光电探测及信号处理复习总结华科
27页1、1,光电探测与信号处理 复 习 总 结,第一部分 光电探测器的物理基础,2,(第1章,第2章),1. 光电效应和热电效应,3,各种效应的原理、特点 各种效应的比较 典型的代表器件,重点掌握:,(1)光电效应,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。 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,4,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。,2)光生伏特效应,5,1)光电导效应,本征光电导效应,非本征(杂质)光电导效应,扩散和漂移,3)光子牵引效应,4)光磁电效应,内光电效应:,(2)热电效应,电阻温度效应 温差电效应 热释电效应,6,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,从而使材料电学参量发生变化。,特点:光谱范围宽、无选择性,7,8,(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,9,K
2、m683 lm/W ,亦称光功当量,(2)光谱效率函数V()、光谱光视效能Km的定义及应用,10,3. 黑体辐射定律,(1)普朗克定律:黑体光谱辐射出射度Meb(,T )是黑体温度T和波长的函数,Meb(,T),(2) 斯忒藩-波尔兹曼辐射定律,11,(3) 维恩位移定律,(m),Wcm-2.m-1,(1) 有关响应方面的性能参数,响应率 单色响应率 积分响应率 频率响应率 响应时间和上限频率 量子效率,12,电压响应率,电流响应率,4. 光电探测器的性能参数,(2)有关噪声方面的参数,13,噪声种类 信噪比(SN) 噪声等效功率(NEP) 探测率D与比探测率D*,NEP(500,400,1),黑体D*(T,f,1) 单色D*(,f,1),第二部分 光电探测器,14,(第3章第7章),1 光电子发射探测器,15,(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 (3)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,2 PC器件,16,(1) 器件工作原理:内增益特性、灵敏
3、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,3 PV器件,17,(1)结合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),4 热电探测器,18,(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 热电偶:开路电压和温度的关系、频率特性 测辐射热计:金属和半导体;波长特性、频率特性 热释电器件:掌握只能测交变信号的原因,5 成像器件,19,(1) CCD 注入、存储、转移、输出的原理。 线阵CCD工作原理及波形图(单沟道或双沟道)。 (2)CMOS 工作原理。 与CCD的比较。,6 探测器性能比较,单元光电探测器的性能及应用比较 光谱响应范围 频率特性 外加偏压 探测率,20,21,7 光电探测器的偏置,22,重点恒流型(饱和型)伏安曲线类型的相对应的器件的偏置计算,掌握直流计算方法,第三部分 光电信号处理,23,(第10章),24,一、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,25,二、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 锁定放大器的抑噪机理 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,第四部分 光学信号的调制与变换,26,(第8章第9章),27,1. 调制的基本概念 广义调制和二次调制 2. 调制方法 AM,PM,FM 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。,
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