光电检测技术与应用.pdf

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1、第2章光电效应1)绝缘体的禁带比较宽，价带被电子填满，而导带一般是空的。半导体的能带与绝缘体相似，在理想的热力学温度零度下，也有被电子填满的价带和全空的导带，但其禁带比较窄。2)能带的状况有两种：一种是它的价带没有被电子填满，即最高能量的电子只能填充价带的下半部分，而上半部分空着；另一种是它的价带与导带相重叠。3)电子运动的三个重要特点：1.电子绕核运动，具有完全确定的能量，这种稳定的运动状态称为量子态。每一量子态所取得确定能量称为能级。最里/外层的量子态，电子距原子核最近/远，受原子核束缚最强/弱，能量最低/高。2.由于微观粒子具有粒子与波动的两重性，因此，严格说原子中的电子没有完全确定的轨

2、道。3.在一个原子或由原子组成的系统中，不能有两个原子同属于一个量子态，即在每一个能级中，最多只能容纳两个自旋方向相反的电子，这就是泡利不相容原理。此外，电子首先填满最低能级，而后依次向上填，直到所有电子填完为止。4)导带和价带的导电情况：导带的电子愈多，其导电能力愈强；价带的电子的空位愈多，即电子愈少，其导电能力就愈强。5)在硅晶体中，硅有4个价电子，V族元素（磷、砷、锑）的原子取代了硅原子的位置形成N型半导体；在硅晶体中，当具有3个价电子的III族元素（硼、铝、镓、铟）的原子取代硅原子的位置形成P型半导体。6)所谓“结”，严格地说是指其中的过渡区。7)半导体对光的吸收：本征吸收、杂质吸

3、收、激子吸收、自由载流子吸收、晶格吸收。8)光电导效应可以分为本征光电导效应与杂质光电导效应。9)什么是光生伏特效应？有哪几类？那种光电器件属于光生伏特效应？光生伏特效应是基于半导体PN结基础上的一种将光能转换成电能的效应。光生伏特效应分为三类：丹倍效应、光磁电效应及光子牵引效应。光电器件：光敏二极管、光敏三极管、光电池等。10)外光电效应中，发射出的光电子最大动能与光强是否有关，为什么？无关。电子动能是光子能量减去溢出能后剩下的。因此，外光电效应只与光子能量有关，而光子能量只与频率有关。光强只是表示光能的能量，如果光子能量一定，光强只表示每秒通过多少光子。11)要从电子逸出功为2.4eV金属

4、中产生光电子发射，求：(i)所需入射光的最低频率是多少？(ii)若入射光的波长为300nm时，则发射出来的光电子的最大动能是多少？(i)根据光电发射效应中光电能量转换的基本关系：所需的最低频率就是使光电子逸出的初始动能为0，则：(ii)根据光电发射效应中光电能量转换的基本关系：12)某光电阴级在波长为520nm的光照射下，光电子的最大动能为0.76eV，此光电阴极的逸出功是多少？根据光电发射效应中光电能量转换的基本关系：第三章光电检测器件1)普通二极管工作在正向电压大于0.7V的情况下，而光敏二极管则必须工作在这个电压一下，否则不会产生光电效应。2)一维的PSD器件的位置分辨率可高达。3)试述

5、光电倍增管（PMT）的构成及工作原理。PMT由光入射窗、光电阴级、电子光学系统、倍增极和阳极等部分组成。当光子入射到光电阴极面上时，只要光子的能量高于光电发射阈值，光电阴级就将产生电子发射。发射到真空中的电子在电场和电子光学系统的作用下，经电子线束器电极F会聚并加速运动到第一倍增极D1上，第一倍增极在高动能电子的作用下，将发射比入射电子数目更多的二次电子。第一倍增极发射出的电子在第一与第二倍增极之间电场的作用下高速运动到第二倍增极。同样，在第二倍增极上产生电子倍增。以此类推，经N级倍增极倍增后，电子被放大N次。最后，被放大N次的电子被阳极收集，形成阳极电流Ia，Ia将在负载电阻RL上产生电压降

6、，形成输出电压Uo。4)在微弱辐射作用下光电导材料的光电导灵敏度有什么特点？为什么要把光敏电阻的形状造成蛇形？光电导灵敏度与两电极间距离有关，即为了提高光电导灵敏度，要尽可能地缩短光敏电阻两电极间的距离。为了提高光敏电阻的灵敏度，即电极间距（蛇形光电导材料的宽度）很小。5)某光敏电阻与负载电阻串接入12V直流电源上，无光照时上输出电压为20mV，有光照时上输出电压为2V，试求：(i)光敏电阻的暗点流阻值和亮电阻值为多少？(ii)若光敏电阻的光电到灵敏度为，求光敏电阻上所受的光照度。(i)无光照时，串联电路中的电流为则暗点流电阻为：有光照时，串联电路中的电流为：则亮电流电阻为：(ii)该光敏电阻

7、的光电导为：由光电导灵敏度：得：6)已知CdS光敏电阻的暗电流电阻，在照度为100lx时亮电阻，用此光敏电阻控制继电器，如图3-116所示，如果继电器的线圈电阻为，继电器的吸合电流为2mA，问需要多少照度时才能使继电器吸合？如果需要在400lx时继电器才能吸合，则此电路需要作如何改进？(i)该光敏电阻的光电导为：光电导灵敏度为：因为继电器线圈电阻为，吸合电流为2mA，所以继电器所分得的电压为8V，