光電技術(shù)總結(jié)

1、 “光電技術(shù)”復(fù)習(xí)資料一、回答問題：1、何謂光源的色溫？輻射源發(fā)射光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光的顏色相同，則黑體的這一溫度稱為該輻射源的色溫。2、費(fèi)米能級(jí)的物理意義是什么？在絕對(duì)零度，電子占據(jù)費(fèi)米能級(jí)以下的能級(jí)，而以上的能級(jí)是空的，不被電子占據(jù)。溫度高于絕對(duì)零度時(shí)，費(fèi)米能級(jí)的電子占據(jù)率為50%，比費(fèi)米能級(jí)能量高得愈多的能級(jí)，電子的占據(jù)概率愈小。3、寫出輻射度量學(xué)的基本物理量，并說明它們的定義。輻射能：以輻射的形式發(fā)射、傳播或接受的能量。輻射通量：以輻射形式發(fā)射、傳播或接受的功率。輻射強(qiáng)度：在給定方向上的單位立體角內(nèi)，離開點(diǎn)輻射源的輻射通量。輻射出射度：面輻射源表面單位面積上發(fā)射的輻射通量。

2、輻射照度：接受面上單位面積所照射的輻射通量。輻射亮度：輻射源表面一點(diǎn)處的面元在給定方向上的輻射強(qiáng)度除以該面元在垂直于該方向的平面上的正投影面積。 光譜輻射量：輻射源發(fā)出的光在波長處的單位波長間隔內(nèi)的輻射物理量。4、寫出光度學(xué)系統(tǒng)的基本物理量，并說明它們的定義。光量：以可見光的形式發(fā)射、傳播或接受的光的多少的量度。光通量：單位時(shí)間內(nèi)，以可見光的形式發(fā)射、傳播或接受的光量。光強(qiáng)度：在給定方向上的單位立體角內(nèi)，離開點(diǎn)光源的光通量。光出射度：面光源表面單位面積上發(fā)射的光通量。光照度：接受面上單位面積所照射的光通量。光亮度：輻射源表面一點(diǎn)處的面元在給定方向上的光強(qiáng)度除以該面元在垂直于該方向的平面上的正投

3、影面積。 5、什么是光譜光視效率（視見函數(shù)）？國際照明委員會(huì)根據(jù)對(duì)許多人的大量觀察結(jié)果，確定了人眼對(duì)各種波長光的平均相對(duì)靈敏度，稱為“標(biāo)準(zhǔn)光度觀察者”光譜光視效率或光視見函數(shù)。光譜光視效率分明視覺光譜光視效率（光強(qiáng)度大于3坎德拉）和暗視覺光譜光視效率（光強(qiáng)度小于0.001坎德拉），分別用和表示。一般來說，光度學(xué)量和對(duì)應(yīng)的輻射度量學(xué)量之間有如下關(guān)系：式中是光度學(xué)量，是對(duì)應(yīng)的輻射度量學(xué)量。等于683 Lm/W，稱為明視覺最大光譜光視效能，它表示人眼對(duì)波長為555 nm的光輻射所產(chǎn)生的視覺刺激值。積分上下限表示該積分從0.39 nm到0.78 nm之間進(jìn)行。6、發(fā)光強(qiáng)度的單位坎德拉，是國際單位制中七

4、個(gè)基本單位之一。給出它的科學(xué)含義及操作性定義。它相當(dāng)于1lm的光通量均勻照射在1面積上所產(chǎn)生的光照度 科學(xué)定義：光源發(fā)出頻率為540×1012Hz的單色輻射，在給定方向上的輻射強(qiáng)度為1/683W Sr-1時(shí)，在該方向上發(fā)光強(qiáng)度為1cd。 操作性定義： 在101325牛頓/平方米的壓力下，處于鉑凝固點(diǎn)溫度（2024K）的絕對(duì)黑體的1/600000平方米表面沿法線方向的發(fā)光強(qiáng)度為1坎德拉（其亮度為60熙提，1熙提=1燭光/厘米）。7、什么是朗伯輻射體？在任意發(fā)射方向上輻射亮度不變的表面，即對(duì)任何角為恒定值（理想輻射表面）。朗伯輻射表面在某方向上的輻射強(qiáng)度與該方向和表面法線之間夾角的余弦成

5、正比。 8、寫出黑體輻射的基爾霍夫定律。所有物體的光譜輻射出射度與吸收比的比值是相同的，并等于絕對(duì)黑體的光譜輻射出射度。9、說明維恩位移定律、斯蒂芬玻爾茲曼定律與普朗克黑體輻射公式之間的關(guān)系。 普朗克黑體輻射公式： （一）維恩位移定律令：，得：mm K。這就是維恩位移定律。 （二）斯蒂芬玻爾茲曼定律 式中，W cm-2 K-4 10、寫出光源的基本特性參數(shù)。（1）輻射效率和發(fā)光效率（2）光譜功率分布（3）空間光強(qiáng)分布（4）光源的色溫（5）光源的顏色11、光電探測器常用的光源有哪些？熱輻射光源：太陽；白熾燈，鹵鎢燈；黑體輻射器（模擬黑體，動(dòng)物活體）。氣體放電光源：汞燈，鈉燈，氙燈，熒光燈等。固體

6、發(fā)光光源：場致發(fā)光燈，發(fā)光二極管等。激光器：氣體激光器，固體激光器，染料激光器，半導(dǎo)體激光器等。12、畫出發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)圖并說明其工作原理。SiO2鋁電極背電極PN題12圖發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)圖發(fā)光二極管的基本結(jié)構(gòu)是半導(dǎo)體P-N結(jié)。工作原理：n型半導(dǎo)體中多數(shù)載流子是電子，p型半導(dǎo)體中多數(shù)載流子是空穴。P-N結(jié)未加電壓時(shí)構(gòu)成一定勢壘。加正向偏壓時(shí)，內(nèi)電場減弱，p區(qū)空穴和n區(qū)電子向?qū)Ψ絽^(qū)域的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)相對(duì)加強(qiáng)，構(gòu)成少數(shù)載流子的注入，從而p-n結(jié)附近產(chǎn)生導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴的復(fù)合，復(fù)合中產(chǎn)生的與材料性質(zhì)有關(guān)的能量將以熱能和光能的形式釋放。以光能形式釋放的能量就構(gòu)成了發(fā)光二極管的光輻射。13、說明發(fā)光二極管

7、的基本特性參數(shù)有哪些。（1）量子效率：1）內(nèi)發(fā)光效率：PN結(jié)產(chǎn)生的光子數(shù)與通過器件的電子數(shù)的比例。2）外發(fā)光效率：發(fā)射出來的光子數(shù)與通過器件的電子數(shù)的比例。（2）發(fā)光強(qiáng)度的空間分布：（3）發(fā)光強(qiáng)度與電流關(guān)系：電壓低于開啟電壓時(shí)，沒有電流，也不發(fā)光。電壓高于開啟電壓時(shí)顯示出歐姆導(dǎo)通性。在額定電流范圍內(nèi)，發(fā)光強(qiáng)度與通過的電流成正比。（4）光譜特性：發(fā)射功率隨光波波長（或頻率）的變化關(guān)系。（5）響應(yīng)時(shí)間：從注入電流到發(fā)光二極管穩(wěn)定發(fā)光或停止電流到發(fā)光二極管熄滅所用的時(shí)間。表達(dá)了發(fā)光二極管的頻率特性。（6）壽命：亮度隨時(shí)間的增加而減小。當(dāng)亮度減小到初始值的e-1時(shí)所延續(xù)的時(shí)間。14、說明半導(dǎo)體激光器的

8、工作原理及特性參數(shù)半導(dǎo)體P-N結(jié)是激活介質(zhì)，兩個(gè)與結(jié)面垂直的晶體邊界構(gòu)成諧振腔，當(dāng)P-N結(jié)正向?qū)〞r(shí)，可激發(fā)激光，閾值電流產(chǎn)生激光輸出所需最小注入電流。工作電壓、電流，發(fā)光功率，發(fā)光功率的空間分布，光譜范圍與峰值波長，電流閾值，頻率特性，壽命等。15、場致發(fā)光有哪三種形態(tài)？各有什么特點(diǎn)？第三章16、簡述光電導(dǎo)效應(yīng)。材料受到輻射后，電導(dǎo)率發(fā)生變化17、簡述PN結(jié)光伏效應(yīng)（分正偏、反偏、零偏三種情況）。是一種內(nèi)光電效應(yīng)，當(dāng)光子產(chǎn)生時(shí)，能產(chǎn)生一個(gè)光生電動(dòng)勢，基于兩種材料相接觸形成的內(nèi)建勢壘，光子激發(fā)的光生載流子被內(nèi)建電場掃向勢壘兩面三刀邊，從而形成光生電動(dòng)勢。18、簡述光電發(fā)射效應(yīng)（分金屬與半導(dǎo)體兩

9、種情況）。當(dāng)光照射物質(zhì)時(shí)，若入射光子能量h足夠大，它和物質(zhì)中的電子相互作用，使電子吸收光子的能量而逸出物質(zhì)表面。（1）第一定律：當(dāng)入射輻射的光譜分布不變時(shí)，飽和光電流與入射的輻射量成正比。（2）第二定律：發(fā)射的光子最大動(dòng)能隨入射光子頻率的增加而線性的增加，與入射光強(qiáng)度無關(guān)。19、什么是負(fù)電子親合勢，它的工作原理、主要用途及優(yōu)缺點(diǎn)。如果給半導(dǎo)體的表面做特殊處理，使表面區(qū)域能帶彎曲，真空能級(jí)降到導(dǎo)帶之下，從而使有效的電子親和勢為負(fù)值，經(jīng)過這種特殊處理的陰極稱作負(fù)電子親和勢光電陰極。 特點(diǎn)：1）量子效率高 2）光譜響應(yīng)延伸到紅外 3）熱電子發(fā)射小 4）光電子的能量集中20、探測器噪聲主要有哪幾種？（

10、1）熱噪聲：載流子在一定溫度下做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，載流子熱運(yùn)動(dòng)引起的電流起伏或電壓起伏。 （2）復(fù)合噪聲：載流子產(chǎn)生復(fù)合瞬間有起伏。 （3）散粒噪聲：隨機(jī)起伏所形成的噪聲。 （4）1/F噪聲：噪聲功率譜與頻率與反比。主要由于材料表面態(tài)和內(nèi)部缺陷引起電子散射而產(chǎn)生。 （5）溫度噪聲：由于器件本身吸收和傳導(dǎo)的熱交換，引起的溫度起伏。21、寫出電阻熱噪聲的電壓、電流、功率表達(dá)式。22、何謂等效噪聲帶寬？23、何謂等效噪聲功率？何謂探測率？何謂歸一化等效噪聲功率？如果入射到探測器的輻通量按某一頻率變化，當(dāng)探測器輸出信號(hào)電流Is等于噪聲均方根電流時(shí)，所對(duì)應(yīng)的入射輻通量e稱為等效噪聲功率NEP。等效噪聲功率N

11、EP的倒數(shù)為探測率D。 NEP常與探測器面積和測量系統(tǒng)帶寬的乘積的平方根成正比。為比較探測器性能，需除去和的影響，用歸一化參數(shù)表示。 24、何謂“白噪聲”？何謂“噪聲”？要降低電阻的熱噪聲應(yīng)采取什么措施？25、說明光電導(dǎo)器件、PN結(jié)光電器件和光電發(fā)射器件的禁帶寬度和截止波長之間的關(guān)系。第四章26、常用的光電陰極有哪些？各有何特點(diǎn)？（1）銀氧銫Ag-O-Cs光電陰極（2）單堿銻化物光電陰極，在可見短波區(qū)和近紫外區(qū)響應(yīng)率最高（3）多堿銻化物光電陰極，耐高溫（4）紫外光電陰極：只對(duì)探測的紫外信號(hào)靈敏（5）負(fù)電子親和勢光電陰極：量子效率高，光譜響應(yīng)延伸到紅外，勢電子發(fā)射小，光電子能量集中27、簡述光電

12、倍增管的工作原理。光電倍增管工作原理：1）光子透過入射窗口入射在光電陰極K上。2）光電陰極電子受光子激發(fā)，離開表面發(fā)射到真空中。3）光電子通過電子加速和電子光學(xué)系統(tǒng)聚焦入射到第一倍增極D1上，倍增極將發(fā)射出比入射電子數(shù)目更多的二次電子，入射電子經(jīng)N級(jí)倍增極倍增后光電子就放大N次方倍。4）經(jīng)過倍增后的二次電子由陽極P收集起來，形成陽極光電流，在負(fù)載RL上產(chǎn)生信號(hào)電壓。28、光電倍增管的特性參數(shù)？靈敏度、增益、暗電流、噪聲、伏安特性、線性、漂移與滯后、時(shí)間響應(yīng)、溫度特性、磁場特性與空間均勻性等。29、實(shí)踐中，我們采取什么措施以降低光電倍增管的暗電流與噪聲？減少暗電流的方法：1）直流補(bǔ)償 2）選頻和

13、鎖相放大 3）制冷 4）電磁屏蔽法 5）磁場散焦法30、實(shí)踐中，我們采取什么措施以保證光電倍增管的線性與增益穩(wěn)定性？31、光電倍增管中的倍增極有哪幾種結(jié)構(gòu)？主要特點(diǎn)各是什么？32、端窗式光電倍增管的光電陰極做成球面有何優(yōu)點(diǎn)？33、解釋光電導(dǎo)增益。光電導(dǎo)增益是表征光敏電阻特性的一個(gè)重要參數(shù)，它表示長度為L的光電導(dǎo)體兩端加上電壓后，由光照產(chǎn)生的光生載流子在電場作用下所形成的外部光電流與光電子形成的內(nèi)部電流之間的比值。34、什么是前歷效應(yīng)？它對(duì)我們的測量工作有何影響？第五章35、說明光敏電阻的幾種基本偏置電路。36、為什么結(jié)型光電器件在正向偏置時(shí)沒有明顯的光電效應(yīng)？他們應(yīng)工作在哪種偏置狀態(tài)？1）當(dāng)其

14、工作于零偏置的開路狀態(tài)時(shí)，將產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)。這種工作原理稱為光伏工作模式。 2）若其工作在反偏置狀態(tài)，無光照時(shí)，電阻很大，電流很??；有光照時(shí)電阻變小，電流變大。且流過的電流隨照度變化而變化。這就是光電導(dǎo)工作模式。 3）工作在正偏置狀態(tài)時(shí)，正向?qū)娏骱艽?，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于由于光照而產(chǎn)生的光電流，我們感受不到光電流。 所以，結(jié)型光電器件應(yīng)工作在零偏置或反偏置偏置狀態(tài)。第六章37、如果硅光電池的負(fù)載是，畫出它的等效電路圖，寫出流過負(fù)載的電流方程及、的表達(dá)式，說明其含義（圖中標(biāo)出電流方向）。38、硅光電池的開路電壓為，當(dāng)照度增大到一定值后，為什么不再隨入射照明的增加而增大，只是接近0.6V？在同一照度下，

15、為什么加負(fù)載后輸出電壓總是小于開路電壓？39、硅光電池的開路電壓為何隨溫度上升而下降？40、硅光電池的負(fù)載取何值時(shí)輸出功率最大？如何確定？在什么條件下可將它看做恒壓源使用？41、ZDU型光電二極管設(shè)環(huán)極的目的是什么？畫出正確的線路圖。使用時(shí)環(huán)極不接是否可用？為什么？42、一維光電位置探測器是如何測量光點(diǎn)位置的？寫出測量方程。43、說明PIN管、雪崩光電二極管的工作原理和各自特點(diǎn)。并說明為什么它們的頻率特性比普通光電二極管好？1) PIN光電二極管工作原理：無光照時(shí)，若給p-n結(jié)加一個(gè)適當(dāng)?shù)姆聪螂妷?，則反向電壓加強(qiáng)了內(nèi)建電場，使p-n結(jié)空間電荷區(qū)拉寬，勢壘增大，流過PN結(jié)的反向飽和電流很小，反向

16、電流是由少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)形成的。當(dāng)有光照時(shí)，滿足條件hvEg時(shí)，則在結(jié)區(qū)產(chǎn)生的光生載流子將被內(nèi)建電場拉開，光生電子被拉向n區(qū)，光生空穴被拉向p區(qū)，于是在外加電場的作用下形成了以少數(shù)載流子漂移運(yùn)動(dòng)為主的光電流。光照越強(qiáng)，產(chǎn)生的光生載流子越多，光電流越大。特點(diǎn)：p-n結(jié)內(nèi)電場基本上集中在 層中，使p-n結(jié)的結(jié)間間距拉大，結(jié)電容變小，則頻率響應(yīng)快，量子效率高，靈敏度高，長波響應(yīng)率大。特點(diǎn)：內(nèi)部增益高；耗盡區(qū)寬，能吸收大多數(shù)光子，因此量子效率高。響應(yīng)速度快，噪聲低。44、雪崩光電二極管的保護(hù)環(huán)起什么作用？45、達(dá)通型雪崩光電二極管結(jié)構(gòu)上有什么特點(diǎn)？使用這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是什么？46、什么是半導(dǎo)體色敏器

17、件，它是依據(jù)什么原理來工作的？半導(dǎo)體色敏器件是根據(jù)人眼視覺的三色原理，利用結(jié)深不同的p-n結(jié)光電二極管對(duì)各種波長的光譜靈敏度的差別，實(shí)現(xiàn)對(duì)光源或物體的顏色測量 半導(dǎo)體色敏器件的工作原理：由在同一塊硅片上制造兩個(gè)深淺不同的p-n結(jié)構(gòu)成（淺結(jié)為PD1，它對(duì)波長短的光電靈敏度高，PD2為深結(jié)，它對(duì)波長長的光電靈敏度高），這種結(jié)構(gòu)又稱為雙結(jié)光電二極管，通過測量單色光的波長，或者測量光譜功率分布與黑體輻射相接近的光源色溫來確定顏色，當(dāng)用雙結(jié)光電二極管作顏色測量時(shí)，一般是測出此器件中兩個(gè)硅光電二極管的短路電流比與入射光波長的關(guān)系，每一種波長的光都對(duì)應(yīng)于一短路電流比值，再根據(jù)短路電流比值的不同來判斷入射光的

18、波長以達(dá)到識(shí)別顏色的目的。47、什么是光電耦合器件？它分為哪兩類，特點(diǎn)是什么？各有何用途？48、光電二極管的基本特性有哪些？（量子效率，光照特性，伏安特性，溫度特性，頻率特性）第八章49、光電耦合器件的基本特性有哪些？（隔離性、電流傳輸比、頻率特性、輸入輸出電特性、輸入輸出絕緣特性）光電耦合器件的基本特性：（1）隔離特性（2）電流傳輸比（3）頻率特性（4）增益（5）等效背景照度（6）分辨率50、說明象管的主要結(jié)構(gòu)和特性參量（光譜響應(yīng)特性與光譜匹配特性、增益、等效背景照度、分辨率）。51、常用象增強(qiáng)器有哪幾種，各有何特點(diǎn)？52、說明象管、攝像管的工作原理和特點(diǎn)、用途。53、說明CCD的電荷存儲(chǔ)與

19、移動(dòng)（耦合）原理。54、說明CCD的特性參數(shù)（電荷轉(zhuǎn)移效率、工作頻率、電荷存儲(chǔ)容量、噪聲）。55、CCD器件為什么必須在動(dòng)態(tài)下工作？其驅(qū)動(dòng)脈沖上下限受到哪些條件的限制？應(yīng)如何估算？CCD器件是在柵極電壓VG >Vth(閥值電壓)，但尚未出現(xiàn)反型層時(shí)工作的。只有當(dāng)柵極電壓剛加上去的瞬間，耗盡區(qū)的寬度XD特別寬，即勢阱最深，能貯存電荷的可能性最大。隨著時(shí)間增加，耗盡區(qū)變窄，勢阱變淺，貯存電荷的可能性變小。當(dāng)t大于弛豫時(shí)間T時(shí)，勢阱被熱激發(fā)的電子填滿而形成反型層，勢阱消失，不能貯存新電荷。則CCD貯存有用信號(hào)電荷的時(shí)間必須小于熱激發(fā)電子的存貯時(shí)間。則CCD必須工作在動(dòng)態(tài)（非穩(wěn)態(tài)）。CCD器件的

20、驅(qū)動(dòng)脈沖下限受少數(shù)載流子壽命的影響，驅(qū)動(dòng)脈沖下限受達(dá)到轉(zhuǎn)移效率所需轉(zhuǎn)移時(shí)間t2的影響。驅(qū)動(dòng)脈沖工作上限驅(qū)動(dòng)脈沖工作下限56、簡述光電二極管的電荷存儲(chǔ)工作原理。它與連續(xù)工作方式相比有什么特點(diǎn)？57、自掃描光電二極管列陣SSPD由哪幾部分組成，畫出其電路框圖，并簡述其工作原理。58、SSPD中產(chǎn)生開關(guān)噪聲的原因是什么?怎樣才能減少開關(guān)噪聲？59、比較SSPD與CCD的主要優(yōu)缺點(diǎn)。60、什么是熱探測器？它與其它光電器件相比具有哪些特性？61、已知一熱探測器的熱時(shí)間常數(shù)為，熱容，熱導(dǎo)，求當(dāng)調(diào)制輻射頻率f變化時(shí)，探測器溫升的相對(duì)變化規(guī)律。62、熱電偶或熱電堆探測紅外輻射時(shí)開路和閉路情況熱端溫升是否相同？

21、說明之。63、熱釋電效應(yīng)應(yīng)如何理解？為什么熱釋電效應(yīng)只能探測調(diào)制輻射？64、用什么措施來降低熱探測器和光子探測器的背景限？65、（汞鎘碲）探測器為什么能改變其峰值波長？為什么峰值波長越長，要求工作溫度越低？66、常用的熱探測器有哪幾種？都是用什么原理工作的？（1）、熱敏電阻與測輻射熱計(jì)； （2）、熱電偶與熱電堆； （3）、熱釋電器件； （4）、高萊管。67、常用的光子探測器有哪幾種？都是利用什么原理工作的？68、哪些光電器件應(yīng)工作于平衡態(tài)？哪些光電器件只能在非平衡態(tài)下工作？為什么？69、列出你所知道的所有的光電探測器件，并將它們按探測原理進(jìn)行分類。70、什么是馳豫過程，光電馳豫過程的長短用什么

22、來描述？馳豫過程對(duì)光電器件的什么特性影響最大？一個(gè)系統(tǒng)從一個(gè)平衡狀態(tài)到另一個(gè)平衡狀態(tài)的中間變化過程稱為馳豫過程。光電馳豫過程的長短用時(shí)間常數(shù)來描述，它表示廣電系統(tǒng)的參數(shù)從開始值到最終變化值的=0.63倍時(shí)所用的時(shí)間。馳豫過程對(duì)光電器件的頻率特性影響最大。71、常用的光電材料都是半導(dǎo)體材料，為什么？光電靈敏度與半導(dǎo)體材料的什么特性有關(guān)？72、接觸電勢差由什么決定？能否由電壓表（或靜電電位計(jì)）加以測量？73、PN結(jié)電容由什么決定？寫出PN結(jié)電容方程。74、寫出光照下PN結(jié)的電流方程。75、為什么光電陰極一般都用P型半導(dǎo)體作為基底材料制作？76、為什么研究半導(dǎo)體光電發(fā)射時(shí)使用親和勢的概念，而不用電子

23、溢出功？77、什么叫熱電子和冷電子？為什么說負(fù)電子親和勢光電材料主要靠冷電子發(fā)射？78、簡述溫差電偶的工作原理。79、明視覺最大光譜光視效能及其物理意義。80、為了減小背景光和雜散光的影響，需對(duì)進(jìn)入光電接收系統(tǒng)的光進(jìn)行濾波。試說明對(duì)入射光進(jìn)行空間濾波和光譜濾波的基本方法和作用。一、空間濾波的基本方法和作用（1）如果信號(hào)光的輸入空間角有一定的大小，如遠(yuǎn)處的點(diǎn)光源，可以給接受光學(xué)系統(tǒng)加遮光罩、減小視場光闌、減小通光孔徑的方法，壓縮進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)的空間立體角。 （2）當(dāng)信號(hào)光源有一定的空間形狀時(shí)，我們可以利用透鏡的傅立葉變換，在其頻譜面上設(shè)置空間濾波器，只讓信號(hào)光源的特定空間頻譜通過，而將其他空間頻譜

24、擋住，就能將背景光幾乎全部濾除。（3）給接受光學(xué)系統(tǒng)加消雜光光闌，可以最大限度的消除雜光的干擾。二、光譜濾波的基本方法和作用81、為了提高光電接收系統(tǒng)的信噪比，我們學(xué)習(xí)過哪些方法用來壓制噪聲？82、你學(xué)過哪幾種光電信號(hào)調(diào)制方法？各是用什么原理、方法進(jìn)行調(diào)制的？內(nèi)調(diào)制：調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相、調(diào)寬、光學(xué)編碼等；外調(diào)制：調(diào)制盤、電光調(diào)制、聲光調(diào)制、莫阿條紋調(diào)制、液晶光閥調(diào)制等。83、說明對(duì)光源選擇的基本要求。84、簡述用鎖相環(huán)電路進(jìn)行微弱信號(hào)檢測的工作原理。85、簡述用取樣積分電路進(jìn)行微弱信號(hào)檢測的工作原理。86、說明前置放大器的主要作用。(1)、對(duì)微弱的光電信號(hào)進(jìn)行初步放大；（2）、使光電轉(zhuǎn)換器件輸出

25、的信號(hào)實(shí)現(xiàn)形式轉(zhuǎn)換（如電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)等），以最大程度地減小信號(hào)傳輸過程中的噪聲，使后級(jí)電路能夠有效地放大信號(hào)。（3）、使光電轉(zhuǎn)換器件和后級(jí)放大電路實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。87、光電技術(shù)中的光學(xué)系統(tǒng)主要由哪幾部分組成？各起什么作用？二、選擇題1、關(guān)于人眼的光譜光視效率，以下說法正確的是： （ D ）（A）對(duì)各種波長的入射光，只要它們的光譜輻射通量相等，則人眼感到的主觀亮度相等；（B）光源的亮度對(duì)人眼的光譜光視效率沒有影響；（C）對(duì)波長為840 nm的入射光，人眼亮視覺的光譜光視效率小于人眼暗視覺的光譜光視效率；（D）對(duì)波長為589 nm的入射光，人眼亮視覺的光譜光視效率大于

26、人眼暗視覺的光譜光視效率。2、關(guān)于朗伯體的說法中，正確的是： （ C ） （A）對(duì)各種波長的光，朗伯體的散射率都是一樣的； （B）對(duì)于沿正法線方向入射的光，散射光的光強(qiáng)度與散射方向和法線方向的夾角的余弦成正比； （C）對(duì)于沿任意方向入射的光，散射光的光強(qiáng)度均與散射方向和法線方向的夾角的余弦成正比； （D）對(duì)于沿任意方向入射的光，散射光的亮度均與散射方向和法線方向的夾角的余弦成正比。3、在光電技術(shù)中，對(duì)光源的主要要求有： （ D ） （A）發(fā)光強(qiáng)度要大，發(fā)光效率要高； （B）光輻射通量要大，光源穩(wěn)定性要好； （C）光源方向性好，便于調(diào)制； （D）光源的光譜功率分布應(yīng)與光電探測器件光譜響應(yīng)相匹配。

27、4、關(guān)于光電倍增管，下列說法正確的是： （ B ）（A）光電倍增管主要由光電陰極、電子光學(xué)系統(tǒng)、電子倍增極、陽極、電源等組成；（B）電子光學(xué)系統(tǒng)的作用是使光電陰極發(fā)射的光電子盡可能多的匯集到第一倍增極，并使光電子的渡越時(shí)間盡可能相等；（C）光電倍增管的增益由外加的總電壓決定，與陽極電壓無關(guān)；（D）陰極靈敏度由陰極材料決定，與窗口材料無關(guān)。5、設(shè)某光電倍增管的陰極靈敏度為10 mA/W，各級(jí)電子收集率均為1，二次電子發(fā)射系數(shù)均為2，共有19級(jí)電子倍增。如入射光輻射通量是W，則陽極電流是： （ A ）（A）A （B）A（C）mA （D）mA6、光電探測器的主要噪聲有： （C ） （A）熱噪聲，白噪

28、聲，產(chǎn)生復(fù)合噪聲； （B）熱噪聲，白噪聲，產(chǎn)生復(fù)合噪聲；1/f噪聲； （C）熱噪聲，散粒噪聲，產(chǎn)生復(fù)合噪聲，1/f噪聲，溫度噪聲； （D）熱噪聲，散粒噪聲，1/f噪聲，溫度噪聲。7、半導(dǎo)體PN結(jié)受到光照時(shí)，在外電路中產(chǎn)生的電流為： （ C ） （A） （B） （C） （D）8、對(duì)半導(dǎo)體光電導(dǎo)器件，以下說法中正確的是： ( C ) （A）光電導(dǎo)器件只能測量交變光照，不需要加偏壓即可工作； （B）光電導(dǎo)器件只能測量穩(wěn)定的光照，必須加偏壓才能工作； （C）光電導(dǎo)器件可以測量交變光照，必須加偏壓才能工作； （D）光電導(dǎo)器件只能測量穩(wěn)定的光照，不需要加偏壓即可工作；9、對(duì)熱釋電器件，以下說法中正確的是：

29、 ( A ) （A）熱釋電器件只能測量交變光照，不加偏壓即可工作； （B）熱釋電器件只能測量交變光照，必須加偏壓才能工作； （C）熱釋電器件可以測量穩(wěn)定的光照，不加偏壓即可工作； （D）熱釋電器件只能測量穩(wěn)定的光照，必須加偏壓才能工作；10、熱敏電阻與入射光的關(guān)系有： （D） （A）其響應(yīng)取決于入射光輻射通量，與光照度無關(guān)； （B）其響應(yīng)取決于光照度，與入射光輻射通量無關(guān)； （C）其響應(yīng)取決于光照度，與入射光波長無關(guān)； （D）其響應(yīng)取決于入射光輻射通量，與入射光波長無關(guān)。11、光敏電阻與入射光的關(guān)系有： （ A ） （A）其響應(yīng)取決于入射光輻射通量，與光照度無關(guān)； （B）其響應(yīng)取決于光照度，與

30、入射光輻射通量無關(guān)； （C）其響應(yīng)取決于光照度，與入射光波長無關(guān)； （D）其響應(yīng)取決于入射光輻射通量，與入射光波長無關(guān)。12、常用的快速光電探測器件有： （B）（A）光敏電阻，光電池，光電二極管等； （B）PIN光電二極管，雪崩光電二極管，光電倍增管等； （C）熱敏電阻，熱釋電器件，光電倍增管等； （D）CCD，熱釋電器件，光電倍增管等13、某光電子發(fā)射器件的量子效率是0.6，如入射光波長是555nm，則其光照靈敏度是： （C） （A）0.22A/lm （B）0.22A/W （C）0.33mA/lm （D）0.33mA/W14、在1000 lx的光照下，某光電池的開路電壓是0.56伏，短路電流

31、是0.28毫安。若要使用此光電池測量從幾百到幾千勒克斯的光照度，則關(guān)于其負(fù)載電阻最合適的說法是： （C ） （A）2000 （B）1000 （C）1400 （D）60015、一個(gè)三相CCD，其材料中少數(shù)載流子壽命為，極間轉(zhuǎn)移時(shí)間為，則其工作頻率應(yīng)滿足： （A） （A）； （B）； （C）； （D）；16、關(guān)于半導(dǎo)體光伏器件，以下說法正確的是： （ D ） （A）光電二極管通常工作在其伏安特性曲線的第一象限； （B）光電二極管通常工作在其伏安特性曲線的第四象限 （C）光電池通常工作在其伏安特性曲線的第一象限； （D）光電池通常工作在其伏安特性曲線的第四象限；17、減小光電二極管時(shí)間常數(shù)的基本方法

32、是： （ D ） （A）減小光電二極管的接受光的區(qū)域的面積； （B）減小光電二極管的PN結(jié)的厚度； （C）減小后級(jí)電路的負(fù)載電阻的阻值； （D）給光電二極管加較大的反向偏置電壓。18、關(guān)于電阻的熱噪聲，以下說法正確的是： （ C ） （A）熱噪聲只與電阻的溫度有關(guān)，與電阻的阻值無關(guān)； （B）熱噪聲電流的表示式是：； （C）熱噪聲電壓的表示式是：； （D）熱噪聲功率的表示式是：；19、在光電技術(shù)中使用的探測器經(jīng)常需要在低溫下工作，這是為了： （C ） （A）減小電路中溫度噪聲的影響； （B）減小電路中噪聲的影響； （C）減小電阻熱噪聲的影響； （D）減小電路中產(chǎn)生-復(fù)合噪聲的影響。20、提高一個(gè)

33、光電探測器的探測率最有效的方法是： （ A ） （A）降低光電探測器的溫度，減小電路系統(tǒng)的通頻帶寬度； （B）降低光電探測器的溫度，減小電路系統(tǒng)的等效電阻； （C）提高光電探測器的溫度，增大電路系統(tǒng)的通頻帶寬度； （D）提高光電探測器的溫度，增大電路系統(tǒng)的等效電阻；21、使用經(jīng)過致冷的光電探測器，可以使： （ C ） （A）光電探測器中的電子的速度減?。?（B）光電探測器中的電阻的阻值減?。?（C）光電探測器中的電阻的熱噪聲減??； （D）光電探測器的通頻帶的寬度減小。22、在以下各種說法中，正確的是： （ D ） （A）CCD是通過勢阱存儲(chǔ)電荷的，但不能通過勢阱變化把電荷轉(zhuǎn)移出去； （B）CC

34、D是通過P-N結(jié)存儲(chǔ)電荷的，可以通過勢阱變化把電荷轉(zhuǎn)移出去； （C）光電二極管可以通過P-N結(jié)存儲(chǔ)電荷，可以通過勢阱變化把電荷轉(zhuǎn)移出去； （D）光電二極管可以通過P-N結(jié)存儲(chǔ)電荷，可以通過曝光的辦法把電荷泄放掉。23、在以下各種說法中，正確的是： （ D ） （A）光電位置傳感器是通過光伏效應(yīng)來測量的，不能同時(shí)測量光點(diǎn)的位置和強(qiáng)度； （B）光電位置傳感器是通過光電導(dǎo)效應(yīng)來測量的，不能同時(shí)測量光點(diǎn)的大小和強(qiáng)度； （C）光電位置傳感器是通過光伏效應(yīng)來測量的，可以同時(shí)測量光點(diǎn)的大小和強(qiáng)度； （D）光電位置傳感器是通過光電導(dǎo)效應(yīng)來測量的，可以同時(shí)測量光點(diǎn)的位置和強(qiáng)度；24、使用熱電偶測量光照的優(yōu)點(diǎn)是：

35、 （A） （A）輸出電壓與光的波長無關(guān)； （B）輸出電流與波的強(qiáng)度無關(guān)； （C）輸出功率與波的強(qiáng)度成正比； （D）測量噪聲與背景光強(qiáng)無關(guān)。25、某光電二極管加反向偏置電壓，如以脈沖光照明，則從光照時(shí)刻算起，電流變化的規(guī)律為： （C） （A） （B） （C） （D）26、在內(nèi)光電效應(yīng)材料中： （D） （A）入射光波長越長，光吸收系數(shù)越大，量子效率越高； （B）入射光波長越長，光吸收系數(shù)越小，量子效率越低； （C）入射光波長越短，光吸收系數(shù)越大，量子效率越高； （D）隨著入射光波長由長變短，光吸收系數(shù)越來越大，但量子效率則由低到高后，又隨波長變短而越來越低；27、在光電導(dǎo)材料中，從材料突然受到光照

36、到穩(wěn)定狀態(tài)，光電流的變化是 （B ） （A） （B） （C） （D）28、下列各物體哪個(gè)是絕對(duì)黑體： （ B ）(A) 不輻射任何光線的物體 (B) 不能反射任何光線的物體 (C) 不能反射可見光的物體 (D) 不輻射可見光的物體二、計(jì)算題： 1、設(shè)受光表面的光照度為100lx，能量反射系數(shù)0.6，求該表面的光出射度和光亮度（假定該表面為朗伯輻射體）。（）解：設(shè)受光表面光譜反射率相同，則每單位表面反射的光通量為 Lm/m2這也就是該表面的光出射度Mv。對(duì)朗伯輻射體，其光亮度與方向無關(guān)，沿任意方向（與法線方向成角）的發(fā)光強(qiáng)度與法線方向發(fā)光強(qiáng)度之間的關(guān)系為 每單位面積輻射出的光通量除以即為其光亮度

37、： Cd/m2sr附：朗伯體法向發(fā)光強(qiáng)度I0與光通量的關(guān)系 由定義，發(fā)光強(qiáng)度，所以在立體角內(nèi)的光通量：在半球面內(nèi)的光通量 2、計(jì)算電子占據(jù)比高2KT、10KT的能級(jí)的幾率和空穴占據(jù)比低2KT、10KT能級(jí)的幾率。解：能量為E的能級(jí)被電子占據(jù)的概率為 E比Ef高2kT時(shí)，電子占據(jù)比：E比Ef高10kT時(shí)，電子占據(jù)比：E比Ef低2kT時(shí)，空穴占據(jù)比：E比Ef低10kT時(shí)，空穴占據(jù)比：3、設(shè)NSi中，摻雜濃度，少子壽命。如果由于外界作用，少子濃度P0（加大反向偏壓時(shí)的PN結(jié)附近就是這種情況），問這時(shí)電子一空穴的產(chǎn)生率是多少？（復(fù)合率，當(dāng)復(fù)合率為負(fù)值時(shí)即為產(chǎn)生率）解：在本征硅中，在N型硅中，少子濃度：

38、產(chǎn)生率為： R=每秒鐘每立方厘米體積內(nèi)可產(chǎn)生2.25×109個(gè)。4、一塊半導(dǎo)體樣品，時(shí)間常數(shù)為，在弱光照下停止光照0.2后，光電子濃度衰減為原來的多少倍？解： 5、一塊半導(dǎo)體樣品，本征濃度，N區(qū)摻雜濃度，P區(qū)摻雜濃度，求PN結(jié)的接觸電勢差（室溫下，）。解：在P-N結(jié)處，接觸電勢差 6、設(shè)某種光電倍增管一共有10個(gè)倍增極，每個(gè)倍增極的二次電子發(fā)射系數(shù)均為，陰極靈敏度，陽極電流不得超過100，試估算入射于陰極的光通量的上限。解：陽極電流IA滿足：，所以入射光通量 lm7、上題中，若陽極噪聲電流4nA，求其噪聲等效光通量?（）解：題中未給出入射光的波長值，我們?nèi)〔ㄩL為555 nm，則 NE

39、P= Lm 8、某光敏電阻的暗電阻為600k，在200lx光照下亮暗電阻比為1：100，求該電阻的光電導(dǎo)靈敏度。解：該光敏電阻的亮電阻為，光電導(dǎo)，所以光電導(dǎo)靈敏度 S/Lx9、某光電導(dǎo)器件的特性曲線如右圖，用該器件控制一繼電器。使用30V直流電源，電路在400lx的照度下有10mA電流即可使繼電器吸合。試畫出控制電路，計(jì)算所需串聯(lián)的電阻和暗電流。Rt30VRJ題92圖 光敏電阻控制繼電器電路R1 題91圖 光敏電阻的特性曲線解：光敏電阻的光電導(dǎo)靈敏度為 S/Lx在400Lx的光照下，光敏電阻的阻值為R。S所以，Rt=2500歐姆。使用30V直流電源，使繼電器吸合需10mA電流。這時(shí)回路電阻應(yīng)為

40、 RL=30/0.010=3000歐姆比光敏電阻的阻值要大，故需串聯(lián)一個(gè)電阻R1，R1=RL-Rt=500歐姆，如圖92所示。題10圖 10、具有上題所示特性的光敏電阻，用于右圖所示的電路中。若光照度為E（40050sin）lx，求流過的微變電流有效值和所獲得的信號(hào)功率。解：設(shè)光照度變化頻率和電容量C足夠大，則電容交流短路。交流等效負(fù)載為R1和R2的并聯(lián)值，R=2k。由上題，G0=4×10-4 S，Gmax=Sg Emax=1.0×10-6×450=4.5×10-4 S直流工作點(diǎn)： （安）。光照度最大時(shí)，總電流（安）所以交變電流的峰值電流是imax=6.

41、35-6.00=0.35(mA)，通過R2的峰值電流是：負(fù)載電阻R2所獲得的信號(hào)功率為：W11、已知2CR太陽能光電池的0.55伏，50mA，要用這種光電池組合起來對(duì)6V、0.5A的蓄電池充電，應(yīng)組成怎樣的電路？需要這樣的光電池多少個(gè)？（充電電源電壓應(yīng)比被充電電池電壓高1伏左右）解：光電池用于能量轉(zhuǎn)換時(shí)，輸出電壓一般取開路電壓的0.8倍，這時(shí)輸出電流約為0.8Isc=40mA , 輸出電壓0.44伏。需用個(gè)電池串聯(lián)供電。每支路提供40毫安的電流，需要條支路并聯(lián)。共需用個(gè)這樣的電池串、并聯(lián)供電。12、某光電二極管的結(jié)電容5 pF，要求帶寬10 MHZ，求允許的最大負(fù)載電阻是多少？若輸出的信號(hào)電流

42、為10 mA，在只考慮電阻熱噪聲的情況下，求K時(shí)信噪電流有效值之比。又電流靈敏度如為0.6 A/W時(shí)，求噪聲等效功率。解：因?yàn)?，所以最大?fù)載電阻：電阻熱噪聲，信噪電流有效值之比： W13、某熱探測器的熱導(dǎo)為W/K，熱容量為J/K，吸收系數(shù)0.8，若照射到光敏元上的調(diào)制輻射量為mW，求其溫升隨時(shí)間的變化關(guān)系，并給出上限調(diào)制頻率。解：熱探測器的熱時(shí)間常數(shù)為：上限調(diào)制頻率，所以：HZ。溫升隨時(shí)間的變化關(guān)系 14、某光電二極管的光照靈敏度為SE=3.010-6A/LX，拐點(diǎn)電壓為UM=10V，給它加上50伏的反向偏置電壓，其結(jié)電容為5pF。試求：（20分） 若其能接收f = 6 MHz的光電信號(hào)，求其

43、允許的最大負(fù)載電阻。 如光電二極管耗散功率為200毫瓦，求所允許的最大光照度。 如只考慮電阻的熱噪聲，求在問題條件下輸入電路的等效噪聲功率及可探測的最小光照度 (S/N=1)。. 如輸入信號(hào)光照度為E=50(1+sint)LX，求在最大輸出信號(hào)電壓情況下的負(fù)載電阻和電路通頻帶寬度。解：最大負(fù)載電阻：負(fù)載曲線通過拐點(diǎn)時(shí)，光電二極管耗散功率為所以： LX 取RL為最大負(fù)載電阻，其熱噪聲功率為 W取光譜光視效率為最大值683，得可探測的最小光照度為： LX 在最大輸出信號(hào)電壓情況下，照度達(dá)100LX時(shí)，光電二極管上壓降為10伏，輸出電壓Us=U0-UM=40伏，對(duì)應(yīng)的光電流為IS=SEE=3.0&#

44、215;10-6×100=3.0×10-4安。負(fù)載電阻為 RL=US/IS=1.33×105歐姆這時(shí)的電路通頻帶寬度是： HZ三、教材上所布置的所有作業(yè)題。第一章： 1、解：光衰減器的透射比指的是光輻射能量的透射比。在亮視覺時(shí)，對(duì)波長為的單色光，光亮度，對(duì)波長為的單色光，光亮度，且有。在暗視覺時(shí)，應(yīng)有： ，因?yàn)椋?大于1，所以在暗視覺時(shí)，波長為的光源的光亮度大于波長為的單色光源的光亮度。（光譜光視效能值參見教材第4頁，此處采用了數(shù)值內(nèi)插） 2、解： 該激光束的光通量Lm（流明）發(fā)光強(qiáng)度 Cd(坎德拉)光亮度 Cd/m2光出射度 Lm/m2 10米遠(yuǎn)處光斑面積大?。?/p>

45、m2反射光功率為： W反射光通量 Lm漫反射屏可以看作是個(gè)朗伯體，其法向發(fā)光強(qiáng)度I0與光通量的關(guān)系是，由于朗伯體的光亮度與方向無關(guān)，所以： Cd/m2 3、解：白熾燈各向同性發(fā)光時(shí) Lm 4、解：由維恩位移定律，所以 第三章1、解：300K時(shí)，遠(yuǎn)大于ni，所以。而，個(gè)/cm2其費(fèi)米能級(jí) 其能級(jí)圖如右。 2、解：300K時(shí)，因， 個(gè)/cm2其費(fèi)米能級(jí) 其能級(jí)圖如右。 4、解：（a）300K時(shí)，本征硅的電導(dǎo)率 （b）摻雜率10-8，則摻入的施主濃度為所以， 6、解：因?yàn)闅w一化探測率，所以 W這就是能探測的最小輻射功率。 7、解： S 8、解：該金屬光電發(fā)射體的逸出功為2.5eV，所以，且。(a) 發(fā)生光電效應(yīng)的長波限：m (b) 費(fèi)米能級(jí)相對(duì)于導(dǎo)帶底的能級(jí)差 eV第四章10、解：（b）陰極電流倍增系數(shù) 陽極電流 11、解：光電倍增管的增益與每級(jí)電壓的kn次方成正比。其中k為0.708，n是倍增級(jí)數(shù)。既：，所以 如要求放大倍數(shù)的穩(wěn)定度大于1%，則電壓的穩(wěn)定度應(yīng)優(yōu)于 12、解：因?yàn)殛枠O電流 ，所以最大光照度 lx第五章 2、解：光敏電阻中的光電流，所消耗的電功率為，所以極限照度為； lx 3、解：電路如右圖所示。 RL上的分壓為，所以 無光照時(shí) RtR