下载文档原格式
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（0.38mμ）到（0.78mμ）范围内的电磁辐射称为光辐射。
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：2224444R I R I dA d E R dA d E R II===∴=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 ()122222222211221211001001010E E L IE 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）。
光电探测技术考试试题一、选择题1. 以下哪种元器件可以将光信号转换为电信号？A. 电极B. 激光器C. 光电二极管D. 传感器2. 在光电探测技术中，PDMS是什么的缩写？A. 光电传感器B. 光纤传输C. 光纤连接器D. 聚二甲基硅氧烷3. 下列哪项是控制光电传感器的最佳方法？A. 改变输入供电电压B. 改变光源的强度C. 调整接收光线的位置D. 控制光电二极管的极性4. 光电二极管常用于哪个方面的应用？A. 显微镜B. 传感器C. 激光器D. 高清摄像5. 在光电探测技术中，什么是光斑？A. 微小的发光区域B. 光信号的频率C. 光信号的强度D. 光信号的速度二、填空题6. 光电二极管是一种________元器件，可以将光信号转换为电信号。
7. 光电传感器一般由光源、________、信号处理电路和输出电路等部分组成。
8. 光电二极管的特点之一是________，即其输出电流与输入光线的强弱成正比。
9. 光电二极管最常见的用途之一是在________中测量光线的强度。
10. 光电传感器需要根据具体的应用，选择合适的_______。
11. 请简要说明光电探测技术的基本原理。
光电探测技术是利用光电二极管等元器件将光信号转换为电信号的技术。
当光线照射到光电二极管上时，光子的能量会激发出电子，并在二极管内产生电流。
通过测量该电流的大小和变化，可以获得光线的强度、频率等信息。
12. 光电传感器的工作原理是什么？光电传感器的工作原理是利用光电二极管对光信号的敏感性。
当光线照射到光电二极管上时，光子的能量会激发出电子，并在二极管内产生电流。
该电流经信号处理电路和输出电路处理后输出，用来表示光线的强度、频率等信息。
13. 光电探测技术在哪些领域有应用？光电探测技术在许多领域有广泛的应用。
例如，在工业自动化中，光电传感器可用于检测物体的位置、颜色和形状；在医疗领域，光电探测技术可用于测量血液中的氧气含量；在通信领域，光电探测技术则用于光纤通信等。
一、填空题1.光电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。
2.（光学）变换与光电转换是广电（测量）的可信部分。
3.光电式发动机转速传感器一般安装载（分电器）内或（曲轴）前段，由信号发生器和带光孔德信号盘组成。
4.外光电效应是指受到（光辐射）的作用后，产生（电子）发射的现象。
5. 光敏电阻具有体质小、坚固耐用、价格低廉、（光谱）响应范围宽等优点，广泛应用于（微弱）辐射信号的检测技术领域。
6.由于增益过程将同时使（噪声）增加，故存在一个最佳增益（系数）。
7.（视场角）亦是直接检测系统的性能指标之一，它表示系统能“观察”到的（空间）范围。
8.外差检测是利用运动目标与检测仪器之间因（相对）运动而产生的（多普顿）频移来实现其测距、测速和跟踪的。
9.在测量光强信息时需要把光的（强弱）变为数字量才能进行数字显示，或送入计算机进行计算或分析，既需要对光电进行（A/D）转换。
10.光电信机技术是将电子学与广西（浑然）一体的技术，是光与电子（转换）及其应用的技术。
11.光电检测系统虽具体构成形式各不相同，单但有一个共同的特征，既都具有（光发射机）、光学（信道）和光接收机这一基本环节。
12.汽车的光电式位置传感器是利用光电元件的光电效应测量位置信号的，主要应用有（曲轴位置）、车身高度、（转向盘转角）等检测。
13.内光电效应是指受到光照射的物质内部电子（能量）状态产生变化，但不存在（表面）发射电子的现象。
14.（光生伏特）效应是少数载流子到店的光电效应，而（光电导）效应是多数载流子到店的光电效应。
15.在光电的直接检测中，光电（培增管）、（雪崩管）的检测能力高于光电导器件。
16.影响检测距离的因素很多；发射系统，接收系统的（大气）特性以及目标特性都将影响检测距离。
（反射）17在有噪声随机（叠加）在信号上时，使信号产生（畸变）18.单元光电信号的（A/D也就是对单元光电器件构成的光电变换电路的信号进行数字化处理的过程。
Ω==∴Ω==∴==∴==∴=493)(520)(6.0)lg()lg(1)(4143132112rrrg P r g P E E R E E R E E R R r E S R I U UE S I λ3.5m E hc g μλ0353.12.1/10310626.6/8340=⨯⨯⨯==-eV hc E g 4.1/0==λ3.8答：图a 为恒流偏置电路，图b 为恒压偏置电路。
5.1答：由光窗材料和光电阴极材料决定（短波限由前者，长波限由后者）5.4答：在较强辐射作用下倍增管的灵敏度下降的现象，称为疲劳。
光电倍增管在正常情况使用的情况下，随着时间的积累，灵敏度下降，称为衰老。
区别：疲劳时暂时的现象，避过一段时间后，灵敏度将会全部或部分恢复过来，而衰老是永久的，是不能恢复的。
因为这样做，会使充电后的倍增管的阳极长时间在强辐射下，引起光电倍增管的疲劳和衰老现象。
7.1答：基本原理：检测系统科经光学天线或直接由探测器接收光信号，在起前段还可以经过频率滤波和空间滤波处理。
接收到的光信号入射到光探测器的光敏面上。
同时，光学天线也接收到背景辐射，并与信号光一起入射到探测器光敏面上。
因为光电探测器输出的光电流为：)](1[)](1[t d P h e t d P I P +=+=νηβ。
式中，第一项为直流电平，可以用隔直电容隔掉；第二项为所需要的信号，即光载波的包络检测。
7.2答：（1）利用信号调制及选频技术可一直噪声的引入，噪声的大小与电路的频带宽度成。
正比，因此放大器应该采用带宽尽可能窄的选频放大器或锁放大器。
（调制）(2)将器件制冷，减少热发射，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。
（制冷）（3）采用最佳条件下的偏置电路，使信噪比（S/N ）最大。
（偏置）7.4答：四象限光电池PSD优点 1.结构简单，电路部分不复杂2.在测量精度要求不高场合应用广泛。
1.对于光斑的形状无严格要求，即输出信号与光的聚焦无关，与光的中心能量位置有关。
光电检测技术与应用试题
学号姓名得分任课教师
1、叙述金属、半金属、半导体以及绝缘体的能带结构的特点，并相应给出能带示意图
进行说明。
（20分）
2、叙述光电池的工作原理以及开路电压、短路电流与光照度的关系。
为什么光电池的
输出与所接的负载有关系？（15分）
3、叙述热电探测器与光电探测器在原理上的不同。
（10分）
4、试用光电耦合器件实现下列逻辑电路：（15分）
=
F=A·B
5、试用光电器件设计一个霓虹灯自动控制电路，要求：（40分）
（1）天黑霓虹灯自动开启，天亮则自动关闭
（2）画出原理框图，叙述控制原理
（3）设计全部控制电路
（4）晚上暴雨闪电时，霓虹灯不能出现闪耀现象，叙述采取的措施。
多练出技巧巧思出硕果光电检测技术作业2光电导灵敏度S g=0.5 X10-6 S / 1. 设某只C dS 光敏电阻的最大功耗为30mW，lx ，暗电导 g=0 。
试求当 CdS 光敏电阻上的偏置电压为 20V 时的极限照度。
2. 在如图所示的照明灯控制电路中，将上题所给的C dS 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 b820，R e3.3k,U w4V ，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 6 k ，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107 Hz？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Pmax7 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 / min ）的转速时，最好选用（D）为光电接收器件。
光电检测技术第四版答案1.在演示光电效应的实验中,原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连,用弧光灯照射锌板时,验电器的指针张开一个角度,如图所示,这时（）[单选题] *A.锌板带正电,指针带负电B.锌板带正电,指针带正电(正确答案)C.锌板带负电,指针带正电D.锌板带负电,指针带负电2.用单色光照射某种金属表面发生光电效应。
已知单色光的频率为ν,金属的逸出功为W,普朗克常量为h,光电子的最大初动能为Ek,下列关于它们之间关系的表达式正确的是（） [单选题] *A.Ek=hν-W(正确答案)B.Ek=hν+WC.W=Ek-hνD.W=Ek+hν3.一单色光照到某金属表面时,有光电子从金属表面逸出,下列说法中正确的是（）[单选题] *A.增大入射光的频率,金属的逸出功将增大B.增大入射光的频率,光电子的最大初动能将增大(正确答案)C.增大入射光的强度,光电子的最大初动能将增大D.延长入射光照射时间,光电子的最大初动能将增大4.用波长为λ的紫外线照射钨的表面,释放出来的光电子中最大的动能是Ek,普朗克常量h, 光速c,则钨的极限频率为（） [单选题] *A. c/λB. Ek/hC. hc/λ-EkD.c/λ-Ek/h(正确答案)5.在做光电效应实验时,某金属被光照射发生了光电效应,实验测出光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系图像如图所示,说法不正确的是（）[单选题] *A. 纵截距的绝对值为金属的逸出功B. 斜率为普朗克常量C. 横截距为该金属的极限频率D. 换极限频率较大的另一种金属做实验并作出图像，图像的斜率也变大(正确答案)6.把一块带负电的锌板连接在验电器上,验电器指针张开一定的角度。
用紫外线灯照射锌板,发现验电器指针的张角发生变化。
下列推断合理的是（）[单选题] *A.验电器指针的张角会不断变大B.验电器指针的张角会先变小后变大(正确答案)C.验电器指针的张角发生变化是因为锌板获得了电子D.若改用红外线照射锌板也一定会使验电器指针的张角发生变化7.光照在某金属表面上发生了光电效应。
光电技术试题及答案解析一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 光电效应中，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，而是与入射光的频率成正比，这一现象是由哪位科学家首次提出的？A. 普朗克B. 爱因斯坦C. 牛顿D. 波尔答案：B2. 光电倍增管的主要作用是什么？A. 产生光电流B. 放大电信号C. 转换光信号为电信号D. 过滤噪声信号答案：B3. 下列哪种材料不适合用作光电探测器？A. 硅B. 锗C. 铜D. 硒答案：C4. 光电二极管的工作原理基于哪种效应？A. 光电效应B. 热电效应C. 光伏效应D. 霍尔效应答案：A5. 在光纤通信中，光信号的传输主要依靠哪种模式？A. 单模B. 多模C. 混合模D. 随机模答案：A6. 光电传感器的响应时间通常比机械传感器快，这是因为光电传感器的工作原理基于光速传播，而机械传感器则依赖于机械运动。
以下哪种说法是错误的？A. 光电传感器的响应时间与光速有关B. 机械传感器的响应时间与机械运动速度有关C. 光电传感器的响应时间一定比机械传感器快D. 光电传感器的响应时间与传感器材料无关答案：C7. 光电倍增管的工作原理中，二次电子发射是指什么？A. 电子与光电倍增管壁碰撞产生新的电子B. 电子与光电倍增管壁碰撞产生新的光子C. 电子与光电倍增管壁碰撞产生新的声子D. 电子与光电倍增管壁碰撞产生新的磁子答案：A8. 在光电效应中，如果入射光的频率低于金属的截止频率，将会发生什么？A. 发生光电效应B. 不发生光电效应C. 发生康普顿散射D. 发生瑞利散射答案：B9. 光电探测器的量子效率是指什么？A. 探测器接收到的光子数与发射出的电子数的比值B. 探测器发射出的电子数与接收到的光子数的比值C. 探测器接收到的光子数与发射出的光子数的比值D. 探测器发射出的光子数与接收到的光子数的比值答案：B10. 光纤通信中，光信号的衰减主要受哪些因素影响？A. 光纤材料的纯度B. 光纤的直径C. 光的波长D. 所有以上因素答案：D二、多项选择题（每题3分，共15分）1. 光电效应的产生需要满足哪些条件？A. 入射光的频率必须大于金属的截止频率B. 入射光的强度必须足够高C. 入射光的波长必须小于金属的截止波长D. 入射光的偏振方向必须与金属表面垂直答案：A, C2. 光电倍增管的主要应用领域包括哪些？A. 光谱分析B. 核物理实验C. 医学成像D. 光纤通信答案：A, B, C3. 光电传感器的优点包括哪些？A. 快速响应B. 高灵敏度C. 抗干扰能力强D. 易于集成答案：A, B, C, D4. 光纤通信中，光信号的传输模式包括哪些？A. 单模B. 多模C. 混合模D. 随机模答案：A, B5. 光电探测器的类型包括哪些？A. 光电二极管B. 光电晶体管C. 光电倍增管D. 光电电阻答案：A, B, C, D三、填空题（每题2分，共10分）1. 光电效应中，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比，这一关系由______方程描述。
光电检测技术作业 21.设某只CdS 光敏电阻的最大功耗为30mW 光电导灵敏度Sg = 0.5 X10 -6 S / lx ，暗电导g o =0。
试求当CdS 光敏电阻上的偏置电压为 20V 时的极限 照度。
解：由式(M) J=US 尸得最大照度 E 二(將)'二=22500 lx最小照度E 二丄J 二卩=150 lxUS US v2. 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 ？W ：在照明控制电路中，入射辐射很强r=0•気 光敏电阴分压^220-0.002* (1+5)* 1000=208 ¥由 I t _US E r 得，E == 369.8 lxJ 罗 us s 在光滋民右3K 时，人射藏射■■逼弱，r=l,由U=220—0.002* <5+R) *1000,推出 S.E,故立电氏值调剰820 Q匸3. 在如图所示的电路中，已知R b 820 , R e 3.3 k ,U w4V ,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7 0lx，求R e 3.3 k 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。
答：根据图示为恒流偏曽电路，流过稳压管的电流1广丛詳9.8mA 满足稳压管的工作条件 R 卜 82()(1)当 U W = 4V 时，I c = U- " Ubc= 4\° 7 = 1mAc R, IJ - u 由R 广 __得输出电压为6伏时电阻R,=6KV\,输出堪压为9伏时电阻 W 故“器誥％输出电压为8V 时，光敏电阻的阻值为R r =-^ 解得E-601x (2)与(1)类似.得到E=341x ( -个E 对应•个R)(3)当 R 严3.3KS 时，I e =lmA ?r=l, R P =6KV 解得 R p =3.4KV\U o = U bs ・ I.R 厂8.6V;当 R. =6KV 时,I t =O.55inA, U o =U bb ・ I.Rp=10. 13V⑷电路的电压灵敏度-詈耗讪(5)3.3*10'曲代"就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10 7 Hz ？辭响光生伏特器件频率响应的主耍因求有三点：（1）直俠结区内产空的扯生毀漩了渡越结区的时问心，即漂移时问|<2）在門鉛区外产生的光生载流子护散到PN 结区内所需的时间4.即不散时间：（3）由PN^itl 容、曾芯电齟％及负载电班阳构成的RC 延迟时间和—对于門站型硅北応二极管，此生較流了的扩歆吋间鼻足嚴制莊光电二极曽颇率响应的主耍因武.由于光生報诜子的計散运功很慢，用此扩敢时问q 很长，釣为100ns.则加址薛_L 作魏率 土上丄 £ io'Hzfp .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？答，答：当光加强度増人到某个特定值时.硅光电池的结产生的光生载流f 数达到了最大位，即出现饱和，再増大光照强度，其开路电斥不再萌之増大.硅光电池的开路电压表达式为^ = — 祠）▼将r,=-^d-严2“代入世科 于输出电压/ =I L R L =["-匚（严即包含了扩散电流切B 和暗电流S 的影响.使即硅光电池的有载输出电压总小于开路电用❻06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。
