalOptics Symposium，简称BIOS)每年在美国和欧洲各举办一次。在国，国家自然科学基金委员会生命科学部与信息科学部联合发起并承办的全国光子生物学与光子医学学术研讨会已经举办了六届。在第六届学术会议上发表学术论文75篇，论文摘要27篇。 从光电技术(或光子技术)在生物医学中的应用现状可以看到，光子医学与光子生物学的研究和应用围是广泛而且深入的，并正在形成有特色的学科和产业。例如，由于生物超微弱发光与生物体的细胞分裂、细胞死亡、光合作用、生物氧化、解毒作用、肿瘤发生、细胞和细胞间的信息传递与功能调节等重要的生命过程有着密切的联系，基于生物超微弱发光的生物光子技术在肿瘤诊断、农业、环境监测、食品监测和药理研究等方面己经得到应用。 下面主要从生物分子光子技术和医学光学成像技术两个方面介绍当前的研究现状 与发展趋势。

光电检测与应用第五章答案

直接检测系统的基本原理是什么？为什么说直接检测又称为包络检测？ ）（t d A A i 2221 s αα+=所谓光电直接检测是将待测光信号直接入射到光检测器光敏面上，光检测器响应于光辐射强度（幅度）而输出相应的电流或电压信号。 式中：第一项为直流项。若光检测器输出端有隔直流电容，则输出光电流只包含第二项，就是包络检测的意思。 对直接检测系统来说，如果提高输入信噪比？ 答：对于光电检测系统来说，其噪声主要有三类：（1）光子噪声包括：A.信号辐射产生的噪声；B.背景辐射产生的噪声。（2）探测器噪声包括：热噪声；散粒噪声；产生—复合噪声；1/f 噪声；温度噪声。（3）信号放大及处理电路噪声在实际的光电探测器中，由于光电转换机理不同，各种噪声的作用大小亦各不相同。若综合上述各种噪声源，其功率谱分布可用下图表示。由图可见：在频率很低时，1/f 噪声起主导作用；当频率达到中间范围频率时，产生——复合噪声比较显著；当频率较高，甚至于截至频率时，只有白噪声占主导地位，其它噪声影响很小。很明显，探测器应当工作在1/f 噪声小、产生-复合噪声为主要噪声的频段上。因此，对于直接探测系统，提高输入信噪比的措施有：（1）利用信号调制及选频技术可抑制噪声的引入白噪声的大小与电路的频带宽度成正比，因此放大器应采用带宽尽可能窄的选频放大器或锁相放大器。（2）将器件制冷，减小热发射，降低产生-复合噪声。采用半导体制冷、杜瓦瓶液态气体制冷或专用制冷机制冷。（3）采用最佳条件下的偏置电路，使信噪比（S/N ）最大。 什么是直接检测系统的量子极限？说明其物理意义。 答：当入射信号光波所引起的散粒噪声为主要噪声， 其他噪声可忽略时，此时信噪比为：()f h 2P p s SNR ?=νη 该式为直接检测理论上的极限信噪比。也称为直接检测系统的量子极限。量子极限检测为检测的理想状态 试根据信噪比分析具有内增益光电检测器的直接检测系统为什么存在一个最佳倍增系数。 答：当光检测器存在内增益（如：光电倍增管）时当2M 很大时，热噪声可忽略。若光电倍增管加致冷、屏蔽等措施以减小暗电流和背景噪声，则可达到散粒噪声极限。在直接检测中，光电倍增管、雪崩管的检测能力高于光电导器件，采用有内增益的检测器是直接检测系统可能趋近检测极限的唯一途径。

光电探测技术

第一章： 1，光电检测系统的基本组成及各部分的主要作用？ 光源——光学系统——被测对象——光学变换——光电转换——电信号放大与处理[存储，显示，控制] 作用：光学变换：将被测量转换为光参量，有时需要光信号的匹配处理，目的是更好的获得待测量的信息。 电信号放大与处理的作用：存储，显示，控制。 第二章： 1、精密度、准确度、精确度、误差、不确定度的意义、区别。 答：精密度高指偶然误差较小，测量数据比较集中，但系统误差大小不明确； 准确度高指系统误差较小，测量数据的平均值偏离真值较少； 精确度高指偶然误差和系统误差都比较小，测量数值集中在真值附近； 误差=测量结果-真值；不确定度用标准偏差表示。 2、朗伯辐射体的定义？有哪些主要特性？ 答：定义：辐射源各方向的辐亮度不变的辐射源。特性：自然界大多数物体的辐射特性，辐亮度与观察角度无关。 3、光谱响应度、积分响应度、量子效率、NEP、比探测率的定义、单位及物理意义。 答：灵敏度又叫响应度，定义为单位辐射度量产生的电信号量，记作R，电信号可以是电流，称为电流响应度；也可以是电压，称为电压响应度。对应不同辐射度量的响应度用下标来表示。辐射度量测量中，测不同的辐射度量，应当用不同的响应度。 对辐射通量的电流响应度(AW-1 ) 对辐照度的电流响应度(AW-1 m 2 ) E 对辐亮度的电流响应度(AW-1 m 2 Sr)L 量子效率：在单色辐射作用于光电器件时，单位时间产生的的光电子数与入射的光子数之比，为光电器件的量子效率。 NEP：信噪比等于1时所需要的最小输入光信号的功率。单位：W。物理意义：反映探测器理论探测能力的重要指标。 比探测率：定义；物理意义：用单位探测系统带宽和单位探测器面积的噪声电流来衡量探测器的探测能力。 第三章： 1、光源的分类及各种光源的典型例子；相干光源和非相关光源包括哪些？ 答：按照光波在时间、空间上的相位特征，一般将光源分成相干光源和非相干光源；按发光机理可分为：热辐射光源，常用的有：太阳、黑体源、白炽灯，典型军事目标辐射；气体辐射光源，广泛用作摄影光源；固体辐射光源，用于数码、字符和矩阵的显示；激光光源，应用：激光器。相干光源：激光；非相关光源：普通光源。 2、对一个光电检测系统的光源通常都有哪方面要求？ 答：1.波长（光谱）特性2.发光强度（光功率）3.光源稳定性（强度、波长） 3、辐射效率和发光效率的概念及意义 答：在给定λ1～λ2波长范围内，某一辐射源发出的辐射通量与产生这些辐射通量所需比，称为该辐射源在规定光谱范围内的辐射效率；某一光源所发射的光通量与产生这些光通量所需的电功/率之比，就是该光源的发光效率。 4、色温，配光曲线的概念及意义 答：色温：如果辐射源发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射出的光的颜色相同，则黑体的

光电检测技术的现状及发展趋势

光电检测作为光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术，主要包括光信息获取、光电变换、光信息测量以及测量信息的智能化处理等，具有精度高、速度快、距离远、容量大、非接触、寿命长、易于自动化和智能化等优点，在国民经济各行业中得到了迅猛的发展和广泛的应用，如光扫描、光跟踪测量，光纤测量，激光测量，红外测量，图像测量，微光、弱光测量等，是当前最主要和最具有潜力的光电信息技术。本文从光电检测技术本身特点出发，分析其发展现状及发展趋势。 一、光电检测技术的概述 光电检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术。它主要利用电子技术对光学信号进行检测，并进一步传递、储存、控制、计算和显示。光电检测技术从原理上讲可以检测一切能够影响光量和光特性的非电量。它可通过光学系统把待检测的非电量信息变换成为便于接受的光学信息，然后用光电探测器件将光学信息量变换成电量，并进一步经过电路放大、处理，以达到电信号输出的目的。然后采用电子学、信息论、计算机及物理学等方法分析噪声产生的原因和规律，以便于进行相应的电路改进，更好地研究被噪声淹没的微弱有用信号的特点与相关性，从而了解非电量的状态。微弱信号检测的目的是从强噪声中提取有用信号，同时提高测系统输出信号的信噪比。 光电检测的系统机构比较简单，分为信号的处理器，受光器，光源。在实际检测过程中，受光器在获得感知信号后，就会被反映为不同形状、颜色的信号，同时根据这些器件所处在的不同位置，就能够将他分为反射型与透过型的两种比较的模式。光电检测的媒介光应当是自然的光，例如白炽灯或者萤光灯。特别是随着这些技术的发展，光电技术也取得的非常好发展。由于投光器在发出光后，会以不一样的方式触摸这些被检测物中，直到照射到检测系统中的受光器中，同时受光器在此刺激下，会产生一定量的电流，这就是我们常说的光敏性的原件，实际生活中应用比较广泛的有三极管、二极管。 光电检测技术主要包括光电变换技术、光信息获取与光信息测量技术以及测量信息的光电处理技术等。光电检测技术将光学技术与电子技术相结合实现对各种量的测量，它具有高精度、高速度、远距离、大量程、非接触测量等特点。 二、光电检测技术的发展现状

光电检测技术与应用期末考试复习资料

光电检测技术与应用期末考试复习资料 1、光电信息技术是以光电子学为基础，以光电子器件为主题，研究和发展光电信息的形成、 传输、接收、减缓、处理和应用的技术。 2、检测是通过一定的物理方式，分辨出被测参数量并归属到某一范围带，以此来判别被测 参数是否合格或参数量是否存在。测量是将被测的未知量与同性质的标准量进行比较，确定被测量对标准量的倍数，并通过数字表示出这个倍数的过程。 3、光学变换与光电转换是光电测量的核心部分。 4、光电检测技术是将光学技术与电子技术相结合实现各种量的检测，具有以下特点：a、 高精度，b、高速度，c、远距离、大量程，d、非接触测量，e、寿命长，f、具有很强的信息处理和运算能力，可将复杂信息并行处理。 5、在物质受到辐射光照射后，材料的电学性质发生了改变的现象称为光电效应，光电效应 可分为外光电效应和内光电效应。 6、内光电效应是指受到光照射的物质内部电子能量状态产生变化，但不存在表面发射电子 的现象。 7、响应时间是描述检测器对入射辐射响应快慢的一个参数。 8、光电检测器的工作温度就是最佳工作状态时的温度，它是光电检测器重要的性能参数之 一。 9、光电耦合器件的主要特性为传输特性与隔离特性。 10、散粒噪声或称散弹噪声，即穿越势垒的载流子的随机涨落所造成的噪声。 11、Is=1/2＠A2+＠A2d（t）式中：第一项为直流项，若光电检测器输出端有隔直流电 容，则输出光电流只包含第二项，这就是包络检测的意思。 12、热噪声是指载流子无规则的运动造成的噪声，存在于热河电阻中，与温度成正比， 与频率无关。 13、光外差检测系统对检测器性能的要求：a、响应频带宽，b、均匀性好，c、工作温 度高。 14、光波导是指将以光的形式出现的电磁波能量利用全反射的原理约束并引导光波在 光纤内部或表面附近沿轴线方向传播。 15、光纤一般由两层光学性质不同的材料组成，它由折射率n1较大的纤芯和折射率n2 较小的包层同心圆柱结构。 16、将光电信号转换成0、1数字量的过程称为光电信号的二值化处理。 17、在图像识别与图像测量等应用领域常将视频信号的A/D数据采集方法分为“板卡 式”和“嵌入式”。 18、在要求光电检测系统的精度不受光源的稳定性的影响下，应采用浮动阀值二值化 处理电路。 19、HI1175JCB为高速A/D转换器，其最高工作频率为20MHz，DIP封装的器件，转换 器提供参考电源电压。 20、锁相放大器是一种对交变信号进行相敏检波的放大器，三个主要部分：信号通道、 参考通道和相敏检波。 21、相敏检波由混频乘法器和低通滤波器组成，所用参考方式是方波形式。 22、光纤的特性：损耗和色散 23、引起光纤损耗的因素可归结为：吸收损耗（吸收引起）色散损耗（材料引起）。 24、光纤色散可分为：a、材料色散b、波导色散c、多模色散。 25、功能型传感器可实现传光和敏感的作用，而非功能型传感器光纤只起传光作用。

光电技术与光电检测技术概述

光电技术与光电检测技术概述 摘要：光电技术是以激光，红外，微电子等为基础的，由光学、精密机械、电子和计算机技术结合而成的高新技术。光电检测技术是光电技术中最主要最核心的部分，它主要包括光电变换技术、光信息获取与光信息测量技术 以及测量信息的光电处理技术等。如用光电方法实现各种物理量的测量，微光、弱光测量，红外测量，光扫描、光 跟踪测量，激光测量，光纤测量，图象像测量等。它集中发展了光学和电子固有的技术优势，形成了许多崭新功能和良好的技术性能，在国民经济、国防、科学研究等各方面有着广泛的应用和巨大的潜力，成为新技术革命时代和信息社会的重要技术支柱，受到了各方面重视，从而得到了快速发展。 关键词：光电技术光电检测技术 引言 在当前信息化社会中，光电技术已成为获取光学信息或提取他信息的手段。它是人类能更有效地扩展自身能力，使视觉的长波延长到亚毫米波，短波延伸至X射线、γ射线，乃至高能粒子。并且可以在飞秒级记录超快速现象，如核反应、航空器发射等的变化过程。而且光电检测技术是一种非接触测量的高新技术，是光电技术的核心和重要组成部分。通过光电检测器件对载荷有被检测物体信息的光辐射进行检测，并转换为电信号，经检测电路、A/D变换接口输入微型计算机进行运算、处理，最后得出所需检测物的几何量或物理量等参数。因此，光电检测技术是现代检测技术的重要手段和方法，是计量技术的一个重要发展方向。 一、光电技术与光电检测技术的含义 现代科学技术发展的一个显著性特点是纵横交叉，彼此渗透，边缘科学不断露头和进展迅速。由于光学现象可以进行近似线性化使它可以采用有关线性系统的一般原理，因此在电系统中的许多行之有效的理论和分析方法都可以移植到光学中来。随着大规模集成电路的发展，光学也开始向集成化发展。 光电技术是以激光，红外，微电子等为基础的，由光学、精密机械、电子和计算机技术结合而成的高新技术。它集中发展了光学和电子固有的技术优势，形成了许多崭新功能和良好的技术性能，在国民经济、国防、科学研究等各方面有着广泛的应用和巨大的潜力，成为新技术革命时代和信息社会的重要技术支柱，受到了各方面重视，从而得到了快速发展。 光电检测技术是光电技术中最主要最核心的部分，它主要包括光电变换技术、光信息获取与光信息测量技术以及测量信息的光电处理技术等。如用光电方法实现各种物理量的测量，微光、弱光测量，红外测量，光扫描、光跟踪测量，激光测量，光纤测量，图象像测量等。 光电检测技术将光学技术与电子技术相结合实现对各种量的测量，是21世纪的尖端科学，它将对整个科学技术的发展起着巨大的推动作用。同时它本身涵盖了众多的科学技术，它的发展带动了众多科学技术的发展，并在交流与发展的过程中，形成了巨大的光电产业。 二、光电技术与光电检测技术的发展 光电技术与光电检测技术的发展主要是在1960年成功研制红宝石激光器以后，接着又发明了He-Ne激光的气体激光器和GaAs半导体激光器等。激光器的发明为光电技术与光电检测技术的发展给与了革命性的推动，因为它不断给光电检测器提供主动照明的可能，而且有了传送、接收和加工

光电检测技术的发展及应用

新世纪献辞 光学?激光是知识创新体系的重要一环 李景镇 (深圳大学科技研究院,深圳　518060) 1　20世纪的光学创新在人类知识创新上有特殊重要的地位 ?普朗克从黑体辐射的研究中提出了辐射能量子化理论,随之出现的量子力学、量子物理、量子化学、量子生物学,等等,是人类认识微观世界的基础。 ?爱因斯坦明确提出了光量子理论,光量子的能量E=ν,根据迈克尔逊光干涉实验导致了狭义相对论的出现,形成了新的时空概念及推导出质能互换定律E=mc2; 玻尔在光谱学的成就和量子理论的指导下,提出子氢原子的光谱理论,导致了对原子、分子结构的了解; ?爱因斯坦1917年提出原子系统中不仅有自然辐射,而且有受激辐射,受激光辐射是激光的理论基础;1954年,T.H. Townes发明了NH3受激辐射的微波放大器;1960年,T.H. Maiman做出了红宝石激光器。激光的发现,是人类科学技术发展史上的一次重大突破; ?半导体物理在导致科技进入信息时代的同时,也为光电器件及光信息技术开辟了途径; ?光纤通信,是人们进入信息时代的重大突破; ?超分辩显微术,特别是扫描探针技术,使人们进入观察、操纵,重组原子成为现实; ?超大天文望远镜,特别是哈勃空间望远镜,大大提高了人们认识宇宙的深度、广度; ?光合作用的研究,等等。 这些重大的突破和创新,正是知识创新体系中最重要的源泉,在创新体系中属于最高层次。 2　光学知识本身的知识创新 主要体现在光学到光子学的飞跃,正像电学到电子学的飞跃。光子学是研究光子的产生,运动和转化的科学,侧重于从微观的角度来研究它的属性。完成光学到光子学飞跃的重大突破和进展主要有: ?半导体超晶格概念和理论的提示,半导体超晶格激光器、量子阱、量子线和量子点激光器的出现; ?微腔量子电动力学效应的发现和垂直腔面发射激光器的问世,是光子学理论和器件的重大突破,是光集成的基础; ?非线性导波光学的发展,导致了光通信技术上的三大突破;孤子激光器和光孤子传输,光纤放大器,和波分复用技术; ?光子材料和光子器件的发展,光子晶体的研究正出现突破,光子晶体的研究与上个世纪半导体的研究有着同样重大的意义; ?光存储和广义三维光存储的进展; ?光双稳、光互联和光子计算机的进展; ?量子光学的进展,量子纠缠态、量子通信和量子计算机已初见端倪,等等; 3　激光在知识和技术创新体系中居于重要地位和光纤技术一道是光子学的主要依托,将在下世纪———光子世纪担纲重要的角色,关于激光的历史作用,王大珩院士有一段精辟的论述: “60年代激光的问世,堪称本世纪物理学重大进展之一,是光学方面具有革命意义的重大突破。基于它所具有的前所未有的性质,对于光的本质,以及光与物质相互作用都具有划时代的认识。我们知道,X光在研究物质上将近一个世纪,还有其生命力,还用以研究较复杂的分子(生物分子),而激光所开辟的研究物质动态及反应的手段,它的生命力将更长,必将成为即将到来的下个世纪(21世纪)的重要科学研究对象”。激光是创新体系中的重要一环。 光电检测技术的发展及应用 钟丽云 (昆明理工大学激光研究所,昆明　650051) 检测技术在国民经济的各个行业中,起着举足轻重的作 用,无论科学研究、产品质量及自动控制都需要检测,利用现代 光电子技术作为检测手段,具有无接触、无损、远距离、抗干扰 能力强、受环境影响小、检测速度快、测量精度高等优越性,是 当今检测技术发展的主要方向。 利用光的干涉、衍射和散射进行检测已经有很长的历史, 由台曼干涉仪到莫尔条纹,然后到散斑,再到全息干涉,出现了 一个个干涉场,物理量(如位移、温度、压力、速度、折射率等)的 测量不再需要一个个的测量,而是整个物理量场一起进行。 自从激光出现以后,电子学领域的许多探测方法(如外差、 相关、取样平均、光子计数等)被引入,使测量灵敏度和测量精 度得到大大提高。光纤技术的出现,由于光纤能控制光束的传 播路径,使调制的方法增多,接收更为方便,同时它能进入物体 内部,扩大了测量范围,提高了测量精度,甚至可以事先铺设在 各种建筑物内部,作实时监测和自动控制等。 CCD固体摄像头的出现 ,由于它是成像的,又很容易和计 算机连接,利用图像处理技术,可以提高测量的信噪比,并扩大 测量范围,目前它正全面地改造着传统的光学测量方法;由于 它的高分辨率,可以直接用于物体外部尺寸,轮廓以及位移和 有关物理量的测量。由于图像具有非常高的信息量,特别是彩 色CCD,在遥感技术和光纤传感技术中也得到普遍应用。 利用光与物质的相互作用,如激光致超声、激光热效应等 新的探测方法,在无损检测中也得到广泛应用。随着科学技术 的不断发展,新的探测方法还会不断的出现。 计算机在光电检测中的应用,不但可以处理大量的测量数 据,而且还可以用于设备本身的自诊断,使设备成为真正的智 能仪器。某些传统的光学仪器,如照像机和显微镜等,由于采 用了新的光信息处理方法,而出现了富里叶光谱仪和断层摄影 与计算机成像结合的CT等许多光电子设备;将激光技术和计 算机技术相结合,出现了品种繁多的各行各业的光电子仪器设 备,如激光相位测距仪、激光多谱勒测速、干涉仪、光纤陀螺、激 光排版、激光印刷、VCD光盘以及各种激光治疗仪等。 1 　《激光杂志》2000年第21卷第3期 LASERJOURNAL(Vol121,No.312000)

光电检测技术在工业中的应用现状与发展趋势资料

光电检测技术课程论文 学生姓名： 班级： 学号： 指导老师：

光电检测技术在工业中的应用现状与发展趋势【摘要】:本文明确了光电式传感器的工作机理,简要论述了光电检测技术在工业自动 化技术中的地位和作用,列举了其在现代工业生产中的应用实例,介绍了光电检测系统 的发展趋势及近年来研究热点，分析光电产业现状并展望了其应用景。 【关键词】:光电检测光电传感器工业应用 0 引言 光电传感器由于反应速度快．能实现非接触测量．而且精度高、分辨力高、可靠性好．加之半导体光敏器件具有体积小、重量轻、功耗低、便于集成等优点，因而广泛应用于军事、宇航、通信、检测与工业自动化控制等多种领域中。当前，世界上光电传感领域的发展可分为两大方向：原理性研究与应用开发。随着光电技术的日趋成熟，对光电传感器实用化的开发成为整个领域发展的热点和关键。从上述分析可知，现代信息技术的主体是光子技术与微电子技术．而光子技术与微电子技术结合，它们相互交叉、相互渗透与补充，就形成了光电信息技术，光电信息技术的主要内容是电一光信息转换和光一电信息的转换及其应用．是现代信息技术的基础和核心。 1 光电产业发展现状 1.1 光电产业概况 光电产业被认为是2l世纪全球经济发展的。战略性行业”之一，是一个比较庞大的产业，它涉及到了社会的方方面面。按综合传统习惯和近年来细分产业发展趋势，产业可以具体分为以下几方面： 1)液晶产业液晶产业的市场规模日益增长，TFT2LCD下游应用设备中液晶显示屏，笔记本电脑、液晶电视、手机需求都呈现出强劲的增长势头。 2)发光二极管显示屏产业LED显示屏行业是一个新兴的阳光产业。作为重要的现代信息发布媒体之一，它在证券交易、金融，交通、体育、舞台、广告等领域得到广泛应用。3)光电器件及照明产业LED照明器件可能是继煤油灯，电灯之后照明的第三次革命。LED原材料、外延、芯片、封装、应用及相关配套件，设备仪器仪表等已形成完整的产业链。但是目前，白光LED要真正进入家庭照明及商业场所照明还要一段时间，还要克服技术性能和成本两大障碍。 4)激光产业，国内从事激光器及激光应用设备生产的单位约500多家。激光及应用的销售集中体现在光存储，激光测距和准直、激光医疗设备以及激光加工设备等方面。激光行业正面临极好的发展时期。提倡技术创新和振兴现代制造业的科技兴国战略将带动激光加工设备、激光测量仪器、激光检测设备以及激光元器件等产品的研制和生产。 5)光学产业由于发达国家已基本退出光学冷加工行业，向现代光电技术和光学设计领域集中，因此全球光学冷加工产业向中国转移的格局已基本形成，大多聚集于珠三角和长三角地区。冷光学工业主要技术发展趋势有塑胶镜片、非球面镜技术，低熔点光学玻璃透镜模压成型技术。 1.2 全球光电产业的发展现状 美国政府一向以科技发展作为经济增长和军事发展，早已将光电子技术列入“美国国家关键技术”、“商务部新兴技术”和“国防部关键技术”的研究计划。1998年美国在亚利桑那州南部的Tucson，以亚利桑那大学为中心建立了“光谷”，“光谷”内企业约150余家，主要从事精密电子零件、电子设计软件研发和定位系统等。

光电检测技术与应用课后答案

第2章 1、简述光电效应的工作原理。什么是暗电流？什么是亮电流？P11 答：暗电流指的是在无光照时，由外电压作用下P-N结内流过的单向电流； 光照时，光生载流子迅速增加，阻值急剧减少，在外场作用下，光生载流子沿一定方向运动，形成亮电流。 2、简述光生伏特效应的工作原理。为什么光伏效应器件比光电导效应器件有更快的响应速度？P15 答：（1）光生伏特效应的工作基础是内光电效应.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。 （2）光生伏效应中，与光照相联系的是少数载流子的行为，因为少数载流子的寿命通常很短，所以以光伏效应为基础的检测器件比以光电导效应为基础的检测器件有更快的响应速度。 3、简述光热效应工作原理。热电检测器件有哪些特点？P15、P17 第3章 2、对于同一种型号的光敏电阻来讲，在不同光照度和不同环境温度下，其光电导灵敏度与时间常数是否相同？为什么？如果照度相同而温度不同时情况又会如何？ 3、为什么结型光电器件在正向偏置时，没有明显的光电效应？它必须在哪种偏置状态？为什么？ 答：因为p-n结在外加正向偏压时，即使没有光照，电流也随着电压指数级在增

加，所以有光照时，光电效应不明显。 p-n结必须在反向偏压的状态下，有明显的光电效应产生，这是因为p-n结在反偏电压下产生的电流要饱和，所以光照增加时，得到的光生电流就会明显增加。 5、光电导器件响应时间（频率特性）受哪些因素限制？光伏器件与光电导器件工作频率哪个高？实际使用时如何改善其工作频率响应？ 6、硅光电池的开路电压为什么随着温度的升高而下降？影响光电倍增管工作的环境因素有哪些？如何减少这些因素的影响？ 答：温度升高时，半导体的导电性将发生一定的变化，即少数载流子浓度随着温度的升高而指数式增大，相对来说多数载流子所占据的比例即越来越小，这就使得多数载流子往对方扩散的作用减弱，从而起阻挡作用的p-n结势垒高度也就降低。从Fermi能级的变化上来理解：温度越高，半导体Fermi能级就越靠近禁带中央（即趋于本征化），则两边半导体的Fermi能级之差也就越小，所以p-n结势垒高度也就越低，也就是开压降低。 光电倍增管的响应度受多方面的因素影响，比如：偏置电压的高低、环境光和温度变化等多方面因素的影响。无光时光电倍增管对光的响应度更趋于平稳，使实验数据也更具有可靠性。因此，无光环境是决定光电倍增管对微弱光信号的检测能力的重要因素之一。光电倍增管工作时由于阴极材料发热，这样对光电倍增管的响应度产生较大的影响，因此不稳定的工作温度对光电倍增管的响应度也会带来不同程度的影响。 降低光电倍增管的使用环境温度可以减少热电子发射,从而降低暗电流。另外,光电倍增管的灵敏度也会受到温度的影响。 10、简述光电耦合器件的工作原理？ 光电偶合器件（简称光耦）是把发光器件（如发光二极体）和光敏器件（如光敏三极管）组装在一起，通过光线实现耦合构成电—光和光—电的转换器件。 15、光生伏特器件有几种偏置电路?各有什么特点? (1)光生伏特器件有反向偏置电路，零偏置电路，自偏置电路。 (2)特点： 自偏置电路的特点是光生伏特器件在自偏置电路中具有输出功率，且当负载为最佳负载电阻时具有最大的输出功率，但是自偏置电路的输出电流或输出电压与入射辐射间的线性关系很差，因此在测量电路中好少采用自偏置电路。 反向偏置电路：光生伏特器件在反向偏置状态，PN结势垒区加宽，有利于光生载流子的漂移运动，使光生伏特器件的线性范围加宽，因此反向偏置电路被广泛应用到大范围的线性光电检测与光电变换中。

光电检测技术与应用(题)

第1、温度变化与自发极化强度有何关系？ 答：晶体的整体温度的微小变化ΔT产生自发极化强度Ps的变化可表示为ΔˉPs=ˉPΔT式中ˉP为热释电系数矢量，一般有三个分量Pi（i=1.2，3）Pi=dPsi∕dT(单位c∕㎡k) 在与电热释电晶体的自发极化强度Ps轴垂直的表面内出现的束缚电荷面密度等于Ps，晶体内部电荷中和束缚电荷的平均时间て=ε∕r这里ε为晶体的介电常数，r为晶体的电导率，多数热释电晶体て值在1——1000s之间。 第2、热电势探测器能否测量直流信号？为什么？ 答：用于人体的热释电探测器，它的工作波长为7——15μm，人体辐射为9μm，图中被测物体（或人体）所辐射的红外线经过遮光盘的调制产生调制频率为?的红外光照摄热释电晶体，当?>1∕て时，晶体内自由电荷来不及中和表面束缚电荷的变化结果就使在垂直于极化强度Ps的两端面间出现交流电压，在端面上敷以电极，并接上负载电阻就有电流通过，在负载R两端就有交流电压输出，设温度变化率为dT∕dt，极化强度Ps对时间的变化率为dPs∕dt，电极面积为A，则AdPs∕dt就相当于电路上的电流，于是电压输出与温度变化率成正比。 第3、硅光电池为什么使用梳状电池？ 答：梳状电极：大面积光敏面采用梳状电极可以减少光载流子的复合，从而提高转换率，减少表面接触电阻。 第4、为什么有些光敏二极管在制作PN结的同时还做出一个环极？ 答：无光照时反向电阻很大（MΩ级）只有打在PN结附近，使PN结空间电荷区（耗尽层）产生光生电子空穴对时它们与P区、N区的少数载流子一起在PN结内电场的作用下做定向移动形成光电流，此时它的反向电阻大为降低，一般只有1KΩ到几百欧，当负偏压增加时耗尽层加宽使光电流增大，灵敏度提高，光电流与入射光照度成线性关系。 光敏二极管的缺点：暗电流较大 为了减少无光照时反向漏电流（暗电流）的影响有些光敏二极管（如2DU型）在制作PN结的同时还做出一个环形的扩散层引出的电极称为环极，如图所示因环极电位比负极电位高所以反向漏电流（暗电流）直接从环极流过而不再经过负极从而可以减少负极与正极之间的暗电流。 第5、两种高速的光电二极管的结构特点和原理？（PIN、APD） 答：PIN光电二极管结构特点：P层和N层之间增加了一层很厚的高电阻率的本征半导I 增加I区优点：（1）因为I区相对的P区和N区是高阻，在反偏的工作情况下，它承受极大部分电压降，使耗尽区增大，这样展宽了光电转换有效工作区，使灵敏度增大（2）又因为PIN结光电二极管的工作电压是很高的反偏电压，使PIN结的耗尽层加宽，电场强光生电流加速因而大幅度减少了载流子在结构内漂移时间元件的响应速度加快 电路特点：反偏电压高 APD光电二极管结构特点：在光照时P+层受光子能量激发的电子从所带电跃迁到导带，在高电场作用下，电子从高速通过P层产生碰撞电离，形成大量新生电子空穴对，并且它们也从电场中获得高能量与从P+层来的电子一起再次碰撞P区的其他原子，又产生大批新生电子 第6、光纤传感器种类？ 答：光纤传感器一般可分为两大类：一类是功能型传感器，又称FF型光纤传感器，它是利用光纤本身的特性，把光纤作为敏感元件，既感知信息又传输信息，所以又称传感型光纤传感器。另一类是非功能型传感