光電器件參考答案

10第一章輻射度量與光度量的根本區(qū)分是什么？答：輻射度量與光度量是光輻射的兩種不同的度量方法。根本區(qū)分在于：前者是物理〔或客觀〕的計(jì)量方法，稱為輻射度量學(xué)計(jì)量方法或輻射度參數(shù)，它適用于整個(gè)電磁輻射譜區(qū)，對(duì)輻射量進(jìn)展物理的計(jì)量；后者是生理〔或主觀〕的計(jì)量方法，是以人眼所能觀察的光對(duì)大腦的刺激程度來(lái)對(duì)光進(jìn)展計(jì)算，稱為光度參數(shù)。由于光度參數(shù)只適用于0.38~0.78um光度參數(shù)沒(méi)有任何意義。試說(shuō)明光譜視覺(jué)效能的最大值，有何物理意義？答：其最大值為683lm/W。人眼的明視覺(jué)最靈敏波長(zhǎng)λm的光度參量對(duì)輻射度參量的轉(zhuǎn)換常數(shù)，稱為正常人眼的明視覺(jué)最大光譜光視效能。3．〔平面發(fā)散角為1mrad〕輸出波長(zhǎng)為632.8nm,輻射通量為3mW的激光器，V=0.235，放電管的直徑為1mm，投射到十米遠(yuǎn)的屏上，計(jì)算光通量，發(fā)光強(qiáng)度，光出射度，光照度？解：〔1〕3mW，它發(fā)出的光通量為=PK=CmVP=6830.23531030.4815〔2〕立體角為Ω=2π〔1－〔1－r2〕1/2〕，其中rsi/514，帶入上式，得8.1717 sr〕發(fā)光強(qiáng)度I0.48158.17175.8915cd光出射度M0.48150.001/223

lx〕一束波長(zhǎng)為0.5145um的激光器，輸出功率為3W，V=0.6082，均勻照耀到0.2平方厘米的屏上，求光通量，光照度？解：由題意光通量=6830.608231.246103lm,屏幕上的光照度E

A=.2461030.2146.2317lx輸出波長(zhǎng)為632.8nm，輻射通量為3mW的激光，求單位時(shí)間內(nèi)光子的出射數(shù)目？解：設(shè)單位時(shí)間光子數(shù)目N個(gè)/秒，P P 3103632.8109N = =9.541016個(gè)hv hc 6.62610343108硅材料的禁帶寬度為1.2eV,求其本征吸取長(zhǎng)波限？解：依題意，長(zhǎng)波限=1.24/1.2=1.03um微弱輻射下光電導(dǎo)增益有何規(guī)律，梳妝電極的作用？答：光電導(dǎo)增益 G

n

u U/L2，與電壓成正比，與距離L的平方成反比，n p p梳妝電極構(gòu)造可以縮短距離L，提高增益。為什么半導(dǎo)體材料在弱輻射下，光電導(dǎo)靈敏度會(huì)隨時(shí)間增大而增大？答;時(shí)間響應(yīng)越長(zhǎng)，光生載流子濃度增大，直至飽和，假設(shè)輻射下是不會(huì)到達(dá)飽和的，所以光電導(dǎo)靈敏度會(huì)隨時(shí)間增大而增大。同一型號(hào)的光敏電阻，在不同光照度和不同環(huán)境溫度下光電導(dǎo)靈敏度和時(shí)間常數(shù)是否一樣？dn弱輻射下光電導(dǎo)動(dòng)力學(xué)方程為

n，求時(shí)間響應(yīng)？解：方程可以化為：

dn

dt dtln(g

n)tgn gn

Cexp(0

t)，利用光照初始條件：t0,n0Cg 0得ng(1exp(

t))同理，撤去光照時(shí)，得

nn0

exp(t)dp p溝通信號(hào)下光電導(dǎo)動(dòng)力學(xué)方程dt解：對(duì)上式求拉氏變換：

gejwt0

，求p的模？

g 10sjwsjwsjws1

1 1

0 ( 1 1 )0求逆變換：g

1jwsjw s1tp 0 (ejwte)1jw求其模：gp 0 (1w22)1/2為什么光電導(dǎo)材料在光譜長(zhǎng)波段和段波段響應(yīng)均減??？答;較長(zhǎng)波段，光子的能量小，吸取系數(shù)很小，響應(yīng)度?。惠^短波段，光的能量大，但是光載流子主要集中在材料外表，復(fù)合率大，響應(yīng)度減小。光敏電阻在500LX的光照下阻值為500歐，700LX時(shí)，阻值為450歐，求600LX時(shí)間照下的阻值？解：rlgR1lgR2

lg550lg450

0.6lgE2lgE1 lg700lg500R10lgR2r(lgE2lgE1)10lg4500.6(lg600lg500)493.3光敏電阻最大功率為30mW,光電導(dǎo)靈敏度S0.5106(S/LX)，暗電導(dǎo)g為0，求偏置電壓為20V時(shí)，光敏電阻的極限照度？答; I USEr,其中，r0.5 p gI

P 30103當(dāng)r=1是，有最小照度：E p USgI2

U2Sg

2020.5106

150(LX)當(dāng)r=0.5是，有最大照度：E p 22500(LX)U2S2g光敏電阻在100LX時(shí)，光照下阻值為2千歐，求110LX光照下的阻值？r=1.1 E 100 20R

SE，得Rg 2

1RE 2

2 (K)110 11題意略:解題目中的光敏電阻為恒流偏置，流過(guò)光敏電阻的電流U U 40.7IIc

w Re

1(mA)3300輸出電壓：U U0

IRc pU U 126R bb 0 6(K)p Rc 103即光照為40LX時(shí)的阻值為6千歐。同理可求，輸出8V時(shí)，阻值為4千歐。RE R2 R2

E64060(LX)1 4其次章說(shuō)明硅整流二極管和硅光電二極管的區(qū)分？答：硅整流二極管的兩端偏壓為正，且大于閾值電壓時(shí)，單向?qū)?。值，且隨著光輻射不同，伏安曲線下移。光伏探測(cè)器與光電導(dǎo)探測(cè)器的不同？答：工作部位不同；光電導(dǎo)探測(cè)沒(méi)有極性，光伏有確定的正負(fù)極；頻率響應(yīng)和增益不同。寫(xiě)出硅光電池的全電流方程，并說(shuō)明各局部的物理意義？IIp

I{exp(eU/KT)1}0I Ip

I0

exp(eU/KT)為集中電流。說(shuō)明光電池頻率特性不好的緣由？答：光敏面較大，極間電容較大，響應(yīng)時(shí)間增大；光功率很小時(shí)，內(nèi)阻大，頻率特性變壞。簡(jiǎn)述雪崩光電二極管的工作原理？崩擊穿點(diǎn)四周，獲得大的倍增系數(shù)。2CU型光電二極管探測(cè)光輻射通量為e

205sinwt(uW)的調(diào)制信號(hào)，光電流靈敏度為Si

0.5uA/uW3pF，7pF2M歐，求輸出最大光電流和最高的截至頻率。

emax

20525(uW)Imax

i

emax

0.52512.5(uA)f1 1 1

0.05MHZ R(CL j

C)i

2106(37)10

12室溫300K時(shí)，2CR21型光電池，在輻照度為100mW/cm2 時(shí)的開(kāi)路電壓和短路電流分別為Uoc

550mV，ISc

6mA ，求輻照度降為50mW/cm2 時(shí)的開(kāi)路電壓和短路電流。3mA.UU

kTlnI

kTlnI

10oc 0

e I0

e I kTln1.31023300ln3e I 1.61019 612

18mVU Uoc

1855018532mV2CR44光電池光敏面為10m 10mm室溫300K時(shí)，在200mW/cm2 的光輻射照度下，開(kāi)路電壓和短路電流分別為568mV,56mA ，借助閱歷公式Umax0.6Uoc最正確負(fù)載電阻和轉(zhuǎn)換效率。

，求獲得最大功率的Umax0.6Uoc

0.6568340.8mV最正確負(fù)載電阻R L

UmaxIp

340.8556

6P IUmax 340.856103e

p EAe

2001

9.5%光電三極管變換電路和伏安特性曲線如下圖，光敏面上的光照度為Ev120

80sinwt

4伏的2正弦信號(hào)，求所需的負(fù)載電阻和電源電壓。2解：輸出信號(hào)的峰峰值為2

411.3V利用飽和區(qū)和線性區(qū)的拐點(diǎn)A，找到B，利用峰峰值為11.3V,C,D,連接AD兩點(diǎn)，得U 20V;Ibb

5mA;RL

UIUsc

204K52CU23DG40三極管構(gòu)成探測(cè)電路，光電二極管的電流靈敏度為Si

0.4uA/uW，最高入射功率為400uW大入射功率下的輸出電壓和放射極電阻Re。解;Ip

ESi

4000.4160uAII160uAb pI(1)I 511608.16mAe b輸出電壓UU UU 1210.710.3V0 bb z beU放射極電阻Re UIe

10.3V 1.26K8.16mA如下圖光電變換電路中，光電三極管的電流靈敏度為S0.15mA/X電阻Ri

50K，RB

10K, Rc

三極9014120200LX時(shí)的輸出電壓？ISE0.1520030mA1 iII I 1 B 2

25mAIR 0.7IR BB B 2 LII 120253Ac BU U IR 12333Vo bb c c第三章愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)有何特點(diǎn)？答：光電效應(yīng)的特點(diǎn)〔1〕入射光頻率大于截至頻率才有光電效應(yīng)產(chǎn)生〔2〕電流的大小與入射光通量成正比。常用的光電陰極有哪些，共同的特點(diǎn)是什么？答：銻銫，A0Mg，多堿，負(fù)電子勢(shì)，共同特點(diǎn)是：逸出功小，光電放射力量強(qiáng)。g負(fù)電子親和勢(shì)光電陰極的原理？即相當(dāng)于電勢(shì)能降低，且降低的比禁帶寬度還要低，相當(dāng)于電子親和勢(shì)為負(fù)值，稱為負(fù)電子親和勢(shì)。由反射式負(fù)電子親和勢(shì)光電陰極的連續(xù)性方程推導(dǎo)其量子產(chǎn)率的公式？dI產(chǎn)生函數(shù)G(X)dx

I(1)eax0n(0)0,n(0解動(dòng)力學(xué)方程：

Dd2n(x)n(x)

G(x)d2x DI(1)LD得，n(x)0 (eaxD(12L2)

ex/L)，其中， L設(shè)放射幾率為p,Dpdn(x)dx

x0

pL(1)(1L)光電管與光電倍增管的頻率響應(yīng)有何區(qū)分？答;真空光電管的頻率響應(yīng)為f 1 ，RL為負(fù)載電阻，C為極間電容。2RCLf0.35ttt

t為上升時(shí)間光電管與光電倍增管的噪聲電流的主要異同？區(qū)分是光電倍增管對(duì)噪聲有倍增作用。光電倍增管陰極靈敏度與陽(yáng)極靈敏度的區(qū)分與聯(lián)系。I I S答：陰極靈敏度：S

K，陽(yáng)極靈敏度：S

A，兩者聯(lián)系：AGNK A SK K K假設(shè)GDB-235的陽(yáng)極最大輸出電流為2mA，試問(wèn)陰極面上的入射光通量不lm,S=40μA/lm,G=105？

KImaxI

2103

0.5103lmmax

GS 10540106KPMT上的最大光通量為φv=12×10-6lmGDB-235型8SbCs

=40μA/lm，G=105

0.6×10-6lm時(shí)K ,0.2VPMT的變換電路?！矷A

GIK

GSK

105401060.61062.4uAUR A IUA

0.2 82K2.4uA〔2〕GN10584.227利用閱歷公式：0.2(U)0.7U 78(V)D DUbb

(N1.5)U 741(V)D〔3〕I

Amax

GIK

GSK

Kmax

48uAIR

20I 960uAAmaxR

UIUR

960GDB-44F12SbCs材料，倍增極

=0.5μA/lm，S=50A/lm

假設(shè)陽(yáng)極電阻為75千歐，要求陽(yáng)K A ,電電源電壓。IGAIIK

SSSKI

108500.5106502106 A 4108lmK GSK

G0.5106UIR 2106750.15Va a aGN10584.64U 89(V)D第四、五章0.27，積分靈敏度目標(biāo)物的積分靈敏度？解：R 2

R2 121

0.5402040(mA/W)0.270125平方毫200，求該像增加器的亮度增益？ /As Ac 5 250G outL /Acin

GAs

200 12 3提高像增加器亮度增益的方法有哪些？答:增大電子光學(xué)系統(tǒng)的透過(guò)率；提高光電陰極的靈敏度；提高熒光屏的轉(zhuǎn)化效率。0.01cd/m2,20，求其等效的背景照度？并介紹一種測(cè)量等效背景照度的試驗(yàn)方法？ 102E be (LX)be G 80L試驗(yàn)方法見(jiàn)試驗(yàn)指導(dǎo)書(shū).說(shuō)明像增器惡化系數(shù)與光照度的關(guān)系？光照度較大時(shí)，惡化大致不變。周期性等間距排列的明暗條紋5uf1

103

100(lp/mm)解： 2b 25說(shuō)明點(diǎn)集中函數(shù)的物理意義。分布。說(shuō)明MTF函數(shù)曲線評(píng)定光電成像器件空間區(qū)分率凹凸的優(yōu)點(diǎn)？包含的面積確定整個(gè)系統(tǒng)的總體空間區(qū)分特性。攝像管在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)掃描下，電子在一個(gè)像素點(diǎn)的停留時(shí)間與電荷存儲(chǔ)時(shí)間。解：T0.062usNT(N1)40msN10攝像管的根本構(gòu)造？答:光導(dǎo)靶，電子束掃描系統(tǒng)，信號(hào)板攝像管?chē)?guó)家標(biāo)準(zhǔn)掃描下，行消隱系數(shù)為0.08，求其有效掃描行數(shù)。解：N (10.08)625575eff分析攝像管在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)掃描下其視頻信號(hào)對(duì)信道帶寬的要求？f1Z4Z255.5MHZ2 3M＝473行/15mm的攝像管，空間區(qū)分率為多少線對(duì)/毫米。解：f 473 473/18(lp/mm)1.215設(shè)物體的光強(qiáng)分布中，有一個(gè)空間頻率為N 的諧波Ixabcos2Nx，則像光強(qiáng)周期變化信號(hào)的調(diào)制度為多少？b100%a第六、七章CCDCCD？答;BCCD中通過(guò)擴(kuò)展N加強(qiáng)層，通過(guò)柵極電壓掌握形成反型層，傳遞信息的是CCD工作速度高于外表溝CCD。一樣?xùn)艍合?，氧化層厚度越薄，MOS電容存儲(chǔ)力越強(qiáng)？也越強(qiáng)?！辰化B脈沖？答：即移位存放器的工作原理。CCDRSSH脈沖的作用？答：RS為復(fù)位脈沖，待電荷包轉(zhuǎn)移完畢后，復(fù)位脈沖的高電平使輸出場(chǎng)效應(yīng)管清零。SH為柵極脈沖，低電尋常為CCD電荷積存時(shí)間，高電尋常，CCD轉(zhuǎn)移電荷包。CCD為什么要引入胖零電荷，能不能把它等效成暗電流？勢(shì)阱深度很深，即有很強(qiáng)的存儲(chǔ)力量，引入胖零電荷，即實(shí)現(xiàn)在CCDCCD的成像質(zhì)量，兩者不行等效。CCD頻率的上下限？答：下限f

xia

取決與非平衡熱生載流子的平均壽命，即要求電荷包在相鄰兩電極轉(zhuǎn)換時(shí)間要小于f30MHZ.

xia

1f3

打算于集中運(yùn)動(dòng)的弛豫時(shí)間shang D

，要求時(shí)鐘頻率一般不CCD的工作根本原理？通常在半導(dǎo)體硅片上制有成千上萬(wàn)個(gè)相互獨(dú)立的MOS光敏單元，假設(shè)在金屬電極上加上正CCD中電荷包的轉(zhuǎn)移：將電荷包從一個(gè)勢(shì)阱轉(zhuǎn)入相鄰的深勢(shì)阱。通過(guò)掌握相鄰MOS電容柵極電壓凹凸來(lái)調(diào)整勢(shì)阱深淺，使信號(hào)電荷包由勢(shì)阱淺的位置流向勢(shì)阱深的位置。SPRITE探測(cè)器的工作條件？LuE全掃出條件二，圖像掃描速度等于雙極漂移速度，即v vs d紅外探測(cè)有哪兩種方式？答：一種為光子型，利用紅外輻射的光電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)，如SPRITE探測(cè)，時(shí)間響應(yīng)快，但需要制冷。以在室溫下工作，不需要制冷。10SPRITEE和器件厚度的關(guān)系。答：當(dāng)電場(chǎng)過(guò)小，載流子渡越時(shí)間長(zhǎng)，載流子在漂移過(guò)程中大量被復(fù)合，這時(shí)全部進(jìn)入讀出區(qū)，再增大電場(chǎng)，響應(yīng)率不再增加。當(dāng)d1時(shí)，響應(yīng)率與d成反比，當(dāng)d1，響應(yīng)率與d無(wú)關(guān)。PtSi肖特基勢(shì)壘紅外探測(cè)的原理？答：紅外輻射在PtSi中被吸取或局部吸取，激發(fā)產(chǎn)生電子空穴對(duì)，電子在費(fèi)米能級(jí)以上，PtSiPtSi中，通過(guò)電子轉(zhuǎn)移，從PtSi到達(dá)BCCD，完成紅外輻射探測(cè)。SPRITE與可見(jiàn)光探測(cè)的區(qū)分？答〔1〕可見(jiàn)光探測(cè)器和多路傳輸都用硅材料制作，便于互聯(lián)；而SPRITE探測(cè)器一般用窄帶半導(dǎo)體制作，多路傳輸用硅制作，不便于互聯(lián)?！?〕SPRITE探測(cè)有很強(qiáng)的背景，圖像比照度很低，而可見(jiàn)光比照度高。第八、九章量熱型光電探測(cè)分為哪兩個(gè)過(guò)程，與光子型探測(cè)比較有哪些特點(diǎn)？質(zhì)發(fā)生變化，如電阻上升或下降。不需要制冷。為什么半導(dǎo)體材料的熱敏電阻具有負(fù)溫度系數(shù)？子能夠從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶成為自由電子，使電阻減小，電阻溫度系數(shù)是負(fù)的。3.熱敏電阻的靈敏度與哪些因素有關(guān)？答：溫度系數(shù)，吸取系數(shù)，熱傳遞常數(shù)，偏置電壓，負(fù)載，噪聲。為什么金屬材料的熱敏電阻具有正溫度系數(shù)？從而電阻溫度系數(shù)是正的.dT依據(jù)熱傳導(dǎo)方程CdtdTHT＝P(dTHT＝P(t)dt