光电习题
第一、二章
一、选择题
1.一个高灵敏度、高分辨率和极为复杂而精巧的光传感器是（）
A 人眼
B 光电倍增管
C 半导体光敏器件
2.明视觉可以分辨物体的（）
A 细节和颜色
B 明暗
C 层次
3.暗视觉可以分辨物体的（）
A 细节和颜色
B 明暗
C 层次
4.视力为1.0的人，一般可分辨的视角是（）
A 1’
B 1’’
C 0.1°
5.人眼感知灵敏度最高的颜色（）
A 红色
B 绿色
C 蓝色
6.波长在什么值处，即使波长相差不到1nm，人眼仍能发现颜色的差别（）
A 480nm
B 550nm
C 600nm
D 700nm
7.明视觉的视见函数的最大值出现在（）
A 550nm
B 555nm
C 560nm
8.暗视觉的视见函数的最导致出现在（）
A 550nm
B 600nm
C 700nm
9.可检测出物体的亮度等级和空间分布的光电器件是（）
A 光电检测器件
B 光电成像器件
C 光控制器件
10.光的直线传播概念能解释（），光的量子论能解释（）
A 光的干涉
B 光偏振
C 光衍射
D 光折射
11.辐照度与福出射度的单位（）
A 相同
B 不同
12.照度与光源至被照面的距离（）
A 有关
B 无关
13.人眼的明视觉最灵敏波长的光度参量对辐射度参量的转换常数为（），暗视觉情况下为（）
A 683lm/W
B 783lm/W
C 883lm/W
D 1120lm/W
E 1625lm/W
F 1725lm/W
G 1825lm/W
14.色温越高的辐射体，光照效能越（），光度量越（）
A 高
B 低
15.半导体的电阻温度系数一般为（），金属的一般为（）
A 正
B 负
16.原子中同属一个量子态的电子数量为（）
A 一个
B 两个
C 三个
D 四个
17.半导体主要靠空穴导电的是（），靠电子的是（）
A 本证半导体
B N型半导体
C P型半导体
18.费米能级一般在（）
A 导带
B 价带
C 禁带
19.热平衡时，电子占据某一能级的E的几率是（）
A 一定的
B 不一定的
20.热平衡时，本证半导体内部的两种载流子浓度的乘积比掺杂半导体中的（）
A 大
B 小
21.温度升高时，N型半导体中（），P型半导体中（）
A n=p
B n>p
C n 22.非平衡载流子的寿命越长，复合率（），非平衡载流子增加，复合率（） A 越大 B 越小 C 不变 23.漂移电流的主要贡献是由（），扩散电流的主要贡献是由（） A 多数载流子 B 少数载流子 24.电子的迁移率比空穴的迁移率（） A 大 B 小 C 相同 25.杂质吸收的长波限比本证吸收的长波限（） A 大 B 小 C 相同 26.激子吸收能否产生电流（） A 能 B不能 27.PN结的电流随外加电压变化的关系为（），肖特基势垒的电流随外加电压的变化关系为（） A 正比 B 反比 C 指数关系 28.注入接触的电流随外加电压变化的关系为（），欧姆接触的为（） A 正比 B 反比 C 指数关系 29.光电导的灵敏度与非平衡载流子寿命的关系为（），与外加电压的关系为（），与载流子在两极间的渡越时间的关系为（），光电导的弛豫时间与非平衡载流子寿命的关系为（） A 正比 B 反比 C 指数关系 30.线性光电导的弛豫时间与光强的关系为（），抛物线型的（） A 线性 B 非线性 C 无关 31.在内建电场的作用下发生的光生伏特效应的半导体是（），产生丹倍效应的半导体是（） A 均匀半导体 B 不均匀半导体 32.发射出光电子的最大动能与光强的关系（），与频率的关系（），与光电阴极的逸出功（） A 有关 B 无关 33.发射出的光电子数与入射光的频率（），与光电阴极上的入射光强（） 二、问答题 1.什么是视见函数？ 2.光的波长范围？可见光、紫外光和红外光的波长范围？ 3.辐射度量和光度量的根本区别？ 4.什么是辐射通量与光通量，各自的单位是什么？如何进行二者单位间的换算？ 5.写出辐射通量、辐射照度、辐射亮度、辐射出射度、辐射强度的数学表达式及单位。 6.什么是余弦辐射体？ 7.什么是电子公有化运动？ 8.画出本证半导体、N型半导体、P型半导体的能带结构示意图。 9.费米能级的意义？ 10.什么是禁带宽度？它表征什么物理意义？ 11.复合中心与陷阱之间的区别？ 12.半导体对光的吸收有哪几种？ 13.什么是光电导效应？它的弛豫时间与非平衡载流子的寿命及光强有什么关系？ 14.什么是光生伏特效应？有哪几种？都适用于什么检测场合？ 15.什么是光电发射效应？它有哪几个过程？写出光电发射第一、第二定律的表达及意义。 三、计算题 1.0.5lm的光均匀的照射在面积为4cm2的光敏面上，照度为多少？ 2.波长为632.8nm的He-Ne激光器发射出的光通量为5mW，若投射到屏幕上的光斑直径为0.1m，求光照度为多少？（632.8nm激光的视见函数值为0.265） 3.N型半导体的杂质电离能为0.045eV，求吸收长波限。 4.已知He-Ne激光器输出功率为4mW，试计算其发出的光通量。（视见函数值0.24） 5.某半导体器件的长波限为13μm，试计算其杂质电离能？ 第三章 一、选择题 1.光电探测器件的响应波长是否有选择性（）？热电探测器件的响应波长是否有选择性（）？ （1）有（2）没有 2.光电探测器件的响应速度（）？热电探测器件的响应速度（）？ （1）慢（2）快 3.下列噪声被称为红噪声的是（）？称为白噪声的是（）？ （1）热噪声（2）散粒噪声（3）1/f噪声 4.等效噪声输入ENI以流明没单位是与噪声等效输出功率NEP（）？ENI以瓦为单位时，与NEP（）？（1）等效（2）不等效 5.等效噪声输出功率NEP越（），探测率D（），噪声越小，器件性能越好？ （1）大（2）小 6.光敏电阻需要考虑的噪声主要是（）？光电倍增管需要主要考虑的噪声是（）？ （1）热噪声（2）散粒噪声（3）1/f噪声 7.减小光电倍增管暗电流的主要方法是（） （1）合适的极间电压（2）减少热电子发射（3）在输出电路中加选频电路（4）在输出电路中加锁相放大器8.聚焦型光电倍增管和非聚焦型光电倍增管那种渡越时间的散差小？ （1）聚焦型（2）非聚焦型 9.PMT使用正高压馈电时（），使用负高压馈电时（）。 （1）暗电流小（2）暗电流大（3）噪声大（4）噪声小 10.PMT工作在低频下时，负载应（）；高频时，负载应（）？ （1）大些（2）小些 11.光敏电阻的材料一般（） （1）禁带宽度大（2）禁带宽度小（3）P型半导体（4）N型半导体 12.光敏电阻的亮电流比光电流（），亮电导比光电导（）？ （1）大（2）小（3）一样 13.光敏电阻的时间常数（） （1）大（2）小（3）一般 14.光敏电阻的频率特性（） （1）好（2）差（3）一般 15.目前转换效率最高的光电池是（），用于制作曝光表和照度计的光电池是（）？ （1）硒光电池（2）硅光电池（3）硫化镉光电池 16.光电池的开路电压与入射光强度（），短路电流与入射光强度（）？ （1）成正比（2）成反比（3）对数成反比（4）对数成正比 17.光电池的开路电压与受光面积（），短路电流与受光面积（）？ （1）成正比（2）成反比（3）对数成反比（4）对数成正比 18.光电池的输出电压随负载的增加（），输出电流随负载的增加（）？ （1）升高（2）减小（3）不变 19.光电池的负载电阻越小，频率特性（），线性度（）？ （1）好（2）差（3）不变 20.硅光电池在（）情况下，有最大功率输出？ （1）开路（2）零偏置（3）反偏置（4）自偏置 21.硅光电二极管的反偏置电压越大，灵敏度（），响应时间（），频率特性（）？ （1）好（2）差（3）不变 22.光电二极管中，光生载流子扩散或漂移的时间越长，频率特性（） （1）好（2）差（3）不变 23.光电二极管随温度的升高，输出电流（），暗电流（）？ （1）变大（2）减小（3）不变 24.光电二极管的负载越小，线性（）？频率特性（）？ （1）好（2）差（3）不变 25.扩散型PN结光电二极管的扩散区越宽，其上限频率越（），耗尽型的耗尽区越宽，其上限频率（）？ （1）高（2）低 26.耗尽型光电二极管比扩散型的上限频率（） （1）高（2）低 27.光电三极管的灵敏度比光电二极管的（），上限频率（） （1）高（2）低（3）一样 28.光电三极管的输出曲线比光电二极管的线性度（） （1）好（2）差（3）一样 29.为了使光电三极管在输出电压不变的情况下提高上限频率，其后接运算放大器应为（） （1）高增益，低输入阻抗（2）低增益，低输入阻抗（3）高增益，高输入阻抗（4）低增益，高输入阻抗 30.下面光电器件中，动态特性好的是（），线性好（），灵敏度高（），光谱响应宽（），稳定性好（），响应快、线性好的（），线性差、响应慢得（），无暗电流的（） （1）光电倍增管（2）光敏电阻（3）光电池（4）光电二极管（5）光电三极管 31.下列探测器，属于光生伏特效应的是（），光电导效应的（），检测亮点中心位置的是（），光电准直的特种设备（） （1）象限探测器件（2）楔环探测器件（3）光电位置探测器件（4）色敏探测器件（5）光电位器（6）光桥 32.MCP能否传递显示图像（），是否具有二维探测能力（），是否能检测局部强光（），通道轴是否垂直于板的端面（）？ （1）是（2）否 二、问答题 1.什么是光电探测器件？它与热点探测器件相比各自有何特点？ 2.什么是响应度？何时使用光谱响应度和积分响应度？ 3.什么是时间相应和频率响应？它们与什么因素相关？以何种波形进行检测？ 4.光电器件的内部主要有哪些噪声？为什么有些被称为红噪声，有些被称为白噪声？ 5.何为“白噪声”、“1/f ”噪声，如何降低电阻的热噪声？ 6.什么是等效噪声输入和噪声等效功率？为什么它们衡量噪声没有局限性？ 7.等效噪声输入和噪声等效功率在什么条件下等效？什么情况下不等效？为什么？ 8.什么是暗电流？哪些光电探测器件没有暗电流？为什么？ 9.光电发射材料有哪些类型？良好光电发射材料应具备什么条件？ 10.简述PMT 的构成及工作原理 11.什么是电子的二次发射？它与光电发射有什么不同？ 12.光电倍增管的倍增极多，各级电压应如何供给，试绘制直流应用和脉冲应用的供电电路图。 13.为什么当PMT 工作在脉冲方式下时，最后三级要并联电容器，如何选择这三个电容器？ 14.光电倍增光的馈电方法有哪些？各自优缺点？ 15.MCP 能否用于局部强光的检测？为什么？ 16.光敏电阻的结构哪种为好？为什么？ 17.光电池的开路电压和短路电流随温度变化如何变化？谁的变化程度更大？ 18.提高光敏二极管的反向偏置电压的好处？能否无限制的提高？为什么？ 19.光敏三极管与光敏二极管在零偏置的情况下是否有光信号电流输出？为什么？ 20.试绘制图形说明使用楔环探测器、四象限探测器的检测原理，给出完整检测电路及位置判断方法的计算过程。 21.PSD 器件的检测原理是什么？试绘制图形说明。与象限探测器相比哟呵有点。给出如何确定光点位置的方法的数学描述。 三、计算题 1.探测器的1 111210D cm H W -=??，探测器光敏面积直径0.5cm ，检测系统带宽为3510f H z ?=?的光电仪器中，它能探测到 的最小辐射功率为？ 2.某干涉测振仪的最高频率为20MHz ，其探测器的时间常数应小于多少？ 3.某光敏电阻的醉倒功率为30mW ，光电导灵敏度为60.510/g S S lx -=?，暗电流电导为0，是计算偏置电压为20V 时起所能承受的极限照度为？ 4.某光电探测器在16210/W m -辐射照度下，输出端信噪比S/N=10，若光敏面积为2mm 2，计算噪声等效功率。 5.某硅光电二极管，光敏面积2mm 2 ，室温下测得输出电流为15μA （一般硅光电二极管的灵敏度为0.5/I S A W μμ=），其散粒噪声和热噪声总噪声电流为3nA ，若测量系统带宽1f H z ?=，试计算探测率和比探测率。 6.已知某PMT 的阳极灵敏度为100A/lm ，其阳极输出电流要求在100μA ，问其阴极面上最大允许光通为多少lm ？ 7.PMT 的阳极灵敏度为10A/lm ，阴极灵敏度为20μA/lm ，其倍增极为11级，若各级由同样材料制成，电子收集效率为1，各倍增极的二次电子发射系数为？ 8.PMT的阴极灵敏度为60μA/lm，倍增极二次电子发射系数为6，共12级倍增极，电子收集效率为85%，是计算阳极电流灵敏度。 9.现有12级光电倍增管，若正常要求工作放大倍数的稳定度为1%，则电源电压的稳定度应为？ 10.PMT的阴极面积为3cm2，阴极灵敏度为200μA/lm，其放大倍数为106，阳极额定电流为300μA，试计算最大允许入射光照度？ 11.已知某光敏电阻在100lx光照下，阻值为2KΩ，已知骑在90-120lx光照范围内，?=0.9，试计算在110lx光照下的阻值？ 12.已知某光敏电阻在500lx光照下，阻值为550Ω；700lx下位450；试计算在550lx、600lx照射下的阻值。 13.某光敏电阻暗电阻为600KΩ，在200lx光照射下亮暗电阻之比为1/100,试计算该光敏电阻的光电导灵敏度。 14.已知某光电二极管的结电容为5pF，若要求通过上限频率为1MHz的信号，不考虑过渡时间的影响，试计算负载电阻应为多少？ 15.某PMT的阳极电流灵敏度为100A/lm，阴极面上输入光通量为6 510- ?lm，试计算 （1）阳极电流 （2）若阴极电流灵敏度为50μA/lm，试计算PMT的增益 （3）若各倍增极由同样材料制作，二次电子发射系数为5，电子收集效率为1，试计算倍增极由多少级？ （4）若负载为50Ω，若接受上升时间为30ns的光脉冲，计算其最高工作频率 （5）若PMT接受3μs的光脉冲，当增益稳定度要求为0.1%时，PMT的电源电压稳定度应为多少？ （6）设PMT各分压电阻上的极间电压为100V时，求最后三级分压电阻上并联的三个电容值各位多少？ 第四章热电检测器件 一、选择题 1.灵敏度高的热电探测器件是（），响应快的热电探测器件是（），无暗电流的热电探测器是（），工作频率较高的热电探测器件是（）。 （1）热电偶（2）热敏电阻（3）热释电探测器 2.输入信号频率越高，热敏器件的温升越（）；热阻越大，温升越（）。 （1）大（2）小（3）不变 3.热电偶的热阻越大，响应率越（）；热电偶对辐射的吸收率越大，响应率越（）。 （1）大（2）小（3）不变 4.要是热电堆实现高性能化，减小热容量，应（） （1）减少热电堆的多晶硅间隔（2）较小构成膜片的材料厚度（3）增大热电堆的多晶硅间隔（4）增大构成膜片的材料厚度 5.目前，微机械红外热电堆探测器使用的感应材料多为（） （1）金属（2）化合物半导体（3）硅基 6.从工艺制造过程和成品率角度来看，悬臂膜结构微机械红外热电堆探测器比封闭膜结构的（），从隔热效果（），从灵敏度角度说（），从热耗散来说（），从受应力影响角度看（） （1）好（2）差 7.随着温度增加，半导体热敏电阻的阻值（），金属热敏电阻的阻值（） （1）变大（2）变小 8.热敏电阻的响应率随热阻增加（），随偏压增加（） （1）变大（2）变小（3）不变 9.一般电介质的极化强度与电场（），铁电体（） （1）成正比（2）成反比（3）不成比例 10.电场强度为0时，一般电介质的极化强度（），铁电体的极化强度（） （1）为0（2）不为0 11.极化强度随温度连续变化为0的情况属于（），突然下降为0的情况属于（） （1）一级相变（2）二级相变（3）三级相变 12.一个好的热释电晶体要求（） （1）热释电系数大、热容大、介电常数大（2）热释电系数大，热容大、介电常数小（3）热释电系数大、热容小、介电常数小（4）热释电系数小、热容小、介电常数小 13.热释电探测器本身阻抗（） （1）很高（2）很低（3）不高不低 14.热释电探测器的前置放大器应（） （1）高输入阻抗、低噪声、高跨导（2）低输入阻抗、低噪声、低跨导（3）高输入阻抗、低噪声、低跨导 15.热释电探测器的主要噪声是（） （1）热噪声（2）温度噪声（3）电流噪声（4）散粒噪声 16.热释电检测器件的电极结构有（） （1）面电极结构（2）边电极结构（3）侧电极结构 17.适用于高速检测场合的热释电器件器件的电极结构应为（） （1）面电极结构（2）边电极结构 18.热释电探测器的基本结构是一个（） （1）电容器（2）电阻器 19.热释电检测器件的响应由热时间常数和电时间常数确定，哪一个比较大（） （1）热时间常数（2）电时间常数 二、问答题 1.什么是热电探测器件，主要有几类？与光电检测器件相比，有何优缺点？ 2.热电探测器件的工作通常分为哪两个阶段？那个阶段产生热电效应？ 3.热电偶是否具有暗电流？为什么？ 4.热敏电阻是否有暗电流？为什么？ 5.什么是热敏电阻的热阻和冷阻？二者之差大好还是小好？为什么？ 6.什么是极化？自发极化？极化强度？热释电效应？ 7.为什么热释电探测器只能探测经过调制的光辐射？ 8.为什么热释电晶体容易产生谐振？如何防止？ 9.热释电探测器能否工作在直流状态？在高频、低频使用时，前置放大器应如何选择？ 10.简述热释电探测器负载与频率响应带宽之间的关系。 三、计算题 1.已知某热敏电阻在500K 温度时，阻值为550欧姆，在700K 温度下为450欧姆，是计算在550K 时和600K 时的阻值。 2.某热电探测器件的热容为100pF ，热导为0.02/欧姆，求该探测器件的最高工作频率为？ 3.某热敏电阻的冷阻为600K 欧姆，在200lx 光照下，热、冷阻之比为1/100，试计算该热敏电阻的灵敏度。 4.某热敏电阻与负载串入12V 直流电源上，未加温时负载上输出电压为20mV ，由温度时负载上输出电压为2V ，已知负载为2K 欧姆，试计算冷阻值和热阻值，若热电导灵敏度为6610/S T -?，计算热敏电阻上的温度。 5.某内阻为100欧姆、受光面积为4mm 2的热释电探测器，接入已知输入阻抗为1K 欧姆的放大其实，放大器输入端电压为2V ，若该器件的输入温度变化率为5℃/s ，计算该热释电器件的热释电系数P 。 第五章 光电成像检测器件 一、选择题 https://www.docsj.com/doc/23702743.html,D 属于（）型摄像器件，SSPA 属于（）型摄像器件。 （1）扫描型（2）非扫描型 2.扫描型摄像器件有（），非扫描型摄像器件由（） （1）CCD （2）CMOS （3）变像管（4）像增强管 3.一般讲，CCD 的驱动频率越高，其电荷转移损失率越（） （1）高（2）低（3）一样 4.SCCD 比BCCD 的工作效率（），存贮容量（） （1）高（2）低（3）一样 5.SSPA 是属于（） （1）电荷注入器件（2）电荷引动器件（3）电荷传输器件 6.把不可见光转换为可见光的器件是（） （1）硅靶管（2）视像管（3）变像管（4）像增强器 二、问答题 1.光电成像器件有哪两大类？有何特点？能否混用？ 2.试简述CCD电荷存贮原理。 3.试简述CCD的电荷转移原理。 https://www.docsj.com/doc/23702743.html,D的电荷注入方法有哪些？有何特点？ 5.试简述帧转移型、行间转移型、帧行间转移型面阵CCD的工作原理。 6.试简述SSPA的工作原理。 7.什么是变像管，试简述其工作原理。 8.什么是串联式像增强管？磁聚焦和电聚焦各自特点和优势。 9.试简述级联式像增强管的结构和优缺点。 10.简述逐行扫描的过程。 三、计算题 1.二相驱动CCD，像元数N=1024，若要求最后位仍有50%电荷输出，求电荷转移损失率为多少？ 2.二相线阵CCD，像敏单元2160个，器件总转移效率为0.92，是计算它每个转移单元的最低转移效率。第六章发光与耦合器件 一、选择题 1.热光源（），冷光源（） （1）白炽灯（2）荧光灯（3）LED（4）LD 2.下列光源中，线光谱的是（）带状谱的是（）连续谱的是（）复合谱的是（） （1）低压汞灯（2）高压汞灯（3）白炽灯（4）卤钨灯（5）荧光灯 3.若一个光源的颜色与任何温度下黑体辐射的颜色都不同，则该光源用（）来描述。 （1）色温（2）相关色温（3）分布温度 4.发光二极管属于电致发光三种形态中的（） （1）注入式（2）粉末式（3）薄膜式 5.LED发光的峰值波长由（）决定。 （1）禁带宽度（2）封装方式（3）器件形状 6.激光的产生是（） （1）电子与空穴的复合发光（2）受激辐射（3）自发辐射 7.光电耦合器件是（） （1）电-光-电器件（2）光-电-光器件（3）光-电器件 8.光电耦合器件的信息传送方向是（） （1）单向（2）双向 9.光电耦合器件适用于（） （1）模拟信号（2）数字信号（3）模拟信号和数字信号 二、问答题 1.电致发光有哪几种形态？各自特点？LED属于哪种？ 2.光源的光谱分布形式有哪几种？ 3.如何检测发光二级管？ 4.激光是如何产生的？需要具备哪几个必要条件？ 5.激光器的谐振腔的作用？对谐振腔长度的要求是什么？为什么？ 6.光电耦合器的主要特性有哪些？ 三、计算题 1.某光源发出的光通量为20lm，产生该通量所需要的电功率为4w，试计算该光源的发光效率。 2.某LED照明效率为100lm/W，当输入2W的功率时，输出辐射功率为1.5W，试计算其功率效率和发光效率（流明效率）。 第七章光电信号检测电路设计 一、选择题 1.硅光电池在偏置时，其光电流与入射辐射通量有良好线性关系，且动态范围较大，这种偏置是（） （1）恒流（2）自偏置（3）零偏置（4）反偏置 2.光电池的伏安特性曲线分布在坐标系的（） （1）第一象限（2）第二象限（3）第三象限（4）第四象限 3.光敏电阻的伏安特性是一组以输入光功率为参量的通过原点的曲线簇，其阻值随外电压的增加（） （1）增加（2）减小（3）不变 4.可变电阻型器件是（） （1）光敏电阻（2）热电偶（3）热敏电阻（4）热释电探测器 5.为了避免电阻型器件受温度的影响，多采用（） （1）恒流偏置（2）恒压偏置（3）电桥输入 6.光电检测电路的通频带上限主要由电路中的（） （1）布线分布电容（2）极间耦合电容（3）放大器输入电容（4）结电容 二、问答题 1.简述光电检测器件与运算放大器的连接方法。 第八章光电信号的数据采集与计算机接口 1.单元光电信号的二值化处理方法（），视频信号的二值化处理方法（） （1）固定阈值法（2）浮动阈值法（3）微分法（4）比较法 “光电技术简答题”复习资料 一、回答问题： 7、什么是朗伯辐射体？ 在任意发射方向上辐射亮度不变的表面，即对任何θ角Le 为恒定值（理想辐射表面）。朗伯辐射表面在某方向上的辐射强度与该方向和表面法线之间夹角的余弦成正比。 θc o s 0I I = 10、写出光源的基本特性参数。 （1）辐射效率和发光效率 （2）光谱功率分布 （3）空间光强分布 （4）光源的色温 （5）光源的颜色 11、光电探测器常用的光源有哪些？ 热辐射光源：太阳；白炽灯，卤钨灯；黑体辐射器（模拟黑体，动物活体）。 气体放电光源：汞灯，钠灯，氙灯，荧光灯等。 固体发光光源：场致发光灯，发光二极管等。 激光器：气体激光器，固体激光器，染料激光器，半导体激光器等。 12、画出发光二极管的结构图并说明其工作原理。 发光二极管的基本结构是半导体P-N 结。 工作原理：n 型半导体中多数载流子是电 子，p 型半导体中多数载流子是空穴。P-N 结未加电压时构成一定势垒。加正向偏压时，内 电场减弱，p 区空穴和n 区电子向对方区域的 扩散运动相对加强，构成少数载流子的注入，从而p-n 结附近产生导带电子和价带空穴的复合，复合中产生的与材料性质有关的能量将以热能和光能的形式释放。以光能形式释放的能量就构成了发光二极管的光辐射。 13、说明发光二极管的基本特性参数有哪些。 （1）量子效率： 1）内发光效率：PN 结产生的光子数与通过器件的电子数的比例。 2）外发光效率：发射出来的光子数与通过器件的电子数的比例。 （2）发光强度的空间分布： （3）发光强度与电流关系：电压低于开启电压时，没有电流，也不发光。电压高于开启电压时显示出欧姆导通性。在额定电流范围内，发光强度与通过的电流成正比。 （4）光谱特性：发射功率随光波波长（或频率）的变化关系。 （5）响应时间：从注入电流到发光二极管稳定发光或停止电流到发光二极管熄灭所用的时间。表达了发光二极管的频率特性。 （6）寿命：亮度随时间的增加而减小。当亮度减小到初始值的e -1时所延续的时间。 17、简述PN 结光伏效应（分正偏、反偏、零偏三种情况）。 S i O 2 铝电极 背电极 P N ＋ － 图 发光二极管的结构图 1、光电器件的基本参数特性有哪些? （响应特性噪声特性量子效率线性度工作温度） 响应特性分为电压响应度电流响应度光谱响应度积分响应度响应时间频率响应 噪声分类：热噪声散粒噪声产生-复合噪声1/f噪声信噪比S/N 噪声等效功率NEP 2、光电信息技术是以什么为基础，以什么为主体，研究和发展光电信息的 形成、传输、接收、变换、处理和应用。 （光电子学光电子器件） 3、光电检测系统通常由哪三部分组成 （光学变换光电变换电路处理） 4、光电效应包括哪些 外光电效应和内光电效应） 外光电效应：物体受光照后向外发射电子——多发生于金属和金属氧化物。 内光电效应：物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部而不会逸出物体外部——多发生在半导体。 内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。 光电导效应：半导体受光照后，内部产生光生载流子，使半导体中载流子数显著增加而电阻减少的现象。 光生伏特效应：光照在半导体PN结或金属—半导体接触面上时，会在PN结或金属—半导体接触的两侧产生光生电动势。 5、光电池是根据什么效应制成的将光能转换成电能的器件，按用途可分为 哪几种？ （光生伏特效应太阳能光电池和测量光电池） 6、激光的定义，产生激光的必要条件有什么？ （定义：激光是受激辐射的光放大粒子数反转光泵谐振腔） 7、热释电器件必须在什么样的信号的作用下才会有电信号输出？ （交变辐射） 8、CCD是一种电荷耦合器件，CCD的突出特点是以什么作为信号，CCD的 基本功能是什么？ （电荷CCD的基本功能是电荷的存储和电荷的转移。） 9根据检查原理，光电检测的方法有哪四种。 （直接作用法差动测量法补偿测量法脉冲测量法） 10、光热效应应包括哪三种。 （热释电效应辐射热计效应温差电效应） 11、一般PSD分为两类，一维PSD和二维PSD，他们各自用途是什么？ （一维PSD主要用来测量光点在一维方向的位置；二维PSD用来测定光点在平面上的坐标。） 12、真空光电器件是基于什么效应的光电探测器，它的结构特点是有一个真空管，其他元件都在真空管中，真空光电器件包括哪两类。 （外光电效应光电管光电倍增管） 二、名词解释 1、响应度 （响应度（或称灵敏度）：是光电检测器输出信号与输入光功率之间关系的度量。）2、信噪比 （是负载电阻上信号功率与噪声功率之比） 第一章光辐射与光源 1.1辐射度的基本物理量 1.辐射能Qe：一种以电磁波的形式发射，传播或接收的能量。单位为J（焦耳）。 2辐射通量Φe：又称为辐射功率Pe，是辐射能的时间变化率，单位为W（瓦），是单位时间内发射，传播或接收的辐射能，Φe=dQe/dt(J/S焦耳每秒) 3辐射强度Ie：点辐射源在给定方向上单位立体角内的辐射能量单位为W/sr（瓦每球面度） Ie=dΦe/dΩ. 4辐射照度Ee：投射在单位面积上的辐射能量，Ee=dΦe/dA单位为（W/㎡瓦每平方米）。dA是投射辐射通量dΦe的面积元。 5辐射出射度Me：扩展辐射源单位面积所辐射的通量，即Me=dΦ/dS。dΦ是扩展源表面dS在各方向上（通常为半空间360度立体角）所发出的总的辐射通量，单位为瓦每平方米（W/㎡）。 6，辐射亮度Le：扩展源表面一点处的面元在给定方向上单位立体角，单位投影面积内发出的辐射通量，单位为W/sr*㎡(瓦每球面度平方米)。 7光谱辐射量：也叫光谱的辐射量的光谱密度。是辐射量随波长的辐射率。 光辐射量通量：Φe（λ）：辐射源发出的光在波长为λ处的单位波长间隔内的辐射通量。 Φe（λ）=dΦe/dλ单位为W/um或W/nm。 1.2 明视觉光谱光视效率V（λ）：视觉主要由人眼视网膜上分布的锥体细胞的刺激所引起的。（亮度大于3cd/m2，最大值在555nm处） 暗视觉光谱光视效率：视觉主要由人眼视网膜上分布的杆状细胞刺激所引起的。（亮度小于0.001cd/m2，最大值在507nm处） 1.3 辐射度量和光度量的对照表 辐射度量符号单位光度量符号单位 辐射能Qe J 光量Qv Lm/s 辐射通量或 辐射功率 Φe W 光通量Φv lm 辐射照度Ee W/㎡光照度Ev Lx=lm/㎡ 辐射出度Me W/㎡光出射度Mv Lm/㎡ 辐射强度Ie W/sr 发光强度Iv Cd=lm/sr 辐射亮度Le W/sr*㎡光亮度 光谱光视效率 Lv V(λ) Cd/㎡ 按照人眼的视觉特性V(λ)来评价的辐射通量Φe即为光通量Φv： Φv=Km 780 380 Φe(λ)V(λ)dλ式中Km为名视觉的最大光谱光谱光视效率函数，也成为光功当量。国际实 用温标理论计算值Km为680lm/W。 光度量中最基本的单位是发光强度单位——坎德拉，记作cd，它是国际单位制中七个基本单位之一（其他几个为：米，千克，秒，安（培），开（尔文），摩（尔））。光通量的单位是流明（lm）,它是发光强度为1lm的均匀电光源在单位立体角内发出的光通量。光照度的单位是勒克斯（lx），它相当于1lm的光通量均匀的照在1m2的面积上所产生的光照度。 1.4 热辐射的基本物理量（5页） 1辐射本领：辐射体表面在单位波长间隔单位面积内所辐射的通量 2吸收率α（λ，T）:在波长λ到λ+dλ间隔内被物体吸收的通量与λ射通量之比，它与物体的温度和波长有关， 第一次作业 1、光电检测技术有何特点？光电检测系统的基本组成是怎样的？ 答：光电检测技术是将光学技术与现代技术相结合，以实现对各种量的测量，它具有如下特点：（1）高精度，光电测量是各种测量技术中精度最高的一种。（2）高速度，光电检测以光为媒介，而光是各种物质中传播速度最快的，因此用光学方法获取和传递信息的速度是最快的。（3）远距离、大量程，光是最便于远距离传递信息的介质，尤其适用于遥控和遥测。（4）非接触式测量，不影响到被测物体的原始状态进行测量。 光电检测系统通过接收被测物体的光辐射，经光电检测器件将接收到的光辐射转换为电信号，再通过放大、滤波等电信号调理电路提取有用信息，经数模转换后输入计算机处理，最后显示，输出所需要的检测物理量等参数。 2、什么是能带、允带、禁带、满带、价带和导带？绝缘体、半导体、导体的能带情况有何不同？ 答:晶体中电子所能具有的能量范围，在物理学中往往形象化地用一条条水平横线表示电子的各个能力值，能量愈大,线的位置愈高,一定能量范围内的许多能级（彼此相隔很近）形成一条带,称为能带。其中允许被电子占据的能带称为允带。允带之间的范围是不允许电子占据的，称为禁带。在晶体中电子的能量状态遵守能量最低原理和泡利不相容原理，晶体最外层电子壳层分裂所形成的能带称为价带。价带可能被电子填满也可能不被填满，其中被填满的能带称为满带。半导体的价带收到光电注入或热激发后，价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带，空带中存在电子后即成为导电的能带--导带。 对绝缘体和半导体，它的电子大多数都处于价带，不能自由移动，但是热，光等外界因素的作用下，可以少量价带中的电子越过禁带，跃迁到导带上去成为载流子。 绝缘体和半导体的区别主要是禁的宽度不同。半导体的禁带很窄，绝缘体的禁带宽一些，电子的跃迁困难的多，因此，绝缘体的载流子的浓度很小。导电性能很弱。实际绝缘体里，导带里电子不是没有，并且总有一些电子会从价带跃迁到导带，但数量极少，所以，在一般情况下，可以忽略在外场作用下他们移动所形成的电流。但是，如果外场很强，束缚电荷挣脱束缚而成为自由电荷，则绝缘体就会被“击穿”而成导体。 6.什么是外光电效应和内光电效应,他们有那些应用 答：在光照下，物体向表面以外的空间发射电子（即光电子）的现象称为外光电效应。物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部运动而不逸出物质的现象称为内光电效应，内光电效应又可分为光电导效应和光伏特效应。 外光电效应可用于制造光电管和光电倍增管。 内光电效应中光电导效应可用于制造光敏电阻、光生伏特效应可用于制造光电二级管、光电池、光电三级管等。 第二次作业 1.光电检测器件中常见的噪声有那些， 答：光电检测器件中常见的几种噪声为：热噪声，散粒噪声，产生-复合噪声，I/f噪声，温度噪声等 （1）热噪声，为载流子无规则的热运动造成的噪声。 （3）散粒噪声，噪声所呈现的起伏就像射出的散粒无规则的落在靶子上呈现出的一样随机起伏。 （3）产生-复合噪声，在半导体中一定温度下或者在一定光照下载流子不断的产生-复合，尽管在平衡状态下载流子产生和复合的平均数是一定的，但其瞬间载流子的产生和复合是有起伏的，在外加电压下，电导率的起伏使输出电流中带有产生-复合噪声 光电检测技术试题及答案 光电检测技术试题及答案1、光电器件的基本参数特性有哪些? (响应特性噪声特性量子效率线性度工作温度) @响应特性分为电压响应度电流响应度光谱响应度积分响应度响应时间频率响应 @噪声分类：热噪声散粒噪声产生-复合噪声 1/f噪声信噪比S/N 噪声等效功率NEP 2、光电信息技术是以什么为基础，以什么为主体，研究和发展光电信息的形成、传输、接收、变换、处理和应用。 (光电子学光电子器件) 3、光电检测系统通常由哪三部分组成 (光学变换光电变换电路处理) 4、光电效应包括哪些 外光电效应和内光电效应) 外光电效应：物体受光照后向外发射电子——多发生于金属和金属氧化物。内光电效应：物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部而不会逸出物体外部——多发生在半导体。 内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。 光电导效应：半导体受光照后，内部产生光生载流子，使半导体中载流子数显著增加而电阻减少的现象。 光生伏特效应：光照在半导体PN结或金属—半导体接触面上时，会在PN结或金属—半导体接触的两侧产生光生电动势。 5、光电池是根据什么效应制成的将光能转换成电能的器件，按用途可分为哪几种? (光生伏特效应太阳能光电池和测量光电池) 6、激光的定义，产生激光的必要条件有什么? ( 定义：激光是受激辐射的光放大粒子数反转光泵谐振腔) 7、热释电器件必须在什么样的信号的作用下才会有电信号输出? (交变辐射) 8、 CCD是一种电荷耦合器件，CCD的突出特点是以什么作为信号，CCD的基本功能是什么? (电荷 CCD的基本功能是电荷的存储和电荷的转移。) 9根据检查原理，光电检测的方法有哪四种。 (直接作用法差动测量法补偿测量法脉冲测量法) 10、光热效应应包括哪三种。 (热释电效应辐射热计效应温差电效应) 11、一般PSD分为两类，一维PSD和二维PSD，他们各自用途是什么? 1-3章练习题 一、填空 1、光强度是指电光源在内 发射的辐通量，单位为。 2、维恩位移定律指出：当温度升高时，峰值 光谱辐出度所对应的波长向移动。当人体的温度为37℃时，辐射的峰值波长为。 3、若入射光辐射的光子能量足够大，它和金 属或半导体材料中的电子相互作用而使电子从物质表面逸出。这种现象称为。 4、为了提高光敏电阻的光电导灵敏度，要尽可能的缩短光敏电阻两极间，光敏电阻的光敏面常设计为。 5、光电二极管可分为以P型硅为衬底的 和以为衬底的2CU型两种结构 形式。 6、有一辐射功率恒为5lm的辐射光源，照射到光电探测器件上，探测器的输出电流为 0.6mA, 则器件的电流灵敏度。 7、如图所示的光电三极管的光 谱响应曲线，由图可知它的响应 范围为，峰值波长为。 8、光敏电阻的暗电导为2S，在200lx的光照射下，亮、暗电导之比为100：1，则光电导灵敏度为。 二、简答题 1、在光学上对光辐射的度量建立哪两套单位？ 他们分别适用什么波谱范围？ 2、 PIN 光敏二极管的结构有何特点，它的频响为什么很高？ 3、 硅光电池的工作原理？ 三、计算分析题 1、已知波长λ＝400nm 光的光视效率V （λ）= 0.0004 ，该波长上1W 的光功率可以产生的光通量为多少？ 2、在光敏电阻的恒流偏置电路中，已知电源电压为U bb =15V,R e =5.3K ,三极管的放大倍率为100，稳压二极管的输出电压为6V ，设光敏电租在40lx-100lx 之间γ 值不变， (1）求流过光敏电阻的电流? （2）光照度为50lx 时输出电压为8V ，此时光敏电阻为多少?（3）光照度为80lx 时输出电压为10V 光敏电阻的值为多少？（4）γ值为多少？ lg70.85;lg50.699lg80 1.9;lg50 1.699 ====； 1、响应度 响应度（或称灵敏度）：是光电检测器输出信号与输入光功率之间关系的度量 2、信噪比 是负载电阻上信号功率与噪声功率之比 3、光电效应 光电效应：光照射到物体表面上使物体的电学特性发生变化 4、亮电流 光敏电阻两端加电压（直流或交流）。无光照时，阻值很大，电流（暗电流）很小；光照时，光生载流子迅速增加，阻值急剧减少，在外场作用下，光生载流子沿一定方向运动，形成亮电流 5、光电信号的二值化处理 将光电信号转换成“0”或“1”数字量的过程称为光电信号的二值化处理 6、亮态前历效应 (亮态前历效应是指光敏电阻测试或工作前处于亮态，当照度与工作时所要达到的照度不同时，所出现的一种滞后现象 7、热释电效应 在某些绝缘物质中，由于温度的变化引起极化状态改变的现象称为热释电效应 8、暗态前历效应 暗态前历效应是指光敏电阻测试或工作前处于暗态，当它突然受到光照后表现为暗态前历越长，光电流上升越慢 9、坎德拉(Candela,cd) 发光频率为540×10Hz的单色辐射，在给定方向上的辐射强度为1/683Wsr-1时，在该方向上的发光强度为1cd 10、外光电效应 当光照射某种物质时，若入射的光子能量hv足够大，它和物质中的电子相互作用，致使电子逸出物质表面，这种现象称为光电发射效应，又称外光电效应。 11、量子效率 一定波长的光子入射到光电阴极时，该阴极所发射的光电子数与入射的光子数之比值 12、象增强管 把微弱的辐射图像增强到可使人直接观察的真空光电成像器件。 13、本征光电导效应 本征半导体价带中的电子吸收光子能量跃入导带，产生本征吸收，导带中产生光生自由电子，价带中产生光生自由空穴，使得材料的电导率发生变化的现象 光电技术自动成卷系统 单选题（10题，20分）；简答题（5题，40分）；综合题（1题，15分）；计算题（1题，10分）；设计题（1题，15分） 锁定放大器是基于 A.自相关检测理论 C B.互相关捡测理论 「 C.直接探测址子限理论 C D?相T?探测原理 2、下列哪一种应用系统为典型的相干探测应用实例 「 A ?照相机自动曝光 「 B ?飞行目标红外辐射探测 「 C.激光陀螺测址转动角速度 C D ?子弹射击钢板闪光测址 3、依据光电器件伏安特性，下列哪些器件不能视为恒流源： 「 A.光电二极管 （ B.光电三极管 C C.光电倍増管 r D.光电池 4、对于P型半导体來说.以下说法不正确的是 A?空穴为多子.电子为少子 B ?能帯图中费米能级靠近价带顶 C.光照时内部不可能产生木征吸收 ' D.弱光照时载流子寿命与热平衡时空穴浓度成反比 5、在飞轮转速和方向的光电测虽系统中.若光源采用激光二极管.激光波长632nm.输出光调制频率为1kHz,探测器为CdSe光敬电阻，后接的检测电路为帯通滤波放大器.其中心频率为1kHz.带宽为lOOHzo 这样，检测系统可以消除光敏电阻哪些噪声的影响 f噪声，热噪声 r B?产生-复合噪声，热噪声 r C?产生-复合噪声，热噪声 f噪声，产生■复合噪声 6、在非相干探测系统中 「A?检测器能响应光波的波动性质，输出的电信号间接表征光波的振幅、频率和相 C B ?检测器貝响应入射其上的平均光功率 C C.具有空间滤波能力 C D.具有光谱滤波能力 7、关于半导体对光的吸收.下列说法正确的是 「 A.半导体非木征吸收时，产生电子一空穴对 B.朵质半导体木材料不会发生本征吸收 C C ?半导体对光的吸收与入射光波长有关 C D?非木征吸收时，吸收的能址全部转换为材料的热能 8、下列关于热电偶和热电堆的说法不正确的是 A.热电堆的测址误差比热电偶小 B ?热电堆的测量分辨率比热电偶高 c?热电堆的光电灵墩度比热电偶高 ' D.两者均基于光热效应 思考题及其答案 习题01 一、填空题 1、通常把对应于真空中波长在（0.38m μ）范围内的电磁辐 μ）到（0.78m 射称为光辐射。 2、在光学中，用来定量地描述辐射能强度的量有两类，一类是（辐射度学量），另一类是(光度学量)。 3、光具有波粒二象性，既是（电磁波），又是（光子流）。光的传播过程中主要表现为（波动性），但当光与物质之间发生能量交换时就突出地显示出光的（粒子性）。 二、概念题 1、视见函数：国际照明委员会（CIE）根据对许多人的大量观察结果，用平均值的方法，确定了人眼对各种波长的光的平均相对灵敏度，称为“标准光度观察者”的光谱光视效率V(λ),或称视见函数。 2、辐射通量：辐射通量又称辐射功率，是辐射能的时间变化率，单位为瓦(1W=1J/s)，是单位时间内发射、传播或接收的辐射能。 3、辐射亮度：由辐射表面定向发射的的辐射强度，除于该面元在垂直于该方向的平面上的正投影面积。单位为(瓦每球面度平方米) 。 4、辐射强度：辐射强度定义为从一个点光源发出的，在单位时间内、给定方向上单位立体角内所辐射出的能量，单位为W／sr(瓦每球面度)。 三、简答题 辐射照度和辐射出射度的区别是什么？ 答：辐射照度和辐射出射度的单位相同，其区别仅在于前者是描述辐射接 收面所接收的辐射特性，而后者则为描述扩展辐射源向外发射的辐射特性。 四、计算及证明题 证明点光源照度的距离平方反比定律，两个相距10倍的相同探测器上的照度相差多少倍？答： 2 22 4444R I R I dA d E R dA d E R I I ===∴=ππφπφφπφ＝的球面上的辐射照度为半径为又＝的总辐射通量为在理想情况下，点光源设点光源的辐射强度为ΘΘ ()1 2222222221 122 12 11001001010E E L I E L I L I L I E R I E L L L L =∴====∴= =ΘΘ又的距离为第二个探测器到点光源， 源的距离为设第一个探测器到点光 习题02 一、填空题 1、物体按导电能力分（绝缘体）（半导体）（导体）。 2、价电子的运动状态发生变化,使它跃迁到新的能级上的条件是（具有能向电子提供能量的外力作用）、（电子跃入的那个能级必须是空的）。 3、热平衡时半导体中自由载流子浓度与两个参数有关：一是在能带中（能态的分布），二是这些能态中（每一个能态可能被电子占据的概率）。 4、半导体对光的吸收有（本征吸收）（杂质吸收）（自由载流子吸收）（激子吸收）（晶格吸收）。半导体对光的吸收主要是（本征吸收）。 二、概念题 1、禁带、导带、价带： 光电检测技术期中考试试卷 2014 一．选择题（20分） 1．对于费米能级，以下说法不正确的是（ ） A 一个平衡的系统只能有唯一一个费米能级 B 电子占据率为时所对应的能级 C p 型半导体材料费米能级靠近价带顶 D n 型半导体材料费米能级靠近价带顶 2．负电子亲和势阴极和正电子亲和势比较有重要差别，参与发射的的电子（ ） A 不是冷电子，而是热电子 B 不是热电子，而是冷电子 C 既是冷电子，又是热电子 D 既不是冷电子，也不是热电子 3．下列器件按照响应速度由快到慢的顺序，正确的是（ ） A PIN 光电二极管 PN 结光电二极管 光电三极管 光敏电阻 B PIN 光电二极管 光敏电阻PN 结光电二极管 光电三极管 C 光电三极管 PIN 光电二极管 光敏电阻PN 结光电二极管 D PN 结光电二极管 光电三极管 PIN 光电二极管 光敏电阻 4．下列探测器的光－电响应时间，由少数载流子的寿命决定： （ ） A 光电导探测器 B 光电二极管 C 光电倍增管 D 光电倍增管 5．对于光敏电阻，下列说法不正确的是( ) A 弱光照下，光电流与照度之间具有良好的线性关系 B 光敏面做成蛇形，有利于提高灵敏度 C 光敏电阻光谱特性的峰值波长，低温时向短波方向移动 D 光敏电阻具有前历效应 6．下列光源中哪一种光源，可作为光电探测器在可见光区的积分灵敏度测量标准光源：（ ） A 氘灯 B 低压汞灯 C 色温2856K 的白炽灯 D 色温500K 的黑体辐射器 7．当黑体的温度升高时，其峰值光谱辐射出射度所对应的波长的移动方向为（ ） A.向短波方向移动 B.向长波方向移动 C.不移动 D.均有可能 8．表中列出了几种国外硅APD 的特性参数 根据表中数据，要探测830nm 的弱光信号，最为合适的器件是 （ ） A C30817E B C30916E C C30902E D C30902S 9．已知甲、乙两厂生产的光电器件在色温2856K 标准钨丝灯下标定出的灵敏度分别为uW uA S e /5=， lm A o S v /4.=，则甲乙两厂中光电器件灵敏度比较结果正确的是（ ） A. 甲场灵敏度高 B. 乙场灵敏度高 C. 甲乙两场灵敏度一样高 D. 无法比较 光电检测技术课程作业及答案(打印版) 思考题及其答案 习题01 一、填空题 1、通常把对应于真空中波长在（0.38m μ）范围内的电磁辐 μ）到（0.78m 射称为光辐射。 2、在光学中，用来定量地描述辐射能强度的量有两类，一类是（辐射度学量），另一类是(光度学量)。 3、光具有波粒二象性，既是（电磁波），又是（光子流）。光的传播过程中主要表现为（波动性），但当光与物质之间发生能量交换时就突出地显示出光的（粒子性）。 二、概念题 1、视见函数：国际照明委员会（CIE）根据对许多人的大量观察结果，用平均值的方法，确定了人眼对各种波长的光的平均相对灵敏度，称为“标准光度观察者”的光谱光视效率V(λ),或称视见函数。 2、辐射通量：辐射通量又称辐射功率，是辐射能的时间变化率，单位为瓦(1W=1J/s)，是单位时间内发射、传播或接收的辐射能。 3、辐射亮度：由辐射表面定向发射的的辐射强度，除于该面元在垂直于该方向的平面上的正投影面积。单位为(瓦每球面度平方米) 。 4、辐射强度：辐射强度定义为从一个点光源发出的，在单位时间内、给定方向上单位立体角内所辐射出的能量，单位为W／sr(瓦每球面度)。 三、简答题 辐射照度和辐射出射度的区别是什么？ 答：辐射照度和辐射出射度的单位相同，其区别仅在于前者是描述辐射接 收面所接收的辐射特性，而后者则为描述扩展辐射源向外发射的辐射特性。 四、计算及证明题 证明点光源照度的距离平方反比定律，两个相距10倍的相同探测器上的照度相差多少倍？答： 2 22 4444R I R I dA d E R dA d E R I I ===∴=ππφπφφπφ＝的球面上的辐射照度为半径为又＝的总辐射通量为在理想情况下，点光源设点光源的辐射强度为ΘΘ ()1 2222222221 122 12 11001001010E E L I E L I L I L I E R I E L L L L =∴====∴= =ΘΘ又的距离为第二个探测器到点光源， 源的距离为设第一个探测器到点光 习题02 一、填空题 1、物体按导电能力分（绝缘体）（半导体）（导体）。 2、价电子的运动状态发生变化,使它跃迁到新的能级上的条件是（具有能向电子提供能量的外力作用）、（电子跃入的那个能级必须是空的）。 3、热平衡时半导体中自由载流子浓度与两个参数有关：一是在能带中（能态的分布），二是这些能态中（每一个能态可能被电子占据的概率）。 4、半导体对光的吸收有（本征吸收）（杂质吸收）（自由载流子吸收）（激子吸收）（晶格吸收）。半导体对光的吸收主要是（本征吸收）。 二、概念题 1、禁带、导带、价带： 武汉理工大学考试试题纸(A卷) 课程名称光电技术 名词解释(每小题3分，总共15分) 1. 坎德拉(Candela,cd) 2.外光电效应 3.量子效率 4.象增强管 5.本征光电导效应 填空题(每小题3分，总共15分) 1. 光电信息变换的基本形式_________________ 、_______________ 、________________ 、 2. 光电倍增管是一种真空光电器件，它主要由_______ 、____ 、______ 、____ 和_____ 组成。 3. 发光二极管(LED)是一种注入电致发光器件，他由P型和N型半导体组合而成。其发光机理可以分为 和。 4. _________________________________________________________ 产生激光的三个必要条件是 E g，要使该材料有光电子产生，其入射光波的最大波长为 5.已知本征硅的禁带宽度为 、如图1所示的电路中，已知R b=820 Q ,R e=3.3K Q,U W=4V，光敏电阻为 输出电压为6V，80lx是为9V。设光敏电阻在30~100之间的Y值不变。 试求：(1)输出电压为8V时的照度； (2) 若R e增加到6 K Q ,输出电压仍然为8V ,求此时的照度； (3) 输出电压为8V时的电压灵敏度。 四、如果硅光电池的负载为R L。(10分) (1) 、画出其等效电路图； (2) 、写出流过负载的电流方程及开路电压和短路电流; (3) 、标出等效电路图中电流方向。 五、简述PIN光电二极管的工作原理。为什么PIN管比普通光电二极管好？(10分) 六、1200V负高压供电，具有11级倍增的光电倍增管，若倍增管的阴极灵敏度S K为20uA/ lm，阴极入射 1 1、举例说明你说知道的检测系统的工作原理。 （1）光电检测技术在工业生产领域中的 应用：在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定 位“ · （2）光电检测技术在日常生活中的应 用： 家用电器一一数码相机、数码摄像机：自动对焦一红外测距传感器自动 感应灯：亮度检测一光敏电阻 空调、冰箱、电饭煲：温度检测一热敏电阻、热电偶遥 控接收：红外检测一光敏二极管、光敏三极管可视对 讲、可视电话：图像获取一面阵CCD 医疗卫生一一数字体温计：接触式一热敏电阻，非接触式一红外传感器办公 商务一一扫描仪：文档扫描一线阵CCD 红外传输数据．红外检测一光敏二极管、光敏三极管 （3）光电检测技术在军事上的应用：夜 视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距 仪：可精确的定位目标 光电检测技术应用实例简介点钞机 （1）激光检测一激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字，会使荧光字产生一定波长的激光，通过对此激光的检测可辨别钞票的真假。山于仿制困难，故用于辨伪很准确。 （2）红外穿透检测一红外信号的检测红外穿透的工作原理是利用人民币的纸张比较坚固、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高，因而对红外信号的吸收能力较强来辨别钞票的真假。人民币的纸质特征与假钞的纸质特征有一定的差异，用红外信号对钞票进行穿透检测时，它们对红外信号的吸收能力将会不同，利用这一原理，可以实现辨伪。 （3）荧光反应的检测一荧光信号的检测荧光检测的工作原理是针对人民币的纸质进行检测。一一人民币采用专用纸张制造（含85％以上的优质棉花）《假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造，经漂白处理后的纸张在紫外线（波长为365nm的蓝光）的照射下会出现荧光反应（在紫外线的激发下衍射出波长为420一460nm的蓝光），人民币则没有荧光反应。 所以，用紫外光源对运动钞票进行照射并同时用硅光电池检测钞票的荧光反映，可判别钞票真假。 光电技术试题 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 命题人： 李阳 审核人： 试卷分类（A 卷或B 卷） A 五邑大学 试 卷 学期： 2012 至 2013 学年度 第 1 学期 课程： 光电子技术 课程代号： 010A1860 使用班级： AP10221、AP10222 姓名： 学号： 一、 单选题：（50分，每小题2分） 请将正确的答案填入下表中： 1、从光源的分类上分，汞灯属于：（B ） （A ）热辐射光源；（B ）气体放电光源；（C ）激光光源；（D ）电致发光光源。 2、在辐射度学的基本物理量中，描述点辐射源的辐射功率在不同方向上分布的物理量是（C ） （A ）辐射能； （B ）辐射通量；（C ）辐射强度；（D ）辐射出射度。 3、从辐射通量与光通量之间的换算关系可知，1W=（A ）lm. （A ）683； （B ）386； （C ）836； （D ）638。 4、绝对黑体的温度决定了它的辐射光谱分布，随着温度T 的升高，峰值波长 将（A ）。 （A ）向短波方向移动； （B ）向长波方向移动； （C ）不移动；（D ）随机移动。 5、日光灯是一种低压汞灯，发出波长为（ B ）nm 紫外光源，再激发荧光粉发了可见光。 （A ）283.7； （B ）253.7； （C ）353.7； （D ）333.7。 6、激光器的构成一般由（A ）组成。 （A ）激励能源、谐振腔和工作物质 （B ）固体激光器、液体激光器和气体激光器 （C ）半导体材料、金属半导体材料和PN 结材料 （D ） 电子、载流子和光子 7、热释电器件是由TGS 、LiTaO 3等热电晶体材料组成的，但不论哪种材料，都有一个特定温度，称居里温度。只有（ C ）居里温度，材料才有自发极化性质。 题号 一 二 三 四 五 六 总分 得分 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 题号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 答案 试卷编号 得分 m 复习题 1、光电检测系统通常主要由光学变换、光电转换、电信号处理三部分组成。 2、在环境亮度大于10cd/m2时,最强的视觉响应在光谱蓝绿区间的555 nm处。 3、光电倍增管由光窗、光电阴极、电子光学系统、电子倍增系统和阳极五个主要部分组成。由于其引入了电子倍增机构，因此具有灵敏度高、响应时间快等特点，常被使用。 4、FTCCD指的是帧转移型 CCD 5、发光二极管(LED)是一种注入电致发光器件，他由P型和N型半导体组合而成。其发光机理可以分为__ PN结注入发光_、_异质结注入发光__。 6、光电池的PN结工作在零偏状态，它的开路电压会随光照强度的增加而增加。 7、对于辐射源来说，光通量（光功率）定义为单位时间内向所有方向发射的可见光能量。 8、激光的形成必须具有工作物质、泵浦源、光学谐振腔。 9、入瞳位于无限远，物方主光线平行于光轴的光学系统称为物方远心光路，此光路克服了调焦不准带来的测量误差，常用于瞄准、读数和精密测量。 10、短焦物镜用于拍近距离物体，焦距越短，视场角越大，因此也称为广角物镜。 11、载光电耦合器件既具有光电耦合特性，又具有隔离特性 12、三种典型光子效应是指光电发射效应、光电导效应和光伏效应。 13、光敏电阻的工作原理是光照产生光生载流子，使其电阻值急剧减小。 14、CCD与其它器件相比，最突出的特点是它以电荷作为信号，而其他大多数器件是以电流或者电压作为信号。 15、依据噪声产生的物理原因,光电探测器的噪声可大致分为散粒噪声、热噪声和低频噪声三类。 16、由于光源发光的各向异性，许多光源的发光强度在各个方向是不同的。若在光源辐射光的空间某一截面上，将发光强度相同的点连线，得到该光源在该截面的发光强度曲线，称为配光曲线。 17、人眼按不同照度下的响应可分为明视觉、暗视觉。 18、降压使用对于光电测量用的白炽灯光源十分重要，因为灯泡寿命的延长将使系统的调整次数大为减少，也提高了系统的可靠性。 19、出瞳位于像方无限远处，平行于光轴的像方主光线在无限远处会聚于出瞳中心的光路被称为像方远心光路，它用于大地测量中测距，能大大提高测距精度。 20、集光镜将光源成像到聚光镜的前焦面上，孔径光阑位于聚光镜的物方焦面上， 西南科技大学2009—2010学年第1学期 《光电子技术》期末考试试卷（A卷） 学院： ___ 班级: 姓名：学号： ___________ 一、选择题（20分，2分/题） 1、光电子技术在当今信息时代的应用主要有（abcd ） A.信息通信 B.宇宙探测 C.军事国防 D.灾害救援 2、激光器的构成一般由（a ）组成 A.激励能源、谐振腔和工作物质 B.固体激光器、液体激光器和气体激光器 C.半导体材料、金属半导体材料和PN结材料 D. 电子、载流子和光子 3、光波在大气中传播时，引起的能量衰减与（abcd ）有关 A.分子及气溶胶的吸收和散射 B.空气折射率不均匀 C.光波与气体分子相互作用 D.空气中分子组成和含量 4、2009年10月6日授予华人高锟诺贝尔物理学奖，提到光纤以SiO2为材料的主要是由于（ a ） A.传输损耗低 B.可实现任何光传输 C.不出现瑞利散射 D.空间相干性好 5、激光调制器主要有（abc ） A.电光调制器 B.声光调制器 C.磁光调制器 D.压光调制器 6、电光晶体的非线性电光效应主要与（ac ）有关 A.外加电场 B.激光波长 C.晶体性质 D.晶体折射率变化量 7、激光调制按其调制的性质有（cd ） A.连续调制 B.脉冲调制 C.相位调制 D.光强调制 8、光电探测器有（abc ） A.光电导探测器 B.光伏探测器 C.光磁电探测器 D.热电探测元件 9、CCD 摄像器件的信息是靠（ b ）存储 A.载流子 B.电荷 C.电子 D.声子 10、LCD显示器，可以分为（abcd ） A. TN型 B. STN型 C. TFT型 D. DSTN型 西南科技大学2009—2010学年第1学期 《光电子技术》期末考试试卷（A） 二、判断题（20分，2分/题，对用“√”、错用“×”标记） 11、世界上第一台激光器是固体激光器。( T ) 12、在辐射度学中，辐射能量Q是基本的能量单位，用J(焦耳)来度量。( T ) 13、在声光晶体中，超声场作用像一个光学的“相位光栅”，其光栅常数等于光波波长λ。 ( F ) 14、在磁光晶体中，当磁化强度较弱时，旋光率α与外加磁场强度是成正比关系。( T ) 15、为了获得线性电光调制，通过引入一个固定2/π相位延迟，一般该调制器的电压偏置在T＝50％的工作点上。( T ) 16、在磁光调制中的磁性膜表面用光刻方法制作一条金属蛇形线路，主要为了实现交替变化的磁场。( T ) 1、光源选择的基本要求有哪些? 答：①源发光的光谱特性必须满足检测系统的要求。按检测的任务不同，要求的光谱范围也有所不同，如可见光区、紫外光区、红外光区等等。有时要求连续光谱，有时又要求特定的光谱段。系统对光谱范围的要求都应在选择光源时加以满足。②光对光源发光强度的要求。为确保光电测试系统的正常工作，对系统采用的光源的发光强度应有一定的要求。光源强度过低，系统获得信号过小，以至无法正常测试，光源强度过高，又会导致系统工作的非线性，有时还可能损坏系统、待测物或光电探测器，同时还会导致不必要的能源消耗而造成浪费。因此在设计时，必须对探测器所需获得的最大、最小光适量进行正确估计，并按估计来选择光源。③对光源稳定性的要求。不同的光电测试系统对光源的稳定性有着不同的要求。通常依不同的测试量来确定。稳定光源发光的方法很多，一般要求时，可采用稳压电源供电。当要求较高时，可采用稳流电源供电。所用的光源应该预先进行月化处理。当有更高要求时，可对发出光进行采样，然后再反馈控制光源的输出。④对光源其他方面的要求。光电测试中光源除以上几条基本要求外；还有一些具体的要求。如灯丝的结构和形状；发光面积的大小和构成；灯泡玻壳的形状和均匀性；光源发光效率和空间分布等等，这些方面都应该根据测试系统的要求给以满足 2、光电倍增管的供电电路分为负高压供电与正高压供电，试说明这两种供电电路的特点，举例说明它们分别适用于哪种情况? 答：采用阳极接地，负高压供电。这样阳极输出不需要隔直电容，可以直流输出，一般阳极分布参数也较小。可是在这种情况下，必须保证作为光屏蔽和电磁屏蔽的金属筒距离管壳至少要有10～20mm，否则由于屏蔽筒的影响，可能相当大地增加阳极暗电流和噪声。如果靠近管壳处再加一个屏蔽罩，并将它连接到阴极电位上，则要注意安全。采用正高压电源就失去了采用负高压电源的优点，这时在阳极上需接上耐高压、噪声小的隔直电容，因此只能得到交变信号输出。可是，它可获得比较低和稳定的暗电流和噪声 3、在微弱辐射作用下，光电导材料的光电灵敏度有什么特点，？为什么要把光敏电阻制造成蛇形？ 答：在微弱辐射下，光电导材料的光电灵敏度是定值，光电流与入射光通量成正比，即保持线性关系。 因为产生高增益系数的光敏电阻电极间距需很小（即t dr小），同时光敏电阻集光面积如果太小而不实用，因此把光敏电阻制造成蛇形，既增大了受光面积，又减小了极间距。 4、为什么结型光电器件在正向偏置时，没有明显的光电效应？它必须在那种偏置状态？为什么？ 答：因为p-n结在外加正向偏压时，即使没有光照，电流也随着电压指数级在增加，所以有光照时，光电效应不明显。p-n结必须在反向偏压的状态下，有明显的光电效应产生，这是因为p-n结在反偏电压下产生的电流要饱和，所以光照增加时，得到的光生电流就会明显增加。 二~论述光电检测系统的基本构成，并说明各部分的功能。 1、下面是一个光电检测系统的基本构成框图： （1）光源和照明光学系统：是光电检测系统中必不可少的一部分。在许多系统中按需要选择一定辐射功率、一定光谱范围和一定发光空间、分布的光源，以此发出的光束作为载体携带被测信息。 （2）被测对象及光学变换：这里所指的是上述光源所发出的光束在通过这一环节时，利用各种光学效应，如反射、吸收、折射、干涉、衍射、偏振等，使光束携带上被检测对象的特征信息，形成待检测的光信号。光学变换通常是用各种光学元件和光学系统来实现的，实现将被测量转换为光参量（振幅、频率、相位、偏振态、传播方向变化等）。3）光信号的匹配处理：这一工作环节的位置可以设置在被检测对象前面，也可设在光学变换后面，应按实际要求来决定。光信号匹配处理的主要目的是为了更好地获得待测量的信息，以满足光电转换的需要。 （4）光电转换：该环节是实现光电检测的核心部分。其主要作用是以光信号为媒质，以光电探测器为手段，将各种经待测量调制的光信号转换成电信号（电流、电压或频率），以利于采用目前最为成熟的电子技术进行信号的放大、处理、测量和控制等。 （5）电信号的放大与处理：这一部分主要是由各种电子线路所组成。光电检测系统中处理电路的任务主要是解决两个问题：①实现对微弱信号的检测；②实现光源的稳定化。 （6）存储、显示与控制系统：许多光电检测系统只要求给出待测量的具体值，即将处理好的待测量电信号直接经显示系统显示。 2、在“反向偏置”电路中，有两种取得输出电压U 0的方法：一种是从负载电阻R L 上取得电压U ，另一 种是从二极管两端取得电压U 。叙述两种方法的特点及它们之间的联系。（10分） (1)对于图a）所示的电路，光电信号是直接取出的，即U0=I L R L，而对于b）图，光电信号是间接取出的，U0=U C-I L R L； 1、设受光表面的光照度为100lx ，能量反射系数0.6，求该表面的光出射度和光亮度（假定该表面为朗伯辐射体）。（θ cos dS dI L v v =）解：设受光表面光谱反射率相同，则每单 位表面反射的光通量为 601006.0=?==入反ρφφLm/m 2 这也就是该表面的光出射度M v 。 对朗伯辐射体，其光亮度v L 与方向无关，沿任意方向（与法线方向成θ角）的发光强度θI 与法线方向发光强度0I 之间的关系为θθcos 0I I = 每单位面积辐射出的光通量除以π即为其光亮度： 1.1914 .360 cos 1 ==== ==πφθv S v v v dS dI dS dI L C d /m 2sr 附：朗伯体法向发光强度I 0与光通量v Φ的关系 由定义，发光强度Ω Φ= d d I v ，所以在立体角Ωd 内的光通量：?θθθd d I Id d v sin cos 0=Ω=Φ在半球面内的光通量 ??== Φπ ππ?θθθ20 02 /0 sin cos I d d I v 2、计算电子占据比F E 高2KT 、10KT 的能级的几率和空穴占据比F E 低2KT 、10KT 能级的几率。 解：能量为E 的能级被电子占据的概率为 ) exp(11 )(kT E E E f F n -+= E 比E f 高2kT 时，电子占据比：1192.011) 2exp(11 2=+=+=e kT kT f e E 比E f 高10kT 时，电子占据比：5 10 1054.411-?=+=e f e E 比E f 低2kT 时，空穴占据比：1192.011 ) exp(112 =+=-+=e kT E E f f p E 比E f 低10kT 时，空穴占据比： 5 10 1054.411-?=+=e f p光电技术简答题复习资料
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