光电复习资料配合杨永才光电信息技术教材

光点复习资料1.从能带理论出发解释什么是导体、半导体、绝缘体？（书P2）导体：那些最高能带未被完全填满的固体。半导体：价带和导带之间的能隙约为1eV或更小，比较容易用加热方法把电子从价带中激发到导带中的一些绝缘体。绝缘体：它们的最上面的价带是满的，同时和下一个空带之间有几个电子伏特能隙的固体。2.简述光电发射三大定律及性质。（书P4）光电发射第一定律：当入射的频谱成分不变时，光电阴极的饱和光电发射电流IK与阴极所吸收的光通量ΦK成正比。光电发射第二定律：发射出光电子的最大动能随入射光频率的增高而线性地增大，而与入射光的光强无关。光电发射第三定律：当光照射某一给定金属或某种物质时，无论光的强度如何，如果入射光的频率小于这一金属的红限ν0，就不会产生光电子发射。3.简述各种光电效应及光电器件制作机理。（书P4和P95）①光电发射效应：在入射光能量作用下，某些物体内的电子逸出物体表面，向外发射电子，用此原理制成的光电信息转换器件有光电倍增管、真空光电管、充气光电管。②光电导效应：在入射光线的作用下，半导体材料中的电子受到能量大于或等于禁带宽度的光子的激发，将由价带越过禁带跃迁到导带，从而使导带中电子浓度加大，材料的电阻率减小。基于这种原理的光电信息转换器件有光敏电阻等。③光生伏特效应：在入射光能量作用下能使物体产生一定方向的电动势。基于该效应制成的光电转换器件有光电池、光敏二极管、光敏三极管等。④光电热效应（热释电效应）：光照引起材料温度发生变化而产生电流，如热释电、碲镉汞等，这类器件称为热电探测器。4.简述辐射度学和光度学的区别。（书P12）辐射度学就是对光学辐射进行定量评价的一门实验科学。光度学就是根据人类视觉器官的生理特性和某些约定的规范来评价辐射所产生的视觉效应。5.光电检测中为什么要进行光调制？光调制的定义、种类？光强调制为例具体说明。（书P32）原因：为了使有用的光信号与它们区别开来，光信号应以某一频率变化，调制检测可消除探测器暗电流的影响，如果与光信号的调制特性相匹配，采用选频放大或锁相放大等技术方案，可有效抑制噪声，实现高精度检测。定义：使光信号的一个或几个特征参量按被传送信息的特征变化，以实现信息检测传送目的的方法。种类：强度调制、相位调制、偏振调制、频率和波长调制。光强度调制是以光的强度作为调制对象，利用外界因素使待测的直流或缓慢变化的光信号转换成以某以较快频率变化的光信号，这样，就可采用交流选频放大器放大。然后把待测的量连续测量出来。6.简述透镜、反射镜、柱面镜、场镜、球面镜、光楔作用。透镜：正透镜对光束起会聚作用，负透镜对光束起发散作用。（书P18）反射镜：反射镜能对光束起反射作用，可以作为照明系统或成像系统的主要元件使用。（书P26）柱面镜：柱面镜对一个点光源成像时，得到一条与母线方向一致的直线。（书P18）场镜：场镜可以提高边缘光束入射到探测器的能力，减少探测器的面积，可让出像面位置放置调制盘，使非均匀光照得均匀化。（书P21）球面镜：球面镜不产生色差，可用于光谱仪器中。（书P27）光楔：光楔可以用作光学测微器或补偿器，利用光楔移动或转动来测量或补偿微笑的角量或线量。（书P30）7.简述放大器的主要性能指标。（书P44）电子放大器的主要性能指标有增益、频率响应、非线性失真度和噪声指数等。具体见书。8.简述原子跃迁的三种过程。（书P65）①受激吸收：当外界入射光子能量hν近似等于E1与E2能级能量差，即hν=E2-E1，电子会吸收光子，由E1能级跃迁到E2能级。②自发辐射：在高能级E2上的电子是不稳定的，即使没有外界的作用，也会自发地跃迁到低能级E1上，释放出一个能量为hν=E2-E1的光子。③受激辐射：在高能级E2上的电子，受到入射光的作用，由高能级跃迁到低能级E1上，释放出一个能量为hν=E2-E1的光子。9.简述发光二极管光源和激光光源的区别。（书P67和P71）发光二极管是自发辐射发光，发射的是非相干光。激光光源是受激辐射发光，发射的是相干光。10.简述温度对激光器的影响。（书P75）激光器的阀值电流随温度升高而增大；外微分子量子效率随温度升高而减小。11.简述TN型液晶显示方式工作原理。（书P79）在透明电极基板间充入μm左右厚的Δε0向列液晶，构成三明治结构，使液晶分子的长轴在基板间发生90°连续的扭曲，制成扭曲向列（TN）排列的液晶盒，该液晶盒的螺距与可见光波长相比要大得多，垂直于电极基板入射的直线偏光的偏光方向，在通过液晶盒的过程中，将随液晶分子的扭曲发生90°旋光。12.简述光栅扫描的两种方式，并解释全电视信号的构成及电视制式。（书P88和书P202）光栅扫描方式有顺序扫描方式和飞越扫描方式，顺序扫描方式是按顺序在垂直方向是从左上向右下的扫描方式，隔行扫描时把一帧画面分成两场来扫描，两场扫描行组成的光栅相互交叉构成一整帧画面。全电视信号由亮度信号B、复合消隐信号A和复合同步信号S组成。B信号一般采用负极性视频信号，反映了一行中像素的明暗变化的情况；A信号分水平消隐和垂直消隐；S信号分行同步信号和场同步信号，保证摄像信号和电视信号的一致，校正电视机的扫描误差。电视制式：电视信号的标准简称制式，可以简单地理解为用来实现电视图像或声音信号所采用的一种技术标准。世界上主要使用的电视广播制式有PAL、NTSC、SECAM三种，中国大部分地区使用PAL制式。13.简述光电信息转换器件的主要特性和参数。（书P95）①光电特性：光电信息转换器件受光照时所产生的电流称光电流，光电流IΦ与入射于光电信息转换器件上光通量Φ的对应关系IΦ=F(Φ)，称为光电信息转换器件的光电特性。②光谱特性：对相同的入射光功率，光电流IΦ与入射光波长λ的关系IΦ=F(λ)称为光电信息转换器件的光谱特性.③伏安特性：光电流IΦ与光电信息转换器件两端电压U的关系IΦ=F(U)称为伏安特性。④频率特性：假定其他条件不变。光电流IΦ与入射光调制频率f的关系IΦ=F(f)称为光电转换器件的频率特性。⑤暗电流：光电信息转换器件加电压但不受光照时产生的电流称为暗电流，即Φ=0时光电信息转换器件输出的电流。⑥灵敏度：对于复色光，光电信息转换器件的光电流输出变化量ΔI与输入光通量变化量ΔΦ之比称为光电信息转换器件的积分灵敏度S。S=ΔI/ΔΦ14.试比较光电池的开路电压特性和短路电流特性，并画出光电池线性输出应用电路。光电池的开路电压的大小与入射光的强度的对数成正比，短路电流的大小与光强成线性关系。（图见书P107）（应用电路见书P110）15.简述光电倍增管、光敏电阻、光敏二极管的应用场合。光电倍增管是光电检测器件，用于检测微弱的光信号。（书P96）光敏电阻适宜于红外线光谱区工作，用于遥控设备。（书P101）光敏二极管在检测盒自动控制中用得较多。（书110）光敏三极管用于光控制电路。（书115）16.试比较PD、PIN、APD三种器件的性能。（见书光敏二极管部分）PD（光敏二极管）光照特性好，适用于检测方面应用，频率特性较好，灵敏度高，稳定性好，响应速度快。PIN比PD具有更高的光生电流效率和更高的响应速率，频带宽，线性输出范围宽。APD响应速度比PIN进一步提高，光生电流和电流增益高，灵敏度很高。17.简述线阵CCD测量工件尺寸的基本原理。（书P127）18.简述光电编码器测量角位移原理，并画出实物框图。（书P133）19.试用光耦设计三输入逻辑与门电路。（书P129）20.简述常用光电检测方法，并给出电机转速测量方法的具体实现。光电检测有直接作用法、差动法、补偿法和脉冲法等。直接作用法：受被测物理量控制的光通量，经光电接收器转换成电量后由检测机构直接得出欲测的物理量。差动法：利用被测量与某一标准量相比较，所得差或比反映了被测量的大小。补偿法：用光或电的方法补偿由被测量变化而引起的光通量变化，补偿器的可动元件联接读数装置指示出的补偿量值，补偿值得大小反映了被测量的大小。脉冲法：受被测量控制的光通量转换成电脉冲，其参数反映了被测量的大小。电机转速测量方法：（书P146频率法测速）21.简述PSD器件的特性，并阐述如何使用PSD测量旋转轴振动。光电位置敏感器件PSD：入射光点的强度和尺寸大小对PSD的位置输出信号均无关，PSD的位置输出只与入射光点的“重心”位置有关。PSD测量旋转轴振动（书P212）22.设计简单的光电继电器亮通控制电路。（书P163亮通光电控制电路）23.设计简单光源调制电路。（书P219LED光源调制电路）24.光纤通信系统的组成及原理。（书P174光纤通信原理及构成部分）