光電子技術(shù)作業(yè)解答-閱讀頁
2024-08-01 21:26本頁面
【正文】 于“電荷放大”效應(yīng)，半導(dǎo)體中的雜質(zhì)能級(jí)（位于禁帶中）會(huì)捕獲少數(shù)載流子，如N型（P型）光電導(dǎo)的空穴（電子）會(huì)被雜質(zhì)能級(jí)捕獲，使光電導(dǎo)帶正電（負(fù)電），而吸引負(fù)極（正極）的電子（空穴）進(jìn)入光電導(dǎo)，在電場(chǎng)作用下漂移到正極（負(fù)極），這就相當(dāng)于增加了電子（空穴）的產(chǎn)生率。如圖所示，光電二極管被反偏置，即工作在伏安特性曲線的的第三象限，而光電池工作在第四象限。光電二極管結(jié)構(gòu)如下圖所示。 PIN型光電二極管的結(jié)構(gòu)如下圖所示，它由P、N型半導(dǎo)體間夾一本征半導(dǎo)體層，而P、N端的厚度很薄。響應(yīng)時(shí)間在109s量級(jí)。雪崩二極管的工作原理：施加接近反向擊穿電壓的反向偏置電壓，使耗盡區(qū)的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)105伏/厘米，光生電子在強(qiáng)電場(chǎng)加速下，獲得高的動(dòng)能，當(dāng)與晶格發(fā)生碰撞時(shí)，使晶格電離形成二次電子。雪崩型光電二極管，它既響應(yīng)快，又具有高的增益。作業(yè)十三1． 變象管與象增加器的異同？答：相同之處：兩者都屬象管，基本原理類似，即利用光電陰極將可見或不可見圖象轉(zhuǎn)換為光電子圖象，利用具有成象和電子動(dòng)能增強(qiáng)二合一功能的電子透鏡或MCP將光電子圖象增強(qiáng)并成象到熒光屏上，轟擊熒光屏發(fā)出足夠亮度的可見光譜圖象。相異之處：變象管是把不可見光譜圖象轉(zhuǎn)化為可見圖象的成象器件，而象增強(qiáng)器則是增強(qiáng)微弱圖象到可視亮度的成象器件。2．選通式變象管的結(jié)構(gòu)，工作原理，優(yōu)點(diǎn)？答： 結(jié)構(gòu)如下圖工作原理：錐形聚焦電極產(chǎn)生固定焦距的準(zhǔn)球形靜電場(chǎng)，物象共軛面接近球面，象的位置和放大率與兩極間電壓無關(guān)，完全由電極形狀決定。在陰極前增加了控制柵極,當(dāng)柵極電壓低于陰極電壓－ 90V時(shí)，變象管截止，而比陰極電壓高175V時(shí)，變象管導(dǎo)通。所以信噪比高。3． 象管與攝象器件的異同？答：相同點(diǎn)：兩者均是針對(duì)圖象的轉(zhuǎn)換器件。其結(jié)構(gòu)中均包括光電轉(zhuǎn)換元件。象管轉(zhuǎn)換的圖象最終由人眼觀察，因此光電轉(zhuǎn)換后使光電子轟擊熒光屏，最終產(chǎn)生有足夠亮度的可見光譜圖象。4. 光電異攝像管的結(jié)構(gòu)與工作原理？答：光電導(dǎo)攝像管由光電導(dǎo)靶和掃描電子槍組成。電子槍做掃描讀出器件。而信號(hào)輸出面加正電，所以光電導(dǎo)內(nèi)形成電場(chǎng)，方向指向負(fù)極。而空穴漂向負(fù)極，與原來掃描時(shí)留下的電子復(fù)合，使負(fù)極電位升高。保存時(shí)間由漏電流大小確定。電子束再次掃描光電導(dǎo)，將陰極電位初始回低電位，就會(huì)引起充電電流流過負(fù)載電阻，并通過負(fù)載電阻轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，此電壓信號(hào)的大小正比于被充電光電導(dǎo)象素的陰極電位高低。CCD是通過其MOS結(jié)構(gòu)，控制金屬的柵極電壓，引起半導(dǎo)體能帶傾斜，形成勢(shì)阱，來存儲(chǔ)電荷信號(hào)。單線結(jié)構(gòu)CCD，轉(zhuǎn)移寄存器與感光單元并行排列，兩者間通過轉(zhuǎn)移柵連接。面陣CCD為二維成象器件。缺點(diǎn)：幀轉(zhuǎn)移時(shí)間較長(zhǎng)，信號(hào)串?dāng)_ (smear) 較嚴(yán)重。行間傳輸結(jié)構(gòu)CCD中，光敏CCD列與暫存CCD列交替排列，一列光敏元和一列暫存CCD夾一個(gè)垂直轉(zhuǎn)移柵，組成一組。兩相線陣CCD不能并行轉(zhuǎn)移：電荷轉(zhuǎn)移開始前，要求轉(zhuǎn)移到的目標(biāo)單元必須處于“空閑”狀態(tài)，即目標(biāo)單元必須先把自身的電荷轉(zhuǎn)移出去，處于“無信號(hào)”狀態(tài)，才能再接收新的信號(hào)。對(duì)于兩相線陣CCD，此時(shí)按離放大和濾波電路從遠(yuǎn)到近排序，設(shè)帶電荷單元為1，3，5……，不帶電荷單元為2，4，6……。但如果是并行轉(zhuǎn)移，則實(shí)際上3單元中的信號(hào)此時(shí)也正在向4單元轉(zhuǎn)移，而并未達(dá)到“空閑”狀態(tài)。所以，在兩相線陣CCD中，只能采用串行轉(zhuǎn)移，將信號(hào)一個(gè)個(gè)傳送出去，把3單元的電荷轉(zhuǎn)移了之后，才能從1 單元向2單元轉(zhuǎn)移電荷。3. 分析下圖所示濾波電路的幅頻特性。此濾波電路為帶通濾波器。而相關(guān)法提供在時(shí)間域中提取微弱信號(hào)的方法。作業(yè)十五1. 取樣積分器提高信噪比的原理？答：取樣積分器直接利用信號(hào)和零均值隨機(jī)噪聲具有不同的二級(jí)統(tǒng)計(jì)特性，通過多次累加，提高信噪比，實(shí)現(xiàn)微弱周期信號(hào)的檢測(cè)。2. 取樣積分器與光子計(jì)數(shù)器所檢測(cè)的微弱信號(hào)有何異同？答：光子計(jì)數(shù)是一種絕對(duì)微弱但高信噪比信號(hào)的靈敏檢測(cè)技術(shù)，而鎖相放大和積分累加是低信噪比的相對(duì)微弱信號(hào)的靈敏檢測(cè)技術(shù)。而光子計(jì)數(shù)器測(cè)量的信號(hào)則是信號(hào)本身強(qiáng)度極其微弱（因此探測(cè)器輸出的不是連續(xù)信號(hào)，而是脈沖序列），但信噪比高。將傳統(tǒng)光譜儀的出射狹縫改為出射孔，設(shè)置陣列探測(cè)器件在出射孔處同時(shí)測(cè)量不同波長(zhǎng)的光強(qiáng)。對(duì)于弱信號(hào)，也可以通過陣列探測(cè)器多次累加信號(hào)，獲得強(qiáng)的、高信噪比光譜信號(hào)。答：（1）測(cè)量上限由探測(cè)器的渡越時(shí)間偏差確定，數(shù)學(xué)表示為：它反映了實(shí)現(xiàn)光子計(jì)數(shù)的第一個(gè)重要前提：光電倍增管渡越時(shí)間足夠短，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于光子數(shù)目的電脈沖數(shù)，對(duì)電脈沖的計(jì)數(shù)才能表征光子數(shù)目，即弱光強(qiáng)度。數(shù)學(xué)表示為：這個(gè)下限反映了實(shí)現(xiàn)光子計(jì)數(shù)的另一個(gè)重要前提：信號(hào)脈沖相對(duì)于背景噪聲脈沖有足夠的信噪比。此時(shí)，通常的線性光學(xué)參數(shù)中包含與光的場(chǎng)強(qiáng)有關(guān)的項(xiàng)。由于P為E的偶函數(shù)，當(dāng)E改變?yōu)镋時(shí)，P不變，所以，若介質(zhì)為具有中心反演對(duì)稱結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，c(2)也不隨外電場(chǎng)方向變化，結(jié)果P不隨外電場(chǎng)變化，即，不具有二階非線性效應(yīng)。自己推導(dǎo)正單軸晶體的二類共線倍頻匹配角公式。稱Dk=0為滿足相位匹配條件。當(dāng)滿足條件時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)o+e174。將B（）點(diǎn)坐標(biāo)帶入橢圓方程中最后可得 ABZOAkw，k2wqYX軸作業(yè)十七1. 導(dǎo)出正單軸晶體參量放大中二類相位匹配的相位匹配角公式？解：設(shè)正常色散。（本題答案摘自佘衛(wèi)龍老師《非線性光學(xué)》課程講義）2. 光學(xué)參量過程與光學(xué)倍頻過程的異同？答：相同點(diǎn)：兩者均為光學(xué)二次諧波效應(yīng)，即二階非線性效應(yīng)，其作用原理均可以用二階非線性耦合波理論來解釋。而光學(xué)倍頻，則是由低頻率的激光產(chǎn)生高頻率
物理相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1