第7章光电式传感器
光电式传感器是将光通量转换为电量的一种传感器。光电式传感器的基础是光电转换元件的光电效应。
7.1激光式传感器
7.2光电式传感器
7.3光纤传感器
本章要点
7-1 激光式传感器
7-1-1激光形成及其特性 7-1-2常用激光器
7-1-3常用光电元件
7-1-4激光测长度原理
1、激光形成
?原子的激发——原子从低能级跃迁到高能级；
?自发辐射——高能级的原子自发的跳回到低能级，自发辐射是随机的，发出的光的相位不一致，相干性很差；
?受激辐射——高能级的原子受频率为ν外来光子激发，
跳回到低能级，同时发出与外来光子有相同特征的光
（频率、相位、振幅及方向相同）。好象一个光子放大
为两个光子。
7-1-1 激光形成及其特性
激光产生条件(维持受激辐射):?激励能源—使原子激发，而且，高能级
原子数多于低能级的(粒子数反转)；
?谐振腔—使辐射出去的光子的一部分再
反射回来，产生新的受激辐射。
2、激光的特征
?高方向性：光束的发散角小(<1秒,是平行光)；
?高亮度:单位面积上集中的能量很高;例:红宝石巨脉冲激光器亮度达1015瓦/厘米2立方角,比太阳发光亮度高出很多倍，会聚后能
产生百万度的高温；
?单色性好：普通光源中最好的单色光源是氪灯,它的Δλ=
0.0047?, 普通的氦氖激光器所产生的激光的Δλ<10—7? ，比氪灯
小几百万倍。高相干性：相干波在迭加区得到稳定的干涉条纹
所表现的性质。
?时间相干性——光源处于相同空间位置，在不同时刻发出的光束间的
相干性；它与单色性密切相关,单色性好，相干性就好；
?空间相干性——光源处于不同空间位置发出的光波间的相干性；一个激光器设计得好，有无限的空间相干性。
L1L2
L1~km, L2~mm
激光器分类
——按工作物质分为四种：气体、液体、固体、半导体激光器。
1、气体激光器
?工作物质：有惰性气体，金属蒸气及普通气体。
?激励方式：加高压使气体产生放电来进行激励。
?特点：体积较大(形状同普通放电管), 能连续工
作,单色性好。
常用的气体激光器：
?CO2激光器：典型的分子气体激光器，能
量转换效率很高，输出功率大，几十到上
万瓦，可用于打孔、焊接、通讯等方面；
?氦氖激光器：应用最广泛的气体激光器，
能量小，转换效率低，输出功率一般为毫
瓦级。
固体激光器
?工作物质：主要是（棒状）掺杂晶体和掺
杂玻璃。
?激励方式：光激励(光泵)——用强光（脉
冲氙灯、氪弧灯、汞弧灯、碘钨灯等光泵
源）照射工作物质。
?特点：小而坚固，功率较高；
常用的固体激光器：
?红宝石激光器（掺铬)：世界上第一台
(1960)成功运行的激光器。波长为6943 ?
（红色），只能脉冲运转，效率较低；
?钕玻璃激光器：波长为1060 ?（红外光），效率较红宝石激光器高，是脉冲输出功率
较高的器件；
?钇铝石馏石激光器：波长为1060 ?（红外
光），能连续运转，连续输出功率可超过
一千瓦，是性能最好的固体激光器之一。
7-1-2 常用激光器
半导体激光器
?工作物质：某些性能合适的半导体材料。
?激励方式：把适当大的电流（每平方厘米面积上通过
上万安培脉冲电流）通过PN结时，就会发出激光
（类似于发光二极管）。
?特点：比较年青的一种。效率高，体积小，重量轻
（本身只有针孔那么大，不到一毫米），使用方便，
可以做成小型激光通讯机，作为精密跟踪和导航用激
光雷达；适用于航天、航空、军舰、坦克、步兵等军
用武器；缺点是，方向性比较差，受环境温度影响比
较大，功率较小。
?常用的激光器：
?砷化镓激光器：比较成熟的一种。
7-1-3 常用光电元件
激光检测特点：
?光电(倍增)管——线性，适合测量模拟/数
字量；
?光敏电阻——非线性，适合测量数字量；
?光电池——线性，适合测量模拟/数字量；
?光敏二/三极管——线性，适合测量模拟/数
字量。
7-1-4 激光测长度原理
激光测距离
因为c=299792km/s 很大，在测距离不大时，要求测量τ的精度高。
τ?=
c L 21
7-1-4 激光测长度原理
激光测液位
（1）反射法：光在A，B两点反射，
在C处得干涉条纹；光程差为2hn=Nλ/4。
（2）透射法：测量光强的衰减。
干涉仪——测量位移
光程差的变化2Δl =Nλ/4，
Δl =Nλ/8，
分辨力为Δl
=λ/8（N=1）;红宝石激光器
λ=0.0867875μm,
其分辨力Δl
=0.34715 μm;
7-1-4 激光测长度原理
7-1-4 激光测长度原理
其他测量：
车速,流速,微小位移,工件尺寸等.
激光测量的范围：现代长度计量很多都是利用光波的干涉现象来进行，其精度主要取决于光的单色性的好坏。一种单色光的最大可测长度L 与该单色光的波长λ及其普线宽度Δλ (单色性)
之间的关系为：
L= λ2/Δλ,
即为相干长度(能测量的范围)。对激光一般有
Δλ<10-7nm,以红宝石激光器为例L>4.8km.对于普通光源,最好的也不大于4分米.
7-2 光电式传感器
7-2-1光电效应及光电器件
7-2-2光电器件的主要特性
7-2-3光电式传感器的测量电路 7-2-4光电式传感器的应用
一、光电发射型
光子的能量E和频率f的关系为
E=hf，
式中，h为普朗克常数。当一定频率的光照射到金属表面，能使电子逸出物体表面——外光电效应。
二、光电导型
?光导效应——半导体材料在光线作用下，其电阻值往往变小的的现象。
?光敏电阻——基于光导效应的光电器件。
?原因——在入射光作用下，电子
吸收光子能量.从价带激发到导带，
过度到自由状态，同时，价带也因
此形成自由空穴，致使导带的电子
和价带的空穴浓度增大，使电阻率
减小。
7-2-1光电效应及光电器件
三、光生伏特型
?光生伏特效应——当光照射到半导体材料的PN结上，在PN结上产生电动势的效应。
?原因——半导体材料吸收光能后，电子就能够从价带跃迁到导带，成为自由电子，而价带则相应成为自
由空穴，这些电子—空穴对在PN结的内部电场作用下，
电子被推向N区外侧，空穴被推向P区外侧，使N区带
上负电，P区带上正电，N区和
A区之间就出现了电位差—光生
电动势。
?光电池——基于光生伏特效应制
成的自发电式有源光电器件。
7-2-1光电效应及光电器件
四、光电导结型
PN结的光电效应
1、光敏二极管
?原理——光敏二极管在电路处于反向偏置，
当光照射在PN结上，使PN结附近产生光生
电子和光生空穴对，使少数载流子的浓度大
大增加，通过PN 结的反向电流也随着增加。
思考题及其答案 习题01 一、填空题 1、通常把对应于真空中波长在（0.38m μ）围的电磁辐射称 μ）到（0.78m 为光辐射。 2、在光学中，用来定量地描述辐射能强度的量有两类，一类是（辐射度学量），另一类是(光度学量)。 3、光具有波粒二象性，既是（电磁波），又是（光子流）。光的传播过程中主要表现为（波动性），但当光与物质之间发生能量交换时就突出地显示出光的（粒子性）。 二、概念题 1、视见函数：国际照明委员会（CIE）根据对许多人的大量观察结果，用平均值的方法，确定了人眼对各种波长的光的平均相对灵敏度，称为“标准光度观察者”的光谱光视效率V(λ),或称视见函数。 2、辐射通量：辐射通量又称辐射功率，是辐射能的时间变化率，单位为瓦(1W=1J/s)，是单位时间发射、传播或接收的辐射能。 3、辐射亮度：由辐射表面定向发射的的辐射强度，除于该面元在垂直于该方向的平面上的正投影面积。单位为(瓦每球面度平方米) 。 4、辐射强度：辐射强度定义为从一个点光源发出的，在单位时间、给定方向上单位立体角所辐射出的能量，单位为W／sr(瓦每球面度)。 三、简答题 辐射照度和辐射出射度的区别是什么？ 答：辐射照度和辐射出射度的单位相同，其区别仅在于前者是描述辐射接
收面所接收的辐射特性，而后者则为描述扩展辐射源向外发射的辐射特性。 四、计算及证明题 证明点光源照度的距离平方反比定律，两个相距10倍的相同探测器上的照度相差多少倍？答： 2 22 4444R I R I dA d E R dA d E R I I ===∴=ππφπφφπφ＝的球面上的辐射照度为半径为又＝的总辐射通量为在理想情况下，点光源设点光源的辐射强度为 ()1 2222222221 122 12 11001001010E E L I E L I L I L I E R I E L L L L =∴====∴= = 又的距离为第二个探测器到点光源， 源的距离为设第一个探测器到点光 习题02 一、填空题 1、物体按导电能力分（绝缘体）（半导体）（导体）。 2、价电子的运动状态发生变化,使它跃迁到新的能级上的条件是（具有能向电子提供能量的外力作用）、（电子跃入的那个能级必须是空的）。 3、热平衡时半导体中自由载流子浓度与两个参数有关：一是在能带中（能态的分布），二是这些能态中（每一个能态可能被电子占据的概率）。 4、半导体对光的吸收有（本征吸收）（杂质吸收）（自由载流子吸收）（激子吸收）（晶格吸收）。半导体对光的吸收主要是（本征吸收）。 二、概念题 1、禁带、导带、价带：
光电检测技术试题及答案 光电检测技术试题及答案1、光电器件的基本参数特性有哪些? (响应特性噪声特性量子效率线性度工作温度) @响应特性分为电压响应度电流响应度光谱响应度积分响应度响应时间频率响应 @噪声分类：热噪声散粒噪声产生-复合噪声 1/f噪声信噪比S/N 噪声等效功率NEP 2、光电信息技术是以什么为基础，以什么为主体，研究和发展光电信息的形成、传输、接收、变换、处理和应用。 (光电子学光电子器件) 3、光电检测系统通常由哪三部分组成 (光学变换光电变换电路处理) 4、光电效应包括哪些 外光电效应和内光电效应) 外光电效应：物体受光照后向外发射电子——多发生于金属和金属氧化物。内光电效应：物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部而不会逸出物体外部——多发生在半导体。 内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。
光电导效应：半导体受光照后，内部产生光生载流子，使半导体中载流子数显著增加而电阻减少的现象。 光生伏特效应：光照在半导体PN结或金属—半导体接触面上时，会在PN结或金属—半导体接触的两侧产生光生电动势。 5、光电池是根据什么效应制成的将光能转换成电能的器件，按用途可分为哪几种? (光生伏特效应太阳能光电池和测量光电池) 6、激光的定义，产生激光的必要条件有什么? ( 定义：激光是受激辐射的光放大粒子数反转光泵谐振腔) 7、热释电器件必须在什么样的信号的作用下才会有电信号输出? (交变辐射) 8、 CCD是一种电荷耦合器件，CCD的突出特点是以什么作为信号，CCD的基本功能是什么? (电荷 CCD的基本功能是电荷的存储和电荷的转移。) 9根据检查原理，光电检测的方法有哪四种。 (直接作用法差动测量法补偿测量法脉冲测量法) 10、光热效应应包括哪三种。 (热释电效应辐射热计效应温差电效应) 11、一般PSD分为两类，一维PSD和二维PSD，他们各自用途是什么?
光电检测技术作业2 光电导灵敏度S g = 0.5X10 -6S/lx，1. 设某只CdS光敏电阻的最大功耗为30mW， =0 。试求当 CdS 光敏电阻上的偏置电压为 20V 时的极限照度。 暗电导 g 2. 在如图所示的照明灯控制电路中，将上题所给的CdS光敏电阻用作光电传感 器，若已知继电器绕组的电阻为 5 K ，继电器的吸合电流为2mA，电阻R 1K 。求为使继电器吸合所需要的照度。要使继电器在 3lx时吸合，问应如何调整电阻器R？
3. 在如图所示的电路中，已知R b 820 ，R e 3.3k ,U w 4V，光敏电 阻为R p ，当光照度为40lx时输出电压为6V，80lx时为9V。设该光敏电阻在30~100lx之间的 值不变。试求： （1）输出电压为8V时的照度。 （2）若R e增加到6k ，输出电压仍然为8V，求此时的照度。 （3）若光敏面上的照度为70lx，求R e 3.3k 与R e 6k 时输出的电压。（4）求该电路在输出电压为 8V时的电压灵敏度。
4. 影响光生伏特器件频率响应特性的主要因素有哪些？为什么PN结型硅光电二极管的最高工作频率小于等于107Hz？ 5为什么在光照度增大到一定程度后，硅光电池的开路电压不再随入射照度的增大而增大？硅光电池的最大开路电压为多少？为什么硅光电池的有载输出电压总小于相同照度下的开路电压？ 6硅光电池的内阻与哪些因素有关？在什么条件下硅光电池的输出功率 最大？ 答：（1）极电容，串接电阻，串接电阻越小越好。 （2）显然，存在着最佳负载电阻Ropt，在最佳负载电阻情况下负载可以获得最大的输出功率Pmax
中国海洋大学命题专用纸（附页A） 2007-2008学年第 2 学期试题名称：光电技术（A卷）共 4 页第2 页
中 国 海 洋 大 学 命 题 专 用 纸（附页B ） 2007-2008学年第 2 学期 试题名称 ：光电技术（A 卷） 共4 页 第 3 页 四、简答题（15分） 1、（5分）简述光电三极管的工作原理。 2、（5分）简述声光相互作用中产生布喇格衍射的条件以及布喇格衍射的特点。 3、（5分）什么是热释电效应？热释电器件为什么不能工作在直流状态？ 五、计算分析题（34分） 1、（5分）假设将人体作为黑体，正常人体体温为36.5°C 。计算（1）正常人体所发出的辐射出射度；（2）正常人体的峰值辐射波长。（斯忒藩-玻尔兹曼常数 )(10670.5842K s J/m ???=-σ，维恩常数为2897.9μm ） 2、（7分）用Si 光电二极管测缓变光辐射，伏安特性曲线如图1所示，在入射光最大功率为8μW 时，屈膝电压10V ，反向偏置电压为40V ，Si 光电二极管的灵敏度S=0.5μA/μW ，结电导为0.005μS ，求（1）画出光电二极管的应用电路图（2）计算二极管的临界电导（3）计算最大线性输出时的负载R L 。 图1 图2 3、（7分）与象限探测器相比PSD 有什么特点？如何测试图中（如图2所示）光点A 偏离中心的位置？ 5、(8分)依据图3提供的结构和脉冲电压图说明CCD 电荷转移的过程。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 装 订 线 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 3 21ΦΦΦt 1 t 2 t 3 t 4
光电探测技术实验报告 班级：08050341X 学号：28 姓名：宫鑫
实验一光敏电阻特性实验 实验原理: 光敏电阻又称为光导管,是一种均质的半导体光电器件,其结构如图(1)所示。由于半导体在光照的作用下,电导率的变化只限于表面薄层,因此将掺杂的半导体薄膜沉积在绝缘体表面就制成了光敏电阻，不同材料制成的光敏电阻具有不同的光谱特性。光敏电阻采用梳状结构是由于在间距很近的电阻之间有可能采用大的灵敏面积,提高灵敏度。 实验所需部件: 稳压电源、光敏电阻、负载电阻（选配单元）、电压表、 各种光源、遮光罩、激光器、光照度计（由用户选配） 实验步骤: 1、测试光敏电阻的暗电阻、亮电阻、光电阻 观察光敏电阻的结构,用遮光罩将光敏电阻完全掩 盖,用万用表测得的电阻值为暗电阻 R暗,移开遮光罩，在环境光照下测得的光敏电阻的 阻值为亮电阻，暗电阻与亮电阻之差为光电阻，光 电阻越大，则灵敏度越高。 在光电器件模板的试件插座上接入另一光敏电阻， 试作性能比较分析。 2、光敏电阻的暗电流、亮电流、光电流 按照图(3)接线，电源可从+2~+8V间选用，分别在暗光和正常环境光照下测出输出电压V暗和V亮则暗电流L暗=V暗/R L,亮电流L亮=V亮/R L，亮电流与暗电流之差称为光电流，光电流越大则灵敏度越高。 分别测出两种光敏电阻的亮电流，并做性能比较。 图（2）几种光敏电阻的光谱特性 3、伏安特性: 光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系。 按照图(3)分别测得偏压为2V、4V、6V、8V、10V、12V时的光电流，并尝试高照射光源的光强，测得给定偏压时光强度的提高与光电流增大的情况。将所测得的结果填入表格并作出V/I曲线。 注意事项: 实验时请注意不要超过光电阻的最大耗散功率P MAX, P MAX=LV。光源照射时灯胆及灯杯温度均很高，请勿用手触摸，以免烫伤。实验时各种不同波长的光源的获取也可以采用在仪器上的光源灯泡前加装各色滤色片的办法，同时也须考虑到环境光照的影响。
1、光电器件的基本参数特性有哪些? （响应特性噪声特性量子效率线性度工作温度） 响应特性分为电压响应度电流响应度光谱响应度积分响应度响应时间频率响应 噪声分类：热噪声散粒噪声产生-复合噪声1/f噪声信噪比S/N 噪声等效功率NEP 2、光电信息技术是以什么为基础，以什么为主体，研究和发展光电信息的 形成、传输、接收、变换、处理和应用。 （光电子学光电子器件） 3、光电检测系统通常由哪三部分组成 （光学变换光电变换电路处理） 4、光电效应包括哪些 外光电效应和内光电效应） 外光电效应：物体受光照后向外发射电子——多发生于金属和金属氧化物。 内光电效应：物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部而不会逸出物体外部——多发生在半导体。 内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。 光电导效应：半导体受光照后，内部产生光生载流子，使半导体中载流子数显著增加而电阻减少的现象。 光生伏特效应：光照在半导体PN结或金属—半导体接触面上时，会在PN结或金属—半导体接触的两侧产生光生电动势。 5、光电池是根据什么效应制成的将光能转换成电能的器件，按用途可分为 哪几种？ （光生伏特效应太阳能光电池和测量光电池） 6、激光的定义，产生激光的必要条件有什么？ （定义：激光是受激辐射的光放大粒子数反转光泵谐振腔） 7、热释电器件必须在什么样的信号的作用下才会有电信号输出？ （交变辐射） 8、CCD是一种电荷耦合器件，CCD的突出特点是以什么作为信号，CCD的 基本功能是什么？ （电荷CCD的基本功能是电荷的存储和电荷的转移。） 9根据检查原理，光电检测的方法有哪四种。 （直接作用法差动测量法补偿测量法脉冲测量法） 10、光热效应应包括哪三种。 （热释电效应辐射热计效应温差电效应） 11、一般PSD分为两类，一维PSD和二维PSD，他们各自用途是什么？ （一维PSD主要用来测量光点在一维方向的位置；二维PSD用来测定光点在平面上的坐标。） 12、真空光电器件是基于什么效应的光电探测器，它的结构特点是有一个真空管，其他元件都在真空管中，真空光电器件包括哪两类。 （外光电效应光电管光电倍增管） 二、名词解释 1、响应度 （响应度（或称灵敏度）：是光电检测器输出信号与输入光功率之间关系的度量。）2、信噪比 （是负载电阻上信号功率与噪声功率之比）
光电检测技术期中考试试卷 2014 一．选择题（20分） 1．对于费米能级，以下说法不正确的是（ ） A 一个平衡的系统只能有唯一一个费米能级 B 电子占据率为0.5时所对应的能级 C p 型半导体材料费米能级靠近价带顶 D n 型半导体材料费米能级靠近价带顶 2．负电子亲和势阴极和正电子亲和势比较有重要差别，参与发射的的电子（ ） A 不是冷电子，而是热电子 B 不是热电子，而是冷电子 C 既是冷电子，又是热电子 D 既不是冷电子，也不是热电子 3．下列器件按照响应速度由快到慢的顺序，正确的是（ ） A PIN 光电二极管 PN 结光电二极管 光电三极管 光敏电阻 B PIN 光电二极管 光敏电阻PN 结光电二极管 光电三极管 C 光电三极管 PIN 光电二极管 光敏电阻PN 结光电二极管 D PN 结光电二极管 光电三极管 PIN 光电二极管 光敏电阻 4．下列探测器的光－电响应时间，由少数载流子的寿命决定： （ ） A 光电导探测器 B 光电二极管 C 光电倍增管 D 光电倍增管 5．对于光敏电阻，下列说法不正确的是( ) A 弱光照下，光电流与照度之间具有良好的线性关系 B 光敏面做成蛇形，有利于提高灵敏度 C 光敏电阻光谱特性的峰值波长，低温时向短波方向移动 D 光敏电阻具有前历效应 6．下列光源中哪一种光源，可作为光电探测器在可见光区的积分灵敏度测量标准光源：（ ） A 氘灯 B 低压汞灯 C 色温2856K 的白炽灯 D 色温500K 的黑体辐射器 7．当黑体的温度升高时，其峰值光谱辐射出射度所对应的波长的移动方向为（ ） A.向短波方向移动 B.向长波方向移动 C.不移动 D.均有可能 8．表中列出了几种国外硅APD 的特性参数 根据表中数据，要探测830nm 的弱光信号，最为合适的器件是 （ ） A C30817E B C30916E C C30902E D C30902S 9．已知甲、乙两厂生产的光电器件在色温2856K 标准钨丝灯下标定出的灵敏度分别为uW uA S e /5=， lm A o S v /4.=，则甲乙两厂中光电器件灵敏度比较结果正确的是（ ） A. 甲场灵敏度高 B. 乙场灵敏度高 C. 甲乙两场灵敏度一样高 D. 无法比较
光电检测技术课程作业及答案(打印版)
思考题及其答案 习题01 一、填空题 1、通常把对应于真空中波长在（0.38m μ）范围内的电磁辐 μ）到（0.78m 射称为光辐射。 2、在光学中，用来定量地描述辐射能强度的量有两类，一类是（辐射度学量），另一类是(光度学量)。 3、光具有波粒二象性，既是（电磁波），又是（光子流）。光的传播过程中主要表现为（波动性），但当光与物质之间发生能量交换时就突出地显示出光的（粒子性）。 二、概念题 1、视见函数：国际照明委员会（CIE）根据对许多人的大量观察结果，用平均值的方法，确定了人眼对各种波长的光的平均相对灵敏度，称为“标准光度观察者”的光谱光视效率V(λ),或称视见函数。 2、辐射通量：辐射通量又称辐射功率，是辐射能的时间变化率，单位为瓦(1W=1J/s)，是单位时间内发射、传播或接收的辐射能。 3、辐射亮度：由辐射表面定向发射的的辐射强度，除于该面元在垂直于该方向的平面上的正投影面积。单位为(瓦每球面度平方米) 。 4、辐射强度：辐射强度定义为从一个点光源发出的，在单位时间内、给定方向上单位立体角内所辐射出的能量，单位为W／sr(瓦每球面度)。 三、简答题 辐射照度和辐射出射度的区别是什么？ 答：辐射照度和辐射出射度的单位相同，其区别仅在于前者是描述辐射接
收面所接收的辐射特性，而后者则为描述扩展辐射源向外发射的辐射特性。 四、计算及证明题 证明点光源照度的距离平方反比定律，两个相距10倍的相同探测器上的照度相差多少倍？答： 2 22 4444R I R I dA d E R dA d E R I I ===∴=ππφπφφπφ＝的球面上的辐射照度为半径为又＝的总辐射通量为在理想情况下，点光源设点光源的辐射强度为ΘΘ ()1 2222222221 122 12 11001001010E E L I E L I L I L I E R I E L L L L =∴====∴= =ΘΘ又的距离为第二个探测器到点光源， 源的距离为设第一个探测器到点光 习题02 一、填空题 1、物体按导电能力分（绝缘体）（半导体）（导体）。 2、价电子的运动状态发生变化,使它跃迁到新的能级上的条件是（具有能向电子提供能量的外力作用）、（电子跃入的那个能级必须是空的）。 3、热平衡时半导体中自由载流子浓度与两个参数有关：一是在能带中（能态的分布），二是这些能态中（每一个能态可能被电子占据的概率）。 4、半导体对光的吸收有（本征吸收）（杂质吸收）（自由载流子吸收）（激子吸收）（晶格吸收）。半导体对光的吸收主要是（本征吸收）。 二、概念题 1、禁带、导带、价带：
7 边坡工程监测 7.1 边坡监测的目的和意义 7.2 边坡监测的内容和方法及仪器选型 7.3 边坡变形监测 7.4 边坡应力监测 7.5 边坡地下水监测 ※7.1 边坡监测的目的 1、评价边坡施工及其使用过程中边坡的稳定程度，并做出有关预报，为崩塌、滑坡的正确分析评价、预测预报及治理工程等，提供可靠的资料和科学依据。 2、为防治滑坡及可能的滑动和蠕动变形提供技术依据，预测和预报今后边坡的位移、变形的发展趋势，通过监测可对岩土体的时效特性进行相关的研究。 3、对已经发生滑动破坏的边坡和加固处理后的滑坡，监测结果也是检验崩塌、滑坡分析评价及滑坡处理工程效果的尺度。 4、为进行有关位移分析及数值模拟计算提供参数。 ※7.2 边坡监测内容和方法及仪器选型 7.2.1内容主要包括： （1）、施工安全监测在施工期对边坡的位移、应力、地下水等进行监测，监测结果作为指导施工、反馈设计的重要依据，是实施信息化施工的重要内容。 （2）、处治效果监测是检验边坡处治设计和施工效果、判断边坡处治后的稳定性的重要手段。一方面可以了解边坡体变形破坏特征，另一方面可以针对实施的工程进行监测。 （3）、动态长期监测在防治工程竣工后，对边坡体进行动态跟踪，了解边坡体稳定性变化特征、长期监测主要对一类边坡防治工程进行。 在实际工作中边坡监测的具体内容应根据边坡的等级、地质及支护结构的特点进行考虑，通常对于一类边坡防治工程，建立地表和深部相结合的综合立体监测网，并与长期监测相结合；对于二类边坡防治工程，在施工期间建立安全监测和防治效果监测点，同时建立以群测为主的长期监测点；对于三类边坡防治工程，建立群测为主的简易长期监测点。 7.2.2 边坡工程监测方法 边坡工程监测主要采用简易观测法、设站观测法、仪表观测法和远程监测法等四种类型。通过监测，深入了解边坡的变形机理，从而对地质灾害防治和加固处理的反馈以及对工程的影响等获取有关信息，通过监测资料的分析得到边坡变形的各种特征信息，分析其动态变化规律，预测边坡工程可能发生的破坏，为防灾减灾提供科学依据。
《光电检测技术》教学大纲 课程编号： 302057020 课程性质： 选修 课程名称： 光电检测技术 学时/学分：32/2 英文名称： Optic Detecting Technology考核方式： 闭卷笔试 选用教材： 周秀云等编著，《光电检测技术及应 大纲执笔人： 尹伯彪 用》第2版，电子工业出版社 先修课程： 工程光学、传感器、测控电路等 大纲审核人： 专业教学指导组适用专业： 测控技术与仪器 一、 课程目标 课程具体目标为： 1.能根据光电检测系统组成，理解光电检测技术相关的参数； 2.能针对具体待检测量，选择合理的测量原理，设计光电检测系统，并能 选择合适的光源及光电检测器件； 3.能根据光电检测技术的特点，分析光电检测系统优缺点。 二、 教学内容 本课程作为测控技术及仪器专业的专业课程，学生通过本课程的学习，能够根据光电检测技术的特点，针对具体的工程问题，提出相应的光电检测方案，对该方案中的各环节选择相应的光电检测器件，并理解该系统的局限性。 1.光电检测技术概述（支撑课程目标1） 光电检测系统的基本构成、基本工作原理和基本结构形式。 要求学生：理解光电检测系统的基本构成、基本工作原理和基本结构形式。 理解光电检测技术相关的参数。 2.光电检测光源（支撑课程目标2） 光源的基本特性参数和常用的光源。 要求学生：能针对待检定量，选择光电检测系统的合适光源。 3.光电探测器件（支撑课程目标2） 光电导器件、光生伏特器件和光电发射器件的工作原理、主要参数和各自的应用场合。 要求学生：能针对待检定量，选择光电检测系统的光电探测器件。 4.光电成像器件（支撑课程目标2） 光电成像器件的主要特性参数和应用场合。 要求学生：能针对待检定量，选择光电检测系统的光电成像器件。
传感器与自动检测技术 一、填空题（每题3分） 1、传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件、产生可用信号输出的转换元件、以及相应的信号调节转换电路组成。 2、金属材料的应变效应是指金属材料在受到外力作用时，产生机械变形，导致其阻值发生变化的现象叫金属材料的应变效应。 3、半导体材料的压阻效应是半导体材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象称为压阻效应。 4、金属丝应变片和半导体应变片比较其相同点是它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化。 5、金属丝应变片和半导体应变片比较其不同点是金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。 6、金属应变片的灵敏度系数是指金属应变片单位应变引起的应变片电阻的相对变化叫金属应变片的灵敏度系数。 7、固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称压阻效应。 8、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。 9、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。 10、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变，电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。 11、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变，电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。 12、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变，电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。 13、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变，电阻敏感元件用
试卷五 一、单项选择题（每小题 1分，共 15分） 1.传感器一般包括敏感元件和（ D ） A ．弹性元件 Ｂ．霍尔元件 Ｃ．光电元件 2.如果按被测对象分类，温度传感器和压力传感器属于（C ） A ．物理型传感器 Ｂ．生物量传感器 Ｃ．物理量传感器 Ｄ．转换元件 Ｄ．化学量传感器 Ｄ．压电传感器 Ｄ．稳定性 3.以下传感器中具有能量放大作用的是（ B ） A ．热电偶 Ｂ．电感式传感器 Ｃ．光电池 4.以下特性属于传感器动态特性的是（ A ） A ．瞬态响应 5.传感器在零点附近的分辨力称为（A A ．阀值 Ｂ．线性度 Ｃ．灵敏度 ） Ｂ．分辨力 Ｃ．迟滞 Ｄ．重复性 6.电阻式传感器是一种基本电量传感器，其非电量与电量转换是通过测量（ D ） A ．电流值 7.据光生伏打效应制成的光电器件是（ B ） A ．光敏电阻 Ｂ．电压值 Ｃ．电感值 Ｄ．电阻值 Ｂ．光电池 Ｃ．光敏二极管 Ｄ．光敏晶闸管 8.家用彩色电视机的色彩调整使用的传感器是（A A ．光纤传感器 Ｂ．红外传感器 Ｃ．色彩传感器 Ｄ．温度传感器 9.弹性敏感元件的灵敏度和线性度有相互矛盾的问题，提高灵敏度，线性度会（C A ．变差 Ｂ．变好 10.利用霍尔效应制成的传感器是（ C ） A ．磁敏传感器 Ｂ．温度传感器 Ｃ．霍尔传感器 Ｄ．气敏传感器 11.影响超声波的衰减程度的因素有介质和（ B A ．温度 Ｂ．频率 12.用来衡量物体温度数值的标尺称为（ D ） A ．摄氏度 13.属于半导体气敏传感器的是（ C ） A ．固体电解质式 14.微生物传感器和酶传感器都属于（D ） ） Ｃ．不变 Ｄ．不能确定 ） Ｃ．湿度 Ｄ．浓度 Ｂ．华氏温度 Ｃ．绝对温标 Ｄ．温标 Ｂ．光干涉式 Ｃ．氧化物系 Ｄ．接触燃烧式 ） A ．电阻传感器 Ｂ．电感传感器 Ｃ．电容传感器 Ｄ．生物传感器 15.智能传感器不具有的功能是（ C ） A ．自检 16.在测谎仪中一般采用（a A ．热敏电阻 17.电容式湿度传感器主要包括陶瓷电容式和（ B ） A ．金属电容式 Ｂ．高分子电容式 Ｃ．半导体电容式 Ｄ．单晶电容式 18.酶传感器的信号变换方法有电位法和（ C ） A ．电压法 19.弹性滞后的主要原因是材料内部存在的分子间（ D ） A ．吸引力 20.以下不属于传感器主要发展方向的是（ B ） A ．开发新材料 Ｂ．简单化 Ｂ．自诊断 Ｃ．自修复 Ｄ．自维护 ） Ｂ．光敏电阻 Ｃ．磁敏电阻 Ｄ．压敏电阻 Ｂ．电阻法 Ｃ．电流法 Ｄ．电容法 Ｄ．内摩擦 Ｂ．排斥力 Ｃ．相容性 Ｃ．集成化 Ｄ．智能化
《光电检测》题库 一、填空题 1.光电效应分为内光电效应和外光电效应，其中内光电效应包括 和。 2.对于光电器件而言，最重要的参数是、和。 3.光电检测系统主要由光电器件、和等部分组成。 4.为了取得很好的温度特性，光敏二极管应在较负载下使用。 5.光电倍增管由阳极、光入射窗、电子光学输入系统、和等构成。 6.光电三极管的工作过程分为和。 7.激光产生的基本条件是受激辐射、和。 8.检测器件和放大电路的主要连接类型有、和 等。 https://www.doczj.com/doc/b27955144.html,D的基本功能是和。 10.已知本征硅材料的禁带宽度E g=1.2eV，则该半导体材料的本征吸收长波限为。 11. 非平衡载流子的复合大致可以分为和。 12.在共价键晶体中，从最内层的电子直到最外层的价电子都正好填满相应的能带，能量最高的是填满的能带，称为价带。价带以上的能带，其中最低的能带常称为，与之间的区域称为。 13.本征半导体在绝对零度时，又不受光、电、磁等外界条件作用，此时导带中没有，价带中没有，所以不能。 14.载流子的运动有两种型式，和。 15. 发光二极管发出光的颜色是由材料的决定的。 16. 光电检测电路一般情况下由、、组成。 17. 光电效应分为内光电效应和效应，其中内光电效应包括和，光敏电阻属于效应。 18.导带和价带中的电子的导电情况是有区别的，导带愈多，其导电能力愈强；而价带的愈多，即愈少，其导电能力愈强。 19.半导体对光的吸收一般有、、、和这五种形式。 20. 光电器件作为光电开关、光电报警使用时，不考虑其线性，但要考虑。 24.半导体对光的吸收可以分为五种，其中和可以产生光电效应。 22.光电倍增管由阳极、光入射窗、电子光学输入系统、和等构成，光电倍增管的光谱响应曲线主要取决于材料的性质。 23.描述发光二极管的发光光谱的两个主要参量是和。
光电检测技术题库试卷 一、单项选择题（每小题2分,共40分） 1．材料的禁带宽度，最大的是( C ) A. 金属; B. 杂质半导体 C. 绝缘体; D. 本征半导体． 2．紫外线频率的范围在（ D ）． A. 1011～1012 B. 108～109 C. 1013～1014 D. 1015～1016 3．等离子体是一种( B ). A. 气体光源 B. 固体光源 C. 液体光源 D. 激光光源4．费米能级Ef的意义是电子占据率为( D )时所对应的能级 A. 0； B. 0.1； C. 0.2； D. 0.5． 5．光源在指定方向上通过单位立体角内的辐射通量的多少，称为( B ). A. 辐功率； B. 辐强度； C. 辐照度； D. 辐出度 6．光子探测是利用入射光和磁，产生（ B ）。使材料的电学性质发生变化。通过测量电学性质的变化，可以知道红外辐射的强弱。 A. 光子效应 B. 霍尔效应 C. 热电效应 D. 压电效应7．在光源λ一定的情况下，通过半导体的透射光强随温度T 的增加而( B )。
A. 增加; B. 减少; C. 不变; D. 不能确定． 8．电子亲和势，是指电子从（A 差。 A.导带底能级 B. 价带顶能级 C. 费米能级 D. 施主能级 9．光纤通信指的是（ B ）。 A. 以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式 B. 以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式 C. 以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式 D. 以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式 10．光电探测器单位信噪比的光功率，称为光电探测器的（ C ）。 A. 电流灵敏度; B. 光谱灵敏度; C. 噪声等效功率; D. 通量阈 11．N型半导体的费米能级处于禁带（B）. A. 中间 B. 上部 C. 下部 D. 不确定． 12．PN结和光敏电阻的时间常数（ B ）. A前者大 B. 后者大 C. 一样大 D. 不能确定 13. 下列像管的性能指标( A )的值越高，像管的成像质量越好。
1.什么是光电检测系统？其基本组成部分有哪些？ 答：指对待测光学量或由非光学待测物理量转换的光学量，通过光电变换和电路处理的方法进行检测的系统。 组成部分：光源；被检测对象及光信号的形成；光信号的匹配处理；光电转换；电信号的放大与处理；微机；控制系统；显示。 2.简要说明光电检测技术的重要应用范围？ 答：辐射度量和光度量的检测；光电元器件及光电成像系统特性的检测；光学材料、元件及系统特性的检测；非光学量的光电检测。 3.光电探测器的原理有几种效应？分别是什么？内容是什么？ 答：四种。光电子发射效应：在光辐射作用下，电子逸出材料表面，产生光电子发射。光电导效应：光照射某些半导体材料，某些电子吸收光子变成导电自由态，在外电场的作用下，半导体的电导增大。光生伏特效应：光照射在PN结及其附近，在结区中因电场作用，产生附加电动势。光磁电效应：半导体置于磁场中，用激光垂直照射，由于磁场产生洛伦兹力，形成电位差。。 4. 光电探测器的种类及相应的光电器件？ 答：光电子发射器件：光电管、光电倍增管； 光电导器件：光敏电阻； 光生伏特器件：雪崩光电管、光电池、光电二极管、光电三极管。 5. 光电探测器的性能参数有哪些？详细叙述之。 答：量子效率：响应度：光谱响应：响应时间和频率响应：噪生等效功率：探测度：线性度：。
6. 光电探测器的噪声主要来源于什么？ 答：热噪声；暗电流噪声；散粒噪声；低频噪声。 7.作为性能优良的光电探测器应具有哪三项基本条件？ 答：光吸收系数好；电子亲和力小；光电子在体内传输过程中受到的能量损失应该小，使其逸出深度大。 8.常见的光阴极材料有哪些？ 答：银氧铯；锑钾；锑铯。 9.真空二极管与充气二极管的工作原理与结构以及它的优缺点比较。答：真空二极管工作原理：当入射光透过光窗射到光阴极面上时，光电子从阴极发射到真空中，在阴极电场作用下，光电子加速运动到阳极被吸收，光电流数值可在阳极电路中测出。优缺点：电流与入射光通量成正比，因此可精确测量光通量；噪声小，但增益小。 充气二极管工作原理：光电管中充入低压惰性气体，在光照下光阴极发射出的光电子受电场作用加速向阳极运动，途中与气体原子相碰撞，气体原子发生电离形成电子与正离子，不断繁衍构成电子流。优缺点：高灵敏度，结构简单，但噪声大频响差。 10.光电倍增管的工作原理及结构（组成部分），他有什么特点？答：工作原理：光照射在光电阴极上，从光阴极激发出的光电子，在电场U1的加速下，打在第一个倍增级D1上，由于光电子能量很大，它打在倍增极上时就又激发出数个二次光电子，在电场U2的作用下，二次光电子又打在第二个倍增极上，又引起电子发射，如此下去，电子流迅速倍增，最后被阳极收集。组成部分：光电阴极、倍增极、阳
新世纪献辞 光学?激光是知识创新体系的重要一环 李景镇 (深圳大学科技研究院,深圳 518060) 1 20世纪的光学创新在人类知识创新上有特殊重要的地位 ?普朗克从黑体辐射的研究中提出了辐射能量子化理论,随之出现的量子力学、量子物理、量子化学、量子生物学,等等,是人类认识微观世界的基础。 ?爱因斯坦明确提出了光量子理论,光量子的能量E=ν,根据迈克尔逊光干涉实验导致了狭义相对论的出现,形成了新的时空概念及推导出质能互换定律E=mc2; 玻尔在光谱学的成就和量子理论的指导下,提出子氢原子的光谱理论,导致了对原子、分子结构的了解; ?爱因斯坦1917年提出原子系统中不仅有自然辐射,而且有受激辐射,受激光辐射是激光的理论基础;1954年,T.H. Townes发明了NH3受激辐射的微波放大器;1960年,T.H. Maiman做出了红宝石激光器。激光的发现,是人类科学技术发展史上的一次重大突破; ?半导体物理在导致科技进入信息时代的同时,也为光电器件及光信息技术开辟了途径; ?光纤通信,是人们进入信息时代的重大突破; ?超分辩显微术,特别是扫描探针技术,使人们进入观察、操纵,重组原子成为现实; ?超大天文望远镜,特别是哈勃空间望远镜,大大提高了人们认识宇宙的深度、广度; ?光合作用的研究,等等。 这些重大的突破和创新,正是知识创新体系中最重要的源泉,在创新体系中属于最高层次。 2 光学知识本身的知识创新 主要体现在光学到光子学的飞跃,正像电学到电子学的飞跃。光子学是研究光子的产生,运动和转化的科学,侧重于从微观的角度来研究它的属性。完成光学到光子学飞跃的重大突破和进展主要有: ?半导体超晶格概念和理论的提示,半导体超晶格激光器、量子阱、量子线和量子点激光器的出现; ?微腔量子电动力学效应的发现和垂直腔面发射激光器的问世,是光子学理论和器件的重大突破,是光集成的基础; ?非线性导波光学的发展,导致了光通信技术上的三大突破;孤子激光器和光孤子传输,光纤放大器,和波分复用技术; ?光子材料和光子器件的发展,光子晶体的研究正出现突破,光子晶体的研究与上个世纪半导体的研究有着同样重大的意义; ?光存储和广义三维光存储的进展; ?光双稳、光互联和光子计算机的进展; ?量子光学的进展,量子纠缠态、量子通信和量子计算机已初见端倪,等等; 3 激光在知识和技术创新体系中居于重要地位和光纤技术一道是光子学的主要依托,将在下世纪———光子世纪担纲重要的角色,关于激光的历史作用,王大珩院士有一段精辟的论述: “60年代激光的问世,堪称本世纪物理学重大进展之一,是光学方面具有革命意义的重大突破。基于它所具有的前所未有的性质,对于光的本质,以及光与物质相互作用都具有划时代的认识。我们知道,X光在研究物质上将近一个世纪,还有其生命力,还用以研究较复杂的分子(生物分子),而激光所开辟的研究物质动态及反应的手段,它的生命力将更长,必将成为即将到来的下个世纪(21世纪)的重要科学研究对象”。激光是创新体系中的重要一环。 光电检测技术的发展及应用 钟丽云 (昆明理工大学激光研究所,昆明 650051) 检测技术在国民经济的各个行业中,起着举足轻重的作 用,无论科学研究、产品质量及自动控制都需要检测,利用现代 光电子技术作为检测手段,具有无接触、无损、远距离、抗干扰 能力强、受环境影响小、检测速度快、测量精度高等优越性,是 当今检测技术发展的主要方向。 利用光的干涉、衍射和散射进行检测已经有很长的历史, 由台曼干涉仪到莫尔条纹,然后到散斑,再到全息干涉,出现了 一个个干涉场,物理量(如位移、温度、压力、速度、折射率等)的 测量不再需要一个个的测量,而是整个物理量场一起进行。 自从激光出现以后,电子学领域的许多探测方法(如外差、 相关、取样平均、光子计数等)被引入,使测量灵敏度和测量精 度得到大大提高。光纤技术的出现,由于光纤能控制光束的传 播路径,使调制的方法增多,接收更为方便,同时它能进入物体 内部,扩大了测量范围,提高了测量精度,甚至可以事先铺设在 各种建筑物内部,作实时监测和自动控制等。 CCD固体摄像头的出现 ,由于它是成像的,又很容易和计 算机连接,利用图像处理技术,可以提高测量的信噪比,并扩大 测量范围,目前它正全面地改造着传统的光学测量方法;由于 它的高分辨率,可以直接用于物体外部尺寸,轮廓以及位移和 有关物理量的测量。由于图像具有非常高的信息量,特别是彩 色CCD,在遥感技术和光纤传感技术中也得到普遍应用。 利用光与物质的相互作用,如激光致超声、激光热效应等 新的探测方法,在无损检测中也得到广泛应用。随着科学技术 的不断发展,新的探测方法还会不断的出现。 计算机在光电检测中的应用,不但可以处理大量的测量数 据,而且还可以用于设备本身的自诊断,使设备成为真正的智 能仪器。某些传统的光学仪器,如照像机和显微镜等,由于采 用了新的光信息处理方法,而出现了富里叶光谱仪和断层摄影 与计算机成像结合的CT等许多光电子设备;将激光技术和计 算机技术相结合,出现了品种繁多的各行各业的光电子仪器设 备,如激光相位测距仪、激光多谱勒测速、干涉仪、光纤陀螺、激 光排版、激光印刷、VCD光盘以及各种激光治疗仪等。 1 《激光杂志》2000年第21卷第3期 LASERJOURNAL(Vol121,No.312000)
●辐射度量与光度量的区别：辐射度量与光度量。辐射度量是物理（或客观）的计量方法，它适用于整个电磁辐射谱区，对辐射量进行物理的计量；光度量是生理（或主观）的计量 方法以人眼所能见到的光对大脑的刺激程度来对光进行计量的方法，只适用于可见光谱区域，是对光强度的主观评价。 ●凡高于绝对零度的物体都要进行热辐射。 ●半导体特性：⑴半导体的电阻温度系数一般是负的，它对温度的变化非常敏感。⑵半导 体的导电性能可能受极微量杂质的影响而发生十分显著的变化。⑶半导体的导电能力及性 质会受热、光、电、磁等外界作用的影响而发生非常重要的变化。 ●P、N型半导体特点：在N型半导体中，电子为多数载流子；在P型半导体中，空穴为多 数载流子 ●扩散：载流子因浓度不均匀，无规则热运动而发生的从浓度高的点向浓度低的点运动。 漂移：载流子在外电场的作用下，电子向正电极方向运动，空穴向负电极方向运动称为漂移。 ●当光照射到物体上使物体发射电子、或导电率发生变化、或产生光电动势等，这种因光 照而引起物体电学特性的改变统称为光电效应。可归纳为两大类⑴物体受光照后向外发射 电子的现象称为外光电效应⑵物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部运动，而不会 逸出物体外部的现象称为内光电效应 ●光电导效应是指半导体受光照射后，其内部产生光生载流子，使半导体中载流子数显著 增加而电阻减小的现象 ●光生伏特效应是光照使不均匀半导体或均匀半导体中光生电子和空穴在空间分开而产生 电位差的现象 ●光电发射效应：光敏物质吸收光子后，被激发的电子能逸出光敏物质的表面而在外电场 的作用下形成光子流 ●响应度是光电检测器件输出信号与输入辐射功率之间关系的度量。描述的是光电探测器 件的光—电转换效能 ●信噪比（S/N）判断噪声大小常用的参数。它是在负载电阻上产生的信号功率与噪声功率之比 ●噪声等效功率（NEP）定义为信噪比为1时，入射到探测器上的辐射通量 ●探测率D与归一化探测率D *探测率D 定义为噪声等效功率的倒数；归一化探测率D* ●光电发射材料应具备的条件⑴光吸收系数大；⑵光电子在体内传输过程中受到的能量损 失小，使其逸出深度大；⑶表面势垒低，使表面逸出几率大 ●光电倍增管的基本结构与原理：光电倍增管主要由光入射窗、光电阴极、电子光学系统、二次发射倍增系统及阳极等部分组成；工作原理1、光子透过入射窗入射到光电阴极K上。 2、光电阴极的电子受光子激发，离开表面发射到真空中。 3、光电子通过电场加速和电子 光学系统聚焦入射到第一倍增极D1上，倍增极发射出比入射电子数目更多的二次电子。入射电子经N级倍增后，光电子就放大N次。4、经过倍增后的二次电子由阳极a收集起来，形成阳极光电流，在负载RL上产生信号电压 ●光敏电阻结构：1. .光敏电阻的结构是在一块光电导体两端加上电极，贴在硬质玻璃、 云母、高频瓷或其它绝缘材料基板上，两端接有电极引线，封装在带有窗口的金属或塑料 外壳内。2.光敏面作成蛇形，电极作成梳状是因为这样即可以保证有较大的受光表面，也 可以减小电极之间距离，从而既可减小极间电子渡越时间，也有利于提高灵敏度。 工作原理：当入射光子使半导体物质中的电子由价带跃升到导带时，导带中的电子和价带 中的空穴均参与导电，因此电阻显著减小，电导增加，连接电源和负载电阻，可输出电信 号，此时可得出光电导g与光电流I 光的表达式为： ●光电池的结构与原理：光电池的核心是一个PN结，当用适当波长的光照射PN结时，由 于内建场的作用（不加外电场），光生电子拉向n区，光生空穴拉向p区，相当于PN结上
光电检测技术作业2 光电导灵敏度=0.5 X10-6 S / ，暗电1. 设某只光敏电阻的最大功耗为30， =0 。试求当光敏电阻上的偏置电压为 20V 时的极限照度。 导 g 2. 在如图所示的照明灯控制电路中，将上题所给的光敏电阻用作光电传感器， 若已知继电器绕组的电阻为 5 K，继电器的吸合电流为 2，电阻R 1K。求为使继电器吸合所需要的照度。要使继电器在 3 时吸合，问应如何调整电阻器R？
3. 在如图所示的电路中，已知820， 3.3k4V ，光敏电阻为，当光照度为40 时输出电压为6V，80 时为9V。设该光敏电阻在30~100 之间的 值不变。试求： （1）输出电压为8V 时的照度。 （2）若增加到6k，输出电压仍然为8V，求此时的照度。 （3）若光敏面上的照度为70，求 3.3k与6k时输出的电压。（4）求该电路在输出电压为 8V 时的电压灵敏度。
4. 影响光生伏特器件频率响应特性的主要因素有哪些？为什么结型硅光电二极管的最高工作频率小于等于107 ？ 5 为什么在光照度增大到一定程度后，硅光电池的开路电压不再随入射照度的增大而增大？硅光电池的最大开路电压为多少？为什么硅光电池的有载输出电压总小于相同照度下的开路电压？ 6 硅光电池的内阻与哪些因素有关？在什么条件下硅光电池的输出功 率最大？ 答：（1）极电容，串接电阻，串接电阻越小越好。 （2）显然，存在着最佳负载电阻，在最佳负载电阻情况下负载可以获得最大的输出功率
7 光生伏特器件有几种偏置电路？各有什么特点？ 8. 选择最适当的答案填入括号中（只有一个答案正确） （1）用光电法测量某高速转轴（15000r / ）的转速时，最好选用（D）为光电接收器件。 A B 光敏电阻 C 242 硅光电池 D 3 型光电三极管 （2）若要检测脉宽为107 s 的光脉冲，应选用（A）为光电变换器件。 A 型光电二极管 B 3 型光电三极管 硅光电池 C 结型光电二极管D2 11 （3）硅光电池在（D）偏置时，其光电流与入射辐射通量有良好的线性关系，且动态范围较大。 A 恒流 B 自偏置 C 零伏偏置 D 反向偏置 （4）硅光电池在（B）情况下有最大的功率输出。 A 开路 B 自偏置 C 零伏偏置 D 反向偏置 9. 假设调制波是频率为500，振幅为5V，初相位为0 的正弦波，载波频率为10，振幅为50V，求调幅波的表达式、带宽及调制度。 10. 利用 222 光电二极管和 340 三极管构成如 下图所示的探测电路。已知光电二极管的电流灵