南京理工大学光电检测课后习题答案
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。
（5）喂钞台、接钞台传感器—红外对管的应用在点钞机的喂钞台和取钞台部分分别有一个作为有无钞票的发射接收红外对管，用来检测是否有钞票放入或取出。
2、如何实现非电量的测量
为实现非电量的电测量，首先要实现从非电量到电量的变换，这一变换是靠传感器来实现的。传感器接口电路是为了与传感器配合将传感器输出信号转换成低输出电阻的电压信号以方便后续电路的处理。一般说来，信号都需要进一步放大并滤除噪声。放大后的信号经模拟/数字变换后得到数字信号，以便于微处理器或微控制器。微处理器或微控制器是测控系统的
核心，它主要有两个作用：一是对数字信号进行进一步处理并将信号输出显示、存储和控制。二是管理测控系统的各个部分以实现测控系统的智能化，即根据信号和测量条件的变化，自动地改变放大器的增益、滤波器的参数及其它的电路参数。在选用合适的传感器之后，就要设计传感器的接口电路。从电子学的角度来看，不同的传感器具有不同的电特性和需要不同的驱动信号（也有的传感器不需要驱动信号），为取得更高的精度和最佳的性能，需要设计传感器接口电路。
3、影响检测测量精度的主要因素有哪些，而其中哪几个因素有时最基本而且需要特别注意的
测量器具本身存在的误差。环境因素，如气温，气压，干燥程度，震动，磁场等。人为因素，如视觉误差等等。还有使用测量器具时的方法不得当造成的误差。
4、什么是噪声和干扰什么是有用信号
噪声是来自元器件内部粒子；而干扰是指其他的有害信号，有系统外部的，也可以有内部的。有用信号指传递用户所需信息的信号，或是用来让接收设备收到信号后产生一个预先设定的动作的信号。
从物理角度看，噪声是由声源作无规则和非周期性振动产生的声音。噪声为电子系统中任何不需要的信号。噪声会导致信号质量下降以及精确测量方面的错误。噪声包括固有噪声及外部噪声，这两种基本类型的噪声均会影响电子电路的性能。外部噪声来自外部噪声源，固有噪声由电路元件本身生成，最常见的例子包括宽带噪声、热噪声以及闪烁噪声等。干扰分3部分，干扰源、耦合通道和敏感对象。在不同空间和时间尺度上偶然发生，不可预知。
5、如何判断干扰如何避免干扰
常见的信号的干扰有：（1）器件工作的噪声干扰，比如说数字电路正负逻辑的转换导致的电磁场干扰，电搜索压电流变化产生的电磁场干扰。（2）高频信号噪声干扰（串扰和回损），因为高频电路能产生强电磁场，产生感应信号。（3）电源噪声干扰，现在大部分电源系统采用的都是开关电源，开关电路的高频开关动作会导致严重的高频噪声。（4）地线噪声干扰，都知道只要是线就会存在电阻，当一条地线上挂有多个设备时，而且工作电流较大时，小电阻也会产生电位差，从而影响设备。总之干扰无处不在，在设计电路或画PCB时可以考虑从3点处理，即屏蔽干扰源、切断耦合通道、保护敏感对象。
6、电子计数器如何实现既能测量频率又能测量周期为什么要通过测量周期的方法来测量低频信号的频率
采用多周期同步测量技术，这种测量方法实际上是对信号周期进行测量，信号的频率是经过倒数运算求出来的。因而，从测频的角度，上述测量方法也称为倒数计数器法。
数字频率计测量频率的原理：石英振荡器1MHz标准脉冲信号，经过分频器分频为1Hz周期1s的尖波信号接到控制门的控制端，被测信号通过放大整形变为正半波尖脉冲信号，接到控制器的信号端；第一个秒信号触发控制门打开，尖脉冲通过控制门，第二个秒信号到来后控制门关闭，脉冲计数器记录两个秒信号间隔时间内通过控制门的尖脉冲个数就等于被测信号的频率值。数字频率计测量周期的原理：采用上述方法测量低频信号时可能产生较大的误差，因为第一个秒信号到来的时间是随机的，计数器从开启到关闭可能多记一个或少记一个数；因此，为了保证低频信号测量的精度，可以用周期测量法：即用被测信号脉冲去控制门电路的开启，让标准时间通过控制门，进入计数器进行计数，这样计数器的值就等于一个被测电压的周期内有几个标准时间脉冲通过，相当于一个周期等于几个时间单位。这就是为什
么要通过测量周期来测定低频型号的频率搜索的原因。
8、试叙述光电检测系统的组成及特点。P6
组成：
（1）光学变换
时域变换：调制振幅、频率、相位、脉宽
空域变换：光学扫描
光学参量调制：光强、波长、相位、偏振
形成能被光电探测器接收，便于后续电学处理的光学信息。
（2）光电变换
光电/热电器件（传感器）、变换电路、前置放大
将信息变为能够驱动电路处理系统的电信息（电信号的放大和处理）。
（3）电路处理
放大、滤波、调制、解调、A/D、D/A、微机与接口、控制。
第2章
1、简述光电效应的工作原理。什么是暗电流什么是亮电流P11 2.2.1
暗电流指的是在无光照时，由外电压作用下P-N结内流过的单向电流。
光敏电阻两端加电压（直流或交流）。无光照时，阻值很大，电流（暗电流）很小；光照时，光生载流子迅速增加，阻值急剧减少，在外场作用下，光生载流子沿一定方向运动，形成亮电流。
2、简述光生伏特效应的工作原理。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。
3、简述光热效应工作原理。热电检测器件有哪些特点P15
4、比较光电效应和热电效应在作用机理、性能及应用特点等方面的差异。
答：所谓光电效应是指，光辐射入射到光电材料上时，光电材料发射电子，或者其电导率发生变化，或者产生感生电动势的现象。光电效应实质上是入射光辐射与物质中束缚于晶格的电子或自由电子的相互作用所引起的。光电效应就对光波频率（或波长）表现出选择性。在光子直接与电子相互作用的情况下，其响应速度一般比较快。按照是否发射电子，光电效应又分为内光电效应和外光电效应。具体有光电子发射效应、光电导效应、光生伏特效应、光子牵引效应和光电磁效应等。
光热效应的实质是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与温度有关的电学性质或其他物理性质发生变化。原则上，光热效应对光波频率（或波长）
没有选择性，因而物质温度的变化仅决定于光功率（或其变化率），而与入射光辐射的光谱成分无关。因为温度升高是热积累的作用，所以光热效应的响应速度一般比较慢，而且容易受环境温度变化的影响。光热效应包括热释电效应、温差电效应和测热辐射计效应等
第3章
1、试说明为什么本征光电导器件在越微弱的辐射作用下，时间响应越长，灵敏度越高。
2、对于同一种型号的光敏电阻来讲，在不同光照度和不同环境温度下，其光电导灵敏度与时间常数是否相同为什么如果照度相同而温度不同时情况又会如何
3、为什么结型光电器件在正向偏置时，没有明显的光电效应它必须在哪种偏置状态为什么答：因为p-n结在外加正向偏压时，即使没有光照，电流也随着电压指数级在增加，所以有光照时，光电效应不明显。p-n结必须在反向偏压的状态下，有明显的光电效应产生，这是因为p-n结在反偏电压下产生的电流要饱和，所以光照增加时，得到的光生电流就会明显增加。
4、在如图3-70所示的照明灯控制电路中，将题3所给的CdS光敏电阻用作光电传感器
5、光电导器件响应时间（频率特性）受哪些因素限制光伏器件与光电导器件工作频率哪个高实际使用时如何改善其工作频率响应
响应时间主要受光电导器件中载流子的平均寿命τ有关，减小τ，则频率响应提高；其次，光电导器件的响应时间与运用状态也有光，例如，光照强度和温度的变化，因为它们都影响载流子的寿命。光伏特器件的工作频率高于光电导器件。要改善光伏器件的频率响应，主要是减小响应时间，所以采取的措施主要有：①减小负载电阻；②减小光伏特器件中的结电容，即减小光伏器件的受光面积；③适当增加工作电压。
6、硅光电池的开路电压为什么随着温度的升高而下降影响光电倍增管工作的环境因素有哪些如何减少这些因素的影响
温度升高时，半导体的导电性将发生一定的变化，即少数载流子浓度随着温度的升高而指数式增大，相对来说多数载流子所占据的比例即越来越小，这就使得多数载流子往对方扩散的作用减弱，从而起阻挡作用的p-n结势垒高度也就降低。从Fermi能级的变化上来理解：温度越高，半导体Fermi能级就越靠近禁带中央（即趋于本征化），则两边半导体的Fermi能级之差也就越小，所以p-n结势垒高度也就越低，也就是开压降低。
光电倍增管的响应度受多方面的因素影响，比如：偏置电压的高低、环境光和温度变化等多方面因素的影响。无光时光电倍增管对光的响应度更趋于平稳，使实验数据也更具有可靠性。因此，无光环境是决定光电倍增管对微弱光信号的检测能力的重要因素之一。光电倍增管工
作时由于阴极材料发热，这样对光电倍增管的响应度产生较大的影响，因此不稳定的工作温度对光电倍增管的响应度也会带来不同程度的影响。降低光电倍增管的使用环境温度可以减少热电子发射,从而降低暗电流。另外,光电倍增管的灵敏度也会受到温度的影响。
7、分析光电信号输出电路工作原理。试以光电导器件为例，说明为什么光电检测器件的工作波长越长，工作温度就越低
8、简述发光二极管的发光原理及半导体激光器的工作原理。P44
它们的结构简单说就是三明治的夹心结构，中间的夹心是有源区。
二者的结构上是相似的，但是LED没有谐振腔，LD有谐振腔。
LD工作原理是基于受激辐射、LED是基于自发辐射。
LD发射功率较高、光谱较窄、直接调制带宽较宽，而LED发射功率较小、光谱较宽、直接调制带宽较窄。
9、试判别下列结论，正确的在括号里填写T，错误的则填写F:
（1）光电导器件在方波辐射的作用下，其上升时间大于下降时间。（ F ）（2）光敏电阻的阻值与环境温度有关，温度升高时光敏电阻的阻值也随之升高。（T ）（3）光敏电阻的是由于被光照后所产生的光生电子与空穴的复合需要很长时间，而且，随着复合的进行，光生电子与空穴的浓度与复合几率不断减小，使得光敏电阻恢复被照前的阻值需要很长时间。（T ）
10、简述光电耦合器件的工作原理P51
光电偶合器件（简称光耦）是把发光器件（如发光二极体）和光敏器件（如光敏三极管）组装在一起，通过光线实现耦合构成电—光和光—电的转换器件。
11、利用光敏电阻等器件设计楼梯内的节能灯控制电路及测量应用中的自动增益控制电路。
12、试分析图3-72（a），（b）所示的放大电路中，光敏电阻Rp的作用。
答：（a）无光照时，Rp阻值很大，即同相反馈支路的反馈电阻很大，输出电压高。光强增加↑，使得Rp↓，使得同相反馈支路阻值减小，输出电压下降。
（b）无光照时，Rp阻值很大，输入近似开路，输出电压低。光强增加↑，使得Rp↓，使得输入信号进入，输出信号增大。
13、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
14、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
（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。
15、光生伏特器件有几种偏置电路各有什么特点
(1)光生伏特器件有反向偏置电路，零偏置电路，自偏置电路。
(2)特点：自偏置电路的特点是光生伏特器件在自偏置电路中具有输出功率，且当负载为最佳负载电阻时具有最大的输出功率，但是自偏置电路的输出电流或输出电压与入射辐射间的线性关系很差，因此在测量电路中好少采用自偏置电路。反向偏置电路：光生伏特器件在反向偏置状态，PN结势垒区加宽，有利于光生载流子的漂移运动，使光生伏特器件的线性范
围加宽，因此反向偏置电路被广泛应用到大范围的线性光电检测与光电变换中。零偏置电路：光生伏特器件在零伏偏置下，输出的短路电流Isc与入射辐射量（如照度）或线性关系变化，因此零伏偏置电路是理想的电流放大电路。
16、试比较硅整流二极管与硅光电二极管的伏安特性曲线，说明它们的差异。
答：比较硅整流二极管与硅光电二极管的伏安特性曲线可知：当没有光辐射时，二者的伏安特性曲线是一样的；当有光辐射时，则硅光电二极管的全电流为负值，特性曲线向下平移，且向下平移的程度随辐照度的不同而变化。但是硅整流二极管的伏安特性曲线不受光照的影响。此外，正常工作状态下，硅光电二极管两端所加正向电压必须小于，否则不能产生光电效应。该值通常为负，即处于反偏状态；硅整流二极管两端所加偏压须为正，且要大于开启电压Uth值。
17、写出硅光电二极管的全电流方程，说明各项的物理意义。
18、
19、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怎样提高硅光电二极管的频率响应
(1)影响光生伏特器件频率响应的主要因素有三点：1）在PN结区内产生的光生载流子渡越结区的时间τdr，即漂移时间；2）在PN结区外产生的光生载流子扩散到PN结区内所需的时间τp，即扩散时间；3）由PN结电容Cj、管芯电阻Ri及负载电阻RL构成的RC延迟时间τRC。
(2) 对于PN 结型硅光电二极管，光生载流子的扩散时间τp 是限制硅光电二极管频率响应
的主要因素。由于光生载流子的扩散运动很慢，因此扩散时间τp 很长，约为100ns ，则其
最高工作频率小于等于107Hz 。
(3)1）减小PN 结面积；2）增加势垒区宽度，提高材料体电阻率和增加结深；3）适当增加
工作电压；4）尽量减少结构造成的分布电容；5）增加PN 结深，减小串联电阻；6）设计
选用最佳负载阻值。
20、为什么说发光二极管的发光区在PN 结的P 区这与电子、空穴的迁移率有关吗
答：对于PN 结注入发光的发光二极管，当PN 结处于平衡位置时，存在一定的势垒区。当
加正向偏压时，PN 结区势垒降低，从扩散区注入的大量非平衡载流子不断地复合发光，并
主要发生在P 区。这是因为发光二极管在正向电压的作用下，电子与空穴做相对运动，即电
子由N 区向P 区运动，而空穴向N 区运动。但由于电子的迁移率N 比空穴的迁移率P 高20
倍左右，电子很快从N 区迁移到P 区，因而复合发光主要发生在P 区。
21、为什么发光二极管必须在正向电压下才能发光反向偏置的发光二极管能发光吗
答：由于LED 的发光机理是非平衡载流子即电子与空穴的扩散运动导致复合发光，因此要
求有非平衡载流子的相对运动，使电子由N 区向P 区运动，而空穴由P 区向N 区运动。在
不加偏加或加反向偏压的情况下，PN 结内部的漂移运动占主要优势，而这种少子运动的结
果是电子与空穴的复合几率小，而且表现在数量上也是很微弱的，不足以使LED 发光。因此，
要使LED 发光，必须加正向偏压。
22、发光二极管的发光光谱由哪些因素决定光谱的半宽度有何意义
发光二极管的发光光谱由材料的种类、性质及发光中心的结构决定，而与器件的几何形状和
封装方式无关。无论什么材料制成的LED ，都有一个相对光强度最强处（光输出最大），与
之相对应有一个波长，此波长即为峰值波长p λ。在LED 谱线的峰值两侧λ±?处，存在两
个光强等于峰值一半的点，分别对应p λλ-?，p λλ+?，它们之间的宽度即为半谱线宽
度，也称半功率宽度，它是一个反映LED 单色性的参数。半宽度越小，则发光光谱单色性越
好，发光功率集中于半谱线宽度内。
23、产生激光的三个必要条件是什么
答：产生激光的三个必要条件是：（1）必须将处于低能态的电子激发或泵浦到较高能态上去，
为此需要泵浦源；（2）要有大量的粒子数反转，使受激辐射足以口服损耗；（3）有一个谐振
腔为出射光子提供正反馈及高的增益，用以维持受激辐射的持续振荡。
24、半导体激光器有什么特点LD 与LED 发光机理的根本区别是什么为什么LD 光的相干性
要好于LED 光
答：半导体激光器体积小，重量轻，效率高，寿命长，并可采用简单的注入电流的方式来泵
浦。其工作电压和电流与集成电路兼容，因而可以与之单片集成，并且还可用高达GHz 的
频率直接进行电流调制以获得高速调制的激光输出。由于这些优点，它广泛应用于光通信、
光学测量、自动控制等方面。LD 的发光机理是激光工作物质的受激辐射，而LED 发光的机
理是非平衡载流子的复合发光。由于LD 的发光过程是受激辐射，单色性好，发射角小，因
此有很好的时间和空间相干性。
25、为什么需要将发光二极管与光电二极管封装在一起构成光电耦合器件光电耦合器件的
主要特性有哪些
答：将发光器件与光电接收器件组合成一体，制成的具有信号传输功能的器件，即为光电耦
合器件。由于光电耦合器件的发送端与接收端是电、磁绝缘的，只有光信息相连。同时，它
在信号传输速度、体积、抗干扰性等方面都具有传统器件所无法比拟的优势。因此，在实际
应用中它具有许多优点，被广泛应用于工业自动检测、自动控制、电信号的传输和处理及计算机系统等方面。光电耦合器件的主要特性有：（1）具有电隔离的功能；（2）信号传输具有单向性；（3）具有抗电磁干扰和噪声的能力；（4）响应速度快；（5）实用性强；（6）既具有耦合特性又具有隔离特性。
26、举例说明光电耦合器件可以用在哪些方面为什么计算机系统常采用光电耦合器件答：光电耦合器件目前在自动控制、遥控遥测、航空技术、电子计算机和其它光电、电子技术中得到了广泛的应用。其具体应用实例可参见教材小节所述。在计算机主体运算部分与输入、输出之间，用光电耦合器件作为接口部件，将会大大提高传输中的信噪比。
27、为什么由发光二极管与光电二极管构成的光电耦合器件的电流传输比小于1，而由发光二极管与光电三极管构成的光电耦合器件的电流传输比大于等于1
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29、
30、简述半导体激光器的工作原理。它有哪些特点
原理：半导体激光器是依靠注入载流子工作的，发射激光必须具备三个基本条件：
（1）要产生足够的粒子数反转分布，即高能态粒子数足够的大于处于低能态的粒子数；
（2）有一个合适的谐振腔能够起到反馈作用，使受激辐射光子增生，从而产生激光震荡；
（3）要满足一定的阀值条件，以使光子增益等于或大于光子的损耗。
半导体激光器工作原理是激励方式，利用半导体物质（即利用电子）在能带间跃迁发光，用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈，产生光的辐射放大，输出激光。
特点：体积小、重量轻、运转可靠、耗电少、效率高等。
31、
32、热辐射检测器通常分为哪两个阶段哪个阶段能够产生热电效应
第一阶段：器件吸收光辐射能量而使自身温度发生变化，
第二阶段：器件依赖某种温度敏感特性把辐射引起的温度变化转化为相应的电信号，而达到光辐射探测目的，
第二阶段能够产生热电效应
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34、简述热电偶工作原理热电检测器为什么只能检测变幅射信号
热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝克效应(Seebeck effect）。
35、为什么半导体材料常具有负温度系数
热敏电阻是指电阻值随温度变化而变化的敏感元件。在工作温度范围内,电阻值随温度上升而增加的是正温度系数(PTC)热敏电阻器；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电热敏电阻器阻器。负温度系数热敏电阻是以氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化铜和氧化铝等金属氧化物为主要原料，采用陶瓷工艺制造而成。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，完全类似于锗、硅晶体材料，体内的载流子（电子和空穴）数目少，电阻较高；温度升高，体内载流子数目增加，自然电阻值降低。
第四章
1:总结不同类型光电检测器确定静态工作点的方法主要有图解计算法和解析计算法。
答：不同类型光电检测器确定静态工作点的方法主要有图解计算法和解析计算法。
2：如图所示电路中，设电源电压源为Ub=9V，光敏二极管的伏安特性曲线如图b所示。光敏二极管上的光通量在0~150μlm变化。若光通量在此范围内做正弦变化，要是输出交变电压的幅值为3V，求所需的负载电阻RL,并作出负载线。
3：已知某Si光电二极管的灵敏度为μA/μW，结间电导G=μs（微西），转折电压U0=10V,入射光功率从p"=15μW变到P‘=25μW，偏压Ub=50V。求最大输出功率时的最佳负载RL、输出电流ΔL、输出电压ΔU和输出功率PL。
5：光电倍增管偏置电路如图4-22所示。光电倍增管的阴极积分灵敏度SK=30μA/lm，阳极积分灵敏度SA=10A/lm，阳极暗电流Id=4μA，输入电路是电阻R=105Ω和电容C0=μF的并联，阴极面积为80mm2，要求信号电流IL=10-4A，计算阳极噪声电流，负载电阻上的噪声电压和信噪比。
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称为包络检测
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（幅度）而输出相应的电流或电压信号。光检测器输出的电流为：
式中：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：对直接检测系统来说，如何提高输入信噪比
答：对于光电检测系统来说，其噪声主要有三类：（1）光子噪声包括：A.信号辐射产生的噪声；B.背景辐射产生的噪声。（2）探测器噪声包括：热噪声；散粒噪声；产生—复合噪声；1/f噪声；温度噪声。（3）信号放大及处理电路噪声在实际的光电探测器中，由于光电转换机理不同，各种噪声的作用大小亦各不相同。若综合上述各种噪声源，其功率谱分布可用下图表示。由图可见：在频率很低时，1/f噪声起主导作用；当频率达到中间范围频率时，产生——复合噪声比较显著；当频率较高，甚至于截至频率时，只有白噪声占主导地位，其它噪声影响很小。很明显，探测器应当工作在1/f噪声小、产生-复合噪声为主要噪声的频段上。因此，对于直接探测系统，提高输入信噪比的措施有：（1）利用信号调制及选频技术可抑制噪声的引入白噪声的大小与电路的频带宽度成正比，因此放大器应采用带宽尽可能窄的选频放大器或锁相放大器。（2）将器件制冷，减小热发射，降低产生-复合噪声。采用半导体制冷、杜瓦瓶液态气体制冷或专用制冷机制冷。（3）采用最佳条件下的偏置电路，使信噪比（S/N）最大
3：什么是直接检测系统的量子极限说明其物理意义。
答：当入射信号光波所引起的散粒噪声为主要噪声，其他噪声可忽略时，此时信噪比为：
该式为直接检测理论上的极限信噪比。也称为直接检测系统的量子极限。量子极限检测为检测的理想状态。
4：试根据信噪比分析具有内增益光电检测
器的直接测量系统为什么存在一个最佳倍增系数。（参考）
答：当光检测器存在内增益（如：光电倍增管）时
当很大时，热噪声可忽略。若光电倍增管加致冷、屏蔽等措施以减小暗电流和背景噪声，则可达到散粒噪声极限。在直接检测中，光电倍增管、雪崩管的检测能力高于光电导器件，采用有内增益的检测器是直接检测系统可能趋近检测极限的唯一途径。
5：对于点检测光电系统，怎样提高系统的作用距离
第六章
1：试从工作原理和系统性能两个方面比较直接检测系统和光外差检测系统的特点。
答:工作原理上：①直接探测系统是将携带有待测量的光信号直接入射到探测器光敏面上，光探测器响应的是光辐射强度而输出相应的电流和电压；②光外差检测是利用两束频率不同的相干光在满足波前匹配条件下，在光电探测器上进行光学混频，探测器输出的信号是两光波频差的拍频信号，该信号包含有调制信号的振幅、频率和相位特征。
系统性能上：①直接探测系统检测方法简单，易于实现，可靠性高，但是不能改善输入信噪比，不适宜检测微弱信号；②光外差检测系统复杂，对光外差两输入信号有严格的空间条件和频率条件，但检测距离远，检测精度高，灵敏度高，是天然检测微弱信号的方法。2: 有一光子探测器运用于相干探测。假设入射到光混频器上的本振光功率PL=10mW，光混频器的量子效率η=，入射的信号光波长λ=1μm，负载电阻RL=50Ω，试求该光外差探测
系统的转换增益PIF/PS=
3:试述实现外差检测必须满足的条件。
答：1）要求参于混频的信号光和本振光应是理想相干的单频单模光，要有稳定的振荡频率和相位。2）在光混频器上信号光与本振光要求偏振方向一致。3）信号光与本振光要求空间波前匹配，即要求空间调准（准直、共轴），波面吻合垂直入射于光混频表面。二光束入射角偏斜θ应满足关系θ＜λ0/L, 其中λ0是本振光波长，L是光电探测器光敏面尺寸。
4: 求光零差相干检测在输出负载Rl端的峰值信号功率
5试述激光干涉测长的基本原理。
答：如图所示是双纵模双频激光干涉仪的原理示意图。
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?
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
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）
南京理工大学 机械工程学院研究生研究型课程考试答卷 课程名称：材料动态特性实验 考试形式：□专题研究报告□论文√大作业□综合考试学生姓名：学号： 评阅人： 时间：年月日
材料动态特性实验 一．实验目的： 1、了解霍普金森杆的实验原理和实验步骤； 2、会用霍普金森杆测试材料动态力学性能。 二．实验原理： 分离式Hopkinson 压杆的工作原理如图1.1所示装置中有两段分离的弹性杆,分别为输入杆和输出杆,短试样夹在两杆之间。当压气枪发射一撞击杆(子弹),以一定速度撞击输入杆时,将产生一入射弹性应力脉冲,随着入射波传播通过试样,试样发生高速塑性变形,并相应地在输出杆中传播一透射弹性波,而在输入杆中则反射一反射弹性波。透射波由吸收杆捕获,并最后由阻尼器吸收。 图1.1 现在的Kolsky 杆装置示意图 根据压杆上电阻应变片所测得的入射波、反射波、透射波,以及一维应力波理论可得到如下的计算公式。 试样的平均应变率为: )00t r i l c εεεε--=（ （1-1） 试样中的平均应变: dt l c t r i s ?--= )(00εεεε （1-2）
试样中的平均应力: )(20t r i A AE εεεσ++= （1-3） 式中t r i εεε，，分别表示测试记录的入射、反射和透射波,C 0 是弹性纵波波速,C=5189m/s,L 0为试样的初始长度,E 为压杆的弹性模量,A/A 0为压杆与试样的 截面比。 由应力均匀化条件可知: r i t εεε+= (1-4) 将公式(l 一4)代入(1一l)!(l 一2)!(l 一3)式可得 t s E A A εσ0= (1-5) ?-=dt l c r s εε002 (1-6) 一般采用公式(l 一5)、（1一6)来计算材料的动态应力一应变行为。 该试验技术作了如下几个假定: (1)一维假定 弹性波(尤其是对短波而言)在细长杆中传播时,由于横向惯性效应,波会发生弥散,即波的传播速度和波长有关。Pochhammer 最早研究过波在无限长杆内的色散效应,但当入射波的波长(可由子弹的长度来控制,即波长为子弹长度的2倍)比输入杆的直径大很多时,即满足必/兄<<1时,杆的横向振动效应,除波头外,可作为高阶小量忽略不计。子弹和输入杆都假定处于一维应力状态,可直接利用一维应力波理论进行计算。 (2)均匀化假定 压缩脉冲通过试样时,在试样内发生了多次波的反射。由于压缩脉冲的持续作用时间比短试样中波的传播时间要长得多,使得试样中的应力很快趋向均匀化,因此可以忽略试样内部波的传播效应。 (3)不计导杆与试样端部的摩擦效应 由于试样和导杆加工时表面的不光滑,以及导杆横向变形的不均匀,在试样与输入杆的接触面会产生摩擦,这使得试样处于复杂的应力状态,给试验数据的
命题人： 李阳 审核人： 试卷分类（A 卷或B 卷） A 五邑大学 试 卷 学期： 2012 至 2013 学年度 第 1 学期 课程： 光电子技术 课程代号： 010A1860 使用班级： AP10221、AP10222 姓名： 学号： 一、 单选题：（50分，每小题2分） 请将正确的答案填入下表中： 1、从光源的分类上分，汞灯属于：（B ） （A ）热辐射光源；（B ）气体放电光源；（C ）激光光源；（D ）电致发光光源。 2、在辐射度学的基本物理量中，描述点辐射源的辐射功率在不同方向上分布的物理量是（C ） （A ）辐射能； （B ）辐射通量；（C ）辐射强度；（D ）辐射出射度。 3、从辐射通量与光通量之间的换算关系可知，1W=（A ）lm. （A ）683； （B ）386； （C ）836； （D ）638。 4、绝对黑体的温度决定了它的辐射光谱分布，随着温度T 的升高，峰值波长 将（A ）。 （A ）向短波方向移动； （B ）向长波方向移动； （C ）不移动；（D ）随机移动。 5、日光灯是一种低压汞灯，发出波长为（ B ）nm 紫外光源，再激发荧光粉发了可见光。 （A ）283.7； （B ）253.7； （C ）353.7； （D ）333.7。 6、激光器的构成一般由（A ）组成。 （A ）激励能源、谐振腔和工作物质 （B ）固体激光器、液体激光器和气体激光器 （C ）半导体材料、金属半导体材料和PN 结材料 （D ） 电子、载流子和光子 7、热释电器件是由TGS 、LiTaO 3等热电晶体材料组成的，但不论哪种材料，都有一个特定温度，称居里温度。只有（ C ）居里温度，材料才有自发极化性质。 题号 一 二 三 四 五 六 总分 得分 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 题号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 答案 试卷编号 得分 m
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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：
电子科技大学二零零七至二零零八学年第一学期期末考试 一、填空题（每空一分，共15分） 1、光具有的一个基本性质是（）。 2、光电检测技术研究的主要内容是（）（）。 3、光源调制通常分为（）和（）。 4、激光的形成必须满足（）（）（）。 5、为了提高光电二极管的响应频率，应适当加大（）。 6、光敏电阻受（）影响大，通常工作在（）环境下。 7、光电检测技术是（）与（）相结合而产生的一门新兴检测技术，它是利用（）进行检测。 8、假设调制盘的转速为N转/分，得到调制光的频率为f，则调制盘的孔数为（）。 二、判断题（每题一分，共1０分） 1、相干长度只与光波单色性有关，而与其波长无关。（） 2、温度越高，热辐射的波长就越短。（） 3、雪崩管的工作偏压一般不超过10V。（） 4、光电探测器件输出的信号只有比噪声大时，测量才能进行。（） 5、光电探测器件的1/f噪声是一种低频噪声。（） 6、光电池的频率特性很差。（） 7、光电三极管的增益比光电二极管大，但其线性范围比光电二极管小。（） 8、对光源进行调制即可消除光源波动及背景光干扰的影响。（） 9、补偿法测量比差动法响应慢，但通常精度更高。（） 10、倒置望远镜系统对激光束发散角有缩小的作用。（） 三、简答：（每小题6分，共30分） 1、简述半导体激光器的工作原理，它有哪些特点？对工作电源有什么要求？ 2、光源选择的基本要求有哪些?
3、光电倍增管的供电电路分为负高压供电与正高压供电，试说明这两种供电电路的特点，举例说明它们分别适用于哪种情况? 4、在微弱辐射作用下，光电导材料的光电灵敏度有什么特点，？为什么要把光敏电阻制造成蛇形？ 5、为什么结型光电器件在正向偏置时，没有明显的光电效应？它必须在那种偏置状态？为什么？ 四、论述题（45分） 1、论述光电检测系统的基本构成，并说明各部分的功能。（10分）
1、光电效应应按部位不同分为内光电效应和外光电效应，内光电效应包括（光电导）和（光生伏特效应）。 2、真空光电器件是一种基于（外光电）效应的器件，它包括（光电管）和（光电倍增管）。结构特点是有一个真空管，其他元件都放在真空管中 3、光电导器件是基于半导体材料的（光电导）效应制成的，最典型的光电导器件是（光敏电阻）。 4、硅光电二极管在反偏置条件下的工作模式为（光电导），在零偏置条件下的工作模式为（光生伏特模式）。 5、变象管是一种能把各种（不可见）辐射图像转换成为可见光图像的真空光电成像器件。 6、固体成像器件（CCD）主要有两大类，一类是电荷耦合器件（CCD），另一类是（SSPD）。CCD电荷转移通道主要有：一是SCCD（表面沟道电荷耦合器件）是电荷包存储在半导体与绝缘体之间的界面，并沿界面传输；二是BCCD称为体内沟道或埋沟道电荷耦合器件，电荷包存储在离半导体表面一定深度的体内，并沿着半导体内一定方向传输 7、光电技术室（光子技术）和（电子技术）相结合而形成的一门技术。 8、场致发光有（粉末、薄膜和结型三种形态。 9、常用的光电阴极有正电子亲合势光电阴极（PEA）和负电子亲合势光电阴极（NEA），正电子亲和势材料光电阴极有哪些（Ag-O-Cs,单碱锑化物，多碱锑化物）。 10、根据衬底材料的不同，硅光电二极管可分为（2DU）型和（2CU）型两种。 11、像增强器是一种能把微弱图像增强到可以使人眼直接观察的真空光电成像器件，因此也称为（微光管）。 12、光导纤维简称光纤，光纤有（纤芯）、（包层）及（外套）组成。 13、光源按光波在时间，空间上的相位特征可分为（相干）和（非相干）光源。 14、光纤的色散有材料色散、（波导色散）和（多模色散）。 15、光纤面板按传像性能分为（普通OFP）、（变放大率的锥形OFP）和（传递倒像的扭像器）。 16、光纤的数值孔径表达式为，它是光纤的一个基本参数、它反映了光纤的（集光）能力，决定了能被传播的光束的半孔径角 17、真空光电器件是基于（外光电）效应的光电探测器，他的结构特点是有一个（真空管），其他元件都置于（真空管）。
《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/f813504016.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。
名词解释 黑色金属：铁和铁为基的合金，工业上指包括钢和铸铁在内的铁碳合金。 有色金属:又称非铁金属材料，是指除铁碳合金之外的所有金属材料。 晶体:质点按一定规律排列在一起所构成的固体材料。 非晶体：质点呈无规则的堆积在一起所构成的固体材料。 珠光体：奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析混合物。 莱氏体：液态铁碳合金发生共晶转变所形成的奥氏体与渗碳体的共晶混合物。 共晶反应：一种液相在恒温下同时析出两种成分一定的固相的反应。` 共析反应：一种固溶体在恒温下同时析出两种成分一定的固相的反应。 淬透性：过冷奥氏体形成马氏体而不形成其他组织的能力。 淬硬性：钢淬火后所能达到的最高硬度的能力。（取决于马氏体含碳量，含碳量越高，淬硬性越好） 正火:将钢件加热至单相奥氏体区(A c3、A c1或A Ccm以上30~50°C) 保温后出炉空冷的热处理工艺。 退火:将钢件加热至适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。 等温退火:将钢加热至A c3以上30~50℃，保温后较快地冷却到A r1以下某一温度等温，使奥氏体在恒温下转变成铁素体和珠光体，然后出炉空冷的热处理工艺 等温淬火:钢在加热保温之后，迅速放入温度稍高于M s点的盐浴或碱浴中，保温足够时间，使奥氏体转变成下贝氏体后取出空冷。 淬火临界冷却速度：钢在淬火时过冷奥氏体全部发生马氏体转变的最小冷却速度。奥氏体：碳溶解在γ-Fe中的间隙固溶体。 过冷奥氏体:冷却到A r1以下并未立即转变其他组织，存在于临界温度以下的奥氏体。 残余奥氏体:有一部分奥氏体未转变而被保留下来，这部分残存下来的奥氏体称为残余奥氏体。 调质处理:指淬火与高温回火结合的热处理方法。 变质处理:有目的地向液态金属中加入某些变质剂，以细化晶粒和改善组织，达到提高材料性能的目的。 时效强化：固溶处理后的过饱和固溶体，在室温下放置或低温加热一段时间后，
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。
英文原文 1.5 Experimental Setup Due to the many concepts and variations involved in performing the experiments in this project and also because of their introductory nature, Project 1 will very likely be the most time consuming project in this kit. This project may require as much as 9 hours to complete. We recommend that you perform the experiments in two or more laboratory sessions. For example, power and astigmatic distance characteristics may be examined in the first session and the last two experiments (frequency and amplitude characteristics) may be performed in the second session. A Note of Caution All of the above comments refer to single-mode operation of the laser which is a very fragile device with respect to reflections and operating point. One must ensure that before performing measurements the laser is indeed operating single-mode. This can be realized if a single, broad fringe pattern is obtained or equivalently a good sinusoidal output is obtained from the Michelson interferometer as the path imbalance is scanned. If this is not the case, the laser is probably operating multimode and its current should be adjusted. If single-mode operation cannot be achieved by adjusting the current, then reflections may be driving the laser multimode, in which case the setup should be adjusted to minimize reflections. If still not operating single-mode, the laser diode may have been damaged and may need to be replaced. Warning The lasers provided in this project kit emit invisible radiation that can damage the human eye. It is essential that you avoid direct eye exposure to the laser beam. We recommend the use of protective eyewear designed for use at the laser wavelength of 780 nm. Read the Safety sections in the Laser Diode Driver Operating Manual and in the laser diode section of Component Handling and Assembly (Appendix A) before proceeding. 1.5.1 Semiconductor Diode Laser Power Characteristics 1.Assemble the laser mount assembly (LMA-I) and connect the laser to its power supply. We will first collimate the light beam. Connect the laser beam to a video monitor and image the laser beam on a white sheet of paper held about two to ten
南京理工大学材料科学与工程学院研究生国家奖学金评审实施办法（试行）（201509修订） 研究生国家奖学金是国家面向优秀研究生设立的最高荣誉奖项，是发展中国特色研究生教育、促进研究生培养机制改革、提高研究生培养质量的重要举措。根据《省财政厅省教育厅关于印发<江苏省普通高校研究生国家奖学金管理暂行办法>的通知》（苏财规[2012]35号）和《省教育厅关于切实做好2012年普通高校研究生国家奖学金工作的通知》（苏教助函[2012]64号）文件的精神，结合我院实际，特制定本办法。 一、评审机构 学院成立由院长、书记、分管研究生副院长、副书记、研究生教务员、研究生辅导员、导师代表、学生代表组成的研究生国家奖学金评审组，对研究生国家奖学金的等级进行评定。 二、奖励标准 博士研究生国家奖学金奖励标准为每生每年3万元，硕士研究生国家奖学金奖励标准为每生每年2万元。 三、参评对象及条件 1、参评对象：学校文件规定的可参选人员，包括新生，但必须有科研成果（论文、专利、获奖），且南京理工大学为第一完成单位。 2、评选条件 （一）申请人基本条件： 1）热爱社会主义祖国，拥护中国共产党的领导； 2）遵守宪法和法律，遵守高等学校规章制度； 3）诚实守信，道德品质优良； 4）学习成绩优异，科研能力显著，发展潜力突出。 （二）申请人基本标准： 1）学习成绩无补考课程； 2）博士生至少以第一作者身份公开发表1篇学校科研部门认可的SCI论文，或者在本专业研究领域具有同等贡献；硕士生应有一定的科研成果，在社会实践、科技创新、学术活动等方面表现优秀。研究生国家奖学金的科研成果认定时间为申请人自入学起至参加评审截止日期前，曾经获得国家奖学金的研究生再次申
现代检测技术基础试题 一、阐述仪器线性度的概念，说明有哪些直线拟合方法。阐述回程差、灵敏度和分辨力的概念。 二、仪表的精确度等级是怎样规定的？写出计算公式。某测温仪表的测温范围为0---600℃，准确度等级为2.5级；另一测温仪表的测温范围为0---1200℃，准确度等级为1.5级。现欲测量温度为500℃的设备温度，问选哪种测温仪表会更好？计算说明为什么？ 三、（1）假设你开发一台称重仪，在实验室完成了传感器、放大电路和单片机系统的设计制作，但是没有条件施加标准砝码或标准力对传感器和你的系统进行实际标定，你只有一块可用来测量电压和电流的表(或万用表), 在这种条件下你应该首先对仪器的那些指标进行测定?从误差的角度出发,你对你使用的表有何要求? （2）设传感器误差为0.1%；测量放大电路误差为0.03%；系统采用的A/D转换器为10位，试分析仪器最后能达到的最好精度等级是多少？ （3）用干电池分压的办法模拟传感器输出信号对电路进行测试，试在整个量程范围内确定其测试点。若每一个测试点测试了十次，说明你对这些数据的处理方法并写出数据处理公式。 三、画图并说明光电池的下列特性： （1）开路电压、短路电流与光照度的关系； （2）输出电流与负载电阻及光照度的关系。 四、画图并说明光电二极管与放大器的电流放大连接法、电压放大连接法和阻抗变换连接法。说明各连接法适用于哪些测量情况。 五、（1）怎样测试光敏电阻的好坏？（2）比较光敏电阻、光电池、光电二极管的异同点。（3）说明选择光电检测器时应注意哪些问题。 六、写出朗伯-比尔定律的数学表达式，说明各符号的含义。 七、用于测量输送皮带上粉粒物料的近红外水分仪为何要采用三个波长进行测
光电技术自动成卷系统 单选题（10题，20分）；简答题（5题，40分）；综合题（1题，15分）；计算题（1题，10分）；设计题（1题，15分） 选择题（共 10 道，每题 2 分） 1、锁定放大器是基于 A.自相关检测理论 B.互相关检测理论 C.直接探测量子限理论 D.相干探测原理 2、下列哪一种应用系统为典型的相干探测应用实例 A.照相机自动曝光 B.飞行目标红外辐射探测 C.激光陀螺测量转动角速度 D.子弹射击钢板闪光测量 3、依据光电器件伏安特性, 下列哪些器件不能视为恒流源: A.光电二极管 B.光电三极管 C.光电倍增管 D.光电池 4、对于P型半导体来说，以下说法不正确的是 A.空穴为多子，电子为少子 B.能带图中费米能级靠近价带顶
C.光照时内部不可能产生本征吸收 D.弱光照时载流子寿命与热平衡时空穴浓度成反比 5、在飞轮转速和方向的光电测量系统中，若光源采用激光二极管，激光波长632nm，输出光调制频率为1kHz，探测器为CdSe光敏电阻，后接的检测电路为带通滤波放大器，其中心频率为1kHz，带宽为100Hz。这样，检测系统可以消除光敏电阻哪些噪声的影响？ f 噪声，热噪声 B.产生-复合噪声，热噪声 C.产生-复合噪声，热噪声 f 噪声，产生-复合噪声 6、在非相干探测系统中 A.检测器能响应光波的波动性质, 输出的电信号间接表征光波的振幅、频率和相 位 B.检测器只响应入射其上的平均光功率 C.具有空间滤波能力 D.具有光谱滤波能力 7、关于半导体对光的吸收，下列说法正确的是 A.半导体非本征吸收时，产生电子－空穴对 B.杂质半导体本材料不会发生本征吸收 C.半导体对光的吸收与入射光波长有关 D.非本征吸收时，吸收的能量全部转换为材料的热能 8、下列关于热电偶和热电堆的说法不正确的是 A.热电堆的测量误差比热电偶小 B.热电堆的测量分辨率比热电偶高
电子科技大学二零零九至二零一零学年第一学期期末考试 一、计算（共28分，共3题） 1、如图1所示，是转速测量系统，已知圆盘的孔数为N，光电探测器输出的脉冲信号频率为f，求转轴的转速n（单位为r/min）。（8分） 图1 转速测量系统 2、已知本征硅材料禁带宽度Eg＝1.2eV，求该半导体材料的本征吸收长波限；已知某种光电器件的本征吸收长波限为1.4μm，求该材料的禁带宽度。（8分） 3、设被测距离最大范围为10km,要求测距精度为1，而各测尺的测量精度为1‰，试给出测尺的个数以及各测尺的长度和频率。（12分）
三、简答题（共46分） 4、在微弱辐射作用下，光电导材料的光电灵敏度有什么特点？为什么要把光敏电阻造成蛇形？（8分） 5、光电导器件的响应时间（频率特性）受哪些因素限制？光伏器件与光电导器件工作频率哪个高？实际使用时如何改善其工作频率响应?（8分） 6、试问图2 (a) 和图2(b)分别属哪一种类型偏置电路？为什么？分别写出输出电压U0的表达式。（10分） (a) (b)
图2 光敏电阻偏置电路 7、如果硅光电池的负载为R L，画出它的等效电路图，写出流过负载R L的电流I L方程及U oc、I sc的表达式，说明其含义（图中标出电流方向）。（10分） 8、光伏探测器的工作模式分为哪几种？为什么（分类依据）？他们的主要区别？（10分） 三、论述题（共26分） 9、为什么说光外差检测方式是具有天然检测微弱信号的能力？（12分）
10、阐述用差动法检测溶液浓度的工作原理(同时画出原理图)及工作过程（必须写出浓度表达式）。（14分）
2019年华南理工大学材料科学与工程（材料科学）考研经验 贴 文章比较长，废话就不多说了，直接上干货！希望对你有帮助！ 一、学习方法 在考研的过程中，最重要的是找到适合自己的学习方法。我认为学习方法主要从以下三个方面不断改善： 1.优秀的老师：公共课主要是看网课来复习，老师的讲课对我们思维方式的影响很大，所以选择合适的课程至关重要。前期可以通过网课去找感觉。 2.好的伙伴：可以找和自己水平差距不大，目标院校也相近的考研伙伴，好的伙伴会产生积极的影响。前期建议一个人去学习，后期可以去找一个伙伴。 3.优秀的自己：总的来说考研是自己的事情，如果你想冲击名校，就要敢于承受常人所不能承受的压力。所以每天该付出多少心里还是应该有个数的。梦想注定是孤独的旅行，这句话绝不是说说而已，备考过程中希望你能无数次的感动自己。 二、学习效率 如何提高效率，有以下几点： 1.学习时长应该慢慢增加，考研更像是马拉松，前期发力过猛，容易后劲不足，平稳递进才是取胜之道。 2.要注意休息，不然效率会降低不少。 3.善于寻找自己的兴奋点，尽可能的调整自己的兴奋点，使之考
研时间相匹配。 三、公共课复习（复习方法有很多，在此只分享一下我的方法） 1.数学（二）：高数基础好的可以跟着张宇走，基础一般的建议跟着汤家凤老师从基础班开始，逐渐拔高。 2.政治：前期的复习可以试试任燕翔老师，我个人非常喜欢他的讲课方式。生动有趣，却又让人很容易理解，把政治讲活了。如果试听觉得不适合可以选择别的老师。最后背的时候一定要信任肖大大！ 3.英语：基础不好，只求过线的同学，推荐一些老师的保命班和作文班。 8月份之前 专业课：一般是材科材科基跟热处理，两本书的差别不大，建议都看一遍，理解透 英语：每天可以背些单词，恋恋有词：全是考研词汇，新东方出的很不错 如果感觉自己的精力比较充沛，可以尝试着每天做一篇阅读理解，并认真的看完解析，解析的话建议看黄皮书（张健的） 数学：课本肯定是要过一遍的，课本上的题目，如果基础好，建议选做；基础不是很理想的，建议地毯式轰炸。 资料的话，李永乐的全书跟线代讲义，张宇的十八讲是必备的，都有视频。高数建议选张宇或者汤家凤，线代李永乐。 政治：后期的肖四押题还可以，背完四套卷60分往上问题不大。建议先不要复习。如果真的不放心，就去一直播找任燕翔，他的马原
南京理工大学研究生培养方案 材 料 学 院 分册 南京理工大学研究生院二〇一四年九月
目录 1、博士研究生培养方案 材料科学与工程 (2) 2、学术型硕士研究生培养方案 材料科学与工程（材料科学与工程学院） (11) 3、全日制专业学位硕士研究生培养方案 材料工程（材料学院） (18) 4、来华留学生培养方案 Doctoral Program in Materials Science and Engineering (25) Master Program in Materials Science and Engineering (27)
博士 研究生培养方案
材料科学与工程 Materials Science and Engineering （学科代码：0805） 一、学科简介 我校材料科学与工程一级学科涵盖材料物理与化学、材料学、材料加工工程三个二级学科。1981年首批获得博士学位授予权并设立博士后流动站，2000年获批材料科学与工程一级学科博士点，2002年材料学被评为江苏省唯一的材料学国家重点学科。材料科学与工程是江苏省重点一级学科，2011年获“985”优势学科创新平台和江苏高校优势学科建设工程立项支持，2012年被评为工业与信息化部重点学科。2012年引进纳米材料创始人、德国科学院前副院长格莱特院士，成立“格莱特纳米科技研究所”, 打造世界一流纳米材料与技术研究团队和研究基地。“先进微纳米材料及装备”协同创新中心2013年首批进入江苏高校协同创新中心。 二、培养目标 本学科博士学位获得者应遵纪守法、品德良好，身心健康；学风严谨，具有强烈的科学探索精神和高度的社会责任感和终身学习的能力。 本学科博士学位获得者应掌握坚实宽广的基础理论和系统深入的专门知识，了解学科的发展方向及国内外研究前沿，并熟练掌握一门外语；能够独立地、创造性地从事科学研究工作，具有主持较大型科研、技术开发及工程项目的能力，能够胜任高等院校、科研院所等的教学、科研或技术管理等工作的高层次创新性人才。 三、研究方向 1．新型金属及复合材料 2．纳米材料与技术 3．先进功能材料（光、电、磁等） 4．新能源材料 5．生物材料 6．无机非金属材料 7．材料表面工程 8．先进材料加工技术 9．材料连接与控制 四、学制和学分 全日制博士研究生学制实行以4年制为主的弹性学制，总学分≧18学分。