光电探测技术与应用 课后习题与答案

光电检测技术课程作业及答案(打印版)

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：

光电技术习题

第一章习题 1、解释概念： 辐射出射度，辐射强度，辐射亮度Le ，照度，稳定腔和非稳定腔 2、教材1.1题和1.3题。 3、如图所示，设点源的辐射强度为I，它与被照面上x点处面积元dA的距离为l，dA的法线与l的夹角为q。求点源在被照面dA上产生的辐射照度。 4、已知波长l＝400nm光的光视效率Vl= 0.0004 ，该波长上1W的光功率可以产生的光通量为多少？ 5、假设人体辐射符合黑体辐射规律，人体的温度为310K，求其峰值辐射波长和辐射出射度。 6、简述题： 维恩位移定律;普朗克定律（公式）;斯忒藩-玻尔兹曼定律; 7、什么是朗伯辐射体（或余弦辐射体）？朗伯辐射体的Le与Me有什么样的关系？ 8、什么是光视效能？什么是光视效率？在哪个波长光视效能最大？该波长的光视效能和光视效率各是多少？ 9、简述激光产生的条件、激光器的主要组成及各部分的作用是什么？ 10、何谓激光的纵模和横模？基模激光束有什么特点？ 11、固体激光器主要采用哪种泵浦方式？举几个固体激光器例子。气体激光器主要采用哪种泵浦方式？举几个气体激光器例子。 12、半导体激光器主要有哪些特性？ 第二章习题 1、解释概念：大气窗口、电光效应、半波电压、声光效应、法拉第效应、弱导光纤； 2、简述大气对光辐射的衰减因素和主要吸收气体。在红外波段有哪几个窗口？位于哪些波段？ 3、何为大气湍流效应，大气湍流对光电探测系统有什么影响？ 4、请设计一个电光光开关（详细组成），并说明其工作原理。 5、简述拉曼-纳斯衍射和布喇格衍射产生的条件及其特点。 6、简述引起光纤衰减的原因。光纤的衰减特性用什么指标来衡量？它是如何定义的？石英光纤衰减最小的波长是多少？ 7、光纤的折射率分布主要有那两种？平方律折射率分布光纤有什么特点？阶跃光纤单模传输的条件是什么？ 8、什么是光纤色散？色散对光纤通信系统有什么影响？简述产生光纤色散的原因有哪些。 9、光纤色散、带宽和脉冲展宽之间有什么关系？对光纤传输容量有什么影响？ 10、什么是非线性光学？简述产生非线性光学现象的条件。试举几个非线性光学现象例子。 11、简述非线性光学中的光学倍频和混频技术。 12、简述在实际光学倍频和混频应用中，为了获得较高的转换效率要考虑的条件。 13、某阶跃光纤，纤芯半径a＝20mm，如果n1=1.48，n2=1.46。当入射光波长为1.31mm 时， (计算光纤的规一化频率。(若要使光纤单模传输，则纤芯半径应如何选择? 第三章习题

光电探测技术发展概况

光电探测技术发展概况 学号：20121226465姓名：熊玉宝 摘要:本文扼要论述光电探测技术重要性，并简要地介绍了光电探测技术的几种主要方法及发展趋势。 关键词:光电；探测；技术 光电探测技术是根据被探测对象辐射或反射的光波的特征来探测和识别对象的一种技术，这种技术本身就赋予光电技术在军事应用中的四大优点，即看得更清、打得更准、反应更快和生存能力更强。 光电探测技术是现代战争中广泛使用的核心技术，它包括光电侦察、夜视、导航、制导、寻的、搜索、跟踪和识别多种功能。光电探测包括从紫外光（0.2～0.4μm）、可见光（0.4～0.7μm）、红外光（1～3μm，3～5μm，8～12μm）等多种波段的光信号的探测。 新一代光电探测技术及其智能化，将使相关武器获得更长的作用距离，更强的单目标/多目标探测和识别能力，从而实现更准确的打击和快速反应，在极小伤亡的情况下取得战争的主动权。同时使武器装备具有很强的自主决策能力，增强了对抗，反对抗和自身的生存能力。实际上，先进的光电探测技术已成为一个国家的军事实力的重要标志。 现代高技术战争的显著特点首先是信息战，而信息战中首要的任务是如何获取信息。谁获取更多信息，谁最早获取信息，谁就掌握信息战的主动权。光电探测正是获取信息的重要手段。微波雷达和光电子成像设备常常一起使用，互相取长补短，相辅相成，可以获取更多信息，可以更早获取信息。前者作用距离远，能全天候工作；后者分辨率高，识别能力和抗干扰能力强。无论侦察卫星、预警卫星、预警飞机还是无人侦察机往往同时装备合成孔径雷达和CCD相机、红外热像仪或多光谱相机。为改进对弹道导弹的预警能力，美国正在研制的天基红外系统（SBIRS）拟用双传感器方案，即一台宽视场扫描短波红外捕获传感器和一台窄视场凝视多色（中波/长波红外、长波红外/可见光）跟踪传感器，能捕获和跟踪弹道导弹从发射到再入大气的全过程。美国已经装备并正在不断改进的CR-135S眼镜蛇球预警机，采用可见光和中波红外像机，能精确测定420km外的导弹发射，确定发动机熄火点，计算出它的弹道和碰撞点。最近在上面加了一台远程激光测距机，其作用距离可达400km。美国海军也在为战区弹道导弹防御

光电检测技术作业答案

光电检测技术作业2 光电导灵敏度S g = 0.5X10 -6S/lx，1. 设某只CdS光敏电阻的最大功耗为30mW， =0 。试求当 CdS 光敏电阻上的偏置电压为 20V 时的极限照度。 暗电导 g 2. 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？

3. 在如图所示的电路中，已知R b 820 ，R e 3.3k ,U w 4V，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107Hz？ 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Pmax

光电检测技术与应用-郭培源-课后答案

光电检测技术与应用课后答案 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。

光电检测技术考试试卷

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

光电子技术安毓英习题答案(完整版)

第一章 2. 如图所示，设小面源的面积为?A s ，辐射亮度为L e ，面源法线与l 0 的夹角为θs ；被照面的面积为?A c ，到面源?A s 的距离为l 0。若θc 为辐射在被照面?A c 的入射角，试计算小面源在?A c 上产生的辐射照度。 解：亮度定义: r r e e A dI L θ?cos = 强度定义:Ω Φ =d d I e e 可得辐射通量：Ω?=Φd A L d s s e e θcos 在给定方向上立体角为： 2 cos l A d c c θ?= Ω 则在小面源在?A c 上辐射照度为：2 cos cos l A L dA d E c s s e e e θθ?=Φ= 3.假如有一个按朗伯余弦定律发射辐射的大扩展源（如红外装置面对 的天空背景），其各处的辐亮度L e 均相同，试计算该扩展源在面积为A d 的探测器表面上产生的辐照度。 答：由θcos dA d d L e ΩΦ = 得θcos dA d L d e Ω=Φ，且() 2 2cos r l A d d +=Ωθ 则辐照度：()e e e L d r l rdr l L E πθπ =+=? ?∞ 20 0222 2 7.黑体辐射曲线下的面积等于等于在相应温度下黑体的辐射出射度M 。试有普朗克的辐射公式导出M 与温度T 的四次方成正比，即 M=常数4T ?。这一关系式称斯特藩-波耳兹曼定律，其中常数为 5.6710-8W/m 2K 4 解答：教材P9，对公式2 1 5 1 ()1 e C T C M T e λλλ=-进行积分即可证明。 第二章 3．对于3m 晶体LiNbO3，试求外场分别加在x,y 和z 轴方向的感应主折射率及相应的相位延迟（这里只求外场加在x 方向上） 解：铌酸锂晶体是负单轴晶体，即n x =n y =n 0、n z ＝n e 。它所属的三方晶系3m 点群电光系数有四个，即γ22、γ13、γ33、γ51。电光系数矩阵为： L e ?A s ?A c l 0 θs θc 第1.2题图

光电检测与应用第五章答案

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？ ）（t d A A i 2221 s αα+=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。 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，就是包络检测的意思。 对直接检测系统来说，如果提高输入信噪比？ 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。 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：()f h 2P p s SNR ?=νη 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 试根据信噪比分析具有内增益光电检测器的直接检测系统为什么存在一个最佳倍增系数。 答：当光检测器存在内增益（如：光电倍增管）时当2M 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。

光电检测技术期末试卷试题大全

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）

电工电子技术课后答案

《电工电子技术》（第二版）节后学习检测解答 第1章节后检验题解析 第8页检验题解答： 1、电路通常由电源、负载和中间环节组成。电力系统的电路功能是实现电能的传输、分配和转换；电子技术的电路功能是实现电信号的产生、处理与传递。 2、实体电路元器件的电特性多元而复杂，电路元件是理想的，电特性单一、确切。由理想元件构成的、与实体电路相对应的电路称为电路模型。 3、电路中虽然已经定义了电量的实际方向，但对某些复杂些的直流电路和交流电路来说，某时刻电路中电量的真实方向并不能直接判断出，因此在求解电路列写方程式时，各电量前面的正、负号无法确定。只有引入了参考方向，方程式中各电量前面的的正、负取值才有意义。列写方程式时，参考方向下某电量前面取正号，即假定该电量的实际方向与参考方向一致，若参考方向下某电量前面取负号，则假定该电量的实际方向与参考方向相反；求解结果某电量为正值，说明该电量的实际方向与参考方向相同，求解结果某电量得负值，说明其实际方向与参考方向相反。电量的实际方向是按照传统规定的客观存在，参考方向则是为了求解电路方程而任意假设的。 4、原题修改为：在图1-5中，五个二端元 件分别代表电源或负载。其中的三个元件上电流和电压的参考方向已标出，在参考方向下通过测量得到：I 1＝－2A ，I 2＝6A ，I 3＝4A ，U 1＝80V ，U 2＝－120V ，U 3＝30V 。试判断哪些元 件是电源？哪些是负载？ 解析：I 1与U 1为非关联参考方向，因此P 1=－I 1×U 1=－（－2）×80=160W ，元件1获得正功率，说明元件1是负载；I 2与U 2为关联参考方向，因此P 2=I 2×U 2=6×（－120）=－720W ，元件2获得负功率，说明元件2是电源；I 3与U 3为关联参考方向，因此P 3= I 3×U 3=4×30=120W ，元件3获得正功率，说明元件3是负载。 根据并联电路端电压相同可知，元件1和4及3和5的端电压之代数和应等于元件2两端电压，因此可得：U 4=40V ，左高右低；U 5=90V ，左低右高。则元件4上电压电流非关联，P 4=－40×（－2）=80W ，元件4是负载；元件5上电压电流关联，P 5=90×4=360W ，元件5是负载。 验证：P ＋= P 1+P 3+ P 4+ P 5= 160+120+80+360=720W P －= P 2 =720W 电路中电源发出的功率等于负载上吸收的总功率，符合功率平衡。 第16页检验题解答： 图1-5检验题4电路图 U 3

光电检测技术与应用期末考试复习资料

光电检测技术与应用期末考试复习资料 1、光电信息技术是以光电子学为基础，以光电子器件为主题，研究和发展光电信息的形成、 传输、接收、减缓、处理和应用的技术。 2、检测是通过一定的物理方式，分辨出被测参数量并归属到某一范围带，以此来判别被测 参数是否合格或参数量是否存在。测量是将被测的未知量与同性质的标准量进行比较，确定被测量对标准量的倍数，并通过数字表示出这个倍数的过程。 3、光学变换与光电转换是光电测量的核心部分。 4、光电检测技术是将光学技术与电子技术相结合实现各种量的检测，具有以下特点：a、 高精度，b、高速度，c、远距离、大量程，d、非接触测量，e、寿命长，f、具有很强的信息处理和运算能力，可将复杂信息并行处理。 5、在物质受到辐射光照射后，材料的电学性质发生了改变的现象称为光电效应，光电效应 可分为外光电效应和内光电效应。 6、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。 7、响应时间是描述检测器对入射辐射响应快慢的一个参数。 8、光电检测器的工作温度就是最佳工作状态时的温度，它是光电检测器重要的性能参数之 一。 9、光电耦合器件的主要特性为传输特性与隔离特性。 10、散粒噪声或称散弹噪声，即穿越势垒的载流子的随机涨落所造成的噪声。 11、Is=1/2＠A2+＠A2d（t）式中：第一项为直流项，若光电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。 12、热噪声是指载流子无规则的运动造成的噪声，存在于热河电阻中，与温度成正比， 与频率无关。 13、光外差检测系统对检测器性能的要求：a、响应频带宽，b、均匀性好，c、工作温 度高。 14、光波导是指将以光的形式出现的电磁波能量利用全反射的原理约束并引导光波在 光纤内部或表面附近沿轴线方向传播。 15、光纤一般由两层光学性质不同的材料组成，它由折射率n1较大的纤芯和折射率n2 较小的包层同心圆柱结构。 16、将光电信号转换成0、1数字量的过程称为光电信号的二值化处理。 17、在图像识别与图像测量等应用领域常将视频信号的A/D数据采集方法分为“板卡 式”和“嵌入式”。 18、在要求光电检测系统的精度不受光源的稳定性的影响下，应采用浮动阀值二值化 处理电路。 19、HI1175JCB为高速A/D转换器，其最高工作频率为20MHz，DIP封装的器件，转换 器提供参考电源电压。 20、锁相放大器是一种对交变信号进行相敏检波的放大器，三个主要部分：信号通道、 参考通道和相敏检波。 21、相敏检波由混频乘法器和低通滤波器组成，所用参考方式是方波形式。 22、光纤的特性：损耗和色散 23、引起光纤损耗的因素可归结为：吸收损耗（吸收引起）色散损耗（材料引起）。 24、光纤色散可分为：a、材料色散b、波导色散c、多模色散。 25、功能型传感器可实现传光和敏感的作用，而非功能型传感器光纤只起传光作用。

光电检测思考题及部分答案

1.什么是光电检测系统？其基本组成部分有哪些？ 答：指对待测光学量或由非光学待测物理量转换的光学量，通过光电变换和电路处理的方法进行检测的系统。 组成部分：光源；被检测对象及光信号的形成；光信号的匹配处理；光电转换；电信号的放大与处理；微机；控制系统；显示。 2.简要说明光电检测技术的重要应用范围？ 答：辐射度量和光度量的检测；光电元器件及光电成像系统特性的检测；光学材料、元件及系统特性的检测；非光学量的光电检测。 3.光电探测器的原理有几种效应？分别是什么？内容是什么？ 答：四种。光电子发射效应：在光辐射作用下，电子逸出材料表面，产生光电子发射。光电导效应：光照射某些半导体材料，某些电子吸收光子变成导电自由态，在外电场的作用下，半导体的电导增大。光生伏特效应：光照射在PN结及其附近，在结区中因电场作用，产生附加电动势。光磁电效应：半导体置于磁场中，用激光垂直照射，由于磁场产生洛伦兹力，形成电位差。。 4. 光电探测器的种类及相应的光电器件？ 答：光电子发射器件：光电管、光电倍增管； 光电导器件：光敏电阻； 光生伏特器件：雪崩光电管、光电池、光电二极管、光电三极管。 5. 光电探测器的性能参数有哪些？详细叙述之。 答：量子效率：响应度：光谱响应：响应时间和频率响应：噪生等效功率：探测度：线性度：。

6. 光电探测器的噪声主要来源于什么？ 答：热噪声；暗电流噪声；散粒噪声；低频噪声。 7.作为性能优良的光电探测器应具有哪三项基本条件？ 答：光吸收系数好；电子亲和力小；光电子在体内传输过程中受到的能量损失应该小，使其逸出深度大。 8.常见的光阴极材料有哪些？ 答：银氧铯；锑钾；锑铯。 9.真空二极管与充气二极管的工作原理与结构以及它的优缺点比较。答：真空二极管工作原理：当入射光透过光窗射到光阴极面上时，光电子从阴极发射到真空中，在阴极电场作用下，光电子加速运动到阳极被吸收，光电流数值可在阳极电路中测出。优缺点：电流与入射光通量成正比，因此可精确测量光通量；噪声小，但增益小。 充气二极管工作原理：光电管中充入低压惰性气体，在光照下光阴极发射出的光电子受电场作用加速向阳极运动，途中与气体原子相碰撞，气体原子发生电离形成电子与正离子，不断繁衍构成电子流。优缺点：高灵敏度，结构简单，但噪声大频响差。 10.光电倍增管的工作原理及结构（组成部分），他有什么特点？答：工作原理：光照射在光电阴极上，从光阴极激发出的光电子，在电场U1的加速下，打在第一个倍增级D1上，由于光电子能量很大，它打在倍增极上时就又激发出数个二次光电子，在电场U2的作用下，二次光电子又打在第二个倍增极上，又引起电子发射，如此下去，电子流迅速倍增，最后被阳极收集。组成部分：光电阴极、倍增极、阳

数字电子技术课后习题及答案

第二章 2.2 证明下列异或运算公式 （1）A 0A =⊕ 证明： 左侧0A 0A ?+?= A = 得证 （2）A 1A =⊕ 证明： 左侧1A 1A ?+?= A = 得证 （3） 0A A =⊕ 证明： 左侧A A A A ?+?= 0= 得证 （4）A A A =⊕ 证明： 左侧A A A A ?+?= A = 得证 （5）B A B A ⊕=⊕ 证明： 右侧B A B A ?+?= B A B A ?+?= B A ⊕= 得证 (6) )C B (A C )B A (⊕⊕=⊕⊕ 证明： 等式右侧)C B (A ⊕⊕= )C B C B (A +⊕=

)C B C B (A )C B C B (A +++= C B A C B A )C B C B (A ++?= C B A C B A )C B )(C B (A ++++= C B A C B A )C C C B BC B B (A +++++= C B A C B A C B A A B C +++= C )B A AB (C )B A B A (+++= C )B A (C )B A (⊕+⊕= （将看成一个整体)B A (⊕，用M 来表示 C M C M += C M ⊕= 再替换M ，则） C )B A (⊕⊕= 得证 2.3 用逻辑代数法将下列逻辑函数式化简为最简与或表达式 （1）L=AB(BC+A) 解：L=AB(BC+A) =ABC+AB =AB(C+1) =AB (2) L=B B A B A ++ 解：L=B B A B A ++ =B A B A )1(++ =B B A + =B B A ++ A =A+B (3) C B B C B C A A B C A L ++++= 解：C B B C B C A A B C A L ++++=

光电检测技术与应用课后答案

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 答：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？P15 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）光生伏效应中，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、P17 第3章 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。 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？ 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？ 答：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。 10、简述光电耦合器件的工作原理？ 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。 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。

光电检测技术作业答案

光电检测技术作业2 光电导灵敏度=0.5 X10-6 S / ，暗电1. 设某只光敏电阻的最大功耗为30， =0 。试求当光敏电阻上的偏置电压为 20V 时的极限照度。 导 g 2. 在如图所示的照明灯控制电路中，将上题所给的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 2，电阻R 1K。求为使继电器吸合所需要的照度。要使继电器在 3 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820， 3.3k4V ，光敏电阻为，当光照度为40 时输出电压为6V，80 时为9V。设该光敏电阻在30~100 之间的 值不变。试求： （1）输出电压为8V 时的照度。 （2）若增加到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70，求 3.3k与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？为什么结型硅光电二极管的最高工作频率小于等于107 ？ 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，在最佳负载电阻情况下负载可以获得最大的输出功率

7 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 / ）的转速时，最好选用（D）为光电接收器件。 A B 光敏电阻 C 242 硅光电池 D 3 型光电三极管 （2）若要检测脉宽为107 s 的光脉冲，应选用（A）为光电变换器件。 A 型光电二极管 B 3 型光电三极管 硅光电池 C 结型光电二极管D2 11 （3）硅光电池在（D）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。 A 恒流 B 自偏置 C 零伏偏置 D 反向偏置 （4）硅光电池在（B）情况下有最大的功率输出。 A 开路 B 自偏置 C 零伏偏置 D 反向偏置 9. 假设调制波是频率为500，振幅为5V，初相位为0 的正弦波，载波频率为10，振幅为50V，求调幅波的表达式、带宽及调制度。 10. 利用 222 光电二极管和 340 三极管构成如 下图所示的探测电路。已知光电二极管的电流灵

光电检测技术与应用(题)

第1、温度变化与自发极化强度有何关系？ 答：晶体的整体温度的微小变化ΔT产生自发极化强度Ps的变化可表示为ΔˉPs=ˉPΔT式中ˉP为热释电系数矢量，一般有三个分量Pi（i=1.2，3）Pi=dPsi∕dT(单位c∕㎡k) 在与电热释电晶体的自发极化强度Ps轴垂直的表面内出现的束缚电荷面密度等于Ps，晶体内部电荷中和束缚电荷的平均时间て=ε∕r这里ε为晶体的介电常数，r为晶体的电导率，多数热释电晶体て值在1——1000s之间。 第2、热电势探测器能否测量直流信号？为什么？ 答：用于人体的热释电探测器，它的工作波长为7——15μm，人体辐射为9μm，图中被测物体（或人体）所辐射的红外线经过遮光盘的调制产生调制频率为?的红外光照摄热释电晶体，当?>1∕て时，晶体内自由电荷来不及中和表面束缚电荷的变化结果就使在垂直于极化强度Ps的两端面间出现交流电压，在端面上敷以电极，并接上负载电阻就有电流通过，在负载R两端就有交流电压输出，设温度变化率为dT∕dt，极化强度Ps对时间的变化率为dPs∕dt，电极面积为A，则AdPs∕dt就相当于电路上的电流，于是电压输出与温度变化率成正比。 第3、硅光电池为什么使用梳状电池？ 答：梳状电极：大面积光敏面采用梳状电极可以减少光载流子的复合，从而提高转换率，减少表面接触电阻。 第4、为什么有些光敏二极管在制作PN结的同时还做出一个环极？ 答：无光照时反向电阻很大（MΩ级）只有打在PN结附近，使PN结空间电荷区（耗尽层）产生光生电子空穴对时它们与P区、N区的少数载流子一起在PN结内电场的作用下做定向移动形成光电流，此时它的反向电阻大为降低，一般只有1KΩ到几百欧，当负偏压增加时耗尽层加宽使光电流增大，灵敏度提高，光电流与入射光照度成线性关系。 光敏二极管的缺点：暗电流较大 为了减少无光照时反向漏电流（暗电流）的影响有些光敏二极管（如2DU型）在制作PN结的同时还做出一个环形的扩散层引出的电极称为环极，如图所示因环极电位比负极电位高所以反向漏电流（暗电流）直接从环极流过而不再经过负极从而可以减少负极与正极之间的暗电流。 第5、两种高速的光电二极管的结构特点和原理？（PIN、APD） 答：PIN光电二极管结构特点：P层和N层之间增加了一层很厚的高电阻率的本征半导I 增加I区优点：（1）因为I区相对的P区和N区是高阻，在反偏的工作情况下，它承受极大部分电压降，使耗尽区增大，这样展宽了光电转换有效工作区，使灵敏度增大（2）又因为PIN结光电二极管的工作电压是很高的反偏电压，使PIN结的耗尽层加宽，电场强光生电流加速因而大幅度减少了载流子在结构内漂移时间元件的响应速度加快 电路特点：反偏电压高 APD光电二极管结构特点：在光照时P+层受光子能量激发的电子从所带电跃迁到导带，在高电场作用下，电子从高速通过P层产生碰撞电离，形成大量新生电子空穴对，并且它们也从电场中获得高能量与从P+层来的电子一起再次碰撞P区的其他原子，又产生大批新生电子 第6、光纤传感器种类？ 答：光纤传感器一般可分为两大类：一类是功能型传感器，又称FF型光纤传感器，它是利用光纤本身的特性，把光纤作为敏感元件，既感知信息又传输信息，所以又称传感型光纤传感器。另一类是非功能型传感

光电检测技术与应用课程设计

光电检测技术与应用 课程设计报告 题目: 光控自动窗帘课程设计 姓名：张仕伟亓勇夏克刚罗增生 专业：电子科学与技术 班级：12级2班 学号： 1886120234 1886120217 18861202281886120214任课老师：何恩节

摘要 本文设计一款结构简单的光控自动窗帘，它是根据周围环境的亮度来实现窗帘的自动开、关的，它包括光感应电路，电机正、反转电路，自动停转电路。 光感应电路是由一个光敏电阻组成，由于绘制电路图的软件Multisim10没有 光敏元件，电路图的光敏电阻是用可变电阻R 3组成的，将R 3 阻值调到5%代表光电 阻约为25kΩ，调到100%代表暗电阻约为500kΩ（真正的暗电阻一般在几MΩ）。 其中R 4为室外光敏电阻用来与R 3 形成对比，来调节光亮度从而控制窗帘的关开时间。 控制电机正反转的控制电路由两片电压比较放大器LM339N集成运放组成的。 一.题目要求与方法论证 1.1设计题题目 光控自动窗帘 生活在提高,时代在进步,人类在向文明迈进,不同的时代对居住空间、环境有不同的要求,这是社会的必然潮流。单片机控制的自动窗帘系统,既能解决每天手拉开和关上窗帘的不便,又显示出了生活的档次,同时还可以根据光线的明暗来自动控制窗帘的开关,以调节室内的光线,更进一步地满足了人们的享受要求。所以该产品能形成大规模生产,很快会普及全国市场,产生巨大的经济效益；另外，除了广大市民住宅使用外,该光控窗帘系统还可以广泛应用于别墅、公寓、宾馆、饭店、写字楼、歌舞厅、影剧院、会议厅、银行、学校、医院等各种公共场所,因此该产品具有广阔的市场前景。 1.2题目要求 设计电路控制发动机正转和反转，实现当光强较强（早上）时窗帘自动开启，光强较弱（傍晚）时，窗帘自动关闭。发动机的运转时间可调节。同时窗帘可以根据用户需求进行手动控制。 1.3 方案论证 ①.设计分析 要实现白天拉开，晚上拉合，需要一只光敏电阻与两片集成电压比较器配合使用。另外，要实现手动控制功能，可以设置两只电阻，一只与光敏电阻的光电阻阻值相近，另一只与光敏电阻的暗电阻阻值相近。

光电探测技术与应用 课后习题与答案

/ ,(1t )e n N e ητλ?=--代入（1-83），并对其 求导即可得半导体材料在弱辐射下的光电导灵敏度为 /2,(1t )g e dg q S d hcl e λ τμλ -==-?，由此可知时间t 响应越长，灵敏度越高。 解：在微弱信号的辐射下， 将式（1-80）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？ 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。 间常数不相同。在照度相同而温度不同时，其光电导灵敏度不相同和时间常数也不相同。 其材料性质已经一样，只是决定了的值一定，光照度和环境温度不同，则产生的光生电子浓度和热生电子浓度各异，决定了值不同，照度相同决定光生电子浓度相同，温度不同决定热生电子浓度不同，同样也决定了值不同。由（1-85）和（1-88）推出光电灵敏度不相解：同一型号的光敏电阻，在不同光照度下和不同的环境温度下，其光电导灵敏度和时同，由（2-5）和（2-11）推出其时间常数不相同。 3 设某只CdS 光敏电阻的最大功耗为30mW ，光电导灵敏度S g =0.5?10-6S /lx ，暗电导g 0=0。试求当CdS 光敏电阻上的偏置电压为20V 时的极限照度。 最大照度2(2P ()g g I P E US U S ==2=22500 lx 最小照度2P g I P E US U S ===150 lx I p g US E r 得 解：由式（2-1） 应如何调整电阻器R ？ 4 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5K Ω，继电器的吸合电流为2mA ，电阻R =1K Ω。求为使继电器吸合所需要的照度。要使继电器在3lx 时吸合，问第三章 光电导器件 光电探测技术与应用 主编：郝晓剑 李仰军 国防工业出版社