《光电子技术》狄红卫版 下载本文

Ip11

=ε0?(σ?ε)Ik 11

=0.98?(4?0.95)

6

?2.34?10

阳极电流:Ip=M?Ik=936 μA

倍增系统的放大倍数:M=

(c)

RfVo??Vo'RL?V'??RRV??(?I)R?

3.31某光电倍增管的阳极光电灵敏度为10A/lm,为什么还要限制其阳极输出电流小于f50~100μA范围内?问其阴极面上最大允许的光通量为多少流明?

oopL 因为阳极电流过大会加速光电倍增管的疲劳与老化。

L

f3.32某GDB的阳极积分灵敏度为10A/lm,Sk=20μA/lm,倍增极有11级。若各级的电子收集效率为1,问各倍增极的平均倍增系数为多少?

3.33现有GDB-423型光电倍增管的光电阴极面积为2cm2,阴极灵敏度Sk为25μA/lm,倍

RfRL?IpR200mv?R??214?936?A增系统的放大倍数为10~5,阳极额定电流为20μA,求允许的最大光照。

4.1简述PbO视像管的基本结构和工作过程。

光学图像投射到光电阴极上,产生相应的光电子发射,在加速电场和聚焦线圈所产生的磁场 共同作用下打到靶上,在靶的扫描面形成与图像对应的电位分布最后,通过电子束扫描把电 位图像读出,形成视频信号,

4.2摄像器件的参量——极限分辨率、调制传递函数和惰性是如何定义的?

分辨率表示能够分辨图像中明暗细节的能力。极限分辨率和调制传递函数(MTF) 极限分辨率:人眼能分辨的最细条数。用在图像(光栅)范围内所能分辨的等宽度黑白线条数表示。也用线对/mm表示。

MTF:能客观地表示器件对不同空间频率目标的传递能力。

惰性:指输出信号的变化相对于光照度的变化有一定的滞后。原因:靶面光电导张弛过程和

电容电荷释放惰性。

4.3以双列两相表面沟道CCD为例,简述CCD电荷产生、存储、转移、输出的基本原理。

以表面沟道CCD为例,简述CCD电荷存储、转移、输出的基本原理。CCD的输出信号有什么特点?

答:构成CCD的基本单元是MOS(金属-氧化物-半导体)电容器。正如其它电容器一样,MOS电容器能够存储电荷。如果MOS结构中的半导体是P型硅,当在金属电极(称为栅)上加一个正的阶梯电压时(衬底接地),Si-SiO2界面处的电势(称为表面势或界面势)发生相应变化,附近的P型硅中多数载流子——空穴被排斥,形成所谓耗尽层,如果栅电压VG超过MOS晶体管的开启电压,则在Si-SiO2界面处形成深度耗尽状态,由于电子在那里的势能较低,我们可以形象化地说:半导体表面形成了电子的势阱,可以用来存储电子。当表面存在势阱时,如果有信号电子(电荷)来到势阱及其邻近,它们便可以聚集在表面。随着电子来到势阱中,表面势将降低,耗尽层将减薄,我们把这个过程描述为电子逐渐填充势阱。势阱中能够容纳多少个电子,取决于势阱的“深浅”,即表面势的大小,而表面势又随栅电压变化,栅电压越大,势阱越深。如果没有外来的信号电荷。耗尽层及其邻近区域在一定温度下产生的电子将逐渐填满势阱,这种热产生的少数载流子电流叫作暗电流,以有别于光照下产生的载流子。因此,电荷耦合器件必须工作在瞬态和深度耗尽状态,才能存储电荷。

以典型的三相CCD为例说明CCD电荷转移的基本原理。三相CCD是由每三个栅为一组的间隔紧密的MOS结构组成的阵列。每相隔两个栅的栅电极连接到同一驱动信号上,亦称时钟脉冲。三相时钟脉冲的波形如下图所示。在t1时刻,φ1高电位,φ2、φ3低电位。此时φ1电极下的表面势最大,势阱最深。假设此时已有信号电荷(电子)注入,则电荷就被存储在φ1电极下的势阱中。t2时刻,φ1、φ2为高电位,φ3为低电位,则φ1、φ2下的两个势阱的空阱深度相同,但因φ1下面存储有电荷,则φ1势阱的实际深度比φ2电极下面的势阱浅,φ1下面的电荷将向φ2下转移,直到两个势阱中具有同样多的电荷。t3时刻,φ2仍为高电位,φ3仍为低电位,而φ1由高到低转变。此时φ1下的势阱逐渐变浅,使φ1下的剩余电荷继续向φ2下的势阱中转移。t4时刻,φ2为高电位,φ1、φ3为低电位,φ2下面的势阱最深,信号电荷都被转移到φ2下面的势阱中,这与t1时刻的情况相似,但电荷包向右移动了一个电极的位置。当经过一个时钟周期T后,电荷包将向右转移三个电极位置,即一个栅周期(也称一位)。因此,时钟的周期变化,就可使CCD中的电荷包在电极下被转移到输出端,其工作过程从效果上看类似于数字电路中的移位寄存器。

φφφ123φφ1t1t2t3t42t1t2t3t4φ3

电荷输出结构有多种形式,如“电流输出”结构、“浮置扩散输出”结构及“浮置栅输出”结构。其中“浮置扩散输出”结构应用最广泛,。输出结构包括输出栅OG、浮置扩散区FD、复位栅R、复位漏RD以及输出场效应管T等。所谓“浮置扩散”是指在P型硅衬底表面用V族杂质扩散形成小块的n+区域,当扩散区不被偏置,即处于浮置状态工作时,称作“浮置扩散区”。

电荷包的输出过程如下:VOG为一定值的正电压,在OG电极下形成耗尽层,使φ3与FD之间建立导电沟道。在φ3为高电位期间,电荷包存储在φ3电极下面。随后复位栅R加正复位脉冲φR,使FD区与RD区沟通,因 VRD为正十几伏的直流偏置电压,则 FD区的电荷被RD区抽走。复位正脉冲过去后FD区与RD区呈夹断状态,FD区具有一定的浮置电位。之后,φ3转变为低电位,φ3下面的电荷包通过OG下的沟道转移到FD区。此时FD区(即A点)的电位变化量为:

?VA?QFD C式中,QFD是信号电荷包的大小,C是与FD区有关的总电容(包括输出管T的输入电容、分布电容等)。

φ3φRφt1t2t3t4t53t1t2t3t4t5φR

CCD输出信号的特点是:信号电压是在浮置电平基础上的负电压;每个电荷包的输出占有一定的时间长度T。;在输出信号中叠加有复位期间的高电平脉冲。据此特点,对CCD的输出信号进行处理时,较多地采用了取样技术,以去除浮置电平、复位高脉冲及抑制噪声。

4.4 CCD驱动脉冲工作频率的上、下限受哪些条件限制,应该如何估算?

4.5双列两相CCD驱动脉冲φ1、φ2、SH、RS起什么作用?它们之间的位相关系如何?为什么?

?1、?2:驱动脉冲1、驱动脉冲2,将模拟寄存器中的信号电荷定向转移到输出端形

成序列脉冲输出。 SH:转移栅控制光生电荷向CCDA或CCDB转移。

RS:复位脉冲,使复位场效应管导通,将剩余信号电荷卸放掉,以保证新的信号电荷接收。