《光电信号检测》部分作业答案

第一章1.举例说明你知道的检测系统的工作原理激光检测一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。

山于仿制困难，故用于辨伪很准确。

2.简述光电检测系统的组成和特点组成：（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，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。

第二章1.试归纳总结原子自发辐射，受激吸收，受激辐射三个过程的基本特征。

自发辐射：处于激发态的原子在激发态能级只能一段很短的时间，就自发地跃迁到较低能级中去，同时辐射出光子。

受激辐射：在外来光的作用下，原子从激发态能级跃迁到低能级，并发射一个与外来光完全相同的光子。

受激吸收：处于低能级的原子，在外来光的作用下，吸收光子的能量向高能级跃迁。

2.场致发光（电致发光）有哪几种形式，各有什么特点结型电致发光（注入式发光）：在p-n结结构上面加上正向偏压(即p区接电源正极，n区接电源负极)时，引起电子由n区流入(在物理上称为“注入”)p区，空穴由p区流入n区，发生了电子和空穴复合而产生发光。

粉末电致发光：这是在电场作用下，晶体内部电子与空穴受激复合产生的发光现象。

两电极夹有发光材料薄膜电致发光：薄膜电致发光和粉末电致发光相似，也是在两电极间夹有发光材料，但材料是一层根薄的膜，它和电极直接接触，不混和介质。

3.为什么发光二极管的PN结要加正向电压才能发光加正向偏压时，外加电压削弱内建电场，使空间电荷区变窄，载流子的扩散运动加强，构成少数载流子的注入，产生电子和空穴的复合，从而释放能量，并产生电致发光现象。

4.发光二极管的外量子效率与射出的光子数，电子空穴对数，半导体材料的折射率有关。

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。

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：MM 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%111211=⨯⨯=∆=∆M M nk U U2、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 。

第一章1.光电传感器是基于光电效应，将光信号转换为电信号的一种传感器答案:对2.PN结型的光电传感器有光电二级管、光电晶体管光电晶闸管等答案:对3.非PN结的光电传感器有光敏电阻、热敏电阻及光电管等答案:错4.一般的电子检测系统由三部分构成，分别是（）、（）和（）答案:传感器;输出环节;信号调制器5.光电检测系统频率量级上比电子检测系统提高了几个数量级，因此在载波容量、角分辨率、距离分辨率和光谱分辨率上大大提高答案:对第二章1.热效应较小的光是答案:紫外2.半导体中受主能级的位置位于答案:禁带3.波长为500nm的波属于答案:可见光4.光度量是辐射度量的()倍答案:683V(λ)5.本征半导体在绝对零度时，在不受光的照射下，导带中没有电子，价带中没有空穴，此时不能导电。

答案:对第二章1.建筑产品组合包括三个因素：广度、深度和相关性答案:对2.建筑企业组织再就是以工作流程为中心，重新设计建筑企业组织的结构形式及运作方式（）答案:对3.自我超越是五项修炼的重要内容之一（）答案:对4.授权以项目为对象，建筑企业将完成某项工作所必须的权力授给企业代理人（）答案:错5.在建筑企业项目控制过程中，最重要的项目报告是（）答案:专题报告6.麦克莱兰的激励需要理论、成就需要理论、成就动机理论也称三种需要理论。

答案:对7.强化理论是美国的心理学家和行为科学家（）等人提出的一种理论答案:马斯洛8.信息的信噪比的大小决定了光电探测器件能否测量出改信息。

答案:错9.根据噪声来源，光电探测器的噪声有几种形式？答案:热噪声;低频噪声;散粒噪声10.设计光电信号检测电路必须满足下列哪些要求？答案:长期工作的稳定性和可靠性;快速的动态响应能力;灵敏的光电转换能力;最佳的信号检测能力11.对于光伏型的光电信号输入电路，当入射光通量一定时，负载增大，输出电压也增大，但是当电阻达到一定值后输出电压变饱和。

答案:对12.光电、热电检测器件对检测电路中的高频信号的衰减影响较大。

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 。

第一章1.举例说明你知道的检测系统的工作原理激光检测一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。

山于仿制困难，故用于辨伪很准确。

2.简述光电检测系统的组成和特点组成：（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，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。

第二章1.试归纳总结原子自发辐射，受激吸收，受激辐射三个过程的基本特征。

自发辐射：处于激发态的原子在激发态能级只能一段很短的时间，就自发地跃迁到较低能级中去，同时辐射出光子。

受激辐射：在外来光的作用下，原子从激发态能级跃迁到低能级，并发射一个与外来光完全相同的光子。

受激吸收：处于低能级的原子，在外来光的作用下，吸收光子的能量向高能级跃迁。

2.场致发光（电致发光）有哪几种形式，各有什么特点结型电致发光（注入式发光）：在p-n结结构上面加上正向偏压(即p区接电源正极，n区接电源负极)时，引起电子由n区流入(在物理上称为“注入”)p区，空穴由p区流入n区，发生了电子和空穴复合而产生发光。

粉末电致发光：这是在电场作用下，晶体内部电子与空穴受激复合产生的发光现象。

两电极夹有发光材料薄膜电致发光：薄膜电致发光和粉末电致发光相似，也是在两电极间夹有发光材料，但材料是一层根薄的膜，它和电极直接接触，不混和介质。

3.为什么发光二极管的PN结要加正向电压才能发光加正向偏压时，外加电压削弱内建电场，使空间电荷区变窄，载流子的扩散运动加强，构成少数载流子的注入，产生电子和空穴的复合，从而释放能量，并产生电致发光现象。

4.发光二极管的外量子效率与射出的光子数，电子空穴对数，半导体材料的折射率有关。

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。

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。

《光电信号检测》部分作业答案P68.9. 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 ）1.试分析图3-72（a），（b）所示的放大电路中，光敏电阻Rp的作用。

2光生伏特器件有哪几种偏置电路？各有什么特点？3.产生激光器的三个必要条件是什么？4.总结不同类型光电检测器静态工作点状态是如何确定的？5.如图所示电路中，设电源电压源为U b=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R L,并作出负载线。

6.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S K=30μA/lm，阳极积分灵敏度S A=10A/lm，阳极暗电流I d=4μA，输入电路是电阻R=105Ω和电容C0=0.1μF的并联，阴极面积为80mm2，要求信号电流I L=10-4A，计算阳极噪声电流，负载电阻上的噪声电压和信噪比。

7.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。

8.试述实现外差检测必须满足的条件。

9.简述光电探测器的选用原则1.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。

2.答：光伏探测器可以有正向偏置，反向偏置和零偏置三种偏置状态。