光電技術(shù)習題及總復習

主要內(nèi)容第一、習題（布置作業(yè)中的計算題）第二、總復習（基本概念、證明和基本設(shè)計內(nèi)容）

1-1.一支氣體激光器發(fā)出的波長為640nm，功率為2mW，如果這支氣體激光器的平面發(fā)散角為1mrad，激光器的半徑是0.5mm，已知視見函數(shù)V(λ)在λ=640nm時為0.175。求:

1）光通量第1章習題

(2).該激光束投射在10m遠的白色漫反射屏上,漫反射屏的反射比為0.85,求屏上的光亮度

(1).這支氣體激光束的光通量,發(fā)光強度,光亮度,光出射度.

本題1問的關(guān)鍵:輻射通量和光通量的轉(zhuǎn)換關(guān)系要清楚；立體角概念要清楚；立體角與平面角的關(guān)系？一、光電技術(shù)習題3）光亮度4）光出射度2）發(fā)光強度

本題2問的關(guān)鍵:要搞清楚透明的反射屏和不透明的反射屏所對應的立體角是不一樣的.πr102

該白色漫反射屏是不透明的,其上的光斑是一個漫反射源,因漫反射光源的視亮度與θ無關(guān),各方向都相同,因此該漫反射源以π的立體角出射光通量0.85Фv,故視亮度r10=θR=10-3×10=10-2(2).該激光束在10m遠的屏上形成的光斑面積為如果該屏是透光的，該屏上的光亮度是多少？第二種解法:參看書上7頁

因為激光束投射在10m遠的白色漫反射屏上,因此我們看到的是漫反射屏的亮度,它不是光源發(fā)出的亮度,因此,確切的說應當是視亮度.對于不透明的漫反射屏,視亮度計算公式為:對于透明的漫反射屏,視亮度計算公式為:

1-2.一只白燈，假設(shè)各向發(fā)光均勻，懸掛在離地面2m的高處，用照度計測得下方地面上的照度為30lx。求出該白燈的光通量？

所以:解：光通量:

本題的關(guān)鍵是:要搞清楚光通量和光照度之間的關(guān)系.第3章習題

3-5.一理想的運算放大器組成的放大電路，RF=1.5MΩ其電路的作用是對光電二極管的光電流進行線性放大，如果光電二極管未受光照時，運算放大器的輸出電壓為0.6V；如果光電二極管受到光照時，運算放大器的輸出電壓為2.6V。+-UOUbR1RF

本題的關(guān)鍵:要搞清楚放大電路是一個什么樣的放大電路?要搞清楚暗電流的含義?要搞清楚光照和靈敏度的關(guān)系?求：（1）光電二極管的暗電流是多少？（2）如果光電二極管的光電靈敏度Sg為0.8μA/lx，光照是多少？解:該放大器為反相比例放大器（或者利用虛短和虛斷的概念），所以

（1）無光照時（2）有光照時因為:所以:

注意:反相放大器,因此輸入與輸出有個”-”號,但是,由于Ub<0,所以,負號消失

本題的關(guān)鍵:要搞清楚亮電導,暗電導和光電導的含義?要搞清楚亮電導,暗電導和光電導之間的關(guān)系?要搞清楚光照和靈敏度的關(guān)系?

4-3.已知CdS光敏電阻的最大功耗為32mW，光電導靈敏度為Sg=0.5×10-6S/lx，暗電導gd=0S，若給CdS光敏電阻加偏置電壓16V，這時入射到CdS光敏電阻上的極限照度為多少勒克斯？第4章習題

解:

4-4.有一個光敏電阻R和2kΩ的負載電阻，串接在電壓為12V的電源上，無光照時負載上的輸出電壓為20mV，有光照時負載上的輸出電壓為2V。求：

1）暗電流

暗電阻解:求光敏電阻所受的光照度？

2）若光敏電阻的光電靈敏度為:1）光敏電阻的暗電流和亮電阻值；12VCdS亮電流亮電阻2）光敏電阻所受的光照度

12VCdS

本題的關(guān)鍵:要搞清楚亮電導,暗電導和光電導之間關(guān)系?要搞清楚光照和靈敏度的關(guān)系?搞清楚電阻和電導之間的關(guān)系?

4-5.已知CdS光敏電阻的暗電阻Rd=10MΩ,在照度為100lx時亮電阻R=5kΩ,用此光敏電阻控制繼電器,見下圖,如果繼電器線圈的電阻為4kΩ，繼電器的吸合電流為2mA,問需要多少照度才能吸合繼電器?如果要在400lx時繼電器才能吸合,那么此電路需作何改進?jCdS12V解1.Rd=10MΩgd=0.1×10-6SR=5kΩg=0.2×10-3S=200×10-6Sgp=g-gd≈200×10-6Ssg=gp/E≈2×10-6s/lx當繼電器的吸合電流為2mA時:g=I/V=2×10-3/4=0.5×10-3Sg=Sg·E+gd=500×10-6SE≈250lx2.當E=400lx時g=Sg·E+gd≈800×10-6SR≈1.25k此時,驅(qū)動電流為:I=12/(4+1.25)k=2.29mA>2mA

因此,為了在400lx時,繼電器才能吸合,電路應串聯(lián)一個電阻R串12/(5.25+R串)=2mAR串=0.75k

本題的關(guān)鍵是:要知道放大倍數(shù)和電壓之間的關(guān)系,并由此推導出系統(tǒng)測試精度和電源穩(wěn)定度的關(guān)系?第5章習題

5-6.現(xiàn)有12級倍增極的PMT，若要求正常工作時的放大倍數(shù)的穩(wěn)定度為1%，那么電源電壓的穩(wěn)定度是多少？

K=0.7~0.8,N=12

解:

5-7.已知GDB-423型光電倍增管的光電陰極的面積為2cm2，陰極靈敏度Sk=25μA/lm，光電倍增管的放大倍數(shù)為105，陽極額定電流為20μA。求允許的最大光照度為多少？

解:

本題的關(guān)鍵:要知道光電倍增管放大倍數(shù)的定義和表達式？要知道陽極靈敏度定義和表達式？陰極靈敏度定義和表達式?二、光電技術(shù)總復習(一).基本概念

2.真空光電器件是一種基于（）效應的器件，它包括（和）。4.硅光電二極管在反偏置條件下的工作模式為（），在零偏置條件下的工作模式為（）。5.變像管是一種能把各種（）輻射圖像轉(zhuǎn)換成為（）圖像的真空光電成像器件。1.光電效應按部位不同分為內(nèi)光電效應和外光電效應，內(nèi)光電效應包括（）和（）。3.光電導器件是基于半導體材料的（）效應制成的，最典型的光電導器件是（）。13.光源按光波在時間、空間上的相位特征分，可分為（）和（）光源。12.光導纖維簡稱光纖，光纖由（）、（）及（）組成。11.像增強器是一種能把（）增強到可使人眼直接觀察的真空光電成像器件，因此也稱為（）。8.光源的顏色，包括兩方面含義（）和（）。9.常用的光電陰極有（）和（），正電子親和勢材料光電陰極有哪些？6.電荷耦合器（CCD）電荷轉(zhuǎn)移的溝道主要有兩大類，一類是（）,另一類是（）。7.光電子技術(shù)是（）和（）相結(jié)合而形成的一門技術(shù)10.根據(jù)襯底材料的不同，硅光電二極管可分為（）型和（）型兩種。14.光纖的色散有材料色散、（）和（）。15.按照光纖在檢測系統(tǒng)中所起的作用來分，光纖傳感器可分為（）和（）兩種；16.光纖的數(shù)值孔徑表達式為（），它是光纖的一個基本參數(shù)，它反映了光纖的（）能力。18.根據(jù)襯底材料的不同，硅光電電池可分為（）型和（）型兩種。17.真空光電器件是基于（）效應的光電探測器，它的結(jié)構(gòu)特點是有一個（），其他元件都置于（）。19.根據(jù)襯底材料的不同，硅光電三極管可分為（）型和（）型兩種。20.為了從數(shù)量上描述人眼對各種波長輻射能的相對敏感度，引入視見函數(shù)V(λ)，視見函數(shù)有（）和（）。

21.什么是光電子技術(shù)?簡述你對光電子技術(shù)發(fā)展史的理解？簡述光電子技術(shù)主要研究什么？光電子技術(shù)以什么為特征？

22.什么是功能型光纖傳感器？什么是非功能型光纖傳感器？并舉例說明？簡述光纖溫度、電流傳感器工作原理。23.光電倍增管（PMT）由哪幾部分組成？并說明電子光學系統(tǒng)的作用是什么？倍增極結(jié)構(gòu)有幾種形式，各有么特點？

PMT的工作原理?24.什么是慢電子束掃描？靶網(wǎng)電極的作用是什么？像管由哪幾部分組成？成像的三個物理過程的理論依據(jù)各是什么？

25.什么是二次電子?并說明二次電子發(fā)射過程的三個階段是什么？光電子發(fā)射過程的三步驟？26.簡述Si-PIN光電二極管的結(jié)構(gòu)特點，并說明Si-PIN管的頻率特性為什么比普通光電二極管好？簡述雙結(jié)硅色敏器件特點？21題27.簡述常用像增強器的類型？并指出什么是第一、第二、第三和第四代像增強器？28.光源的光譜功率分為哪幾種情況？畫出每種情況對應的分布圖？29.光電測量系統(tǒng)中的噪聲可分為三類，簡述這三類噪聲？等效噪聲功率的表達式（兩個）？30.光和物質(zhì)相互作用的三個過程是什么?產(chǎn)生激光的三個必要條件是什么？激光器的類型和激光的特性是什么？31.硅光電池最大的開路電壓是多少？為什么它隨溫度升高而降低？32.什么是光纖的歸一化頻率參數(shù)？判斷單模與非單模光纖的條件？33.什么是“胖0”電荷？什么是“胖0”工作模式？“胖0”電荷的數(shù)量是多少？引入“胖0”電荷的優(yōu)缺點？34.光電探測器的特性參數(shù)有？為什么光敏電阻隨光照增加而降低？35.CCD由幾部分組成，并說明每部分的作用？為什么說CCD是非穩(wěn)態(tài)器件？CCD能否工作其電極間距為？37.以P型硅和金屬銫為例，簡述負電子親和勢的形成過程。36.畫出P型硅為襯底的CCD單元結(jié)構(gòu)圖，標出各部分名稱。并說明當柵極電壓UG<0，UG>0，UG>UTH時的工作狀態(tài)？對于CCD來說電荷注入方式有電注入和光注入，什么是電注入？什么是光注入？38.畫出CdSe靶的結(jié)構(gòu)圖，并說明每層的作用？40.什么是MCP？MCP工作原理？什么是光纖面板？光纖面板有哪幾種玻璃組成的組成？每層作用？38題36題39.從傳輸模式角度考慮，光纖分為哪幾種？從波長角度考慮光纖分為哪幾種？三.作業(yè)中的計算題

END二.證明與設(shè)計題

1.證明光從真空中進入光纖時，其數(shù)值孔徑的表達式為：

2.簡述PSD的工作原理，分別以PSD的中心和第1電極為原點時，求出各自光點的位置表達式？

4.用兩個槽型光電開關(guān)設(shè)計可識別移動方向的計數(shù)器；5.用CdS光敏電阻設(shè)計照相機的自動曝光控制電路；6.用CdS光敏電阻設(shè)計路燈自動控制電路。3.由普朗克公式推導出斯蒂芬-玻爾茲曼公式；

亞硒酸鎘(CdSeO3)層是由CdSe

氧化而成,是一層絕緣體,有利于降低暗電流,但不影響光電靈敏度.光As2S3SnO2玻璃CdSeCdSeO3電子束N+N畫出CdSe靶的結(jié)構(gòu)圖，并說明每層的作用？CdSe靶原理圖硒化鎘靶有四層結(jié)構(gòu)玻璃透明的導電層SnO2沉積在玻璃板上,作信號電極.

As2S3層是靶的掃描面,是在高空狀態(tài)下氣湘沉積而成,呈玻璃態(tài),厚0.2微米,是一個高阻層,禁帶寬度為2.3eV,具有很高的電阻率,.其作用是防止電子進入靶內(nèi),形成對電子的阻擋層,并且承擔電荷的積累和儲存.

CdSe層是N型半導體,它與呈N+型透明的導電層SnO2層構(gòu)成對空穴的阻擋層.CdSe層是異質(zhì)結(jié)CdSe靶的基體,厚2微米,是完成光電轉(zhuǎn)換的光敏層,其禁帶寬度為1.7eV,具有良好的光電導特性返回1).當UG<0，為多數(shù)載流子的積累狀態(tài)UG<0當金屬電極上加一個負電壓時,電場的方向?當金屬電極上加一個負電壓時,電場的作用?結(jié)果:(1).半導體表面可能移動的電子被排斥;(2).半導體內(nèi)可能移動的空穴被吸引到界面;

在P-Si和SiO2的界面形成了多數(shù)載流子的積累層,這種狀態(tài)為積累狀態(tài)2).當UG>0時,為多數(shù)載流子的耗盡狀態(tài)UG>0當金屬電極上加一個正電壓但尚處于小電壓時,電場的方向?當金屬電極上加一個正電壓時,電場的作用?結(jié)果:(1).半導體表面可能移動的空穴被排斥;(2).半導體表面下方一定寬度內(nèi),留下一層離子化的受主離子形成的空間電荷區(qū),為多子耗盡區(qū);該區(qū)域?qū)﹄娮觼碚f是一個勢能很低的區(qū)域,稱為勢阱

在界面形成了一層由離子化的受主離子形成的空間電荷區(qū),這種狀態(tài)為多子的耗盡狀態(tài)3).當UG>UTH時,為反型狀態(tài)UG>0當金屬電極上加的正電壓繼續(xù)增加時,電場的方向?大小?當金屬電極上加的正電壓增加時,電場的作用?結(jié)果:(1).半導體表面吸引了一薄層電子,與P型多子反型,此時的反型狀態(tài)為弱反型狀態(tài),此時電壓為UTH,反型層與半導體內(nèi)的P型導電區(qū)之間仍是耗盡層.(2).金屬電極上加的正電壓>UTH,界面下電子的濃度和襯底的多子濃度相等此時的反型狀態(tài)為強反型狀態(tài),MOS結(jié)構(gòu)達到穩(wěn)定狀態(tài);

在界面形成了一層由電子反型層,這種狀態(tài)為反型狀態(tài)這時如果沒有外界注入電子,反型層中電子來源主要是耗盡區(qū)內(nèi)熱激發(fā)的電子空穴對,這種過程較慢,所需時間為存儲時間(也稱弛豫時間)注意:這個時間為存儲時間(也稱弛豫時間),只有在這個時間內(nèi)可以對耗盡區(qū)存取信號電荷.這個時間大約為0.1~10S2.瞬態(tài)情況當金屬電極