光电器件与技术参考答案
第一章
1.辐射度量与光度量的根本区别是什么？
答：辐射度量与光度量是光辐射的两种不同的度量方法。根本区别在于：前者是物理（或客观）的计量方法，称为辐射度量学计量方法或辐射度参数，它适用于整个电磁辐射谱区，对辐射量进行物理的计量；后者是生理（或主观）的计量方法，是以人眼所能看见的光对大脑的刺激程度来对光进行计算，称为光度参数。因为光度参数只适用于0.38~0.78um 的可见光谱区域，是对光强度的主观评价，超过这个谱区，光度参数没有任何意义。
2．试说明光谱视觉效能的最大值 ，有何物理意义？
答：其最大值为683lm/W 。人眼的明视觉最灵敏波长λm 的光度参量对辐射度参量的转换常数，称为正常人眼的明视觉最大光谱光视效能。
3．（平面发散角为1mrad ）输出波长为632.8nm,辐射通量为3mW 的激光器，V=0.235，放电管的直径为1mm ，投射到十米远的屏上，计算光通量，发光强度，光出射度，光照度？
解：（1）氦氖激光器输出的光为光谱辐射，则辐射通量为3mW ，它发出的光通量为
3=P K=Cm V P=6830.2353100.4815-φ⨯⨯⨯⨯⨯⨯=
（2）立体角为Ω=2π（1－（1－r2）1/2），
其中4
r sin /2510-=α=⨯（），带入上式，得7
8.1710sr -Ω=⨯（
） 发光强度7
5I 0.4815/8.1710
5.8910cd -=⨯=⨯（）
光出射度5
M 0.4815/0.001/22 6.1310lx =π⨯=⨯（（））（）
4．一束波长为0.5145um 的激光器，输出功率为3W ，已知V=0.6082，均匀照射到0.2
平方厘米的屏上，求光通量，光照度？
解：由题意光通量3
=6830.608231.24610 lm Φ⨯⨯=⨯,
屏幕上的光照度47 E =1.246103/0.210 6.2310lx A
-Φ
=
⨯⨯=⨯（） 5.输出波长为632.8nm ，辐射通量为3mW 的激光，求单位时间内光子的出射数目？ 解：设单位时间光子数目N 个/秒，
3916
348
P P 310632.810N ==9.5410hv hc 6.62610310---λ⨯⨯⨯==⨯⨯⨯⨯个
6.已知硅材料的禁带宽度为1.2eV,求其本征吸收长波限？ 解：依题意，长波限=1.24/1.2=1.03um
7.微弱辐射下光电导增益有何规律，梳妆电极的作用？
答：光电导增益()2
n n p p
G u u U /L =
τ
+τ，与电压成正比，与距离L 的平方成反比，梳妆电极结构可以缩短距离L ，提高增益。
8.为什么半导体材料在弱辐射下，光电导灵敏度会随时间增大而增大？
答;时间响应越长，光生载流子浓度增大，直至饱和，若辐射下是不会达到饱和的，所以光电导灵敏度会随时间增大而增大。
9.同一型号的光敏电阻，在不同光照度和不同环境温度下光电导灵敏度和时间常数是否相同？ 答：不同光照和环境温度下，光生载流子的浓度不同，决定了光电导灵敏度和时间常数不同。 10.弱辐射下光电导动力学方程为
d n n
g dt ∆∆=-
τ
，求时间响应？ 解 ： 方程可以化为：d n dt n g ∆=∆-τ
，两边积分得： n t
ln(g )∆-=-ττ
0n t
g C exp()∆-
=-ττ
，利用光照初始条件：t 0,n 0=∆=得 0C g = 得
t n g (1exp())∆=τ--τ
同理，撤去光照时，得
0t
n n exp()∆=∆-τ
11.交流信号下光电导动力学方程jwt 0d p p
g e dt ∆∆=-
τ
，求p ∆的模？ 解 ：对上式求拉氏变换：
000F(s)1
sF(s)g s jw
11g 11
F(s)g ()
11
s jw 1jw s jw s s =-
+τ-τ==--+τ-++ττ
求逆变换：
t jwt 0g p (e e )1jw -ττ
∆=-+τ
求其模：
0221/2
g p (1w )τ∆=
+τ
12.为什么光电导材料在光谱长波段和段波段响应均减小？
答 ; 较长波段，光子的能量小，吸收系数很小，响应度小；较短波段，光的能量大，但是光载流子主要集中在材料表面，复合率大，响应度减小。
13.光敏电阻在500LX 的光照下阻值为500欧，700LX 时，阻值为450欧，求600LX 时光照下的阻值？ 解：
lg R 2r(lg E2lg E1)lg 4500.6(lg 600lg500)lg R1lg R2lg550lg 450r 0.6
lg E2lg E1lg700lg500
R 1010493.3+-+---===--===Ω
14．已知光敏电阻最大功率为30mW,光电导灵敏度6
g S 0.510(S /LX)-=⨯，暗电导
为0，求偏置电压为20V 时 ，光敏电阻的极限照度？ 答;
r p g I US E =,其中，r 0.51=
当r=1是，有最小照度：3
p
226
g g I P 3010E 150(LX)US U S 200.510
--⨯====⨯⨯ 当r=0.5是，有最大照度：2p 22
g
I E 22500(LX)U S
=
=
15.光敏电阻在100LX 时，光照下阻值为2千欧，求110LX 光照下的阻值？已知r=1. 解; 由
g 1
S E R
=，得1212E 10020R R 2(K )E 11011==
⨯=Ω 16.题意略:
解题目中的光敏电阻为恒流偏置，流过光敏电阻的电流
w be c e e U U 40.7
I I 1(mA)R 3300
--≈=
==
输出电压：
0bb c p
bb 0p 3
U U I R U U 126
R 6(K )Rc 10-=---===Ω 即光照为40LX 时的阻值为6千欧。
同理可求，输出8V 时，阻值为4千欧。
1212R 6
E E 4060(LX)R 4
==⨯=
第二章
1.说明硅整流二极管和硅光电二极管的区别？
答 ：硅整流二极管的两端偏压为正，且大于阈值电压时，单向导通。硅光电二极管所加电压通常为负值，即产生光伏效应，其全电流为负值，且随着光辐射不同，伏安曲线下移。 2.光伏探测器与光电导探测器的不同？
答：工作部位不同；光电导探测没有极性，光伏有确定的正负极；频率响应和增益不同。
3.写出硅光电池的全电流方程，并说明各部分的物理意义？ p 0I I I {exp(eU /KT)1}=--
p I 光电流；0I 暗电流；0I exp(eU /KT)为扩散电流。 4.说明光电池频率特性不好的原因？
答：光敏面较大，极间电容较大，响应时间增大；光功率很小时，内阻大，频率特性变坏。
5.简述雪崩光电二极管的工作原理？
利用雪崩效应制作的一种光电二极管，即工作电压有几百伏，达到雪崩击穿点附近，获得大的倍增系数。
6.用2CU 型光电二极管探测光辐射通量为 e 205sinwt(uW)Φ=+ 的调制信号，已知光电流灵敏度为 i S 0.5uA /uW =，结电容为3pF ，引线分布电容为7pF ，负载电阻为2M 欧，求输出最大光电流和最高的截至频率。
解：emax 20525(uW)Φ=+=
max i emax I S 0.52512.5(uA)=Φ=⨯= 12
L j i 6
111f 0.05MHZ R (C C )210(37)10
-====τ+⨯⨯+⨯
7.室温300K 时，2CR21型光电池，在辐照度为 2100mW /cm 时的开路电压和短路电流分别为oc U 550mV =，Sc I 6mA = ，求辐照度降为 250mW /cm 时的开路电压和短路电流。
解：光照度与短路电流成正比，光照度减半时，光电流为原来的一半，即3mA.
oc oc 00kT I kT I
U U ln 1ln 1e I e I ⎛⎫⎛⎫''-=
+-+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ 23
1019
kT I 1.383003ln ln e I 1.61061
0.0261n 18mV
2
--'⨯==⨯==-
oc oc U U 1855018532mV '=-=-=
8.已知2CR44光电池，光敏面为 10m m 10m m ⨯ ，室温300K 时，
在 2200mW /cm 的光辐射照度下，开路电压和短路电流分别为
568mV,56mA ，借助经验公式oc Umax 0.6U =，求获得最大功率的最佳负载电阻和转换效率。
解：oc Umax 0.6U 0.6568340.8mV ==⨯=
最佳负载电阻L p Umax 340.8
R 6I 556
===Ω 转换效率3
p m e e I Umax P 340.856109.5%E A 2001
-⨯⨯⨯η====Φ⨯⨯ 9.已知光电三极管变换电路和伏安特性曲线如图所示，光敏面上的光照度为 E v 120
80s i n w t (
=+ ，为了是输出信号为不小于4伏的正弦信号，求所需的负载电阻和电源电压。
解：输出信号的峰峰值为411.3V =
利用饱和区和线性区的拐点A ，找到B ，利用峰峰值为11.3V ,找到C,做垂线找到D,连接AD 两点，得
bb bb sc L sc U 20
U 20V;I 5mA;R 4K I 5
=====Ω
10.利用2CU2光电二极管和3DG40三极管构成探测电路，已知光电二极管的电流灵敏度为i S 0.4uA /uW =，最高入射功率为400uW 时，拐点电压 为1V ,三极管的电流放大倍数为50，Ubb 为12V ,求最大入射功率下的输出电压和发射极电阻Re 。 解; p i I ES 4000.4160uA ==⨯=
b p I I 160uA ≈=
e b I (1)I 511608.16mA =+β≈⨯=
输出电压0bb z be U U U U 1210.710.3V =--=--= 发射极电阻Re 0e U 10.3V 1.26K I 8.16mA
=
==Ω 11.如图所示光电变换电路中，已知光电三极管的电流灵敏度为 i S 0.15m A /L X = ，电阻L R 50K =Ω， B R 10K =Ω, c R 3=Ω 三极管9014放大倍数为120，求光照度为200LX 时的输出电压？
1i I S E 0.1520030mA ==⨯= 1B 2B B 2L
I I I 30mA
I R 0.7I R =+=⎧⎨
-=⎩得，B I 25mA = c B I I 120253A =β=⨯=
o bb c c U U I R 12333V =-=-⨯=
第三章
1. 爱因斯坦光电效应有何特点？
答：光电效应的特点：（1）入射光频率大于截至频率才有光电效应产生，（2）光电流的大小与入射光通量成正比。
2. 常用的光电阴极有哪些，共同的特点是什么？
答：锑铯，g A 0Mg --，多碱，负电子势，共同特点是：逸出功小，光电发射能力强。 3. 负电子亲和势光电阴极的原理？
答;在P 型氮化镓材料上蒸镀一层氧化铯，电子克服氮化镓禁带宽度后，被加速，即相当于电势能降低，且降低的比禁带宽度还要低，相当于电子亲和势为负值，称为负电子亲和势。
4. 由反射式负电子亲和势光电阴极的连续性方程推导其量子产率的公式？ 产生函数ax 0dI
G(X)I (1)e dx
-=
=-ρα
利用边界条件：n(0)0,n()0=∞=
解动力学方程：22
d n(x)n(x)
D G(x)d x +=τ
得，2ax x/L
022
I (1)L n(x)(e e )D(1L )
--α-ρ=--α
L = 设发射几率为p,则量子效率为：x 0dn(x)pL(1)
Dp
dx (1L )
=α-ρη==
+α 5. 光电管与光电倍增管的频率响应有何区别？ 答;真空光电管的频率响应为L 1
f 2R C
∆=
π，RL 为负载电阻，C 为极间电容。
光电倍增管的频率响应为：t
0.35
f t ∆=
，t t 为上升时间 6. 光电管与光电倍增管的噪声电流的主要异同？ 答：相同点是：噪声电流主要为热噪声电流和散粒噪声。 区别是光电倍增管对噪声有倍增作用。
7. 光电倍增管阴极灵敏度与阳极灵敏度的区别与联系。
答：阴极灵敏度：K
K K I S =
Φ，阳极灵敏度：A
A K I S =
Φ，两者联系：N A
K
S G S ==δ 8. 如果GDB-235的阳极最大输出电流为2mA ，试问阴极面上的入射光通量不能超过多少lm ,S K =40μA/lm,G=105？
解：33max max
56K I 2100.510lm GS 104010
---⨯Φ===⨯⨯⨯ 9. 设入射到PMT 上的最大光通量为φv=12×10-6lm 左右，当采用GDB-235型倍增管为光电探测器，已知它的倍增级数为8级，阴极为SbCs 材料，倍增极也为SbCs 材料，S K =40μA/lm ，G=105, 若要求入射光通量在0.6×10-6lm 时的输出电压幅度不低于0.2V ，试设计该PMT 的变换电路。
解：（1）566A
K K K I GI GS 1040100.610 2.4uA --==Φ=⨯⨯⨯⨯=
o A A U 0.2R 82K I 2.4uA
===Ω
（2）N
58G 10 4.227=δ
→=δ→δ=
利用经验公式：0.7
D D 0.2(U )U 78(V)δ=→=
电源电压：bb
D U (N 1.5)U 741(V)=+=
（3）阳极最大电流：Amax K K Kmax I GI GS 48uA ==Φ=
回路电流：R Amax I 20I 960uA ==
分压电阻：d R U 78R
81K I 960
=
==Ω 10. GDB-44F 型光电倍增管，倍增级数为12级，阴极为SbCs 材料，倍增极也为SbCs 材料，S K =0.5μA/lm ，S A =50A/lm , 若阳极电阻为75千欧，要求阳极最大输出电流为2uA ，求阴极面上的最大光通量，阳极最大输出电压，供电电源电压。
8
A A 6K K I S 50G 10I S 0.510
-=
===⨯ 68
A K 6
K I 210410lm GS G 0.510
---⨯Φ===⨯⨯⨯ 6a a a U I R 210750.15V -==⨯⨯= N 58G 10 4.64=δ→=δ→δ=
D U 89(V)=
第四、五章
1.某像增强器的光电阴极对绿色草丛的匹配系数为0.27，积分灵敏度为20mA/W ，对探测目标物的匹配系数为0.54，求该光电阴极对探测目标物的积分灵敏度？
解：22
110.540R R 2040(mA /W)0.270
α=
=⨯=α 2.已知像增强器荧光屏与阴极有效面积的大小分别为12和5平方毫米，光能量增益为200，求该像增强器的亮度增益？
out L in /As Ac 5250
G G 200/Ac As 123
ΦΦ=
==⨯=Φ
3.提高像增强器亮度增益的方法有哪些？
答:增大电子光学系统的透过率；提高光电阴极的灵敏度；提高荧光屏的转化效率。
4.某像增强器背景亮度为0.01cd/m2,亮度增益为20，求其等效的背景照度？并介绍一种测量等效背景照度的实验方法？
2
be be L 10E (LX)G 80-πΦπ⨯==
实验方法见实验指导书.
5.说明像增器恶化系数与光照度的关系？
答：光照度较小时，光照度减小，恶化增加，即暗背景影响逐渐增大。 光照度较大时，恶化大致不变。
6.周期性等间距排列的明暗条纹，明纹的宽度为5um ，求其空间频率？
解：3110f 100(lp /mm)2b 25===⨯
7.说明点扩散函数的物理意义。
答：描述了一个物点的传像特性，它与光场的分布的卷积表示成像的分布。
8.说明MTF 函数曲线评定光电成像器件空间分辨率高低的优点？ 答：不仅可以看出低中高各个空间频率的分辨特性，还可以根据曲线包含的面积确定整个系统的总体空间分辨特性。
9.摄像管在国家标准扫描下，电子在一个像素点的停留时间与电荷存储时间。解：
T
0.062us N
= T
(N 1)40ms N
-= 10摄像管的基本结构？
答:光导靶，电子束扫描系统，信号板
11.摄像管国家标准扫描下，行消隐系数为0.08，求其有效扫描行数。 解：eff N (10.08)625575=-⨯=
12.分析摄像管在国家标准扫描下其视频信号对信道带宽的要求？
解：14
f Z Z 25 5.5MHZ 23
∆=⨯⨯=
13.垂直分辨率M ＝473行/帧高，靶面直径为15mm 的摄像管，空间分辨率为多少线对/毫米。 解：473
f 473/18(lp /mm) 1.215
=
=⨯
14.设物体的光强分布中，有一个空间频率为N 的谐波
()cos2I x a b Nx
π=+，则像光强周期变化信号的调制度为多少？
解：调制深度：100%⨯b a
第六、七章
1. 为什么说埋沟CCD 工作速度高于表面沟道CCD ？
答;BCCD 中通过扩展N 加强层，通过栅极电压控制形成反型层，传递信息的是N 层中的多子，SCCD 是P 层中的少子，所以说埋沟CCD 工作速度高于表面沟道CCD 。
2.相同栅压下，氧化层厚度越薄，MOS 电容存储力越强？
答：氧化层厚度越薄，氧化层电容越大，M ＯＳ势阱深度越深，存储电荷的能力也越强。
3.为什么CCD 电荷转移要加三相（或两相）交叠脉冲？ 答：即移位寄存器的工作原理。
https://www.doczj.com/doc/cd19058674.html,D 中RS 与SH 脉冲的作用？
答：RS 为复位脉冲，待电荷包转移完毕后，复位脉冲的高电平使输出场效应管清零。
SH 为栅极脉冲，低电平时为CCD 电荷积累时间，高电平时，CCD 转移电荷包。
https://www.doczj.com/doc/cd19058674.html,D 为什么要引入胖零电荷，能不能把它等效成暗电流？
答：CCD 势阱深度很深，即有很强的存储能力，引入胖零电荷，即实现在CCD 中存储力定量的电荷，可以提高CCD 转移电荷包的速度。胖零电荷不影响CCD 的成像质量，暗电流为没有光照时CCD 形成的电流，它影响CCD 的成像质量，两者不可等效。
https://www.doczj.com/doc/cd19058674.html,D 频率的上下限？
答：下限xia f 取决与非平衡热生载流子的平均寿命τ，即要求电荷包在相邻两电极转换时间要小于τ，13>
xia f τ
；上限shang f 决定于扩散运动的弛豫时间D τ，要求时钟频率一般不高于30MHZ. 7． 简述CCD 的工作基本原理？
通常在半导体硅片上制有成千上万个相互独立的MOS 光敏单元，如果在金属电极上加上正电压，则在半导体硅片上就形成成千上万的个相互独立的势阱。势阱内吸收的光电子数量与入射光势阱附近的光强成正比。一个势阱所吸收集的若干个光生电荷称为一个电荷包。CCD 中电荷包的转移：将电荷包从一个势阱转入相邻的深势阱。通过控制相邻MOS 电容栅极电压高低来调节势阱深浅，使信号电荷包由势阱浅的位置流向势阱深的位置。
8. SPRITE 探测器的工作条件？
答：全扫出条件一：样品长度等于漂移长度，即=L uE τ
全扫出条件二，图像扫描速度等于双极漂移速度，即=s d v v
9.红外探测有哪两种方式？
答：一种为光子型，利用红外辐射的光电效应实现，如SPRITE 探测，时间响应快，但需要制冷。
一种为量热型，利用红外辐射的热效应实现，如红外辐射热计，时间响应长，可以在室温下工作，不需要制冷。
10分析SPRITE 探测响应率与电场E 和器件厚度的关系。
答：当电场过小，载流子渡越时间长，载流子在漂移过程中大量被复合，这时提高电场强度，可以提高响应率。电场过大时，渡越时间短，非平衡载流子已经全部进入读出区，再增大电场，响应率不再增加。
当1 d α时，响应率与d 成反比，当1 d α，响应率与d 无关。
11. PtSi 肖特基势垒红外探测的原理？
答：红外辐射在PtSi 中被吸收或部分吸收，激发产生电子空穴对，电子在费米能级以上，留下空穴；到达PtSi 硅界面的空穴越过肖特基势垒，进入硅衬底，净的负电荷将存储在PtSi 中，通过电子转移，从PtSi 到达BCCD ，完成红外辐射探测。
12. SPRITE 与可见光探测的区别？
答（1）可见光探测器和多路传输都用硅材料制作，便于互联；而SPRITE 探测器
一般用窄带半导体制作，多路传输用硅制作，不便于互联。
（2）SPRITE 探测有很强的背景，图像对比度很低，而可见光对比度高。
第八、九章
1.量热型光电探测分为哪两个过程，与光子型探测比较有哪些特点？
答：过程一：物体吸收红外辐射热能，晶格振动加剧，粒子运动动能加剧，辐射热能转换为物体热能，物体自身温度升高；过程二，温度升高导致物体的物理性质发生变化，如电阻升高或下降。
主要的特点：量热探测不存在长波限；探测率远没有达到探测限；时间响应长；不需要制冷。
2.为什么半导体材料的热敏电阻具有负温度系数？
半导体材料对光的吸收除了直接产生光生载流子的本征吸收和杂质吸收外，还有不直接产生载流子的晶格吸收和自由电子吸收等，并且不同程度地转变为热能，引起晶格振动的加剧，器件温度的上升，即器件的电阻值发生变化。其中部分电子能够从价带跃迁到导带成为自由电子，使电阻减小，电阻温度系数是负的。
3.热敏电阻的灵敏度与哪些因素有关？
答：温度系数，吸收系数，热传递常数，偏置电压，负载，噪声。
4.为什么金属材料的热敏电阻具有正温度系数？
一般金属的能带结构外层无禁带，自由电子密度很大，以致外界光作用引起的自由电子密度相对变化较半导体而言可忽略不计。吸收辐射产生温升后，自由电子浓度的增加是微不足道的。相反，因晶格振动的加剧妨碍了自由电子作定向运动，从而电阻温度系数是正的.
5.根据热传导方程()d T C H T P t dt
α∆+∆=，0()jwt P t Pe =，推导热辐射探测的温度响应()T t ∆？
已知：
假定入射辐射周期地变化
初始条件：
j t
0P P e ω=
6.热释电探测器为什么不能工作在直流状态下，通常如何对红外辐射进行调制？红外辐射照射到已经极化的铁电体薄片时，引起薄片温度升高，表面电荷减少，相当于热“释放”了部分电荷，释放的电荷可用放大器转变成电压输出。如果辐射持续作用，表面电荷将达到新的平衡，不再释放电荷，也不再有电压信号输出。因此，热释电器件在恒定辐射作用下输出的信号电压为零。只有在交变辐射的作用下才会有信号输出。
通常加斩波器进行调制，当斩波器的边缘经过一个像素时，像素被暴露在景物的辐射光下，它的温度开始相应的发生改变，称为采样。每次暴露，信号都被取样2次。
7.说明菲涅耳透镜的作用？
答：一方面，相当于一个透镜组，对红外辐射有聚焦作用；另一方面，可以产生连续的脉动信号，对红外辐射进行调制。
8.为什么热释电探测器不能工作在居里温度点？
答：铁电体的自发极化强度随着温度的升高，极化强度减低。当温度升高到一定值，自发极化突然消失，这个温度常被称为“居里温度”或“居里点”。由于极化电流的消失，因此热释电探测器不能工作在居里温度点。
9.热释电探测器常与场效应管封装在一起，这有什么好处？
通常热敏电阻的阻值高，需要进行阻抗变换才能使用，实际使用中，用高阻值电阻释放栅极电荷，使场效应管正常工作，起到电流放大作用。
10.试用热释电等效电路模型分析其输出电压？
热释电器件在调制频率为ω的交变幅射照射下的温度表示为
R (=R D//R m)和C (=C D+C m)分别为热释电器件和放大器的等效电阻和等效电容。Z 的模值为
0(1)∆=+jwt T P e T H jw ατ0d d (1)==+jwt
T T P e is Ap Ap t H jw αωτ
式中，τe ＝RC 为电路时间常数，τT=C /H 为热时间常数。τe 、τT 的数量级为0.1～10s 左右。A 为光敏面的面积，α为吸收系数，ω为入射辐射的调制频率。
11.已知TGB 热释电探测器的面积A=4平方厘米，厚度d=0.1mm ，可比作黑体吸收红外辐射，体积比热c= 1.67 31J cm K --⋅⋅，热释电系数为812310C K cm ---⨯⋅⋅，热时间常数为1s ，若入射光辐射功率P=10mW ，调制频率为1HZ ，求输出电流？ 解：
比热：21C cV 1.6740.01 6.6810J K --==⨯⨯=⨯ 热传导系数2
21C 6.6810H 6.6810W K 1
---⨯===⨯τ 热释电系数为812
p 310C K cm ---=⨯⋅⋅
黑体的吸收系数1α= 代入公式：
0221/2
83221/2
(1)431011026.6810(14)1.8---=+⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯+=T P is Ap H w nA
αω
τππ()()1212
2222211==++e R
R Z R C ωωτ0221/2221/2
(1)(1)==++s T e P R u is Z Ap
H w αωτωτ
•第七章光敏传感器 •1．光电效应通常分为哪几类？简要叙述之。与之对应的光电器件有哪些？ •2．半导体内光电效应与入射光频率的关系是什么？3．光电倍增管产生暗电流的原因有哪些？如何降低暗电流？ •4．试述光电倍增管的组成及工作原理？ •5．简述光敏二极管和光敏三极管的结构特点、工作原理及两管的区别？ •6．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？•7．试举出几个实例说明光电传感器的实际应用，并进行工作原理的分析。 答案： 一、光电效应分为两类：外光电效应和内光电效应外光电效应：入射光子被物质的表面所吸收，并从表面向外部释放电子的一种物理现象。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管。 内光电效应当光照在物体上，使物体的电导率发生变化，或产生光生电动势的现象。分为光电导效应（如：光敏电阻）和光生伏特效应（如光电池、光电二极管、光电三极管）。 二、、对于不同的本征半导体材料，禁带宽度Eg不同，对入射光的波长或频率的要求也不同，一般都必须满足： 7he1.24「
hv=T^^-Eg 式中v、A分别为入射光的频率和波长。 对于杂质半导体： Ei为杂质电离能三、1、欧姆漏电欧姆漏电主要指光电倍增管的电极之间玻璃漏电、管座漏电和灰尘漏电等。欧姆漏电通常比较稳定，对噪声的贡献小。在低电压工作时，欧姆漏电成为暗电流的主要部分。 在使用光电倍增管时，保证管壳和所有连接件的清洁干燥是十分必要的。 2、热发射 由于光电阴极材料的光电发射阈值较低，容易产生热电子发射，即使在室温下也会有一定的热电子发射，并被电子倍增系统倍增。 要减小热电子发射，应选用热发射小的阴极材料，并在满足使用的前提下，尽量减小光电阴极的面积，降低光电倍增管温度。 3、残余气体放电 光电倍增管中高速运动的电子会使管中的残余气体电离，产生正离子和光子，它们也将被倍增，形成暗电流。这种效应在工作电压高时特别严重，使倍增管工作不稳定。 在管子封口前应低温烘烤多余的残余气体。 4、场致发射 光电倍增管的工作电压高时还会引起管内电极尖端或棱角的场强太高产生的场致发射暗电流。显然降低工作电压场致发射暗电流也将下降；加工时要精细，电极边应做成弯卷状。
第9章光电式传感器 一、单项选择题 1、下列光电式传感器中属于有源光敏传感器的是（）。 A. 光电效应传感器 B. 红外热释电探测器 C. 固体图像传感器 D. 光纤传感器 2、下列光电器件是根据外光电效应做出的是（）。 A. 光电管 B. 光电池 C. 光敏电阻 D. 光敏二极管 3、当光电管的阳极和阴极之间所加电压一定时，光通量与光电流之间的关系称为光电管的（）。 A. 伏安特性 B. 光照特性 C. 光谱特性 D. 频率特性 4、下列光电器件是基于光导效应的是（）。 A. 光电管 B. 光电池 C. 光敏电阻 D. 光敏二极管 5、光敏电阻的相对灵敏度与入射波长的关系称为（）。 A. 伏安特性 B. 光照特性 C. 光谱特性 D. 频率特性 6、下列关于光敏二极管和光敏三极管的对比不正确的是（）。 A. 光敏二极管的光电流很小，光敏三极管的光电流则较大 B. 光敏二极管与光敏三极管的暗点流相差不大 C. 工作频率较高时，应选用光敏二极管；工作频率较低时，应选用光敏三极管 D. 光敏二极管的线性特性较差，而光敏三极管有很好的线性特性 7、光电式传感器是利用（）把光信号转换成电信号。 A. 被测量 B. 光电效应 C. 光电管 D. 光电器件 8、光敏电阻的特性是（） A．有光照时亮电阻很大 B．无光照时暗电阻很小 C．无光照时暗电流很大 D．受一定波长范围的光照时亮电流很大 9、基于光生伏特效应工作的光电器件是（） A．光电管 B.光敏电阻 C．光电池 D.光电倍增管 10、CCD以（）为信号 A. 电压 B.电流
C．电荷 D.电压或者电流 11、构成CCD的基本单元是（） A. P型硅 B.PN结 C. 光电二极管 D.MOS电容器 12、基于全反射被破坏而导致光纤特性改变的原理，可以做成（）传感器，用于探测位移、压力、温度等变化。 A.位移 B.压力 C.温度 D.光电 13、光纤传感器一般由三部分组成，除光纤之外，还必须有光源和( )两个重要部件。 A.反射镜 B.透镜 C.光栅 D.光探测器 14、按照调制方式分类，光调制可以分为强度调制、相位调制、频率调制、波长调制以及( )等，所有这些调制过程都可以归结为将一个携带信息的信号叠加到载波光波上。 A.偏振调制 B.共振调制 C.角度调制 D.振幅调制 15、利用外界因素对于光纤中光波相位的变化来探测各种物理量的传感器，称为( )。 A.相位调制型传感器 B.相位结合型传感器 C.相位振动型传感器 D.相位干涉型传感器 16、半导体激光发光是由( )之间的电子-空穴对复合产生的，激励过程是使半导体中的载流子从平衡状态激发到非平衡状态的激发态。 A.原子 B.分子 C.离子 D.能带 17、固体激光器是以固体为工作物质的激光器，也就是以掺杂的离子型( )和玻璃作为工作物质的激光器。 A.石英晶体 B.高纯硅 C.绝缘晶体 D.压电晶体 18、利用光纤本身的某种敏感特性或功能制作的传感器称为( )。 A.敏感型传感器 B.功能型传感器 C.传光型传感器 D.功敏型传感器 19、光纤仅起传输光波的作用，必须在光纤中间或端面加装其他敏感元件才能构成传感器，称为( )。 A.光容型传感器 B.光感型传感器 C.传光型传感器 D.光敏型传感器 20、光纤振动传感器与其他光纤传感器一样，从原理上讲也可以分为两种类型，实际上，直接以( )作为振动信息的敏感元件,难以分离其他物理量变化产生的影响。 A.光纤 B.电压 C.电流 D.电阻 21、光纤是用( )作为主要原料的一种透明度很高的介质材料，广泛用于通信和传感器。 A.光刻玻璃 B.石英玻璃 C.光刻硅 D.钛铝合金 22、数值孔径NA是光纤的一个重要参数，以下说法不正确的是（） A．数值孔径反映了光纤的集光能力 B．光纤的数值孔径与其几何尺寸有关
光电检测技术-复习大纲 2014春班 1.基本概念原理 1) Lamberts Cosine Law 的定义及解释。 I=I*cosa。朗伯余弦定律，朗伯辐射表面在某方向辐射光强随该方向和法线之间夹角余弦变化。 2)照度与距离平方成反比定律 若均匀点光源向空间发射球面波，则点光源在传输方向上某点的照度与该点到点光源距离平方成反比。 3)亮度守恒定律 光在同一介质中传播时，若传输过程中无能量损失，则光能传输的任意表面亮度相等且守恒。 2.光源 1)发光的机理：热辐射、发光。 一、一类是物质受热，产生热辐射而发光；二、一类是物体受激发吸收能量 而跃迁至激发态(非稳定态)在返回到基态的过程中，以光的形式放出能量。 2)光源类型：黑体辐射，非相干光，激光。区别是什么。 一、黑体辐射：能量按波长的分布仅与温度有关，随着温度不同，光的颜色 各不相同； 二、非相干光：相位无规则变化，总光强是各束光的总合，一般普通光源即 为非相干光； 三、激光光源：受激辐射，有很好的相干性。 .... 3)激光器的主要构成部分及其作用。 ①工作物质(又称激活媒质或增益介质):粒子有适当能级结构，可实现粒 子数反转； ②激励能源：抽运(又叫泵浦),即把大量粒子激励到激光上能级(高能级); ③光学谐振腔：选模(提高N即相干性),实现光学正反馈。 4)激光的特点。
高方向性、高亮度和高功率辐射密度、高单色性、高相干性 5)何为黑体，黑体的辐射光谱特征(黑体辐射三定理)。 一、在任何条件下，对任何波长的外来辐射完全吸收而无任何反射的物体， 即吸收比为1的物体。 二、 ①黑体发射的光谱是连续的； ②黑体单色辐射力随温度身高而增大，单色辐射力曲线下的面积就是黑体辐 射力曲线下的面积就是黑体的总辐射力； ③给定温度下，黑体的单色辐射力具有一最大值，对应波长称为最大单色辐 射力波长。随着温度升高，最大单色辐射力波长向短波方向移动； 三、斯特潘一玻尔兹曼定律、维恩位移定理、普朗克定律 3光信道 1)采用激光无线通信时，信道对其影响可能有哪些? 由于大气散射、折射、湍流等诸多因素的影响，会造成激光信号在传输过程中能量衰减，光强闪烁，光束随机偏转。 4.光电转换器(传感器、探测器) 1)描述光电探测器的主要技术指标是什么? 光电器件的探测灵敏度、响应时间和频率相应、噪声等效功率、探测度D与比探测度D*、量子效率 2)设计一个光电系统时，选择光电探测器的主要考虑有哪些? ①光电检测器件必须和辐射信号源及光学系统在光谱特性上匹配；②光电检 测器件的光电转换特性必须和入射辐射能量相匹配；③光电检测器件的响应特性必须和光信号的调制形式、信号频率及波形相匹配，以保证得到没有频率失真和良好的时间响应；④光电检测器件必须和输入电路以及后续电路在电特性上相互匹配，以保证最大的转换系数、线性范围、信噪比以及快速的动态响应。 3)解释内光电效应、外光电效应。为何说材料的禁带宽度Eg是个重要参数? 一、 ①由于光量子作用，引发物质电化学性质变化。内光电效应又可分为光电导 效应和光生伏特效应。 光电导效应：当入射光子射入到半导体表面时，半导体吸收入射光子产生电子空穴对，使其自生电导增大；光生伏特效应：当一定波长的光照射非均匀半导体(如p-n结),在自建场的作用下，半导体内部产生光电压。 ②某些材料在入射光子的能量足够大时有电子逸出材料表面的现象。
光电技术试题和答案 The document was prepared on January 2, 2021
三、名词解释： 1、传感器： 传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。 2、重复性：用本方法在正常和正确操作情况下，由同一操作人员，在同一实验室内，使用同一仪器，并在短期内，对相同试样所作多个单次测试结果，在95%概率水平两个独立测试结果的最大差值 3、线性度：测试系统的输出与输入系统能否像理想系统那样保持正常值比例关系（线性关系）的一种度量。 2、正压电效应 答：压电效应：某些电介质物体在沿一定方向受到压力或拉力作用时发生变形，并且在其表面上会产生电荷，若将外力去掉，它们又重新回到不带电的状态。具有压电效应材料有石英晶体、人工制造的压电陶瓷、锆钛酸铅等。 逆压电效应： 是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象 四、简答题
1、解释什么是传感器传感器的基本组成包括哪两大部分这两大部分各自起什么作用 答：传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。通常传感器由敏感元件和转换元件组成。敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分，转换元件是指传感器中将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。 2、什么是传感器的静态特性，描述静态特性的技术指标有哪些 答：传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出—输入关系。与时间无关。 主要性能指标有：线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性和量程等。 3金属电阻应变片与半导体材料的电阻应变效应有什么不同 答：金属电阻的应变效应主要是由于其几何形状的变化而产生的，半导体材料的应变效应则主要取决于材料的电阻率随应变所引起的变化产生的。 4简要说明电容式传感器的工作原理。 答：电容式传感能将被测量转换为传感器电容变化。传感器有动静两个板板，板板间的电容为。。。。。。 当动板板运动或极板间的介质变化就会引起传感器电容值的变化，从而构成变极距式、变面积式和变介质型的电容式传感器。
光电器件与技术参考答案 第一章 1.辐射度量与光度量的根本区别是什么？ 答：辐射度量与光度量是光辐射的两种不同的度量方法。根本区别在于：前者是物理（或客观）的计量方法，称为辐射度量学计量方法或辐射度参数，它适用于整个电磁辐射谱区，对辐射量进行物理的计量；后者是生理（或主观）的计量方法，是以人眼所能看见的光对大脑的刺激程度来对光进行计算，称为光度参数。因为光度参数只适用于0.38~0.78um 的可见光谱区域，是对光强度的主观评价，超过这个谱区，光度参数没有任何意义。 2．试说明光谱视觉效能的最大值 ，有何物理意义？ 答：其最大值为683lm/W 。人眼的明视觉最灵敏波长λm 的光度参量对辐射度参量的转换常数，称为正常人眼的明视觉最大光谱光视效能。 3．（平面发散角为1mrad ）输出波长为632.8nm,辐射通量为3mW 的激光器，V=0.235，放电管的直径为1mm ，投射到十米远的屏上，计算光通量，发光强度，光出射度，光照度？ 解：（1）氦氖激光器输出的光为光谱辐射，则辐射通量为3mW ，它发出的光通量为 3=P K=Cm V P=6830.2353100.4815-φ⨯⨯⨯⨯⨯⨯= （2）立体角为Ω=2π（1－（1－r2）1/2）， 其中4 r sin /2510-=α=⨯（），带入上式，得7 8.1710sr -Ω=⨯（ ） 发光强度7 5I 0.4815/8.1710 5.8910cd -=⨯=⨯（） 光出射度5 M 0.4815/0.001/22 6.1310lx =π⨯=⨯（（））（） 4．一束波长为0.5145um 的激光器，输出功率为3W ，已知V=0.6082，均匀照射到0.2 平方厘米的屏上，求光通量，光照度？ 解：由题意光通量3 =6830.608231.24610 lm Φ⨯⨯=⨯, 屏幕上的光照度47 E =1.246103/0.210 6.2310lx A -Φ = ⨯⨯=⨯（） 5.输出波长为632.8nm ，辐射通量为3mW 的激光，求单位时间内光子的出射数目？ 解：设单位时间光子数目N 个/秒， 3916 348 P P 310632.810N ==9.5410hv hc 6.62610310---λ⨯⨯⨯==⨯⨯⨯⨯个 6.已知硅材料的禁带宽度为1.2eV,求其本征吸收长波限？ 解：依题意，长波限=1.24/1.2=1.03um 7.微弱辐射下光电导增益有何规律，梳妆电极的作用？
一、单项选择题 1、下列光电式传感器中属于有源光敏传感器的是（）。 A. 光电效应传感器 B.红外热释电探测器 C. 固体图像传感器 D.光纤传感器 2、下列光电器件是根据外光电效应做出的是（）。 A. 光电管 B. 光电池 C. 光敏电阻 D. 光敏二极管 3、当光电管的阳极和阴极之间所加电压一定时，光通量与光电流之间的关系称为光电管的（）。 A. 伏安特性 B. 光照特性 C. 光谱特性 D. 频率特性 4、下列光电器件是基于光导效应的是（）。 A. 光电管 B. 光电池 C. 光敏电阻 D. 光敏二极管 5、光敏电阻的相对灵敏度与入射波长的关系称为（）。 A. 伏安特性 B. 光照特性 C. 光谱特性 D. 频率特性 6、下列关于光敏二极管和光敏三极管的对比不正确的是（）。 A.光敏二极管的光电流很小，光敏三极管的光电流则较大 B.光敏二极管与光敏三极管的暗点流相差不大 C.工作频率较高时，应选用光敏二极管；工作频率较低时，应选用光敏三极管 D.光敏二极管的线性特性较差，而光敏三极管有很好的线性特性 7、下列光电式传感器中属于有源光敏传感器的是（）。 A. 光电效应传感器C. 固体图像传感器 B.红外热释电探测器D.光纤传感器 8、光敏电阻的特性是（） A．有光照时亮电阻很大 B C．无光照时暗电流很大 D 9、基于光生伏特效应工作的光电器件是（ A．光电管 B. C D. ．无光照时暗电阻很小 ．受一定波长范围的光照时亮电流很大 ） 光敏电阻 10、 CCD以（）为信号 A. 电压C．电荷 B. D. 电流 电压或者电流
11、构成CCD的基本单元是（） A. P 型硅结 C. 光电二极管电容器 12、基于全反射被破坏而导致光纤特性改变的原理，可以做成（）传感器，用于探测位移、压力、温度等变化。 A. 位移 B. 压力 C.温度 D. 光电 13、光纤传感器一般由三部分组成，除光纤之外，还必须有光源和( ) 两个重要部件。 A. 反射镜 B.透镜 C.光栅 D. 光探测器 14、按照调制方式分类，光调制可以分为强度调制、相位调制、频率调制、波长调制以及() 等，所有这些调制过程都可以归结为将一个携带信息的信号叠加到载波光波上。 A. 偏振调制 B.共振调制 C.角度调制 D.振幅调制 15、利用外界因素对于光纤中光波相位的变化来探测各种物理量的传感器，称为( ) 。 A. 相位调制型传感器 B.相位结合型传感器 C. 相位振动型传感器 D.相位干涉型传感器 16、半导体激光发光是由( ) 之间的电子- 空穴对复合产生的，激励过程是使半导体中的载流子从平衡状态激发到非平衡状态的激发态。 A. 原子 B. 分子 C.离子 D.能带 17、固体激光器是以固体为工作物质的激光器，也就是以掺杂的离子型( ) 和玻璃作为工作物质的激光器。 A. 石英晶体 B.高纯 硅C.绝缘晶 体 D.压电晶体 18、利用光纤本身的某种敏感特性或功能制作的传感器称为()。 A. 敏感型传感器 B. 功能型传感器 C. 传光型传感器 D. 功敏型传感器 19、光纤仅起传输光波的作用，必须在光纤中间或端面加装其他敏感元件才能构成传感器， 称为()。 A. 光容型传感器 B. 光感型传感器 C. 传光型传感器 D. 光敏型传感器 20、光纤振动传感器与其他光纤传感器一样，从原理上讲也可以分为两种类型，实际上，直 接以 ()作为振动信息的敏感元件, 难以分离其他物理量变化产生的影响。 A. 光纤 B. 电压 C.电流 D.电阻 21、光纤是用( ) 作为主要原料的一种透明度很高的介质材料，广泛用于通信和传感器。 A. 光刻玻璃 B.石英玻璃 C.光刻硅 D.钛铝合金 22 NA A．数值孔径反映了光纤的集光能力 B．光纤的数值孔径与其几何尺寸有关 C．数值孔径越大，光纤与光源的耦合越容易
光电检测技术期末考试题库试卷四参考答案 一单项选择题（每小题2分,共40分） 1．PN结光生伏特效应( A ). A. 空穴集中的P区结表面； B . 空穴集中的N区； C. 空穴集中的P区外表面； D. 空穴集中的N区外表面. 2．基尔霍夫定律为（ D ）。 A. σT 4 B. σT2 C. Tλm＝B D. α(λ,T)= ε(λ,T) 3．辐射量是光度度量的（ D ）倍． A.683 B. V（λ） C.683V（λ） D . 1/683 V（λ） 4. 太阳光经过大气，其中100nm～200nm的光被（ A ）吸收. A．氧分子B．臭氧C．二氧化碳D．氮原子 5．下列光源中，最佳的彩色摄影用光源是（ A ）．A．白炽灯B．钠灯C．高压汞灯D．汞氙灯 6. 氙灯是一种( A ). A.气体光源 B. 热光源 C. 冷光源 D. 激光光源 7. 充气白炽灯主要充入（ B ）. A. 氢气 B. 氯化碘 C. 氖气 D. 氪气 8．某一干涉测振仪的最高频率为20 MHz，选用探测器的时间常数应小于多少？( A ).
A. 8×10-9s B. 6×10-8s C. 3×10-7s D. 4×10-5s 9．光电池电流滞后于光照，属于光电池的( A )特性： A. 频率; B. 伏安; C. 光谱; D. 温度． 10．发光二极管的工作条件是( B ). A．加热 B. 加正向偏置 C. 加反向偏置D. 加光照 11．EBCCD表示的是（ C ）CCD． A. 增强型; B. 时间延迟型; C. 电子轰击模式; D. 红外． 12. Ag－O－Cs 材料，主要用于( A )变像管光阴极． A. 红外 B. 紫外 C. 可见 D. X射线 13. 辐通量相同时，光通量较大的光的波长是（ A ）nm． A.555 B.590 C.620 D.780 14. ZnS的发光是( D ) : A. 自发辐射 B.受激辐射 C. 热辐射 D.电致发光 15．半导体中受主能级的位置位于（ A ）. A. 禁带低 B. 禁带顶 C. 导带顶 D. 价带低 16．下面哪个不属于摄像管的功能( D ). A. 光电变换 B. 电荷积累 C. 扫描输出 D. 信号变换17．波长为40μm的波属于（ B ）． A. 中红外线 B. 太赫兹波 C. 可见光 D. 无线电波
光电检测技术试题及答案 光电检测技术主要描述了光电检测技术的根本概念，根底知识，各种检测器件的构造、原理、特性参数、应用，光电检测电路的设计。以下是由关于光电检测技术试题的内容，希望大家喜欢! 1、光电器件的根本参数特性有哪些? (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根底，以什么为主体，研究和开展光电信息的形成、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局部组成 (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的根本功能是什么? (电荷 CCD的根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，它的构造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
光电检测技术与系统答案 【篇一：光电检测课后习题部分答案】 效应的工作原理.为什么光伏效应器件比光电导效应器件有更快的响应速度？答：（1）光生伏特效应的工作基础是内光电效应.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 结上加一个正电压. （2）光伏效应中，与光照相联系的是少数载流子的行为，因为少数载流子的寿命通常很短，所以以光伏效应为基础的检测器件比以光电导效应为基础的检测器件有更快的响应速度. 比较光电效应和光热效应在作用机理、性能及应用特点等方面的差异？ 1. 光电效应：指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应。探测器吸收光子后，直接引起原子或分子的内部电子状态的改变。光子能量的大小，直接影响内部电子状态的改变。特点：光子效应对光波频率表现出选择性，响应速度一般比较快。 2. 光热效应：探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测元件温度上升,温度上升的结果又使探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化。特点：原则上对光波频率没有选择性，响应速度一般比较慢。（在红外波段上，材料吸收率高，光热效应也就更强烈，所以广泛用于对红外线辐射的探测。 第三章 3-14 3-25 3-26 第四章 4-2 4-3 4-4 第五章 1 、直接检测系统的基本原理是什么？为什么说直接检测又叫包络检测？
所谓光电直接检测是将待测光信号直接入射到光检测器光敏面上，光检测器响应于光辐射强度而输出相应的电流或电压。光检测器输出的电流 第一项为直流项，若光检测器输出端有隔直流电容，则输出光电流只包含第二项，这就是包络检测的意思。 2、何谓莫尔条纹？应用几何光学原理解释，为什么说莫尔条纹测试技术具有光学放大作 用？若两块光栅相互重叠，并且使他们的栅线之间形成一个较小的夹角，当光栅对之间有相对运动时，透过光栅对看另一边的光源，就会发现有一组垂直于光栅运动方向的明暗相间的条纹移动，这就形成莫尔条纹。 第八章 8-1. 光电信号的二值化处理就是将光电信号转换成“ 0”或“ 1”数字量的过程。将单元光电信号进行二值化处理方便微型计算机进行识别并对信号进行处理、存储、传输和控制等，单元光电信号的二值化处理方法有固定阈值法二值化处理和浮动阈值法二值化处理法。 8-3. 图（图8-4 ）中的阈值电压为从光源分得一部分光加到光电二极管上，光电二极管在适当的偏置下输出与光源的发光强度呈线性变化的电压信号，用这个电压信号作为阈值，即可得到随发光强度浮动的阈值uth 。转移脉冲sh 的周期为行周期，当sh 下降沿到来后所有一行的信号才能被完全转移，并且将积分周期的信号依次输出。二值化脉冲经过一定时间延时后的脉冲信号代表了背景光源的信息，所以将它作为阈值。 8-5. 在光电技术中经常需要对某些场景的光强度（或光照度）进行测量，并且要求以数字方式显示测量值（例如数字照度计），或送入计算机进行实时控制等处理，这种情况必须对单元光电信号进行a/d 数据采集。 （p195 图8-14 以及上面那段话） 第九章以锁相放大器为例，说明去除噪声改善检测信噪比的原理。答：锁相放大器包括信号通道、参考通道、相敏检波三个部分。参考信号与被测信号为同频同相的交变信号，经相敏检波后输出信号为直流信号。噪声和干扰信号只有当与参考信号同频同相时才可能输出直流信号并与被测信号叠加，而这样的几率是非常非常小的。 因此，锁相放大器去除噪声改善信噪比的原理是：利用和被测信号有相同频率和相位关系的参考信号作为比较基准，只对被测信号本【篇二：光电检测技术与应用考试题】 信息技术和微电子技术一样，是一种（渗透）性极强的综合技术，是以光集成技术为有关点学元、器件制造的（应用）技术。
光电检测技术与应用课后答案 第1章 1、举例说明你说知道的检测系统的工作原理。 （1）光电检测技术在工业生产领域中的应用：在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位…（2）光电检测技术在日常生活中的应用： 家用电器——数码相机、数码摄像机：自动对焦---红外测距传感器自动感应灯：亮度 检测---光敏电阻 空调、冰箱、电饭煲：温度检测---热敏电阻、热电偶遥控接收：红外检测---光敏二极管、光敏三极管可视对讲、可视电话：图像获取---面阵CCD 医疗卫生——数字体温计：接触式---热敏电阻，非接触式---红外传感器办公商务——扫描仪：文档扫描---线阵CCD 红外传输数据：红外检测---光敏二极管、光敏三极管（3）光电检测技术在军事上的应用：夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标光电检 测技术应用实例简介点钞机 （1）激光检测—激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字，会使荧光字产生一定波长的激光，通过对此激光的检测可辨别钞票的真假。由于仿制 困难，故用于辨伪很准确。（2）红外穿透检测—红外信号的检测红外穿透的工作原理是利用人民币的纸张比较坚固、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高，因而 对红外信号的吸收能力较强来辨别钞票的真假。人民币的纸质特征与假钞的纸质特征 有一定的差异，用红外信号对钞票进行穿透检测时，它们对红外信号的吸收能力将会 不同，利用这一原理，可以实现辨伪。 （3）荧光反应的检测—荧光信号的检测荧光检测的工作原理是针对人民币的纸质进行检测。人民币采用专用纸张制造（含85％以上的优质棉花），假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造，经漂白处理后的纸张在紫外线（波长为365nm的蓝光）的照射下会出现荧光反应（在紫外线的激发下衍射出波长为420－460nm的蓝光），人民 币则没有荧光反应。所以，用紫外光源对运动钞票进行照射并同时用硅光电池检测钞 票的荧光反映，可判别钞票真假。 （4）纸宽的检测—红外发光二极管及接收二极管的应用主要是用于根据钞票经过此红外发光及接收二极管所用的时间及电机的转速来间接的计算出钞票的宽度，并对机器 的运行状态进行判断，比如有无卡纸等；同时也能根据钞票的宽度判断出其面值。
光电子习题及答案 光电子习题及答案 光电子学是研究光与电子相互作用的学科，它广泛应用于光电器件、光通信、 光储存等领域。在学习光电子学的过程中，习题是检验自己理解和掌握程度的 重要方式。下面，我们来讨论一些光电子学的习题及其答案。 1. 什么是光电效应？它与光子和电子之间的相互作用有什么关系？ 光电效应是指当光照射到金属或半导体表面时，会引起电子的发射现象。光电 效应的基本过程是光子与金属或半导体中的电子相互作用，使得电子获得足够 的能量从而逃逸出材料表面。光电效应的关键在于光子的能量必须大于或等于 材料中电子的逸出功，才能引起电子的发射。 2. 什么是光电子倍增管？它的工作原理是什么？ 光电子倍增管是一种利用光电效应和二次发射效应来放大光信号的器件。它由 光阴极、倍增极、收集极和阳极组成。当光照射到光阴极上时，光子与光阴极 表面的电子发生光电效应，产生光电子。这些光电子经过倍增极的二次发射作用，使得光电子的数量增加。最后，这些光电子被收集极吸收，产生电流信号，经过放大后输出到阳极。 3. 什么是光电二极管？它与普通二极管有什么不同？ 光电二极管是一种利用光电效应来转换光信号为电信号的器件。它由光阴极、 势阻极和阳极组成。当光照射到光阴极上时，光子与光阴极表面的电子发生光 电效应，产生光电子。这些光电子经过势阻极的势垒层，产生电流信号，经过 放大后输出到阳极。与普通二极管相比，光电二极管对光信号更加敏感，能够 将微弱的光信号转换为电信号。
4. 什么是光通信？它的优势和应用领域有哪些？ 光通信是利用光信号传输信息的通信方式。它通过光纤或自由空间传输光信号，具有大带宽、低损耗、抗干扰等优势。光通信广泛应用于电话、互联网、电视 等领域。在长距离通信中，光通信可以实现高速、大容量的数据传输，满足现 代社会对通信带宽的需求。此外，光通信还被用于军事通信、卫星通信等领域。 5. 什么是光储存？它的原理和应用有哪些？ 光储存是利用光信号存储和读取信息的技术。它通过光照射到储存介质上，改 变介质的光学性质，实现信息的存储。光储存的原理主要包括光学记录、光学 读取和光学擦除。光储存广泛应用于光盘、DVD、蓝光光盘等储存介质中。它 具有高密度、长寿命、便携性等优势，是现代信息存储的重要技术。 通过以上习题及答案的讨论，我们对光电子学有了更深入的了解。光电子学作 为一门交叉学科，涉及到光学、电子学、材料学等多个领域的知识。通过学习 光电子学的习题，我们可以巩固理论知识，提高问题解决能力，为将来的实践 应用打下坚实的基础。希望本文对您的学习和了解有所帮助。
习题参考答案 第二章 2-1：普通白炽灯降压使用有什么好处?灯的功率、光通量、发光效率、色温有何变化? 解答：延长使用寿命。灯的功率、光通量、发光效率、色温均降低。 2-2：试比较原子光谱灯、超高压短弧氙灯、氖灯和超高压汞灯的发光性能。在普通紫外一可见分光光度计(200nm~800nm)中，应怎样选择照明光源? 解答：原子光谱灯发光强度大、波长宽度窄，主要用于引出标准谱线光束，用来确定标准谱线的位置；超高压短弧氙灯是很好的日光色点光源；氖灯的紫外辐射部分强度高、稳定性好、寿命长；超高压汞灯谱线较宽、形成连续背景，可见区偏蓝，红外辐射增强。在普通紫外一可见分光光度计(200nm~800nm)中，紫外区选择氖灯，可见区选择超高压短弧氙灯，红外区选择超高压汞灯。 2-7：光纤激光器是一种新兴的有源器件，具有很多的优点，如：能量转换效率高、激光器阈值低、波长调谐范围广，通过利用不同掺杂的增益光纤，可在很宽的波长范围内实现调谐、器件结构紧凑简单，光耦合方便，可实现集成化、连续工作不需制冷、工作稳定，耐振动、冲击，可在比较恶劣的环境如高温、烟尘等下工作等，因此，具有很好的应用前景。与其它大多数激光器一样，光纤激光器也是由泵浦源、增益介质，即掺杂光纤和谐振腔构成的，分为线性腔和环形腔两类。当泵浦源激励光纤中的掺杂离子跃迁到高能态，离子无辐射跃迁到亚稳态形成粒子数反转，再跃迁回基态产生光子，光子在谐振腔中振荡放大后形成激光输出。 第三章 3-6: 81510()D W -=⨯ 110121.1210()D w cm Hz *-=⨯⋅⋅ 3-7： 允许的最大平均入射照度为0.08()E lx = 1 k Ωf R = 原理图： 3-8: （1）照度为48 lx ； （2）该电路的光电导灵敏度为6 4.1710(/)g S S lx -=⨯ 3-9：继电器吸合所需照度97.09lx ϕ=
光电技术 [多项选择题] 1、光电探测器中的噪声主要包括（） A.热噪声 B.散粒噪声 C.产生复合噪声 D.1/f噪声 E.温度噪声 参考答案：A,B,C,D,E [单项选择题] 2、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 参考答案：A [单项选择题] 3、一个电阻值为1000欧姆的电阻，在室温下，工作带宽为1Hz时，热噪声均方电压为（） A.3nV B.4nV C.5nV D.6nV 参考答案：B [单项选择题] 4、为了描述显示器的每个局部面元在各个方向的辐射能力，最适合的辐射度量是（） A.辐射照度 B.辐射强度 C.辐射出度 D.辐射亮度 参考答案：D
[单项选择题] 为（） 5、某半导体光电器件的长波限为13um，其杂质电离能ΔE i A.0.095J B.0.095eV C.9.5×104J D.9.5×104eV 参考答案：B [单项选择题] CsSb射长波限为680nm，该光电发射材料的光电发射阈值的6、光电发射材料K 2 大小为（） A.1.82×103J B.1.82×103eV C.1.82J D.1.83eV 参考答案：D [判断题] 7、探测率是一个反映探测器探测能力的物理量，探测率越大，说明探测器的探测能力越强。 参考答案：对 [判断题] 8、量子效率是在特定波长下单位时间内产生的平均光电子数与入射光子数之比。 参考答案：对 [判断题] 9、辐射通量与光通量的单位是相同的。 参考答案：错 [判断题] 10、辐射出射度Me与辐射照度Ee的定义式都是：某点处面元的辐通量dΦe除以改面元的面积dA商，所以这两个物理量是具有相同的概念。 参考答案：错
光电第一次作业 1、光电倍增管采用负高压供电或正高压供电方式时，各有什么优缺点?其信号输出电路有些什么方式?现有12级倍增管的光电倍增管，若要求正常工作时放大倍数的稳定度为1%，则电源电压的稳定度应为多少? 解： 正高压供电 优点：便于屏蔽，光、磁、电的屏蔽罩可以跟阴极靠得近些，屏蔽效果好；暗电流小，噪声低。 缺点：阳极要处于正高压，会导致寄生电容大，匹配电缆连接复杂，特别是后面若接直流放大器，整个放大器都处于高电压，不利于安全操作；如果后面接交流放大器，则必须接一个耐压很高的隔直电容器，而一般耐压很高的电容器体积大而且价格高。 负高压供电 优点：便于跟后面的放大器相接，操作安全，后面不仅可以通过一个低压耦合电容与交流放大器相接，也可以直接与直流放大器相接。 缺点：这时阴极要处于负高压，屏蔽罩不能跟阴极靠得很近，至少要间隔1～2cm ，因此屏蔽效果差一些，暗电流和噪声都比阳极接地时大，而且整个倍增管装置的体积也要大些。 信号输出电路 （1）负载电阻输出 用一只负载电阻将电流信号转化为电压信号，再连接到电压放大器或电压表上。负载电阻不能过大，否则会使倍增管频率响应和线性变差。 （2）运放输出 输出电压：A f i R u -=0 电源稳压： 根据公式：M M nk U U ∆=∆1 式中，U 为电源电压，M 为光电倍增管电流增益，n 为倍增极数，k 为与材料相关系数，取0.7~1，这里取k=1计算： 电源电压稳定度： %083.0%11 1211=⨯⨯=∆=∆M M nk U U
2、今有11级倍增极光电倍增管，负高压1200V 供电，采用均匀分压电阻网络。 （1）画出工作原理图，标出Ik ，Ia 和电源总电流i0的方向 （2）若阴极灵敏度Sk ＝20μA/lm ，阴极有效面积为2cm2，入射光照度为0.1 lx ，各倍增极二次电子发射系数均相等，即δ＝4，光电子收集率为0.98,各倍增极电子收集率为0.95，试求倍增系统的放大系数G 和Ia 。 （3）设计前置放大器，使输出信号电压为0.2V ，并画出原理图。 解：（1） （2）61110338.2)495.0(98.0⨯=⨯⨯=G 阴极电流A EA S I k k 10461041.01021020---⨯=⨯⨯⨯⨯== 阳极电流：mA A GI I k a 94.010410338.2106=⨯⨯⨯==- （3） 如图所示前置放大电路 Ω=Ω==21394 .02.00k i u R A f 根据常用电阻阻值，选用Ω200电阻 3、某光敏电阻与负载电阻RL ＝2k Ω，巳串接于12V 的直流电源上，无光照时负载电阻上0u 0I k I
光电检测技术第二版答案 【篇一：《光电检测技术-题库》(2)】 、填空题 1.对于光电器件而言，最重要的参数是、 和。 2.光电倍增管由阳极、光入射窗、电子光学输入系统、和等构成。 3.光电三极管的工作过程分为和。 4.激光产生的基本条件是受激辐射、和。 5. 非平衡载流子的复合大致可以分为和。 6.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。 7.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。 8.载流子的运动有两种型式，和。 9. 发光二极管发出光的颜色是由材料的决定的。 10. 光电检测电路一般情况下由、、组成。 11. 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。 12.半导体对光的吸收一般有、、、和这 五种形式。 13. 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。 14.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。 15.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。 16.描述发光二极管的发光光谱的两个主要参量是和。 17.检测器件和放大电路的主要连接类型有、和等。 18..使用莫尔条纹法进行位移-数字量变换有两个优点，分别是和。 19.电荷耦合器件（ccd）的基本功能是和。
20.光电编码器可以按照其构造和数字脉冲的性质进行分类，按照信号性质可以分为和。 21.交替变化的光信号，必须使所选器件的大于输入信号的频率才能测出输 入信号的变化。 22.随着光电技术的发展，可以实现前后级电路隔离的较为有效的器件是。 23.硅光电池在偏置时，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。 24.发光二极管的峰值波长是由决定的。 二、名词解释 1. 光亮度： 2. 本征半导体： 3. n型半导体： 4. 载流子的扩散运动： 5. 光生伏特效应： 6. 内光电效应： 7.光电效应 8.量子效率 9.分辨率 10.二次调制 11.二值化处理 12.光电检测技术 13.响应时间 14.热电偶 15.亮度中心检测法 三、判断正误 1. a/d变换量化误差不随输入电压变化而变化，是一种偶然误差。（） 2. 采样/保持电路起到信号保持作用的保持电容，电容容量愈大电压下降愈慢，所以保持电 容越大越好。（） 3. 光电倍增管的光电阴极上发射出光电子的最大速度随入射光光子能量的增大而增大。 （）
光电传感器应用技术答案 【篇一：传感器课后答案】 是传感器？ 传感器定义为能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输 出信号的器件和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 1.2传感器的共性是什么？ 传感器的共性就是利用物理规律或物质的物理、化学、生物特性， 将非电量（如位移、速度、加速度、力等）输入转换成电量（电压、电流、电容、电阻等）输出。 1.3传感器由哪几部分组成的？ 由敏感元件和转换元件组成基本组成部分，另外还有信号调理电路 和辅助电源电路。 1.4传感器如何进行分类？ （1）按传感器的输入量分类，分为位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。（2）按传感器的输出量进行 分类，分为模拟式和数字式传感器两类。（3）按传感器工作原理分类，可以分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电 式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。（4） 按传感器的基本效应分类，可分为物理传感器、化学传感器、生物 传感器。（5）按传感器的能量关系进行分类，分为能量变换型和能 量控制型传感器。（6）按传感器所蕴含的技术特征进行分类，可分 为普通型和新型传感器。 1.5传感器技术的发展趋势有哪些？ （1）开展基础理论研究（2）传感器的集成化（3）传感器的智能化（4）传感器的网络化（5）传感器的微型化 1.6改善传感器性能的技术途径有哪些？ （1）差动技术（2）平均技术（3）补偿与修正技术(4)屏蔽、隔离 与干扰抑制 (5)稳定性处理 第2章传感器的基本特性 2.1什么是传感器的静态特性？描述传感器静态特性的主要指标有哪些？ 答：传感器的静态特性是指在被测量的各个值处于稳定状态时，输 出量和输入量之间的关系。主要的性能指标主要有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、精度、分辨率、零点漂移、温度漂移。
1章习题答案 1 •什么是人眼的视见函数，明适应和暗适应分别是什么意思？ 答：由于光度测量依赖于人的视觉器官的生理特性，为了统一评价标准，引入了视见函数、也称光谱 光视效率的概念。明适应是指正常人眼对亮度水平在几坎德拉每平方米以上的适应状态，处于明适应条件 卞的视觉叫明视觉。正常人眼所适应的亮度水平在百分之几坎德拉每平方米以下的视觉叫暗视觉。 2. 试简述辐射量和光度量的区别。 答：对电磁辐射能量进行客观计量的学科称辐射度学，与之测量相关的物理量即为辐射量；考虑到人 眼的主观因素后的相应计量学科称为光度学；与之测量相关的即为光度量。 3. 试叙述光度量中几个光学量之间的关系。 答：几个光学量之间的关系可以如图1・3所示: 4•什么是外光电效应？其代表器件是什么？ 答：在光的作用下，'金属或半导体材料中的电子吸收足够高的光子能量，逸出物体表面向外发射的现 彖叫做外光电效应，也叫光电发射效应。它是真空光电器件光电阴极工作的物理基础。其代表器件是真空 光电管，或倍增光电管。 5•什么是光生伏特效应？光伏器件有哪些，试叙述其各自的应用场合。 答：光生伏特效应是基于半导体PN 结基础上的一种将光能转换成电能的效应。 光伏器件有光电二极管、光电三极管、硅光电池等等。 6. 简述光源的分类。 答：光源可以分为自然（天然）光源和人造光源。人造光源又可以分为物理光源和电光源。物理光源 主要是从人工取火开始，到后来的油灯、蜡烛等。而1879年爱迪生发明的白炽灯则开启了电光源的时代。 光源的分类如图1J1所示。 （热辐射型（白炽灯、卤铛灯）3 气体就:电型（汞灯、钠灯、金卤灯，等） 光致发光型（荧光灯） 2 ＜电致发光型（LED 、LD ） a 7. 试比较气体发光型光源和热辐射型光源的不同和相同之处。 答：两者的不同之处在于：气体放电光源是利用气体放电的发光原理制成的，如高压汞灯、高压钠灯、 金属卤化物灯等。热辐射光源是发光物体在热平衡状态下，使热能转变为光能的光源，如白炽灯，卤钩灯 等。 相同之处在于两者都是非相干光源，发出的为非相干光，但是都为连续的光谱。 光源心 物理光源（油灯、蜡烛）3 人造光源已