光電技術(shù)(A卷)試卷

武漢理工大學(xué)考試試題紙(A卷)

課程名稱光電技術(shù)一、名詞解釋(每小題3分，總共15分)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)TOC\o"1-5"\h\z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。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)理可以分為和口。產(chǎn)生激光的三個(gè)必要條件是。已知本征硅的禁帶寬度為Eg，要使該材料有光電子產(chǎn)生，其入射光波的最大波長(zhǎng)為g三、如圖1所示的電路中，已知R=820Q,R=3.3KQ,U=4V，光敏電阻為R,當(dāng)光照度為40lx時(shí)，輸出電Ubb=12VbeWpbb協(xié)壓為6V，80lx是為9V。設(shè)光敏電阻在30~100之間的Y值不變。Il1]r[R試求：(1)輸出電壓為8V時(shí)的照度；Yb7p若R增加到6KQ，輸出電壓仍然為8V，求此時(shí)的照度;e輸出電壓為8V時(shí)的電壓靈敏度。四、如果硅光電/也的負(fù)載為J仃0分)圖1、畫出其等效電路圖；、寫出流過(guò)負(fù)載的電流方程及開(kāi)路電壓和短路電流；、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@=4)，光電子的收集率為e0二°98,各倍增極的電子收集率為￡=°.95。(提示增益可以表示為G=&0(s5)N)(15分)計(jì)算光電倍增管的放大倍數(shù)和陽(yáng)極電流。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，并分析測(cè)量原理。（15分）

八、InGaAsAPD管在倍增因子M=l,入射波長(zhǎng)為1550nm時(shí)的量子效率?=60%，加偏置電壓工作時(shí)的倍增因八、子M=12。(10分)如果入射功率為20nW，APD管的光電流為多少？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、名詞解釋1-坎德拉(Candela,cd):發(fā)光頻率為540X10Hz的單色輻射，在給定方向上的輻射強(qiáng)度為l/683Wsr-時(shí)，在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度為led。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)射效應(yīng)，又稱外光電效應(yīng)。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。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。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。、填空題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。光入射窗、光電陰極、電子光學(xué)系統(tǒng)、倍增極和陽(yáng)極。PN結(jié)注入發(fā)光，異質(zhì)結(jié)注入發(fā)光。4hv=—mv2+W25.hc5.~E根據(jù)圖示為恒流偏置電路，流過(guò)穩(wěn)壓管的電流U-U=bbwwRb820-根據(jù)圖示為恒流偏置電路，流過(guò)穩(wěn)壓管的電流U-U=bbwwRb820-9?8mA滿足穩(wěn)壓管的工作條件(1)當(dāng)Uw=4V時(shí),-UbeU-U由R=—bb0pI得輸出電壓為6伏時(shí)電阻R=6K°,輸出電壓為9伏時(shí)電阻R2=3K°lgR-lgR12-lgE-lgE21=1；U一U輸出電壓為8V時(shí)’光敏電阻的阻值為R=一^=4K°,”lgR-lgR帶入U(xiǎn)一U輸出電壓為8V時(shí)’光敏電阻的阻值為R=一^=4K°,”lgR-lgR帶入R=12，解得e=601xlgE-lgE21(3)與上面(1)中類似，求出照度E=34lx電路的電壓靈敏度sv卷=60盞=四、RRL(1)光電池的等效電路圖(2)流過(guò)負(fù)載電阻的電流方程IL=I一I(eqV/kT一1)p0短路電流的表達(dá)式scI二S?epE開(kāi)路電壓的表達(dá)式VockTI=k-In?+1)qI0電流方向如圖所示就會(huì)在結(jié)區(qū)產(chǎn)生電子－空穴對(duì)。這些非平衡載流子在五、當(dāng)光照射P—n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(kāi)路狀態(tài)，最后在n區(qū)邊界積累光電子，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娦裕瑳](méi)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>E，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(kāi)，于是在外電場(chǎng)的作用下形成了以少g數(shù)載流子漂移為主的光電流，顯然，光電流比無(wú)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(guò)擴(kuò)散區(qū)的擴(kuò)散時(shí)間，而I層工作在反向，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(wú)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)。六(1)放大倍數(shù)G=?(??)n=0.98*(0.95*4)ii=2.34*1060IA蘆KI=GIPK00I=S?=20uA/lm*(0.1*2*10-4)=4*10-4uAKKI=GI=9.35*102uAP(2)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L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L>>d2/入d=K入/SinB⑴當(dāng)e很小時(shí)（即l足夠大時(shí)）Sine時(shí)，根據(jù)夫瑯和費(fèi)衍射公式可得到^tg0=X/Lk九L九L代入（1）式得KLd===dXX/KSKK..(2)S——暗紋周期，S=X/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K八、(1)SolutionTheresponsivityatM=1intermsofthequantumefficiencyis=MI=1.8