光電檢測(cè)技術(shù)期末試卷試題大全

1、1、 光電器件的基本參數(shù)特性有哪些? （響應(yīng)特性 噪聲特性 量子效率 線性度 工作溫度）響應(yīng)特性分為電壓響應(yīng)度 電流響應(yīng)度 光譜響應(yīng)度 積分響應(yīng)度 響應(yīng)時(shí)間 頻率響應(yīng) 噪聲分類： 熱噪聲 散粒噪聲 產(chǎn)生-復(fù)合噪聲 1/f噪聲 信噪比S/N 噪聲等效功率NEP2、 光電信息技術(shù)是以什么為基礎(chǔ)，以什么為主體，研究和發(fā)展光電信息的形成、傳輸、接收、變換、處理和應(yīng)用。（光電子學(xué) 光電子器件）3、 光電檢測(cè)系統(tǒng)通常由哪三部分組成（光學(xué)變換 光電變換 電路處理）4、 光電效應(yīng)包括哪些外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)）外光電效應(yīng)：物體受光照后向外發(fā)射電子多發(fā)生于金屬和金屬氧化物。內(nèi)光電效應(yīng)：物體受到光照后所產(chǎn)生的光電

2、子只在物質(zhì)內(nèi)部而不會(huì)逸出物體外部多發(fā)生在半導(dǎo)體。內(nèi)光電效應(yīng)又分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。光電導(dǎo)效應(yīng)：半導(dǎo)體受光照后，內(nèi)部產(chǎn)生光生載流子，使半導(dǎo)體中載流子數(shù)顯著增加而電阻減少的現(xiàn)象。光生伏特效應(yīng)：光照在半導(dǎo)體PN結(jié)或金屬半導(dǎo)體接觸面上時(shí)，會(huì)在PN結(jié)或金屬半導(dǎo)體接觸的兩側(cè)產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)。5、 光電池是根據(jù)什么效應(yīng)制成的將光能轉(zhuǎn)換成電能的器件，按用途可分為哪幾種？（光生伏特效應(yīng) 太陽(yáng)能光電池和測(cè)量光電池）6、 激光的定義，產(chǎn)生激光的必要條件有什么？（ 定義：激光是受激輻射的光放大 粒子數(shù)反轉(zhuǎn) 光泵 諧振腔）7、 熱釋電器件必須在什么樣的信號(hào)的作用下才會(huì)有電信號(hào)輸出？（交變輻射）8、 CCD是一種電

3、荷耦合器件，CCD的突出特點(diǎn)是以什么作為信號(hào)，CCD的基本功能是什么？（電荷 CCD的基本功能是電荷的存儲(chǔ)和電荷的轉(zhuǎn)移。）9根據(jù)檢查原理，光電檢測(cè)的方法有哪四種。 （直接作用法 差動(dòng)測(cè)量法 補(bǔ)償測(cè)量法 脈沖測(cè)量法）10、光熱效應(yīng)應(yīng)包括哪三種。 （熱釋電效應(yīng) 輻射熱計(jì)效應(yīng) 溫差電效應(yīng)）11、一般PSD分為兩類，一維PSD和二維PSD，他們各自用途是什么？ （一維PSD主要用來測(cè)量光點(diǎn)在一維方向的位置；二維PSD用來測(cè)定光點(diǎn)在平面上的坐標(biāo)。）12、真空光電器件是基于什么效應(yīng)的光電探測(cè)器，它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是有一個(gè)真空管，其他元件都在真空管中，真空光電器件包括哪兩類。（外光電效應(yīng) 光電管 光電倍增管）二、

4、 名詞解釋1、響應(yīng)度（響應(yīng)度（或稱靈敏度）：是光電檢測(cè)器輸出信號(hào)與輸入光功率之間關(guān)系的度量。）2、信噪比（是負(fù)載電阻上信號(hào)功率與噪聲功率之比）3、光電效應(yīng)（光電效應(yīng)：光照射到物體表面上使物體的電學(xué)特性發(fā)生變化。）4、亮電流（光敏電阻兩端加電壓（直流或交流）。無光照時(shí)，阻值很大，電流（暗電流）很?。还庹諘r(shí)，光生載流子迅速增加，阻值急劇減少，在外場(chǎng)作用下，光生載流子沿一定方向運(yùn)動(dòng)，形成亮電流。）5、光電信號(hào)的二值化處理（將光電信號(hào)轉(zhuǎn)換成“0”或“1”數(shù)字量的過程稱為光電信號(hào)的二值化處理。）6、亮態(tài)前歷效應(yīng)(亮態(tài)前歷效應(yīng)是指光敏電阻測(cè)試或工作前處于亮態(tài)，當(dāng)照度與工作時(shí)所要達(dá)到的照度不同時(shí)，所出現(xiàn)的一

5、種滯后現(xiàn)象)7、熱釋電效應(yīng)（在某些絕緣物質(zhì)中，由于溫度的變化引起極化狀態(tài)改變的現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)）8、暗電流9、暗態(tài)前歷效應(yīng)暗態(tài)前歷效應(yīng)是指光敏電阻測(cè)試或工作前處于暗態(tài)，當(dāng)它突然受到光照后表現(xiàn)為暗態(tài)前歷越長(zhǎng)，光電流上升越慢。三、簡(jiǎn)答1、雪崩光電二極管的工作原理（當(dāng)光敏二極管的PN結(jié)上加相當(dāng)大的反向偏壓（100200V)時(shí)，在結(jié)區(qū)產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的電場(chǎng)，使進(jìn)入場(chǎng)區(qū)的光生載流子獲得足夠的能量，在與原子碰撞時(shí)可使原子電離，而產(chǎn)生新的電子空穴對(duì)。只要電場(chǎng)足夠強(qiáng)，此過程就將繼續(xù)下去，使PN結(jié)內(nèi)電流急劇增加，達(dá)到載流子的雪崩倍增，這種現(xiàn)象稱為雪崩倍增效應(yīng)。）2、光生伏特效應(yīng)與光電導(dǎo)效應(yīng)的區(qū)別和聯(lián)系？（共性：同

6、屬于內(nèi)光電效應(yīng)。區(qū)別：光生伏特效應(yīng)是少數(shù)載流子導(dǎo)電的光電效應(yīng)，而光電導(dǎo)效應(yīng)是多數(shù)載流子導(dǎo)電的光電效應(yīng)。）3、 什么是敏感器？敏感器與傳感器的區(qū)別和聯(lián)系？（將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為可用非電量的器件。共性：對(duì)被測(cè)非電量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。區(qū)別：敏感器是把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為可用非電量，傳感器是把被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為電量）4、 發(fā)光二極管的工作原理。（在PN結(jié)附近，N型材料中的多數(shù)載流子是電子，P型材料中的多數(shù)載流子是空穴，PN結(jié)上未加電壓時(shí)構(gòu)成一定的勢(shì)壘，當(dāng)加上正向偏壓時(shí)，在外電場(chǎng)作用下，P區(qū)的空穴和N區(qū)的電子就向?qū)Ψ綌U(kuò)散運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成少數(shù)載流子的注入，從而在PN 結(jié)附近產(chǎn)生導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴的復(fù)合。一個(gè)電子和一個(gè)空穴對(duì)每一次復(fù)

7、合，將釋放出與材料性質(zhì)有關(guān)的一定復(fù)合能量，這個(gè)能量會(huì)以熱能、光能、或部分熱能和部分光能的形式輻射出來。5、 說明電子器件與熱電器件的特點(diǎn)。光子器件熱電器件響應(yīng)波長(zhǎng)有選擇性，一般有截止波長(zhǎng)，超過該波長(zhǎng)，器件無響應(yīng)。響應(yīng)波長(zhǎng)無選擇性，對(duì)可見光到遠(yuǎn)紅外的各種波長(zhǎng)的輻射同樣敏感響應(yīng)快，吸收輻射產(chǎn)生信號(hào)需要的時(shí)間短， 一般為納秒到幾百微秒響應(yīng)慢，一般為幾毫秒6、 PIN型的光電二極管的結(jié)構(gòu)、工作原理及特點(diǎn)（它的結(jié)構(gòu)分三層，即P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間夾著較厚的本征半導(dǎo)體I層，它是用高阻N型硅片做I層，然后把它的兩面拋光，再在兩面分別作N+和P+雜質(zhì)擴(kuò)散，在兩面制成歐姆接觸而得到PIN光電二極管。原理：層

8、很厚，對(duì)光的吸收系數(shù)很小，入射光很容易進(jìn)入材料內(nèi)部被充分吸收而產(chǎn)生大量的電子-空穴對(duì)，因而大幅度提供了光電轉(zhuǎn)換效率，從而使靈敏度得以很高。兩側(cè)P層和N層很薄，吸收入射光的比例很小，I層幾乎占據(jù)整個(gè)耗盡層，因而光生電流中漂移分量占支配地位，從而大大提高了響應(yīng)速度。特點(diǎn)： PIN管的最大特點(diǎn)是頻帶寬，可達(dá)10GHz。缺點(diǎn):由于I層的存在，管子的輸出電流小，一般多為零點(diǎn)幾微安至數(shù)微安。）7、 熱輻射檢測(cè)器通常分為哪兩個(gè)階段？哪個(gè)階段能夠產(chǎn)生熱電效應(yīng)。（第一步：是熱探測(cè)器吸收紅外輻射引起溫升，這一步對(duì)各種熱探測(cè)器都一樣；第二步：利用熱探測(cè)器某些溫度效應(yīng)把溫升轉(zhuǎn)換為電量的變化。第二階段）8、光電檢測(cè)系統(tǒng)

9、由哪幾部分組成？作用分別是什么？（#光學(xué)變換時(shí)域變換：調(diào)制振幅、頻率、相位、脈寬空域變換：光學(xué)掃描光學(xué)參量調(diào)制：光強(qiáng)、波長(zhǎng)、相位、偏振形成能被光電探測(cè)器接收，便于后續(xù)電學(xué)處理的光學(xué)信息。#光電變換光電/熱電器件（傳感器）、變換電路、前置放大將信息變?yōu)槟軌蝌?qū)動(dòng)電路處理系統(tǒng)的電信息（電信號(hào)的放大和處理）。#電路處理放大、濾波、調(diào)制、解調(diào)、A/D、D/A、微機(jī)與接口、控制。）9、簡(jiǎn)述光電檢倍增管的結(jié)構(gòu)組成和工作原理（光電倍增管主要由入射窗口、光電陰極、電子光學(xué)系統(tǒng)、電子倍增系統(tǒng)、和陽(yáng)極5部分組成。1光照射到陰極轉(zhuǎn)換成電子，出射到下一電極。2電子撞到下一電極，倍增，更多的電子出射，直奔下一電極。.3經(jīng)

10、過若干次倍增，到達(dá)陽(yáng)極，形成信號(hào)電流。）10簡(jiǎn)述CCD器件的結(jié)構(gòu)和工作原理（MOS電容器件+輸入輸出端=CCDCcd的工作原理：由目標(biāo)發(fā)射來的光學(xué)圖像，經(jīng)透鏡聚焦后成像在CCD的像敏單元上；在耗盡層中或距耗盡層為一定范圍內(nèi)的光生電子迅速被勢(shì)阱收集，匯集到界面附近形成電荷包，存儲(chǔ)在像敏單元中。電荷包的大小與光強(qiáng)和積分時(shí)間成正比。電荷包在時(shí)鐘脈沖作用下，由轉(zhuǎn)移寄存器讀出。即在柵極上施加按一定規(guī)律變化、大小超過閾值的電壓，則在半導(dǎo)體表面形成不同深淺的勢(shì)阱。勢(shì)阱用于存儲(chǔ)信號(hào)電荷，其深度同步于信號(hào)電壓變化，使阱內(nèi)信號(hào)電荷沿半導(dǎo)體表面?zhèn)鬏?，最后從輸出二極管送出視頻信號(hào)。）11、簡(jiǎn)述熱電偶的工作原理（熱電偶

11、工作原理是基于賽貝克(seeback)效應(yīng),即兩種不同成分的導(dǎo)體兩端連接成回路，如兩連接端溫度不同，則在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流的物理現(xiàn)象。）12、光電二極管的工作模式有哪幾種？都分別用于什么場(chǎng)合？四、分析1、根據(jù)電路說明光電耦合器的作用。 B1 B2 +12V 1 K 4N25 Q11 +12V 1K 4N25 Q11 U1 6.2K Y1 U1 6.2K 30G6 Y2 33K 33K 30G6 Q12 Q12 2、分析下面電路的工作過程Cd5220V五、應(yīng)用題1、舉例說明脈沖方法測(cè)量長(zhǎng)度的原理。（被測(cè)物體L在傳送帶上以速度v前進(jìn)，光電傳感器將物體的長(zhǎng)度L轉(zhuǎn)換成脈沖來開啟門電路，計(jì)數(shù)器將計(jì)下與脈寬

12、對(duì)應(yīng)的高頻脈沖數(shù)N，則L=vt=vkN=KN)2、舉例說明補(bǔ)償測(cè)量方法的原理（補(bǔ)償測(cè)量法是通過調(diào)整一個(gè)或幾個(gè)與被測(cè)物理量有已知平衡關(guān)系（或已知其值）的同類標(biāo)準(zhǔn)物理量，去抵消（或補(bǔ)償）被測(cè)物理量的作用，使系統(tǒng)處于補(bǔ)償或平衡狀態(tài)。處于補(bǔ)償狀態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)，被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量具有確定的關(guān)系，由此可測(cè)得被測(cè)量值，這種方法稱為補(bǔ)償法。）。3、舉例說明象限探測(cè)器的應(yīng)用。（四象限探測(cè)器主要被用于激光準(zhǔn)直、二維方向上目標(biāo)的方位定向、位置探測(cè)等領(lǐng)域。）下圖為簡(jiǎn)單的激光準(zhǔn)直原理圖。用單模激光器作光源。因?yàn)樗泻苄〉墓馐l(fā)散角，又有圓對(duì)稱界面的光強(qiáng)分布，很有利于作準(zhǔn)直用。圖中激光射出的光束用倒置望遠(yuǎn)系統(tǒng)L進(jìn)行擴(kuò)束，倒置望

13、遠(yuǎn)系統(tǒng)角放大率小，于是光束發(fā)散角進(jìn)一步壓縮，射出接近平行的光束投向四象限管，形成一圓形亮斑。光電池AC、BD兩兩接成電橋，當(dāng)光束準(zhǔn)直時(shí)，亮斑中心與四象限管十字溝道重合，此時(shí)電橋輸出信號(hào)為零。若亮斑沿上下左右有偏移時(shí)，兩對(duì)電橋就相應(yīng)于光斑偏離方向而輸出電信號(hào)。哪個(gè)探測(cè)器被照亮斑的面積大，輸出信號(hào)也大。這種準(zhǔn)直儀可用于各種建筑施工場(chǎng)合作為測(cè)量基準(zhǔn)線。4、舉例說明光敏電阻的應(yīng)用（舉例一：照明燈的光電控制電路基本功能：根據(jù)自然光的情況決定是否開燈。基本結(jié)構(gòu)：整流濾波電路；光敏電阻及繼電器控制；觸電開關(guān)執(zhí)行電路?；驹恚汗獍禃r(shí)，光敏電阻的阻值很高，繼電器關(guān)，燈亮；光亮?xí)r，光敏電阻阻值降低，繼電器工作，

14、燈關(guān)。舉例二：把光敏電阻裝在大門上汽車燈光能照到的地方，把帶動(dòng)大門的電動(dòng)機(jī)接在干簧管的電路中，那么夜間汽車開到大門前，燈光照射光敏電阻時(shí)，干簧繼電器接通電動(dòng)機(jī)電路，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)大門打開。舉例三：天明告知裝置）電子科技大學(xué)二零零七 至二零零 八 學(xué)年第 一 學(xué)期期 末 考試光電檢測(cè)技術(shù) 課程考試題 B 卷 （120 分鐘） 考試形式：開卷 考試日期 2009 年6 月 12 日課程成績(jī)構(gòu)成：平時(shí) 20 分， 期中 分， 實(shí)驗(yàn) 分， 期末 80 分一二三四五六七八九十合計(jì)一、填空題（每空一分，共15分）1、入射光在兩介質(zhì)分界面的反射率與（ ）有關(guān)。2、已知本征硅的禁帶寬度Eg1.2eV，則該半導(dǎo)體材

15、料的本征吸收長(zhǎng)波限為（ ）。3、某一干涉儀的最高頻率為20MHz，選用探測(cè)器的時(shí)間常數(shù)應(yīng)小于（ ）。4、溫度越高，熱輻射的波長(zhǎng)就（ ）。5、光電檢測(cè)是以光信息的變換為基礎(chǔ)，它有（ ）和（ ）兩種基本工作原理。6、光電探測(cè)器的物理效應(yīng)通常分為（ ）、（）、（ ）。7、光電檢測(cè)系統(tǒng)主要由（ ）、（ ）、（）和（）。8、光電三極管的增益比光電二極管（ ），但其線性范圍比光電二極管（ ）。二、判斷題（每題一分，共分）1、PIN管的頻率特性比普通光電二極管好。 （ ）2、提高載流子平均壽命能同時(shí)提高光電導(dǎo)器件的增益及其截止頻率。 （ ）3、有基極引線光電三極管可作為光電二極管和無基極引線光電三極管使用。

16、（ ）4、對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制即可消除光源波動(dòng)及背景光干擾的影響。 （ ）5、光電二極管陣列中各單元面積減小，則其信號(hào)電流和暗電流同比例減小。（ ）6、陣列器件輸出的信號(hào)是數(shù)字信號(hào)。 （ ）7、光敏電阻受溫度影響大，通常工作在低溫環(huán)境下工作。 （ ）8、在微弱輻射作用下，光電導(dǎo)材料的光電靈敏度越高。 （ ） 9、光電探測(cè)器件輸出的信號(hào)只有比噪聲大時(shí)，測(cè)量才能進(jìn)行。 （ ）10、光電池的頻率特性很好。 （ ）三、簡(jiǎn)答題（每小題6分，共30分）1、 總結(jié)原子自發(fā)輻射、受激吸收、受激輻射三個(gè)過程的基本特征。2、半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管在結(jié)構(gòu)上、發(fā)光機(jī)理和工作特性上有什么不同？3、說明為什么本征光電導(dǎo)器件在

17、微弱的輻射作用下，時(shí)間顯影越長(zhǎng)，靈敏度越高。4、硅光電池的內(nèi)阻與哪些因素有關(guān)?在什么條件下硅光電池的輸出功率最大?5、光電三極管和普通三極管有什么不同？為什么說光電三極管比光電二極管的輸出電流可以大很多倍？四、論述題（45分）1、 試從工作原理和系統(tǒng)性能兩個(gè)方面比較直接探測(cè)和外差探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)。(10分)2、 寫出硅光電二極管的全電流方程，說明各項(xiàng)物理意義。（10分）3、試問圖1-1 (a) 和圖1-1(b)分別屬哪一種類型偏置電路？為什么？分別寫出輸出電壓U0的表達(dá)式。(12分)(a) (b)圖1-1 光敏電阻偏置電路3、 闡述用差動(dòng)法檢測(cè)溶液濃度的工作原理及工作過程。（13分）武漢理工

18、大學(xué)考試試題紙（A卷）課程名稱光電技術(shù)專業(yè)班級(jí)光信科05010503題號(hào)一二三四五六七八九十總分題分1515101010151510100備注：學(xué)生不得在試題紙上答題(含填空題、選擇題等客觀題)一、 名詞解釋(每小題3分，總共15分) 1.坎德拉(Candela,cd) 2.外光電效應(yīng) 3.量子效率 4. 象增強(qiáng)管 5. 本征光電導(dǎo)效應(yīng)二、 填空題(每小題3分，總共15分) 1. 光電信息變換的基本形式 、 、 、 、 、 。2.光電倍增管是一種真空光電器件，它主要由 、 、 、 和 組成。3. 發(fā)光二極管(LED)是一種注入電致發(fā)光器件，他由P型和N型半導(dǎo)體組合而成。其發(fā)光機(jī)理可以分為 和

19、。4. 產(chǎn)生激光的三個(gè)必要條件是 。RpReRbVDWUbb=12VUo圖1 5. 已知本征硅的禁帶寬度為，要使該材料有光電子產(chǎn)生，其入射光波的最大波長(zhǎng)為 。三、如圖1所示的電路中，已知Rb=820,Re=3.3K,UW=4V，光敏電阻為Rp,當(dāng)光照度為40lx時(shí)，輸出電壓為6V，80lx是為9V。設(shè)光敏電阻在30100之間的值不變。試求：(1) 輸出電壓為8V時(shí)的照度； （2）若增加到6 K，輸出電壓仍然為8V，求此時(shí)的照度； (3) 輸出電壓為8V時(shí)的電壓靈敏度。四、 如果硅光電池的負(fù)載為RL。(10分)(1)、畫出其等效電路圖；(2)、寫出流過負(fù)載的電流方程及開路電壓和短路電流；(3)、

20、標(biāo)出等效電路圖中電流方向。五、 簡(jiǎn)述PIN光電二極管的工作原理。為什么PIN管比普通光電二極管好？ (10分)六、 1200V負(fù)高壓供電，具有11級(jí)倍增的光電倍增管，若倍增管的陰極靈敏度SK為20uA/lm，陰極入射光的照度為0.1Lx，陰極有效面積為2cm2，各倍增極二次發(fā)射系數(shù)均相等()，光電子的收集率為，各倍增極的電子收集率為。(提示增益可以表示為) (15分) (1) 計(jì)算光電倍增管的放大倍數(shù)和陽(yáng)極電流。(2) 設(shè)計(jì)前置放大電路，使輸出的信號(hào)電壓為200mV，求放大器的有關(guān)參數(shù)，并畫出原理圖。七、 簡(jiǎn)述CCD的兩種基本類型，畫出用線陣CCD測(cè)量微小物體(小于100微米)原理簡(jiǎn)圖，并分析

21、測(cè)量原理。(15分)八、 一InGaAs APD 管在倍增因子M=1，入射波長(zhǎng)為1550nm時(shí)的量子效率h60，加偏置電壓工作時(shí)的倍增因子M=12。(10分)1. 如果入射功率為20nW，APD管的光電流為多少？2. 倍增因子為12時(shí)，APD管的光譜響應(yīng)度為多少？光電技術(shù) A卷參考答案一、 名詞解釋1. 坎德拉(Candela,cd)：發(fā)光頻率為540×10Hz的單色輻射，在給定方向上的輻射強(qiáng)度為1/683Wsr-1時(shí)，在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度為1cd。2. 外光電效應(yīng)：當(dāng)光照射某種物質(zhì)時(shí)，若入射的光子能量hv足夠大，它和物質(zhì)中的電子相互作用，致使電子逸出物質(zhì)表面，這種現(xiàn)象稱為光電發(fā)射效

22、應(yīng)，又稱外光電效應(yīng)。3. 量子效率：一定波長(zhǎng)的光子入射到光電陰極時(shí)，該陰極所發(fā)射的光電子數(shù)與入射的光子數(shù)之比值。4. 象增強(qiáng)管：把微弱的輻射圖像增強(qiáng)到可使人直接觀察的真空光電成像器件。5. 本征光電導(dǎo)效應(yīng)：本征半導(dǎo)體價(jià)帶中的電子吸收光子能量躍入導(dǎo)帶，產(chǎn)生本征吸收，導(dǎo)帶中產(chǎn)生光生自由電子，價(jià)帶中產(chǎn)生光生自由空穴，使得材料的電導(dǎo)率發(fā)生變化的現(xiàn)象。二、 填空題1. 信息載荷于光源的方式 信息載荷于透明體的方式、信息載荷于反射光的方式、信息載荷于遮擋光的方式、信息載荷于光學(xué)量化器的方式和光通信方式的信息變換。2. 光入射窗、光電陰極、電子光學(xué)系統(tǒng)、倍增極和陽(yáng)極。3. PN結(jié)注入發(fā)光，異質(zhì)結(jié)注入發(fā)光。4

23、、 5、四、根據(jù)圖示為恒流偏置電路，流過穩(wěn)壓管的電流 滿足穩(wěn)壓管的工作條件(1) 當(dāng)4V時(shí)，由得輸出電壓為6伏時(shí)電阻6K，輸出電壓為9伏時(shí)電阻3K，故=1；輸出電壓為8V時(shí)，光敏電阻的阻值為=4K，帶入，解得E=60lx（2）與上面（1）中類似，求出照度E=34lx(3) 電路的電壓靈敏度五、(1) 光電池的等效電路圖(2) 流過負(fù)載電阻的電流方程短路電流的表達(dá)式開路電壓的表達(dá)式 (3) 電流方向如圖所示六、當(dāng)光照射pn結(jié)，只要人射光子能量大于材料禁帶寬度，就會(huì)在結(jié)區(qū)產(chǎn)生電子空穴對(duì)。這些非平衡載流子在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，空穴順電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，電子逆電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，在開路狀態(tài)，最后在n區(qū)邊界積累光電子

24、，p區(qū)積累光生空穴，產(chǎn)生一個(gè)與內(nèi)建電場(chǎng)方向相反的光生電場(chǎng)。光電二極管在正偏置時(shí)，呈單向?qū)щ娦?，沒有光電效應(yīng)產(chǎn)生，只有在反偏置或零偏置時(shí)，才產(chǎn)生明顯的光電效應(yīng)。其基本結(jié)構(gòu)就是一個(gè)p-n結(jié)， 屬于結(jié)型光生伏特效應(yīng)。當(dāng)光照射時(shí)，滿足條件hv>Eg,則在結(jié)區(qū)產(chǎn)生的光生載流子將被內(nèi)建電場(chǎng)拉開，于是在外電場(chǎng)的作用下形成了以少數(shù)載流子漂移為主的光電流，顯然，光電流比無光照射時(shí)的反向飽和電流大的多，如果光照越強(qiáng)，表示在同樣條件下產(chǎn)生的光生載流子越多，光電流就越大，反之，則光電流越小。對(duì)于PIN管，由于I層的存在，使擴(kuò)散區(qū)不會(huì)到達(dá)基區(qū)，從而減少了或根本不存在少數(shù)載流子通過擴(kuò)散區(qū)的擴(kuò)散時(shí)間，而I層工作在反向

25、，實(shí)際是一個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)，對(duì)少子起加速的作用。即使I層較厚，對(duì)少子的度越時(shí)間影響也不大，即提高了頻率響應(yīng)。同時(shí)，反偏下，耗盡層較無I層時(shí)要大的多，從而使結(jié)電容下降，也提高了頻率響應(yīng)。七、CCD有兩種基本類型：一種是電荷包存貯在半導(dǎo)體與絕緣體之間的界面，并沿界面?zhèn)鬏?，這類器件稱為表面溝道電荷耦合器件（SCCD）；另一種是電荷包存貯在離半導(dǎo)體表面一定深度的體內(nèi)，并在半導(dǎo)體內(nèi)沿一定方向傳輸，這類稱為體內(nèi)溝道或埋溝道電荷耦合器件（BCCD）。原理： 當(dāng)滿足遠(yuǎn)場(chǎng)條件Ld2/時(shí)，根據(jù)夫瑯和費(fèi)衍射公式可得到d=K/Sin (1)當(dāng)很小時(shí)（即L足夠大時(shí)）Sintg= Xk/L代入（1）式得 d= .(2)S暗紋周

26、期，S=XK/K是相等的，則測(cè)細(xì)絲直徑d轉(zhuǎn)化為用CCD測(cè)S測(cè)量簡(jiǎn)圖八(1) Solution The responsivity at M=1 in terms of the quantum efficiency is (2) If Ipho is the primary photocurrent and f0 is the incident optical power then by definition so that 1、光源選擇的基本要求有哪些? 答： 源發(fā)光的光譜特性必須滿足檢測(cè)系統(tǒng)的要求。按檢測(cè)的任務(wù)不同，要求的光譜范圍也有所不同，如可見光區(qū)、紫外光區(qū)、紅外光區(qū)等等。有時(shí)要求連續(xù)光譜

27、，有時(shí)又要求特定的光譜段。系統(tǒng)對(duì)光譜范圍的要求都應(yīng)在選擇光源時(shí)加以滿足。 光對(duì)光源發(fā)光強(qiáng)度的要求。為確保光電測(cè)試系統(tǒng)的正常工作，對(duì)系統(tǒng)采用的光源的發(fā)光強(qiáng)度應(yīng)有一定的要求。光源強(qiáng)度過低，系統(tǒng)獲得信號(hào)過小，以至無法正常測(cè)試，光源強(qiáng)度過高，又會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)工作的非線性，有時(shí)還可能損壞系統(tǒng)、待測(cè)物或光電探測(cè)器，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致不必要的能源消耗而造成浪費(fèi)。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)探測(cè)器所需獲得的最大、最小光適量進(jìn)行正確估計(jì)，并按估計(jì)來選擇光源。 對(duì)光源穩(wěn)定性的要求。不同的光電測(cè)試系統(tǒng)對(duì)光源的穩(wěn)定性有著不同的要求。通常依不同的測(cè)試量來確定。穩(wěn)定光源發(fā)光的方法很多，一般要求時(shí)，可采用穩(wěn)壓電源供電。當(dāng)要求較高時(shí)，可采用穩(wěn)

28、流電源供電。所用的光源應(yīng)該預(yù)先進(jìn)行月化處理。當(dāng)有更高要求時(shí)，可對(duì)發(fā)出光進(jìn)行采樣，然后再反饋控制光源的輸出。 對(duì)光源其他方面的要求。光電測(cè)試中光源除以上幾條基本要求外；還有一些具體的要求。如燈絲的結(jié)構(gòu)和形狀；發(fā)光面積的大小和構(gòu)成；燈泡玻殼的形狀和均勻性；光源發(fā)光效率和空間分布等等，這些方面都應(yīng)該根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)的要求給以滿足2、光電倍增管的供電電路分為負(fù)高壓供電與正高壓供電，試說明這兩種供電電路的特點(diǎn)，舉例說明它們分別適用于哪種情況? 答：采用陽(yáng)極接地，負(fù)高壓供電。這樣陽(yáng)極輸出不需要隔直電容，可以直流輸出，一般陽(yáng)極分布參數(shù)也較小。可是在這種情況下，必須保證作為光屏蔽和電磁屏蔽的金屬筒距離管殼至少要有

29、1020mm，否則由于屏蔽筒的影響，可能相當(dāng)大地增加陽(yáng)極暗電流和噪聲。如果靠近管殼處再加一個(gè)屏蔽罩，并將它連接到陰極電位上，則要注意安全。采用正高壓電源就失去了采用負(fù)高壓電源的優(yōu)點(diǎn)，這時(shí)在陽(yáng)極上需接上耐高壓、噪聲小的隔直電容，因此只能得到交變信號(hào)輸出?？墒?，它可獲得比較低和穩(wěn)定的暗電流和噪聲3、在微弱輻射作用下，光電導(dǎo)材料的光電靈敏度有什么特點(diǎn)，？為什么要把光敏電阻制造成蛇形？ 答：在微弱輻射下，光電導(dǎo)材料的光電靈敏度是定值，光電流與入射光通量成正比，即保持線性關(guān)系。因?yàn)楫a(chǎn)生高增益系數(shù)的光敏電阻電極間距需很?。磘dr小），同時(shí)光敏電阻集光面積如果太小而不實(shí)用，因此把光敏電阻制造成蛇形，既增大

30、了受光面積，又減小了極間距。9、 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)？它必須在那種偏置狀態(tài)？為什么？ 答：因?yàn)閜-n結(jié)在外加正向偏壓時(shí)，即使沒有光照，電流也隨著電壓指數(shù)級(jí)在增加，所以有光照時(shí)，光電效應(yīng)不明顯。p-n結(jié)必須在反向偏壓的狀態(tài)下，有明顯的光電效應(yīng)產(chǎn)生，這是因?yàn)閜-n結(jié)在反偏電壓下產(chǎn)生的電流要飽和，所以光照增加時(shí)，得到的光生電流就會(huì)明顯增加。二論述光電檢測(cè)系統(tǒng)的基本構(gòu)成，并說明各部分的功能。1、下面是一個(gè)光電檢測(cè)系統(tǒng)的基本構(gòu)成框圖： （1） 光源和照明光學(xué)系統(tǒng)：是光電檢測(cè)系統(tǒng)中必不可少的一部分。在許多系統(tǒng)中按需要選擇一定輻射功率、一定光譜范圍和一定發(fā)光空間、分布的光源，

31、以此發(fā)出的光束作為載體攜帶被測(cè)信息。（2）被測(cè)對(duì)象及光學(xué)變換：這里所指的是上述光源所發(fā)出的光束在通過這一環(huán)節(jié)時(shí)，利用各種光學(xué)效應(yīng)，如反射、吸收、折射、干涉、衍射、偏振等，使光束攜帶上被檢測(cè)對(duì)象的特征信息，形成待檢測(cè)的光信號(hào)。光學(xué)變換通常是用各種光學(xué)元件和光學(xué)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，實(shí)現(xiàn)將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為光參量（振幅、頻率、相位、偏振態(tài)、傳播方向變化等）。3）光信號(hào)的匹配處理：這一工作環(huán)節(jié)的位置可以設(shè)置在被檢測(cè)對(duì)象前面，也可設(shè)在光學(xué)變換后面，應(yīng)按實(shí)際要求來決定。光信號(hào)匹配處理的主要目的是為了更好地獲得待測(cè)量的信息，以滿足光電轉(zhuǎn)換的需要。（4）光電轉(zhuǎn)換：該環(huán)節(jié)是實(shí)現(xiàn)光電檢測(cè)的核心部分。其主要作用是以光信號(hào)為媒質(zhì)

32、，以光電探測(cè)器為手段，將各種經(jīng)待測(cè)量調(diào)制的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（電流、電壓或頻率），以利于采用目前最為成熟的電子技術(shù)進(jìn)行信號(hào)的放大、處理、測(cè)量和控制等。（5）電信號(hào)的放大與處理：這一部分主要是由各種電子線路所組成。光電檢測(cè)系統(tǒng)中處理電路的任務(wù)主要是解決兩個(gè)問題：實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱信號(hào)的檢測(cè)；實(shí)現(xiàn)光源的穩(wěn)定化。（6）存儲(chǔ)、顯示與控制系統(tǒng)：許多光電檢測(cè)系統(tǒng)只要求給出待測(cè)量的具體值，即將處理好的待測(cè)量電信號(hào)直接經(jīng)顯示系統(tǒng)顯示。2、在“反向偏置”電路中，有兩種取得輸出電壓U0的方法：一種是從負(fù)載電阻RL上取得電壓U0，另一種是從二極管兩端取得電壓U0。敘述兩種方法的特點(diǎn)及它們之間的聯(lián)系。（10分）(1)對(duì)于圖a

33、）所示的電路，光電信號(hào)是直接取出的，即U0=ILRL，而對(duì)于b）圖，光電信號(hào)是間接取出的，U0=UC-ILRL； (2)兩種電路輸出的光電信號(hào)電壓的幅值相等，但相位是相反的； (3)這兩種方法只適合照射到PN結(jié)上的光強(qiáng)變化緩慢和恒定光的情況，這時(shí)光電二極管的結(jié)電容不起作用，二極管本身的串聯(lián)電阻很小，實(shí)際上可以略去不計(jì)。 (4)當(dāng)二極管的光電流與暗電流接近時(shí)，光電信號(hào)難以取出，因此，運(yùn)用反偏法檢測(cè)微弱的恒定光時(shí)不利的。 3、如果硅光電池的負(fù)載為RL，畫出它的等效電路圖，寫出流過負(fù)載IL的電流方程及Uoc、Isc的表達(dá)式，說明其含義（圖中標(biāo)出電流方向）。（12分硅光電池的工作原理和等效電路為下圖：

34、（a） 光電池工作原理圖 （b）光電池等效電路圖 （c）進(jìn)一步簡(jiǎn)化從圖（b）中可以得到流過負(fù)載RL的電流方程為： （1）其中，SE為光電池的光電靈敏度，E為入射光照度，Is0是反向飽和電流，是光電池加反向偏壓后出現(xiàn)的暗電流。 當(dāng)i0時(shí)，RL（開路），此時(shí)曲線與電壓軸交點(diǎn)的電壓通常稱為光電池開路時(shí)兩端的開路電壓，以VOC表示，由式（1）解得： （2）（4分）當(dāng)IpIo時(shí)， 當(dāng)RL0（即特性曲線與電流軸的交點(diǎn)）時(shí)所得的電流稱為光電流短路電流，以Isc表示，所以IscIpSe·E （3）（4分）從式（2）和（3）可知，光電池的短路光電流Isc與入射光照度成正比，而開路電壓Voc與光照度的對(duì)

35、數(shù)成正比。 1、為什么發(fā)光二極管的PN結(jié)要加正向電壓才能發(fā)光？而光電二極管要零偏或反偏才能有光生伏特效應(yīng)？ 答：1. p-n結(jié)在外加正向偏壓時(shí),外加電壓削弱內(nèi)建電場(chǎng),使空間電荷區(qū)變窄,載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加強(qiáng),構(gòu)成少數(shù)載流子的注入,從而在p-n結(jié)附近產(chǎn)生導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴的復(fù)合。一個(gè)電子和一個(gè)空穴的一次復(fù)合將釋放出與材料性質(zhì)有關(guān)的一定復(fù)合能量，這些能量會(huì)以熱能、光能或部分熱能和部分光能的形式輻射出來，產(chǎn)生電致發(fā)光現(xiàn)象，這就是LED的發(fā)光機(jī)理。因?yàn)閜-n結(jié)在外加正向偏壓時(shí)，即使沒有光照，電流也隨著電壓指數(shù)級(jí)在增加，所以有光照時(shí)，光電效應(yīng)不明顯。p-n結(jié)必須在反向偏壓的狀態(tài)下，有明顯的光電效應(yīng)產(chǎn)生，這

36、是因?yàn)閜-n結(jié)在反偏電壓下產(chǎn)生的電流要飽和，所以光照增加時(shí)，得到的光生電流就會(huì)明顯增加。2、簡(jiǎn)述三種主要光電效應(yīng)的基本工作原理 答： 當(dāng)半導(dǎo)體材料受光照時(shí)，由于對(duì)光子的吸收引起載流子濃度增大，因而導(dǎo)致材料電導(dǎo)率增大，這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)，是一種內(nèi)光電效應(yīng)。材料對(duì)光的吸收有本征型和非本征型，所以光電導(dǎo)效應(yīng)也有本征型和非本征型兩種。當(dāng)光照射PN結(jié)時(shí)，只要入射光子能量大于材料禁帶寬度，就會(huì)在結(jié)區(qū)產(chǎn)生電子空穴對(duì)。光生電子空穴對(duì)就被內(nèi)建電場(chǎng)分離開來，空穴留在P區(qū)，電子通過擴(kuò)散流向N區(qū),這種光照零偏PN結(jié)產(chǎn)生開路電壓的效應(yīng)，稱為光伏效應(yīng).當(dāng)光照射到某種物質(zhì)時(shí)，若入射的光子能量足夠大，那么它和物質(zhì)中的電子

37、相互作用，可致使電子逸出物質(zhì)表面，這種現(xiàn)象稱為光電發(fā)射效應(yīng)，又稱為外光電效應(yīng)。3、光電探測(cè)器與熱電探測(cè)器在工作原理、性能上有什么區(qū)別？答：所謂光電效應(yīng)是指，光輻射入射到光電材料上時(shí)，光電材料發(fā)射電子，或者其電導(dǎo)率發(fā)生變化，或者產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。光電效應(yīng)實(shí)質(zhì)上是入射光輻射與物質(zhì)中束縛于晶格的電子或自由電子的相互作用所引起的。光電效應(yīng)就對(duì)光波頻率（或波長(zhǎng)）表現(xiàn)出選擇性。在光子直接與電子相互作用的情況下，其響應(yīng)速度一般比較快。按照是否發(fā)射電子，光電效應(yīng)又分為內(nèi)光電效應(yīng)和外光電效應(yīng)。具體有光電子發(fā)射效應(yīng)、光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)、光子牽引效應(yīng)和光電磁效應(yīng)等。光熱效應(yīng)的實(shí)質(zhì)是探測(cè)元件吸收光輻射能量后

38、，并不直接引起內(nèi)部電子狀態(tài)的改變，而是把吸收的光能變?yōu)榫Ц竦臒徇\(yùn)動(dòng)能量，引起探測(cè)元件溫度上升，溫度上升的結(jié)果又使探測(cè)元件與溫度有關(guān)的電學(xué)性質(zhì)或其他物理性質(zhì)發(fā)生變化。原則上，光熱效應(yīng)對(duì)光波頻率（或波長(zhǎng)）沒有選擇性，因而物質(zhì)溫度的變化僅決定于光功率（或其變化率），而與入射光輻射的光譜成分無關(guān)。因?yàn)闇囟壬呤菬岱e累的作用，所以光熱效應(yīng)的響應(yīng)速度一般比較慢，而且容易受環(huán)境溫度變化的影響。光熱效應(yīng)包括熱釋電效應(yīng)、溫差電效應(yīng)和測(cè)熱輻射計(jì)效應(yīng)等4、簡(jiǎn)述光電探測(cè)器的選用原則 答：(1).光電檢測(cè)器件必須和輻射信號(hào)源及光學(xué)系統(tǒng)在光譜特性上匹配。(2)光電檢測(cè)器件的光電轉(zhuǎn)換特性必須和入射輻射能量相匹配。(3) 光

39、電檢測(cè)器件的響應(yīng)特性必須和光信號(hào)的調(diào)制形式、信號(hào)頻率及波形相匹配，以保證得到?jīng)]有頻率失真和良好的時(shí)間響應(yīng)。(4) 光電檢測(cè)器件必須和輸入電路以及后續(xù)電路在電特性上相互匹配，以保證最大的轉(zhuǎn)換系數(shù)、線性范圍、信噪比以及快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)等。5、簡(jiǎn)述光電池、光電二極管的工作原理及區(qū)別？ 答：光電池和光電二極管都是基于光伏特效應(yīng)的原理進(jìn)行工作,只不過光電池可以工作在零偏狀態(tài)下,是光伏工作模式,器件內(nèi)阻遠(yuǎn)低于負(fù)載電阻,相當(dāng)于一個(gè)恒壓源;而光電二極管必須在反偏電壓下才能工作,是光電導(dǎo)工作模式,器件內(nèi)阻遠(yuǎn)大于負(fù)載電阻,此時(shí)器件相當(dāng)于一個(gè)恒流源.1、敘述光電池低輸入阻抗和高輸入阻抗放大電路的特點(diǎn)和區(qū)別，各應(yīng)用于什

40、么場(chǎng)合？(10分) 答： 當(dāng)光電池后接低輸入阻抗放大電路時(shí)，其工作在短路或線性電流放大狀態(tài)，這是一種電流變換狀態(tài)，要求硅光電池送給負(fù)載電阻RL（這時(shí)RL<Rm，且RL0）的電流與光照度成線性關(guān)系。如果需要放大信號(hào)，則應(yīng)選用電流放大器。為此要求負(fù)載電阻或后續(xù)放大電路輸入阻抗盡可能小，才能使輸出電流盡可能大，即接近短路電流Isc，因?yàn)橹挥卸搪冯娏鞑排c入射光照度有良好的線性關(guān)系。另外，在短路狀態(tài)下器件的噪聲電流較低，信噪比得到改善，因此適用于弱光信號(hào)的檢測(cè)。當(dāng)光電池后接高輸入阻抗放大電路時(shí)，其工作在線性電壓輸出和空載電壓輸出（開路電壓輸出）狀態(tài)。當(dāng)負(fù)載電阻很小甚至接近于零的時(shí)候，電路工作在短路

41、及線性電流放大狀態(tài)；而當(dāng)負(fù)載電阻稍微增大，但小于臨界負(fù)載電阻Rm時(shí)，電路就處于線性電壓輸出狀態(tài)，此時(shí)RL<Rm，這種工作狀態(tài)下，在串聯(lián)的負(fù)載電阻上能夠得到與輸入光通量近似成正比的信號(hào)電壓，增大負(fù)載電阻有助于提高電壓，但能引起輸出信號(hào)的非線性畸變。工作在線性電壓放大區(qū)的光電池在與放大器連接時(shí)，宜采用輸入阻抗高的電壓放大器?？蛰d電壓輸出是一種非線性電壓變換狀態(tài)，此時(shí)RL>Rm且RL，要求光電池應(yīng)通過高輸入阻抗變換器與后續(xù)放大電路連接，相當(dāng)于輸出開路。2、光敏電阻工作電路的三種偏置方法有什么特點(diǎn)？ (10分)答：(1) 恒功率偏置: 輸出電壓并不隨負(fù)載電阻線性變化，要使最大，須將式對(duì)RL

42、微分，有當(dāng)負(fù)載RL與光敏電阻RP相等時(shí)，即RL=RP，表示負(fù)載匹配，0，則最大。此時(shí)探測(cè)器的輸出功率最大，即 PL=ILUL »Ub2/4RL 則稱為匹配狀態(tài)。(2) 恒流偏置: 在基本偏置電路中，若負(fù)載電阻RL比光敏電阻RP大得多，即RL>>RP，則負(fù)載電流IL簡(jiǎn)化為 IL=Ub/RL 這表明負(fù)載電流與光敏電阻值無關(guān)，并且近似保持常數(shù)，這種電路稱為恒流偏置電路。隨輸入光通量的變化，負(fù)載電流的變化IL變?yōu)?DIL=SgUb(RP/RL)2D 上式表明輸出信號(hào)電流取決于光敏電阻和負(fù)載電阻的比值，與偏置電壓成正比。還可以證明恒流偏置的電壓信噪比較高，因此適用于高靈敏度測(cè)量。但

43、由于RL很大，使光敏電阻正常工作的偏置電壓則需很高（100V以上），這給使用帶來不便。為了降低電源電壓，通常采用晶體管作為恒流器件來代替RL。(3) 當(dāng)負(fù)載電阻RL比光敏電阻RP小得多，即RL<<RP時(shí)，負(fù)載電阻兩端的電壓為 UL 0此時(shí)，光敏電阻上的電壓近似與電源電壓相等。這種光敏電阻上的電壓保持不變的偏置稱為恒壓偏置，信號(hào)電壓變?yōu)?DUL=SgUbRLD 式中，SgG是光敏電阻的電導(dǎo)變化量，是引起信號(hào)輸出的原因。從上式中看出，恒壓偏置的輸出信號(hào)與光敏電阻無關(guān)，僅取決于電導(dǎo)的相對(duì)變化。所以，當(dāng)檢測(cè)電路更換光敏電阻值時(shí)，恒壓偏置電路初始狀態(tài)受到的影響不大，這是這種電路的一大優(yōu)點(diǎn)。3

44、、敘述實(shí)現(xiàn)光外差檢測(cè)必須滿足的條件。(12分) 答：信號(hào)光波和本振光波的波前在整個(gè)光混頻面上必須保持相同的相位關(guān)系。光外差檢測(cè)只有在下列條件下才可能得到滿足：信號(hào)光波和本征光波必須具有相同的模式結(jié)構(gòu)，這意味著所用激光器應(yīng)該單頻基模運(yùn)轉(zhuǎn)。信號(hào)光和本振光束在光混頻面上必須相互重合，為了提供最大信噪比，它們的光斑直徑最好相等，因?yàn)椴恢睾系牟糠謱?duì)中頻信號(hào)無貢獻(xiàn)，只貢獻(xiàn)噪聲。信號(hào)光波和本振光波的能流矢量必須盡可能保持同一方向，這意味著兩束光必須保持空間上的角準(zhǔn)直。在角準(zhǔn)直，即傳播方向一致的情況下，兩束光的波前面還必須曲率匹配，即或者是平面，或者有相同曲率的曲面。在上述條件都得到滿足時(shí)，有效的光混頻還要求

45、兩光波必須同偏振，因?yàn)樵诠饣祛l面上它們是矢量相加?？傊?要滿足時(shí)間,空間條件外,還有滿足頻率條件和偏振條件.4、對(duì)直接檢測(cè)系統(tǒng)來說，如何提高輸入信噪比？ (12分) 答：對(duì)于光電檢測(cè)系統(tǒng)來說，其噪聲主要有三類：（1）光子噪聲 包括：A.信號(hào)輻射產(chǎn)生的噪聲；B.背景輻射產(chǎn)生的噪聲。（2）探測(cè)器噪聲 包括：熱噪聲；散粒噪聲；產(chǎn)生復(fù)合噪聲； 1/f 噪聲；溫度噪聲。（3）信號(hào)放大及處理電路噪聲在實(shí)際的光電探測(cè)器中，由于光電轉(zhuǎn)換機(jī)理不同，各種噪聲的作用大小亦各不相同。若綜合上述各種噪聲源，其功率譜分布可用下圖表示。由圖可見：在頻率很低時(shí)，1/f噪聲起主導(dǎo)作用；當(dāng)頻率達(dá)到中間范圍頻率時(shí)，產(chǎn)生復(fù)合噪聲比較

46、顯著；當(dāng)頻率較高，甚至于截至頻率時(shí)，只有白噪聲占主導(dǎo)地位，其它噪聲影響很小。很明顯，探測(cè)器應(yīng)當(dāng)工作在1/f噪聲小、產(chǎn)生-復(fù)合噪聲為主要噪聲的頻段上。因此，對(duì)于直接探測(cè)系統(tǒng)，提高輸入信噪比的措施有：（1）利用信號(hào)調(diào)制及選頻技術(shù)可抑制噪聲的引入白噪聲的大小與電路的頻帶寬度成正比，因此放大器應(yīng)采用帶寬盡可能窄的選頻放大器或鎖相放大器。（2）將器件制冷，減小熱發(fā)射，降低產(chǎn)生-復(fù)合噪聲。采用半導(dǎo)體制冷、杜瓦瓶液態(tài)氣體制冷或?qū)Ｓ弥评錂C(jī)制冷。（3）采用最佳條件下的偏置電路，使信噪比（S/N）最大圖 光電探測(cè)器噪聲功率譜分布示意圖5、敘述激光干涉測(cè)長(zhǎng)的原理。(16分)穩(wěn)頻信號(hào)布儒斯特窗激光器偏振分光鏡測(cè)量角錐

47、鏡固定角錐鏡分光器光擴(kuò)展器偏振片光電 接收器參考信號(hào)測(cè)量信號(hào)透鏡 答：如圖所示是雙縱模雙頻激光干涉儀的原理示意圖。圖 雙縱模雙頻激光干涉儀原理示意圖由長(zhǎng)度為206mm的全內(nèi)腔He-Ne激光管發(fā)出一對(duì)互相垂直的雙縱模線偏振光，模間隔為（式中c為光速，L為諧振腔長(zhǎng)，n為空氣折射率，其值約728MHz），經(jīng)布儒特窗取出穩(wěn)頻信號(hào)，進(jìn)行熱穩(wěn)頻。其余光束再經(jīng)析光鏡反射及透射，反射的一對(duì)正交線偏振光作為參考信號(hào)，經(jīng)透鏡、偏振片產(chǎn)生拍頻信號(hào)，為光電接收器接收。透射光經(jīng)光擴(kuò)展器準(zhǔn)直擴(kuò)束后，為偏振分光鏡分光，水平分量射向測(cè)量角錐鏡，垂直分量射向固定角錐鏡，兩路光返回后經(jīng)透鏡、偏振片產(chǎn)生拍頻。當(dāng)測(cè)量鏡在時(shí)間t內(nèi)以速

48、度V移動(dòng)一距離時(shí)，因多普勒效應(yīng)而引起頻差變化，這樣被測(cè)長(zhǎng)度信息載于返回光束中，并為光電接收器接收?？傻脺y(cè)量鏡運(yùn)動(dòng)距離與相位差變化的關(guān)系式根據(jù)測(cè)量鏡運(yùn)動(dòng)引起的多普勒效應(yīng)與相位的關(guān)系有：因而： 可見在忽略了測(cè)量過程中系統(tǒng)不穩(wěn)定性影響及高斯光束干涉附加項(xiàng)的變化影響的情況下，只要對(duì)測(cè)量鏡運(yùn)動(dòng)過程中測(cè)量信號(hào)與參考信號(hào)的相位差變化的周期數(shù)，即可獲得所需測(cè)量長(zhǎng)度結(jié)果。8、 闡述用補(bǔ)償法檢測(cè)溶液濃度的工作原理及工作過程。（13分） 答：原理和工作過程：光源1發(fā)出的光經(jīng)單色器2后成為單色光，該單色光的波長(zhǎng)應(yīng)選為待測(cè)溶液的峰值吸收波長(zhǎng)。將該光線用分束器BS分成兩束，分別通過待測(cè)溶液S2和參比溶液S1，并用兩個(gè)性能

49、一致的光電探測(cè)器接收。由于參比溶液對(duì)工作波長(zhǎng)的光不產(chǎn)生吸收，而待測(cè)溶液對(duì)該波長(zhǎng)的光有較強(qiáng)的吸收，因此，探測(cè)器PD1接收到的光強(qiáng)度I1即為入射光強(qiáng)度I0，而探測(cè)器PD2接收到的光強(qiáng)度I2取決于待測(cè)溶液的濃度。系統(tǒng)輸出電壓為： 式中，C0為比例常數(shù)；為PD1上產(chǎn)生的光電流；為PD2上產(chǎn)生的光電流；K1、K2為PD1和PD2的靈敏度，、為到達(dá)PD1和PD2上的光通量。若PD1和PD2性能一致，則K1K2，故上式可變?yōu)椋?由于在忽略反射和散射的情況下，I1=I2,故 可見，最后輸出電壓即為溶液的吸光度值，亦即反映了溶液的濃度。 （5分）1、光具有的一個(gè)基本性質(zhì)是 波粒二象性 。2、光電檢測(cè)技術(shù)研究的主

50、要內(nèi)容是 信息變換技術(shù) 電信號(hào)處理技術(shù) 。3、光源調(diào)制通常分為 機(jī)械調(diào)制和電調(diào)制或內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制 。 4、激光的形成必須滿足 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)、諧振腔共振、閾值條件。5、為了提高光電二極管的響應(yīng)頻率，應(yīng)適當(dāng)加大 反向偏壓 。6、光敏電阻受 溫度 影響大，通常工作在 低溫 環(huán)境下。7、光電檢測(cè)技術(shù)是光學(xué)與 電子技術(shù) 結(jié)合而產(chǎn)生的一門新興檢測(cè)技術(shù)，它是利用 光電子技術(shù)對(duì)光信息 進(jìn)行檢測(cè)。8、假設(shè)調(diào)制盤的轉(zhuǎn)速為N轉(zhuǎn)/分，得到調(diào)制光的頻率為f，則調(diào)制盤的孔數(shù)為60f/N。20092010學(xué)年第一學(xué)期期末考試試卷光電檢測(cè)技術(shù)及系統(tǒng)試卷2河南大學(xué)物理與電子學(xué)院200 -200 學(xué)年第 學(xué)期期末考試光電檢測(cè)技術(shù)題庫(kù)試卷（二）參考答案一 單項(xiàng)選擇題（每小題2分,共40分）1光度量是輻射度量的（ C ）倍A.683 B. V（） C.683 V（） D . 1/683 V（）2波長(zhǎng)為500nm的波屬于（ C ）A. 遠(yuǎn)紅外線 B. 太赫茲波 C. 可見光 D. X射線3任何溫度下對(duì)任何波長(zhǎng)的入射輻射能的吸收比都小于1，稱為（ B ）.A黑體 B灰體C黑洞 D絕對(duì)黑體4半導(dǎo)體中受主能級(jí)的位置位于（ A ）中.A. 禁帶 B. 價(jià)帶C. 導(dǎo)帶 D. 滿帶5斯忒藩-玻耳茲曼