光电探测技术

第一章：

1，光电检测系统的基本组成及各部分的主要作用？

光源——光学系统——被测对象——光学变换——光电转换——电信号放大与处理[存储，显示，控制]

作用：光学变换：将被测量转换为光参量，有时需要光信号的匹配处理，目的是更好的获得待测量的信息。

电信号放大与处理的作用：存储，显示，控制。

第二章：

1、精密度、准确度、精确度、误差、不确定度的意义、区别。

答：精密度高指偶然误差较小，测量数据比较集中，但系统误差大小不明确；

准确度高指系统误差较小，测量数据的平均值偏离真值较少；

精确度高指偶然误差和系统误差都比较小，测量数值集中在真值附近；

误差=测量结果-真值；不确定度用标准偏差表示。

2、朗伯辐射体的定义？有哪些主要特性？

答：定义：辐射源各方向的辐亮度不变的辐射源。特性：自然界大多数物体的辐射特性，辐亮度与观察角度无关。

3、光谱响应度、积分响应度、量子效率、NEP、比探测率的定义、单位及物理意义。

答：灵敏度又叫响应度，定义为单位辐射度量产生的电信号量，记作R，电信号可以是电流，称为电流响应度；也可以是电压，称为电压响应度。对应不同辐射度量的响应度用下标来表示 。辐射度量测量中，测不同的辐射度量，应当用不同的响应度。

对辐射通量的电流响应度(AW-1 )

对辐照度的电流响应度(AW-1 m 2 ) E

对辐亮度的电流响应度(AW-1 m 2 Sr)L

量子效率：在单色辐射作用于光电器件时，单位时间产生的的光电子数与入射的光子数之比，为光电器件的量子效率。

NEP：信噪比等于1时所需要的最小输入光信号的功率。单位：W。物理意义：反映探测器理论探测能力的重要指标。

比探测率：定义 ；物理意义：用单位探测系统带宽和单位探测器面积的噪声电流来衡量探测器的探测能力。

第三章：

1、光源的分类及各种光源的典型例子；相干光源和非相关光源包括哪些？

答：按照光波在时间、空间上的相位特征，一般将光源分成相干光源和非相干光源；按发光机理可分为：热辐射光源，常用的有：太阳、黑体源、白炽灯，典型军事目标辐射；气体辐射光源，广泛用作摄影光源；固体辐射光源，用于数码、字符和矩阵的显示；激光光源，应用：激光器。相干光源：激光；非相关光源：普通光源。

2、对一个光电检测系统的光源通常都有哪方面要求？

答：1.波长（光谱）特性2.发光强度 （光功率）3.光源稳定性（强度、波长）

3、辐射效率和发光效率的概念及意义

答：在给定λ1～λ2波长范围内，某一辐射源发出的辐射通量与产生这些辐射通量所需比，称为该辐射源在规定光谱范围内的辐射效率；某一光源所发射的光通量与产生这些光通量所需的电功/率之比，就是该光源的发光效率。

4、色温，配光曲线的概念及意义

答：色温：如果辐射源发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射出的光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源的色温。

配光曲线表示一个灯具或光源发射出的光在空间中的分布情况。意义：记录了灯具在各个方向上的光强。

5、热光源的主要特点是什么？

答：1.发光特性（光谱分布、出射度、亮度）可以用普朗克公式估算。2.发出连续光谱，谱宽很宽，适应性强。

3.大多属于电热型，可以通过控制输入电量控制发光特性。

6、大气窗口的概念及作用。

答：大气窗口即透过率较高的波段。作用：有效地利用大气窗口可增加光电探测系统的工作距离。

7、激光器的性能特点

答：优点：1.高方向性2.单色性好3.相干性好4.高亮度。缺点：体积比较庞大

8、光强标准器的结构，工作原理及光度标准的传递方法

答：光强标准器是一个被定义在铂熔点温度(2046.05K)的黑体辐射器。

工作原理：光强标准器是采用1MHz高频感应炉来加热的，熔化铂需要7kw的电功率，铂 2046． 05K的温度下熔化。该装置可维持铂转相的时间约20分钟以上，测量就在这段时

间内进行。在这段时间中由于温度没有变化，腔口辐射量也应维持不变，这时小孔的亮度为60cd／cm2，对应发光强度为1.06×10-4cd。

传递方法：由光度标准器向外传递的光度标准将寄存在特制的钨丝白炽灯．即标准灯中。利用目视光度计进行传递，通过对标准灯的光强度校准，从而将标准通过标准灯传出。

第四章：

1，光电探测器与热电探测器的工作原理及性能对比？

光电探测器：利用光电效应，把入射到物体表面的辐射能直接变换成可测量的电量。

热电探测器：探测器接收光辐射，先引起温度升高，再使探测器的某些电学量发生变化，如电阻或电容发生变化、

或者表面电荷发生变化，或产生电动势。

性能对比：光电探测器：探测灵敏度高（探测能力，响应波长范围，响应速度），对波长探测选择敏感，多数工作在低温环境下，需要制冷。

热电探测器：与光电探测器相反，可以在室温下工作。

2，热敏电阻与光敏电阻的区别？

热敏电阻定义：凡吸收入射辐射后引起温升而使电阻值改变，导致负载两端电压的变化，并给出电信号的器件。

半导体对光的吸收——本征和杂质吸收——产生光生载子——光电导率变化，伴随少量的热能产生——光敏电阻。

半导体对光的吸收——晶格吸收，自由电子吸收——不产生光生载子——热能产生，温升导致电阻值变化——热敏电阻。

为了提高热敏电阻的吸收系数，常对其表面进行黑化处理。

热敏电阻的特点

A、热敏电阻的温度系数大， 灵敏度高，热敏电阻的温度系数常比一般金属电阻大10～ 100倍。

B、结构简单，体积小，可以测量近似几何点的温度。

C、 电阻率高，热惯性小， 工作温度范围宽，适宜做动态测量。

D、 光谱响应基本上与入射辐射的波长无关

E、阻值与温度的变化关系呈非线性。

F、 稳定性和互换性较差

3，热释电器件的优缺点和使用中的注意事项？

优点：无波长选择性，可工作于室温

缺点：响应速度慢，只能测量变化的辐射

注意事项：

1.热释电器件不同于其他光电器件，在恒定辐射作用的情况下输出的信号为零, 只有在交变辐射的作用下才会有

信号输出。

2.只要使热释电晶体的温度在面束缚电荷被中和掉之前因吸收辐射而发生变化，即入射辐射调制频率f>1/τ

时，才会有热释电信号输出—— 非平衡器件。

4，光电探测器的选用原则？

1.与辐射源及光学系统在光谱特性上匹配；

2.光电转换特性或动态范围与入射辐射能量匹配；（对微弱信号，要有足够比探测率；入射光通量变化中心取在线性范围内；）

3.当测量调制或脉冲光信号时，需考虑探测器的响应时间或频率响应范围。（时间响应与入射光信号的调制形式、信号频率及波形匹配，以确保变换后的信号不产生频率失真引起的输出波形失真。变换电路的频率响应特性也要与之匹配。）

4.探测器的最小分辨率，即考虑等效噪声功率、所产生电信号的信噪比。

5.当测量的光信号幅值变化时，需考虑探测器输出的信号的线性程度。

6.光电器件与变换电路必须与后面的应用电路的输入阻抗良好地匹配，以保证具有足够大的变换系数、线性

范围、信噪比及快速的动态响应。

7.稳定性和使用环境。器件参数应高于使用环境要求，并留有足够余地，并保证器件工作在额定使用条件范

围内。

8.其它：测量精度、测量方式等在设计光电检测系统时，无法保证上述要求都满足，

因此需根据测量要求反复比较各种探测器的主要特性参数，然后选定最佳的器件。

5，一般变光度方法的优缺点？

1.吸收滤光片：优点：简单方便 。缺点：加入后会引起像点位移；中性程度不高

2.薄膜滤光片 特点：窄光谱，可实现偏振态改变或光分离器

3.筛网优点：很宽的光谱范围内的均匀性较好，不会使光学像发生位移，对偏振态无影响。

可使筛网相对于光轴产生不同倾斜来调整其透射比。

缺点：改变了光能在光束截面上的分布

4.膜片光阑或狭缝：优点：很宽的光谱范围内的均匀性较好，不会引起像点的移动，不改变偏振态。

缺点：衰减量与光束横截面上的分布特性有关，精度低。

5.偏振减光器：优点：连续减光，精度较高，不会引起像点的移动。

缺点：有波长选择性（偏振度、吸收都与波长有关），改变偏振态，不能完全消光。

6.镜面反射器：优点：可采用多次镜面反射，扩大变光度的范围，精度较高。

缺点：有波长选择性（折射率与波长有关），改变偏振态，改变光束方向

7.漫反射减光器：优点：在可见光和近红外区域有较好的衰减均匀性

应用：改变了入射光的几何形状、能量分布及偏振信息，常用于纯通量的衰减

6，积分球的材料及基本工作原理？

积分球通常由两个半球的外壳相接而成，按需要在球面上开若干个小孔，内部还可附加挡板，反射镜及光陷阱等，球内壁涂敷反射系数极高，且漫射性能极好的材料，常用氧化镁（反射比较高，光谱性能不稳定），硫酸钡。

工作原理：光线由输入孔入射后，光线在球内部被均匀的反射及漫射，在球面上形成均匀的能量分布，因此输

出孔所得到的光线为非常均匀的漫射光束。而且入射光的入射角度、空间分布、以及偏振特性都不会对输出的光束照度和均匀度造成影响。

7，什么情况下要考虑光谱校正？

在某些系统中，要求探测器与光源具有某种特定的光谱特性，而实际上不具备这样的特性，这就需要把它们的光谱特性进行必要的校正。

8，滤光片的主要特性参数及定义？

按照滤光特性分为长波通、短波通、带通和带阻四大类。性能：最大透过率和截止波长

截止波长：最大透过率一半处，对应的波长。带通和带阻类：性能由最大透过率、 中心波长和带宽描述

中心波长：最大透过率处的波长。带宽：最大透过率一半处，对应的两波长之差。

按照滤光特性分为长波通、短波通

9，光谱模板校正法的工作原理？

光束经棱镜分光后，在物镜1的焦面上产生光谱带，在该平面上附加模板m，将模板按需要做成一定形状，使各谱线的通光宽度按校正要求变窄，再经物镜2将光会聚后，由光电探测器接收。该方法对光源光谱或探测器光谱都能进行校正，精度很高，机构将较为复杂。

第五章

1光电探测中的光学系统的主要功能（1收集待测目标光辐射通量2观察或瞄准目标3确立目标方位4实现大视唱捕获目标与成像）

2景深的概念，如何调整（被摄景物中能产生清晰物象的最近点与最远点之间的距离 要拍摄小景深的照片， 如特定镜头，应选择长焦距、小光圈，对准距离近。要拍摄大景深的照片， 如远景镜头，应选择短焦距、大光圈，对准距离远。）

3物镜按照光学结构分为哪几类（1折射式优点封闭的镜筒减弱了空气流动对成像质量的破坏，同时保护了光学镜头。不需要额外的维护费用。

缺点价格较昂贵。同样口径下，折射式望远镜更重、更长、体积更大。2反射式优点：反射镜的造价比透镜低的多。

缺点：开放的镜筒式的空气可以流通，这样不仅会影响到成像的稳定度，而且一些尘埃会随着流动的空气进入镜筒并附着在物镜上，长此以往会破坏物镜表面的镀膜，使其反射力下降。由于这种结构的物镜比较容易破裂，所以使用的时候需要倍加小心 3折反式 ）

4什么是场景，基本工作要求是什么，在光电探测系统中使用场镜有什么好处（工作在物镜附近的透镜，作用：1提高边缘光束入射到探测器的能力2减小探测器的面积3使探测器光敏面上的光照均匀化4使用使用平像场镜时可获得平场像面5场镜放置在像面附近好让出像面位置放置调盘）

5横向莫尔条纹的特点及辩向原理（）

同步性；光栅移动一个栅距莫尔条纹移动一个间距且方向对应

当指示光栅沿与栅线垂直的方向作相对移动时，莫尔条纹则沿光栅刻线方向移动（两者的运动方向相互垂直）；指示光栅反向移动，莫尔条纹亦反向移动。在图中，当指示光栅向右移动时，莫尔条纹向上运动。

6绝对式编码器与增量式编码器在结构及性能上的对比（绝对有固定零位，增量无固定零位。）

第六章

1调制技术在光电探测中的意义（1可以减少自然光或杂散光对检测结果的影响2可以消除光电探测器暗电流对检测结果的影响3有效抑制噪声实现高精度测量4扩大应用范围获得更多信息）

2光源调制的基本概念，内外调制的比较（调制：将简单的直流信号转换为特定形式的交变信号。内调制：直接用电调制信号来控制半导体光源的振荡参数，优：实现简单，缺：调制速率受限。外调制：通过外加的光调制器对光波的幅度频率及相位等进行调制，优：适合高速率，应用较多。缺：系统相对复杂）