光电检测 大作业

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（mμ）到（mμ）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()122222222211221211001001010E E L I E L I L I L I E R IE 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）。

1 引言在很多高温的环境中，一般都同时伴有高压与高冲击等特点，这些特殊的环境对测试仪器的性能提出了很高的要求。

在这些不适合人为操作的场合，实验一旦开始，则不允许实验者进入实验场地，这往往就要求测试装置必须在放入实验环境的同时就通电，而这会带来不必要的电源损耗，如果实验等待时间过长有可能会出现电池电量损耗过多的情况。

为了解决此问题，本文设计了一种在高温环境中应用光电二极管来实现光控的电源开关。

电路设计中排除了太阳光的干扰，光敏二极管吸收辐射光波，经光电转换放大后进行整形滤波，最后利用电压控制开关达到闭合电源开关的效果。

2 高温环境中光信号的特点一切具有温度的物体都在不断的向外辐射红外线，理想的红外辐射体成为黑体，黑体红外辐射的出射度与温度和波长的关系可用普朗克公式表示出来。

根据普朗克公式可以计算出黑体不同波段的辐射能量与温度的关系。

温度为1000℃时，1.5um左右波长的光的红外辐射能量在总辐射能量中所占比例最大，可见光辐射能量所占比例最温度升高而增加。

2500℃时可见光辐射能量所占比例最大，所以1000℃~2000℃的温度范围内近红外光的辐射能量最大。

3 光触发开关的设计3.1 光电传感器的选择3.1.1光电传感器的选择主要依据以下几条原则（1）上升时间。

伴随高温的主要是爆炸，而爆炸光信号持续时间很短，一般在10us以下，所以光电传感器要有很快的响应时间。

（2）光谱的响应范围。

高温环境下光谱主要集中在近红外光光谱范围，因此应选择响应光谱在近红外光光谱范围内的光电传感器。

（3）光电流。

一般情况下，光电传感器的输出灵敏度相对较小，大多在MA级别。

选择光电流小的传感器，需要在后级电路配置高放大倍数的放大器，但是此时一些外界信号也会经过放大器放大，从而造成开关误触发。

因此在选择光电传感器时应该选择光电流大，感光面积大的光电传感器。

3.1.2 光电传感器类型(1) 光电二极管硅光电二极管是最简单、最具有代表性的光生伏特器件。

光电检测技术作业第一章绪论1.为什么说传统的光学仪器已不能满足当今社会生活与科技发展的需求，那么传统光学仪器是否要淘汰？光学仪器要朝什么方向发展？答：（1）①传统的光学仪器已不能满足当今社会生活与科技发展的需求。

随着科学技术的发展，随着对复杂信息的高速采集和自动控制等需要的日益迫切，对光学仪器提出了日益增长的技术要求：如对高速运动或瞬息短暂过程的观察、记录、显示和储存；对复杂的二维或三维物体的形状和尺寸的识别、精确测量；对宏观或超微细图形的分析和判读，特别是对于太空、深水、高温、有害气体、核辐射等人类难以长期接触的各种特殊工作环境，这些都是传统光学仪器所难以胜任的。

以光、机为主体的传统光学仪器主要靠视觉参与下的人机系统，还离不开人的操作和观察，这与当代社会化大生产的要求很不适应。

②根据目前的市场需求和国家产业结构而言，还不能完全淘汰传统光学仪器。

首先光学的发展经历了理论上不断完善、技术不断成熟、应用逐渐广泛的过程。

在光的电磁波理论产生前的二千多年中，各国光学科学家发现了许多光学现象，建立了许多几何光学和物理光学定理，并根据这些定理制作了许多至今仍有重要实用价值的光学仪器，包括望远镜、显微镜、照相机、电影机、经纬仪、光谱仪等，大大扩展了人类的观察、测量和分析能力，在长期的生产和科学实验中作出了重要贡献。

其次我国光学仪器制造业（民用系统）目前主要生产传统光学仪器，包括显微镜、望远镜、光学计量仪器、物理光学仪器、测绘和遥感光学仪器及电子光学仪器等，在产业结构没有完全调整的当前还不能淘汰传统光学仪器。

（2）光学仪器的发展方向①光学仪器要朝光、机、电、算一体化的现代光学仪器或光电仪器和设备的方向发展。

由于光电系统能充分发挥光学和电子两方面技术的优越性，所以在生产过程中的自动监控、图象分析、精密测量、信息处理和传输、能源利用、微观探索等各个领域发挥着越来越重要的作用。

因此，现代化生产和科学实验迫切要求开发更多的此类光学仪器。

思索题及其答案习题01一、填空题1.一般把对应于真空中波长在（0.38 ）到（0.78 ）范围内旳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旳量有两类, 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）。

光旳传播过程中重要体现为（波动性）, 但当光与物质之间发生能量互换时就突出地显示出光旳（粒子性）。

二、概念题1.视见函数: 国际照明委员会（CIE）根据对许多人旳大量观测成果, 用平均值旳措施, 确定了人眼对多种波长旳光旳平均相对敏捷度, 称为“原则光度观测者”旳光谱光视效率V(λ),或称视见函数。

2.辐射通量: 辐射通量又称辐射功率, 是辐射能旳时间变化率, 单位为瓦(1W=1J/s), 是单位时间内发射、传播或接受旳辐射能。

3、辐射亮度: 由辐射表面定向发射旳旳辐射强度, 除于该面元在垂直于该方向旳平面上旳正投影面积。

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种点光源发出旳, 在单位时间内、给定方向上单位立体角内所辐射出旳能量, 单位为W／sr(瓦每球面度)。

三、简答题辐射照度和辐射出射度旳区别是什么？答: 辐射照度和辐射出射度旳单位相似, 其区别仅在于前者是描述辐射接受面所接受旳辐射特性, 而后者则为描述扩展辐射源向外发射旳辐射特性。

四、计算及证明题证明点光源照度旳距离平方反比定律, 两个相距10倍旳相似探测器上旳照度相差多少倍？ 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 ()122222222211221211001001010E E L IE 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）。

光电检测技术课程作业及答案打印版概要简介光电检测技术是一种通过电子元件和光学器件相互配合完成检测任务的技术，目前被广泛应用于机器人、仪表仪器、军事航天以及生物医药等领域。

光电检测技术是一门深度交叉的学科，涉及到光学、电子学、控制学等多个学科的知识，因此对学生的学习、掌握和掌握技能都有很大的挑战。

本文将提供光电检测技术课程的作业及答案打印版概要，帮助同学们更好地学习、复习和掌握光电检测技术。

课程作业本课程的作业包含三个部分，分别是：1. 知识点梳理光电检测技术的知识点非常丰富，需要同学们对各种的传感器、滤波器、光源以及电路等知识点进行归纳和。

通过对知识点的梳理可以更好地理解和掌握光电检测技术的核心概念。

2. 实验设计在实验课中，同学们将会亲手操作光电检测技术相关的设备和仪器，完成各种光电检测技术的实验。

在实验设计环节，需要同学们自主设计实验方案，包括实验目的、设备清单、数据采集方案以及实验数据分析等，全面提高同学们的实验设计与实验能力。

3. 报告撰写课程涉及到的实验项目将会要求同学们撰写实验报告，在实验报告中需要写明实验目的、实验原理、实验步骤和实验结果，同时对实验中遇到的问题进行分析和。

通过写实验报告，同学们可以更好地理解和掌握光电检测技术的应用。

答案打印版每个作业的答案都是课程教师出题并认可的标准答案，与课程中的出题考点相吻合。

答案打印版主要用于同学们进行自我测验或考前复习，以帮助同学们更好地掌握光电检测技术知识和实验技能。

光电检测技术是一门重要的现代科学技术，它在现代工程和科学领域中有着广泛的应用。

通过此篇概要，希望同学们能够更好地掌握本课程所涉及的知识点，更好地完成作业和实验设计，同时也能够通过本文提供的答案打印版进行自我考核和复习，以达到更好的学习效果。

高光谱成像技术进展By 130405100xx 一．高光谱成像技术的简介高光谱成像技术的出现是一场革命，尤其是在遥感界。

它使本来在宽波段不可探测的物质能够被探测，其重大意义已得到世界公认。

高光谱成像技术光谱分辨率远高于多光谱成像技术，因此高光谱成像技术数据的光谱信息更加详细,更加丰富,有利于地物特征分析。

有人说得好，如果把多光谱扫描成像的MSS ( multi-spectral scanner) 和TM( thematic mapper) 作为遥感技术发展的第一代和第二代的话, 那么高光谱成像( hyperspectral imagery) 技术则是第三代的成像技术。

高光谱成像技术的具体定义是在多光谱成像的基础上，从紫外到近红外（200-2500nm）的光谱范围内，利用成像光谱仪，在光谱覆盖范围内的数十或数百条光谐波段对目标物体连续成像。

在获得物体空间特征成像的同时，也获得了被测物体的光谱信息。

（一）高光谱成像系统的组成和成像原理而所谓高光谱图像就是在光谱维度上进行了细致的分割，不仅仅是传统所谓的黑、白或者R、G、B的区别，而是在光谱维度上也有N个通道，例如：我们可以把400nm-1000nm分为300个通道。

因此，通过高光谱设备获取到的是一个数据立方，不仅有图像的信息，并且在光谱维度上进行展开，结果不仅可以获得图像上每个点的光谱数据，还可以获得任一个谱段的影像信息。

目前高光谱成像技术发展迅速，常见的包括光栅分光、声光可调谐滤波分光、棱镜分光、芯片镀膜等。

下面分别介绍下以下几种类别：（1）光栅分光光谱仪空间中的一维信息通过镜头和狭缝后，不同波长的光按照不同程度的弯散传播，这一维图像上的每个点，再通过光栅进行衍射分光，形成一个谱带，照射到探测器上，探测器上的每个像素位置和强度表征光谱和强度。

一个点对应一个谱段，一条线就对应一个谱面，因此探测器每次成像是空间一条线上的光谱信息，为了获得空间二维图像再通过机械推扫，完成整个平面的图像和光谱数据采集。

光电检测系统作业答案：第一章：1-2：使用一定的敏感器和传感器，对被测量感知，并转化为电信号，实现非电量的检测。

1-7：题目自拟。

第二章：2-2：光照PN结产生光生载流子，在PN结两端出现电动势，称为光生伏特效应。

在光生伏特效应中，与光照相联系的是少数载流子的行为，少数载流子的寿命通常很短，所以光生伏特效应的探测器比光电导探测机器有更快的响应速度。

2-4：光电效应是指光照射到物体表面上使物体发射电子、或电导率发生变化、或产生光电动势的现象。

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。

光电效应对光频率(波长)具有选择性，在光子与电子的相互作用下，其响应速度比较快。

按照是否发射电子可将光电效应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、光生伏特效应等。

光热效应是指探测元件在吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的变化，而是把吸收的光能变为晶格的热运动，引起探测元件温度的上升，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(波长)没有选择性，因而物质温度的变化仅决定于光功率，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、温差电效应和辐射热计效应等。

第三章3-4：该题参数不够3-5：光电导器件响应时间受入射光的照度、所加电压和负载电阻大小等因素限制。

光伏器件的工作频率比光电导器件的工作频率高。

实际使用中主要通过电路设计来改善工作频率响应，如合理地设计负载电阻的大小。

3-13: 由于光照度增大到一定程度后，硅光电池的p-n 结产生的光生载流子数达到饱和，其开路电压也将受到势垒高度的限制，因此不会再随入射照度的增大而增大。

硅光电池的最大开路电压由表达式可得lnI S U U T oc Φ=，其中U T ≈0.26mV ，S 为光电灵敏度，Ø为光照度，通常U oc ≈0.45~0.6V 。

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。

其别：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。