光電子技術(shù)作業(yè)解答(已改無錯字)
2022-08-10 21:26:17 本頁面
【正文】 端輸出，可達(dá)到108的增益。增益飽和效應(yīng)：當(dāng)輸出脈沖電子數(shù)約為3X108個時，增益就趨于飽和。引起飽和的物理原因是輸出端的負(fù)空間電荷場排斥來自管壁的二次電子，使其不能獲得足夠的動能再次碰撞管壁產(chǎn)生二次電子。作業(yè)十二光電導(dǎo)探測原理？基于什么效應(yīng)？答：光電導(dǎo)探測器基于內(nèi)光電效應(yīng)。即電子吸收光子能量后，從價帶激發(fā)到導(dǎo)帶，使光電導(dǎo)的電導(dǎo)率發(fā)生變化，即光敏電阻。光電導(dǎo)增益原理？答：增益指輸出電子與產(chǎn)生電子－空穴對數(shù)目的比值。光電導(dǎo)增益原理：起源于“電荷放大”效應(yīng)，半導(dǎo)體中的雜質(zhì)能級（位于禁帶中）會捕獲少數(shù)載流子，如N型（P型）光電導(dǎo)的空穴（電子）會被雜質(zhì)能級捕獲，使光電導(dǎo)帶正電（負(fù)電），而吸引負(fù)極（正極）的電子（空穴）進入光電導(dǎo)，在電場作用下漂移到正極（負(fù)極），這就相當(dāng)于增加了電子（空穴）的產(chǎn)生率。光電池與光電二極管的異同？答：pn結(jié)型光電二極管的結(jié)構(gòu)實際上與光電池完全相同，只是反向響應(yīng)而已。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、PIN、雪崩二極管的異同？答：三者都是基于pn結(jié)的結(jié)型光電探測器，工作在伏安特性曲線的第三象限。光電二極管結(jié)構(gòu)如下圖所示。光電二極管的反向偏置電壓主要施加在pn結(jié)的耗盡層上，而非耗盡層的P、N端的電壓降很小，電子在非耗盡區(qū)運動主要是靠濃度擴散，所以電子運動速度慢，導(dǎo)致普通pn結(jié)型光電二極管的響應(yīng)速度慢，響應(yīng)時間在107s量級。 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。所以，反偏置電壓近似均勻分布在整個PIN結(jié)上，電子在電場作用下快速漂移運動，減小了電子的渡越時間，提高了響應(yīng)速度。響應(yīng)時間在109s量級。 雪崩二極管的結(jié)構(gòu)和普通二極管的類似，只是在pn結(jié)區(qū)增加了一個保護環(huán)，以提高pn結(jié)的反向擊穿電壓。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)的電場強度達(dá)105伏/厘米，光生電子在強電場加速下，獲得高的動能，當(dāng)與晶格發(fā)生碰撞時，使晶格電離形成二次電子。二次電子再被強電場加速，再次與晶格碰撞，使其電離產(chǎn)生二次電子，這個過程繼續(xù)下去，稱為雪崩過程，雪崩過程使電子數(shù)劇增，產(chǎn)生大的增益。雪崩型光電二極管，它既響應(yīng)快，又具有高的增益。所以具有高的光電靈敏度，接近光電倍增管。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能增強二合一功能的電子透鏡或MCP將光電子圖象增強并成象到熒光屏上，轟擊熒光屏發(fā)出足夠亮度的可見光譜圖象。結(jié)構(gòu)也類似，即由輸入系統(tǒng)、電子光學(xué)成象和增強系統(tǒng)、輸出系統(tǒng)和真空外殼組成。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，而象增強器則是增強微弱圖象到可視亮度的成象器件。即變象管改變的是圖象光譜的波長（即單個光子的能量），而象增強器改變的是圖象的光強（即光子數(shù)）。2．選通式變象管的結(jié)構(gòu)，工作原理，優(yōu)點？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，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。用光纖面板實現(xiàn)平面球面的轉(zhuǎn)換。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，變象管截止，而比陰極電壓高175V時，變象管導(dǎo)通。優(yōu)點：與脈沖照明光同步工作，只接受來自確定距離的景物的反射光信號，而此景物前后的反射光（信號和噪聲）被阻止。所以信噪比高。通過掃描柵極脈沖電壓相對于照明脈沖光的延遲時間，就可以選擇觀察不同距離的景物。3． 象管與攝象器件的異同？答：相同點：兩者均是針對圖象的轉(zhuǎn)換器件。對光圖象的處理，均經(jīng)由光電轉(zhuǎn)換來完成。其結(jié)構(gòu)中均包括光電轉(zhuǎn)換元件。不同點：兩者光轉(zhuǎn)換的目的和結(jié)果不同。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。而攝象器件的目的是實現(xiàn)圖象的存儲、傳輸，因此光電轉(zhuǎn)換之后，最終將電信號進一步轉(zhuǎn)換存儲或進行傳輸。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。光電導(dǎo)靶兼做光電轉(zhuǎn)換和電信號存儲元件。電子槍做掃描讀出器件。結(jié)構(gòu)如下圖：工作過程：（1） 電子束掃描光電導(dǎo)上所有象素，并帶相同負(fù)電。而信號輸出面加正電，所以光電導(dǎo)內(nèi)形成電場，方向指向負(fù)極。（2） 學(xué)圖象照射光電導(dǎo)靶，使光電導(dǎo)內(nèi)產(chǎn)生電子空穴對，在電場作用下，電子漂向正極，流入電源。而空穴漂向負(fù)極，與原來掃描時留下的電子復(fù)合，使負(fù)極電位升高。（3） 由于不同象素上的光強度不同，所以，負(fù)極電位升高量不同，這樣光學(xué)亮暗圖象就轉(zhuǎn)換為負(fù)極的電位高低分布圖。保存時間由漏電流大小確定。（4） 電子束掃描讀出電位圖象，并重新初始化光電導(dǎo)陰極電位。電子束再次掃描光電導(dǎo)，將陰極電位初始回低電位，就會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，此電壓信號的大小正比于被充電光電導(dǎo)象素的陰極電位高低。作業(yè)十四1. CCD的含義？CCD以何種方式存儲信號？答：CCD，即Charge Coupled Device，電荷耦合器件。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，形成勢阱，來存儲電荷信號。2. 線陣和面陣CCD各有哪些結(jié)構(gòu)、優(yōu)缺點？說明為何兩相線陣CCD不能采用并行轉(zhuǎn)移？答：線陣CCD器件，根據(jù)轉(zhuǎn)移寄存器的結(jié)構(gòu)，可分為單線和雙線結(jié)構(gòu)。單線結(jié)構(gòu)CCD，轉(zhuǎn)移寄存器與感光
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