光电测试考试复习
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光电检测复习资料..简答题1、光电探测器常见的噪声有哪⼏类?分别简要说明。
(1)热噪声:由载流⼦热运动引起的电流起伏或电压起伏成为热噪声,热噪声功率与温度有关( 2)散粒噪声:随机起伏所形成的噪声(3)产⽣--复合噪声:载流⼦浓度起伏引起半导体电导率的起伏,在外加电压下,电导率的起伏是输出电流中带有产⽣--复合噪声(4)1/f噪声:这种噪声功率谱近似与频率成反⽐(5)温度噪声:是由于器件本⾝温度变化引起的噪声2、光电⼆极管与⼀般⼆极管相⽐有什么相同点和不同点?相同点:都是基于PN结的光伏效应⽽⼯作的不同点:(1)就制作衬底材料的掺杂浓度⽽⾔,⼀般⼆极管要⽐光电⼆极管浓度较⾼(2)光电⼆极管的电阻率⽐⼀般⼆极管要⾼(3)普通⼆极管在反向电压作⽤时处于截⽌状态,只能流过微弱的反向电流,光电⼆极管是在反向电压作⽤下⼯作的,(4)光电⼆极管在设计和制作时尽量使PN结的⾯积相对较⼤,以便接收⼊射光。
3、简述光电三极管的⼯作原理。
光电三极管的⼯作原理分为两个过程:⼀是光电转换;⼆是光电流放⼤。
就是将两个pn结组合起来使⽤。
以NPN型光电三极管为例,基极和集电极之间处于反偏状态,内建电场由集电极指向基极。
光照射p区,产⽣光⽣载流⼦对,电⼦漂移到集电极,空⽳留在基极,使基极与发射极之间电位升⾼,发射极便有⼤量电⼦经基极流向集电极,最后形成光电流。
光照越强,由此形成的光电流越4、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。
产⽣布喇格衍射条件:声波频率较⾼,声光作⽤长度L较⼤,光束与声波波⾯间以⼀定的⾓度斜⼊射。
特点:衍射光各⾼级次衍射光将互相抵消,只出现0级和+1级(或 1级)衍射光,合理选择参数,并使超声场⾜够强,可使⼊射光能量⼏乎全部转移到+1级(或-1级)5、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?热释电效应:热释电晶体吸收光辐射温度改变,温度的变化引起了热电晶体的⾃发极化强度的变化,从⽽在晶体的特定⽅向上引起表⾯电荷的变化,这就是热释电效应。
任何温度下对任何波长的入射辐射能的吸收比都等于1,称为( A ).A.黑体B.灰体C.黑洞D.绝对黑体半导体中施主能级的位置位于( A )中.A. 禁带B. 价带C. 导带D. 满带热效应较大的光是( C ).A. 紫光B. 红光C. 红外D. 紫外为了实现均匀倍增,雪崩光电二极管衬底掺杂材料要求( A ).A.浓度均匀B. 浓度大C. 浓度小D. 浓度适中光纤折射率纤芯n1、包层n2、外套n 3的关系是( B ).A. n1> n2> n3B. n1> n3> n2C. n3> n2> n1D. n2> n3> n1硅光电二极管与硅光电池比较,前者( A ).A.掺杂浓度低B.电阻率低C.零偏工作D.光敏面积大卤钨灯是一种( B ).A.气体光源B. 热光源C. 冷光源D. 激光光源在光电倍增管中,产生光电效应的是( A ).A.阴极 B. 阳极 C. 倍增极 D. 玻璃窗像管中( D )的出现和使用,成为了第一代像管出现的标志性部件。
A. 负电子亲和势阴极;B. 电子光学系统;C.微通道板MCP; D. 光纤面板半导体结中并不存在( D ).A. PN结B. PIN结C. 肖特基结D.光电结光通量是辐射通量的( A )倍.A. 683B. 1/683C. 863D. 1/863面阵CCD主要是通过( A )工作.A. 电荷B. 电压C. 电流D. 电阻光度量是辐射度量的( C )倍.A.683B. V(λ)C.683 V(λ) D . 1/683 V(λ)任何温度下对任何波长的入射辐射能的吸收比都小于1,称为( B ).A.黑体B.灰体C.黑洞D.绝对黑体半导体中受主能级的位置位于( A )中.A. 禁带B. 价带C. 导带D. 满带属于成像的器件是( C ).A. LDB. LEDC. CCDD. PMT充气卤钨灯是一种( B ).A.气体光源B. 热光源C. 冷光源D. 激光光源热效应较小的光是( D ).A. 紫光B. 红光C. 红外D. 紫外在光电倍增管中,产生二次电子发射的是( C ).A.阴极 B.阳极 C. 倍增极 D. 玻璃窗光纤纤芯、包层、外套的折射率n1、n2、n0的关系是( D ).A. n1> n2> n0B. n2> n0> n1C. n0> n2> n1D. n1> n0> n2光照一定,短路电流与入射光波长的关系,属光电池的( C )特性:A. 频率;B. 伏安;C. 光谱;D. 温度.像管中( C )的出现和使用,成为了第二代像管出现的标志性部件。
第一章1.本课程的名称为?光电检测技术(只输入汉字,不加书名号,不加任何标点)2.本课程教材的名称为?光电测试技术(只输入汉字,不加书名号,不加任何标点,不写版次)3.本课程主要讲解内容为教材中的前五章和将在第二三章之间增加的补充内容。
√4.光电检测技术是将电子学与光学融合为一体,通过电信号到光信号的转换来实现信息获取、处理与测量的技术。
√5.光电检测技术的特点是(D)。
A.高精度,高速度,具有很强的信息处理与运算能力B.非接触,远距离、大量程C.抗电磁干扰D.以上都是6.在现代工程装备中,检测环节的成本约占生产成本的百分比约为(B)A.5%~7%B.50%~70%C.10%D.90%7.光学变换和光电转换是光电测量的核心部分。
√第二章1可见光是电磁辐射波谱中人眼可以感知的部分,一般情况下,可见光的波长范围在 _380_nm 到 _780_nm 之间。
(按照本书和本节课所讲的标准)2光度学量衡量的是电磁辐射对人眼刺激大小的感觉,因此在可见光波段才有意义。
√3视觉神经对不同波长光的感光灵敏度不同,人眼对各种波长光的相对灵敏度,称为“光谱光视效能”或者“视见函数”,其最大值为1,无量纲。
√4光度学的七个基本物理量为光通量、光量、_发光强度(光强度;光强)_ 、光亮度、出射度、光照度、曝光量,其中_光照度(照度)_和曝光量是描述物体受光的参量,其余五个皆为描述光源发射光的特性参量。
5、1W的波长为1064nm的光,其光通量为(B)。
A. 1lmB. 0lmC. 683lmD. (1/683)lm6、( C )是发光强度的单位,也国际单位制(SI)的7个基本单位之一。
A. 焦耳(J)B. 流明(lm)C. 坎德拉(cd)D. 勒克斯(lx)7已知某辐射源发出的辐射功率为1W,该波长对应的光谱光视效率为0.5,则该辐射源辐射的光通量为(B)。
(已知人眼在明视条件下的光功当量为680lm/W)A.680 lm B.340 lm C.1360 lm D.0 lm8辐射通量与光通量的单位是相同的。
光电开关测试题(100分)1、【单选题】请问上图的光照检测类型是哪种?【单选题】(15分)A.漫反射、扩散反射B.回归反射、镜反射C.对射、透过型正确答案: A2、【单选题】请问上图的光照检测类型是哪种?【单选题】(15分)A.漫反射、扩散反射B.回归反射、镜反射C.对射、透过型正确答案: B3、【单选题】请问上图的光照检测类型是哪种?【单选题】(15分)A.漫反射、扩散反射B.回归反射、镜反射C.对射、透过型正确答案: C4、【单选题】请问以下对IP65防护等级描述正确的是?【单选题】(10分)A.可以防止0.65μm以上的固体颗粒物入侵设备内部B.可以在65M深的水中工作C.6代表固体外物侵入的防护等级,5代表防水的防护等级D.6代表代表防水的防护等级,5代表固体外物侵入的防护等级正确答案: C5、【单选题】E3Z-R81 2M BY OMC 回归反射型光电开关,一般情况下购买时需要同时购买什么附件才可以正常使用?【单选题】(15分)A.E39-R1SB.E39-L153C.E39-S65DD.E39-S65C正确答案: A6、请根据以下参数选一款安全光幕(答案填写SKU号)光轴数:10间距(mm):40截面(mm*mm):30*30输出方式:NPN主触点:NC保护高度(mm):360总高度(mm):446检测距离:3m 【填空题】(15分)________________________正确答案: H63989(回答与答案完全相同才得分)7、根据以下信息选型一款满足光电开关,品牌欧姆龙客户需要一款60m检测距离的对射光电,输出NPN,自带2m线缆【填空题】(15分)________________________正确答案: H63989(回答与答案完全相同才得分)。
1.光电检测器件和热电检测器件的比较。
答:光电检测器件是利用物质的光电效应把光信号转换成电信号的器件,响应波长有选择性,相应快;热电检测器件是将辐射能转换成热能,再将热能转换成电能的器件。
响应波长无选择性,相应慢。
2.简述光电池与光电二极管的区别。
答:相同点:均为光生伏特器件;不同点:光电二极管PN 结面积小于光电池;光电池无需偏压,光敏二极管一般在负偏压的情况下使用。
3.用图示的方法简述CCD 的电荷转移过程。
4.简述光电检测电路设计依据及其设计要求。
答:灵敏的光电转换能力快速的动态响应能力最佳的信号检测能力长期工作的稳定性和可靠性5.什么是二次调制,二次调制的具有哪些作用?6.对于扩散型PiN 硅光敏二极管来说,i 层主要起到了什么作用?答:i 层为高阻区,承受大部分外加电压,使耗尽区增大,展宽了光电转换的有效工作区域;提高了灵敏度;i 层一般选择高电阻率的基体材料,提高了串联电阻,提高了击穿电压;提高了频率响应。
7.简述变像管和像增强管的工作原理及区别?工作原理:都是光电阴极接收辐射,将光学图像转换为电子数密度图像,加有正高压的阳极起到了电子透镜的作用,使阴极发出的电子聚焦成像在荧光屏上,最终得到目标物的图像。
区别是:变像管是将不可见图像转换为可见图像的器件,而像增强管是把强度低于视觉阈值的图像增强到可以观察程度的光电成像器件。
8. 探测器件在进行极为微弱的信号探测时,有时要放入液氮中使用,为什么?答:载流子无规则的热运动造成的噪声称为热噪声。
当温度高于绝对零度时,导体或半导体中每一电子都携带着C 191059.1-⨯的电量作随机运动,尽管其平均值为零,但瞬时电流扰动在导体两端会产生一个均方根电压,称为热噪声电压。
其平均值为:f kTR U NT ∆⋅=42当0=T 时,02=NT U而且,光电探测器件绝大多数都是半导体材料,受温度影响很大。
综上所述, 当探测器件在对微弱的信号探测时,为了减少温度的影响,放入液氮中使用,是非常行之有效的办法。
光电测试技术复习资料PPT 中简答题汇总1. 价带、导带、禁带的定义及它们之间的关系。
施主能级和受主能级的定义及符号。
答:施主能级:易释放电⼦的原⼦称为施主,施主束缚电⼦的能量状态。
受主能级:容易获取电⼦的原⼦称为受主,受主获取电⼦的能量状态。
2. 半导体对光的吸收主要表现为什么?它产⽣的条件及其定义。
半导体对光的吸收主要表现为本征吸收。
半导体吸收光⼦的能量使价带中的电⼦激发到导带,在价带中留下空⽳,产⽣等量的电⼦与空⽳,这种吸收过程叫本征吸收。
产⽣本征吸收的条件:⼊射光⼦的能量( h V 要⼤于等于材料的禁带宽度⽈3. 扩散长度的定义。
扩散系数和迁移率的爱因斯坦关系式。
多⼦和少⼦在扩散和漂移中的作⽤。
扩散长度:表⽰⾮平衡载流⼦复合前在半导体中扩散的平均深度。
扩散系数D (表⽰扩散的难易)与迁移率⼙(表⽰迁移的快慢)的爱因斯坦关系式:D=(kT/q )⼙ kT/q 为⽐例系数漂移主要是多⼦的贡献,扩散主要是少⼦的贡献。
4. 叙述 p-n 结光伏效应原理。
当 P-N 结受光照时,多⼦( P 区的空⽳, N 区的电⼦)被势垒挡住⽽不能过结,只有少⼦( P 区的电⼦和 N 区的空⽳和结区的电⼦空⽳对)在内建电场作⽤下漂移过结,这导致在 N 区有光⽣电⼦积累,在 P 区有光⽣空⽳积累,产⽣⼀个与内建电场⽅向相反的光⽣电场,其⽅向由P 区指向 N 区。
5. 热释电效应应怎样解释?热释电探测器为什么只能探测调制辐射?在某些绝缘物质中,由于温度的变化引起极化状态改变的现象称为热释电效应。
因为在恒定光辐射作⽤下探测器的输出信号电压为零,既热释电探测器对未经调制的光辐射不会有响应。
6. 简述红外变象管和象增强器的基本⼯作原理。
红外变象管:红外光通过光电导技术成象到光电导靶⾯上,形成电势分布图象,利⽤调制的电⼦流使荧光⾯发光。
象增强器:光电阴极发射的电⼦图像经电⼦透镜聚焦在微通道板上,电⼦图像倍增后在均匀电场作⽤下投射到荧光屏上。
光电检测技术哈理⼯考试复习资料⼀、填空1.光电效应包括(内光电效应)(外光电效应)2.光热效应包括(热释电效应)(辐射热计效应)(温差电效应)3.可见光波长范围(380~780nm)4.描述辐射强度的量(光度学量)(辐射度学量)5.光的波粒⼆象性指的是(波动性)(粒⼦性)6.物体根据导电性能分为(导体)(半导体)(绝缘体)7.(外界提供⾜够的能量)(跃迁到的能带上存在空位)//什么玩意发⽣的条件吧8.(能态的分布)(能态中被电⼦占据的概率)9.半导体对光⼦的吸收可分为(本征吸收)(杂质吸收)(激⼦吸收)(⾃由载流⼦吸收)(晶格吸收)(品格吸收)10.载流⼦在PN结中运动⽅式(扩散)(漂移)11.光电池种类(太阳能光电池)(测量光电池)12.光电耦合器按结构和⽤途可分为(光电隔离器)(光传感器)13.光敏三极管的两个过程(光电转换)(电流放⼤)14.光电倍增管的组成(阴极K)(倍增极D)(阳极A)15.激光器的组成(⼯作物质)(泵浦)(谐振腔)16.光热辐射检测器件包括(热敏电阻)(热电偶检测器件)(热释电器件)17.电流功率18.光电检测系统的检测⽅法分为(直接检测)(光外差检测)分别检测(相⼲光)和(⾮相⼲光)19.直接检测系统和光外差检测系统的基本特性:直接检测系统(信噪⽐、通项带宽度、检测距离、视⾓);光外差检测特性(获得信息全部、转换增益⾼、良好流没特性、信噪⽐损失⼩、最⼩可检测功率)20. 光源光敏⼆极管光电池光栅传感器结构:光删副是由主光栅和指⽰光栅组成⼆、概念1.光电传感器:利⽤光电效应,将光通量转换为电信号的⼀种传感器2.光电导效应:是光照射到某些物体上后,引起电导变化的效应3.热噪声:由于载流⼦的⽆规则运动产⽣的噪声成为~,与温度有关,与频率⽆关。
4.光电效应:当物质受到光照射后,材料的电学性质(电导率改变,发射电⼦,产⽣感应电动势)发⽣变化的现象称为~5.禁带:允许电⼦存在的能带叫允许带,两个相邻允许带之间不允许电⼦存在的能带叫禁带6.价带:在绝对零度下能被电⼦占满的最⾼能带,也是存在电⼦的能带中,能量最⾼的带导带:导带是半导体最外⾯(能量最⾼)的⼀个能带,是由⾃由电⼦形成的能量空间,即固体结构内⾃由运动的电⼦所具有的能量范围7.光电效应:根据光电导效应,当⼊射光变化时,材料的电导率发⽣变化8.光热效应:由于⼊射光照射引起温升从⽽使电导变化,使得负载电阻上电压发⽣变化9.热电检测器件:由于⼊射光与物质相互作⽤的热效应⽽制成内光电检测器件10.光电耦合器件将信号接⼊端和输出端连接到⼀起的器件,以光为媒介将输⼊信号耦合到输出信号11.光电位置敏感器(PSD):对位置的变化进⾏检测的器件12.热释电效应:介质的极化强度随温度变化⽽变化,引起电荷表⾯电荷变化的现象.13.辐射热计效应:⼊射光的照射使材料由于受热⽽造成电阻率变化的现象.14.温差电效应:由两种材料制成的结点出现稳差⽽在两结点间产⽣电动势,回路中产⽣电流.三、简答1.光电检测的测量⽅法及发展趋势(1)⽅法:直接作⽤法,补偿测量法,差动测量法,脉冲测量法(2)发展趋势:①发展纳⽶,亚纳⽶⾼精度的光电检测新技术②发展⼩型,快速的微型光、电、机系统③⾮接触、快速在线测量,满⾜快速增长的商品经济需求④发展微型空间三维和⼤型空间三维测量技术⑤发展闭环检测电路,实现光电检测和光电控制⼀体化⑥向⼈们⽆法触及的领域发展⑦发展光电跟踪和光电扫描技术,远距离遥控、遥测技术,激光制导、飞⾏物⾃动跟踪、复杂形体⾃动扫描测量2.⽐较光电效应和光热效应的作⽤机理,性能及应⽤特点等⽅⾯的差异(1)作⽤机理:①光电效应:光照射到物体表⾯,使材料电学性质发⽣变化(电导率改变、发射电⼦、产⽣感应电动势)②光热效应:光照使温度升⾼⽽引起性质改变(2)性能:①光电效应直接把光⼦能量转变为光电⼦能量②光热效应将光能转变为晶格振动的热能(3)应⽤特点:①光电对光波波长有选择性,响应速度快②光热⽆选择性,响应慢3.光⽣伏特效应与光电导效应的区别(1)光⽣伏特效应:少数载流⼦作⽤,引起电压变化,暗电流⼩,响应快,受温度影响⼩,光电特性线性号,噪声低(2)光电导效应:多数载流⼦作⽤,引起电导率变化,可对微弱辐射检测,光谱响应范围宽。
光电工程考试题及答案一、选择题(每题2分,共10分)1. 光的波粒二象性是由哪位科学家提出的?A. 牛顿B. 爱因斯坦C. 普朗克D. 麦克斯韦答案:B2. 光电效应中,光电子的最大动能与入射光的频率成正比,这是哪位科学家的发现?A. 牛顿B. 爱因斯坦C. 普朗克D. 麦克斯韦答案:B3. 下列哪种材料不适合用于制造光电探测器?A. 硅B. 锗C. 铜D. 硒答案:C4. 光纤通信中,光信号的传输介质是什么?A. 空气B. 真空C. 玻璃D. 水答案:C5. 激光的产生原理是基于哪种物理现象?A. 光电效应B. 康普顿散射C. 受激辐射D. 多普勒效应答案:C二、填空题(每题2分,共10分)1. 光的波长、频率和速度之间的关系可以用公式______来表示。
答案:c = λν2. 光电效应中,当入射光的频率大于金属的截止频率时,会发生______。
答案:光电效应3. 光纤的折射率分布通常采用______型结构。
答案:梯度折射率4. 激光器中,工作物质被泵浦到高能级后,通过______过程释放能量。
答案:受激辐射5. 光电探测器的响应时间通常与材料的______有关。
答案:载流子寿命三、简答题(每题10分,共20分)1. 简述光电效应的基本原理及其应用。
答案:光电效应是指光照射到物质表面时,物质中的电子被光子激发出来的现象。
其基本原理是光子的能量被物质表面的电子吸收,当光子的能量大于电子的逸出功时,电子就能从物质表面逸出。
光电效应的应用非常广泛,包括光电探测器、光电倍增管、太阳能电池等。
2. 描述光纤通信的基本原理及其优缺点。
答案:光纤通信是利用激光在光纤中传播的特性进行信息传输的一种通信方式。
其基本原理是将激光信号通过光纤传输到接收端,然后通过光电探测器将光信号转换为电信号。
光纤通信的优点包括高带宽、低损耗、抗干扰能力强等;缺点则包括成本较高、需要专业的安装和维护等。
四、计算题(每题15分,共30分)1. 已知激光器的输出功率为100mW,求其对应的光子数流强度。
光电检测技术考点整理一、填空题(35分)1.能带形成原因电子共有化。
2.本征吸收在长波方向存在一个界限0λ,称为长波限。
也称红线:gg E E hc 24.10==λ 半导体的禁带宽度愈窄,长波限0λ愈长。
掺杂半导体的长波限大于本征半导体的长波限。
本征吸收发生条件:光子能量必须大于等于材料禁带宽度:g E hc ≥λ3.载流子包括自由电子和自由空穴。
4.N 型:由施主(易释放电子的原子)能级激发到导带中去的电子来导电的半导 体称为N 型半导体。
自由电子的浓度>自由空穴浓度; 施主能级E d 靠近导带E c ;施主电离能△E d ↑,电子更容易跃迁到导带。
P 型:由受主(容易获取电子)控制材料导电性的半导体。
自由空穴的浓度>自由电子浓度; 受主能级E a 靠近价带E v ; 受主电离能△E a ↓,电子更容易跃迁到受主能级。
5.载流子复合过程一般有直接复合和间接复合两种。
掺杂半导体一间接复合为主。
同一类材料掺杂半导体吸收光的长波限比本征半导体吸收光的长波限长。
6.单色辐出度:任何物体的单色辐出度和单色吸收比之比,等于同一温度时绝对 黑体的单色辐出度。
),(),(),(T M T T M eB e λλαλ= ),(),(),(),(T T M T M T eB e λαλλλε==,含义:物体光谱发射率总等于其光谱吸收比,也就是强吸收体必然是强发射体。
7.黑体中温度位移关系(维恩位移定律):B T m =λ,B 不变。
得:当绝对黑体的温度增高时,单色辐出度的最大值向短波方向移动。
绝对黑体的光谱吸收比是物体的光谱发射率;称:?8.光电二极管:加反偏电压工作物质激光器 谐振腔 电学光泵泵浦原 化学光泵热学光泵光学光泵发光二极管:加正偏电压激光器(优)与发光二极管(缺)比较优点:高亮度、单色性好(相干性)、方 向性强。
液晶:被动型发光。
9.半导体结型光器件按结的种类不同,分为:PN 结型、PIN 结型和肖特基结型 等。
光电检测考试复习题1、光源选择的基本要求有哪些?答:①源发光的光谱特性必须满足检测系统的要求。
按检测的任务不同,要求的光谱范围也有所不同,如可见光区、紫外光区、红外光区等等。
有时要求连续光谱,有时又要求特定的光谱段。
系统对光谱范围的要求都应在选择光源时加以满足。
②光对光源发光强度的要求。
为确保光电测试系统的正常工作,对系统采用的光源的发光强度应有一定的要求。
光源强度过低,系统获得信号过小,以至无法正常测试,光源强度过高,又会导致系统工作的非线性,有时还可能损坏系统、待测物或光电探测器,同时还会导致不必要的能源消耗而造成浪费。
因此在设计时,必须对探测器所需获得的最大、最小光适量进行正确估计,并按估计来选择光源。
③对光源稳定性的要求。
不同的光电测试系统对光源的稳定性有着不同的要求。
通常依不同的测试量来确定。
稳定光源发光的方法很多,一般要求时,可采用稳压电源供电。
当要求较高时,可采用稳流电源供电。
所用的光源应该预先进行月化处理。
当有更高要求时,可对发出光进行采样,然后再反馈控制光源的输出。
④对光源其他方面的要求。
光电测试中光源除以上几条基本要求外;还有一些具体的要求。
如灯丝的结构和形状;发光面积的大小和构成;灯泡玻壳的形状和均匀性;光源发光效率和空间分布等等,这些方面都应该根据测试系统的要求给以满足2、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?答:采用阳极接地,负高压供电。
这样阳极输出不需要隔直电容,可以直流输出,一般阳极分布参数也较小。
可是在这种情况下,必须保证作为光屏蔽和电磁屏蔽的金属筒距离管壳至少要有10~20mm,否则由于屏蔽筒的影响,可能相当大地增加阳极暗电流和噪声。
如果靠近管壳处再加一个屏蔽罩,并将它连接到阴极电位上,则要注意安全。
采用正高压电源就失去了采用负高压电源的优点,这时在阳极上需接上耐高压、噪声小的隔直电容,因此只能得到交变信号输出。
题型
填充题15
名词解释20
简答题50
分析题15
1.望远镜,显微镜,投影系统的原理及元器件作用
显微光学系统
组成--- 物镜、目镜、照明系统
现代光学系统--- 摄像器件(如CCD等)获取物镜所成的像(光敏面放在物镜的像平面上)--- 省略目镜
望远光学系统
物镜的像方焦点和目镜的物方焦点重合
--- 入射的平行光束仍保持平行出射
投影光学系统
光路原理
2.产生激光的必要条件有哪些,并说明激光束的特性。
产生激光的必要条件:实现粒子数反转.
激光主要有四大特性:激光高亮度、高方向性、高单色性和高相干性
3.光谱光视效率,亮度守恒定律,空气湍流效应
光谱的光视效率:人眼对各种波长光的相对灵敏度
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,及亮度守恒。
空气湍流效应:通常认为大气是一种均匀混合的单一气态流体,七运动形式分为层流和湍流。
湍流是一种无规则的漩涡流动,质点运动轨迹十分复杂,空间每一点运动速度呈随机变化。
这种湍流状态使光辐射在传播过程中随机的改变其光波参量,出现在光束截面内的光强闪烁,光束弯曲和漂移,光束弥散畸变以及相干性退化等现象,这些统称为大气湍流效应。
4.解释发光二极管的发光机理,其主要特点是什么
发光机理:由于高能电子与空穴复合将释放出一定的能量,即场致激发使载流子由低能级跃迁到高能级,而高能级的电子不稳定,总要回到稳定的低能级,这样当电子从高能级回到低能极时放出光子,及半导体发光。
主要特点:(1)其发光亮度与正向电流之间的(2)响应速度极快(3)正向电压很低,容易与集成电路匹配使用,耗电少。
(4)体积小,重量轻,抗冲击,耐振动,寿命长,单色性好(5)缺陷:发光效率低5. 说明自发辐射,自发吸收,受激辐射之间的不同
光的吸收是指原子在光照的下,会吸收光子的能量由低能态跃迁到高能态的现象。
粒子自发地从高能级跃迁到低能级,同时发出一个光子,这一过程叫做自发辐射.
若处在高能级的粒子,在一个能量等于两能级之差(E2-E1)的光子作用下,从高能级跃迁到低能级并发射一个光子,这一过程称为受激辐射.与自发辐射不同,辐射一定要在外来光作用下发生并发射一个与外来光子完全相同的光子.受激辐射光是相干光.受激辐射光加上原来的外来光,使光在传播方向上光强得到放大.
6.光电器件的性能参数主要有哪些?并做简要说明
参数:1 光电器件的探测灵敏度 2,响应时间和频率相应,(3)噪声等效功率4,探测度D与比探测度D* 5,量子效率见书43
7.解释噪声等效功率和探测度的含义,并说明二者之间的关联。
噪声等效功率又称最小可测功率,定义为光电器件输出的信号电压的有效值等于噪声方均根电压值时的入射光功率。
探测度:是器件在单位输入光功率下输出的信号信噪比。
关联:NEP=1/D
8.内光电效应有哪些,其原理分别是什么?
光电导效应,光生伏特效应
光电导效应:光照变化引起半导体材料电导变化的现象称为光电导效应。
光生伏特效应:又称光伏效应,是指光照固体,尤其是半导体时,使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。
9.何为外光电效应,何为内光电效应,分别解释其原理及利用各自原理的主要器件。
外光电效应:若入射光的光子能量hv足够大,它和金属或半导体材料中的电子相互作用的结果使电子从物质表面逸出,在空间电厂的作用下会形成电流,这种现象称为外光电效应。
主要器件:光电管,光电倍增管
内光电效应:当光照射到半导体时,晶格原子或杂质原子的束缚态电子,吸收光子能量并被激发为传导态自由电子,引起材料的载流子浓度增加,因而导致材料的电导率增大。
与外光电效应不同是光子激发产生的载流子仍保留在材料内部。
主要器件:雪崩光电管,光电二极管,光电池,光敏电阻
10.试解释光生伏特效应。
主要的光伏器件有哪些?试以一种器件为例说明其工作原理。
光生伏特效应:又称光伏效应,是指光照固体,尤其是半导体时,使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。
器件:光电池,光敏二极管,PIN光敏二极管,雪崩光敏二极管,光敏晶体管,光电位置器件。
光敏二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。
光敏二极管和普通二极管一样具有一个PN结,不同之处是在光敏二极管的外壳上有一个透明的窗口以接收光线照射,实现光电转换,在电路图中文字符号一般为VD。
光敏二极管是在反向电压作用之下工作的。
没有光照时,反向电流很小(一般小于0.1微安),称为暗电流。
当有光照时,携带能量的光子进入PN结后,把能量传给共价键上的束缚电子,使部分电子挣脱共价键,从而产生电子---空穴对,称为光生载流子。
它们在反向电压作用下参加漂移运动,使反向电流明显变大,光的强度越大,反向电流也越大。
这种特性称为“光电导”。
光敏二极管在一般照度的光线照射下,所产生的电流叫光电流。
如果在外电路上接上负载,负载上就获得了电信号,而且这个电信号随着光的变化而相应变化。
11.热电探测器件有哪些,试简要说明各自特点
温差电偶(热电偶传感器在温度测量中应用极为广泛,因为它结构简单、制造方便、测温范围宽、热惯性小、准确度高、输出信号便于远传),热敏电阻(由电阻温度系数大的导体或半导体材料制成的电阻元件,也称为测辐射热计),热释电探测器(热释电探测器是一种利用热释电效应制成的新型热探测器。
广泛应用于热辐射和从可见光到红外波段激光的探测,而且在亚毫米波段更受重视),测辐射热计(测辐射热计是基于材料吸收入射辐射,温度发生变化而使其电阻值发生变化,引起负载两端电压变化从而输出电信号的器件)
12.光调制的概念、目的及其分类。
光调制:通过改变光波的振幅,强度,相位,频率或偏振等参数,使传播的光波携带信息的过程。
目的:对所需处理的信号或被传输的信息做某种形式的变换,使之便
于传输,处理,和检测。
分类:按调制的位置是在光源内发生还是在光源外进行分为内调制和外调制。
按调制元件应用的物理效应分为电光调制、声光调制、磁光调制;按调制光波的参量可分为振幅调制、频率调制、相位调制等。
按调制的形式分模拟调制、数字调制和脉冲调制
13.光电器件与运算放大器的连接要点。
零偏压电路只适合微弱光信号的检测,不适合较强辐射的探测若要获得高速响应的光电信息变换,尽量采用光生伏特器件的反向偏置电路14.弱光信号检测方法有哪些(锁相放大器、取样积分器(P141)、光子计数器(145)),其各自原理及特点分别为?
锁相放大器:由三个部分组成:新号通道,参考通道和相敏检波。
信号通道对混有噪声的初始信号进行选频放大,对噪声作初步的窄带滤波;参考通道通过锁相和移相提供一个与被测信号同频同相的参考电压;相敏检波由混频乘法器和低通滤波器组成,输入信号和参考信号在相敏检波器中混频,得到一个与频差有关的输出信号,
特点:1,要求对入射光束进行斩波和光源调制,适用于调幅信号的检测;2,是极窄带高增益放大器,增益可高达1011;3,是交流信号——直流信号变换器。
相敏输出正比于输入信号的幅度和它与参考电压的相位差4,可补偿光检测中的背景辐射噪声和前置放大器的固有噪声,信噪比改善;5,斩光器的旋转速度应该恒速。
15.对相干检测和非相干检测进行比较
若光信息为光强,即被测信号加载到光载波的强度之中,不论光源是相干光源还是非相干光源—直接检测光电系统也是一种非相干检测;若光信息加载于相干光源载波的振幅、频率或相位变化之中为相干检测系统;
若光源是非相干光,使光信息加载于相干光源载波的振幅、频率或相位变化之中为非相干检测系统
16.随时间变化的光电信号变换与检测方法有哪些?
幅值法、频率法、时间法和相位法
17.随空间变化的光电信号变化和检测方法有哪些
几何中心检测法、几何位置检测法、亮度中心检测法
18.光外差检测的特点有哪些?
1,探测能力强2,转换增益高3,信噪比高4,滤波性好5,稳定性和可靠性高
19.光频差获取的方法有哪些:
运动参量调频、固定频移、直接光频调制
20.外差信号检测方法有哪些
双频干涉法、双频切换干涉法、零差检测。