光电技术简答题复习资料

特点：1）量子效率高
2）光谱响应延伸到红外
3）热电子发射小
4）光电子的能量集中
20、探测器噪声主要有哪几种？
（1）热噪声：载流子在一定温度下做无规则热运动，载流子热运动引起的电流起伏或电压起伏。
（2）复合噪声：载流子产生复合瞬间有起伏。
（3）散粒噪声：随机起伏所形成的噪声。
（4）1/F噪声：噪声功率谱与频率与反比。主要由于材料表面态和内部缺陷引起电子散射而产生。
负载电阻为RL=US/IS=1.33×105欧姆
这时的电路通频带宽度是：
HZ
三、教材上所布置的所有作业题。
第一章：
2、解：①该激光束的光通量
Lm（流明）
发光强度 Cd(坎德拉)
光亮度 Cd/m2
光出射度 Lm/m2
②10米远处光斑面积大小：
m2
反射光功率为： W
反射光通量 Lm
漫反射屏可以看作是个朗伯体，其法向发光强度I0与光通量的关系是 ，由于朗伯体的光亮度与方向无关，所以：
（2）当信号光源有一定的空间形状时，我们可以利用透镜的傅立叶变换，在其频谱面上设置空间滤波器，只让信号光源的特定频谱通过，而将其他频谱挡住，就能将背景光几乎全部滤除。
（3）给接受光学系统加消杂光光阑，可以最大限度的消除杂光的干扰。
二、光谱滤波的基本方法和作用
81、为了提高光电接收系统的信噪比，我们学习过哪些方法用来压制噪声？
54、说明CCD的特性参数（电荷转移效率、工作频率、电荷存储容量、噪声）。
55、CCD器件为什么必须在动态下工作？其驱动脉冲上下限受到哪些条件的限制？应如何估算？
56、简述光电二极管的电荷存储工作原理。它与连续工作方式相比有什么特点？
60、什么是热探测器？它与其它光电器件相比具有哪些特性？
61、已知一热探测器的热时间常数为 ，热容 ，热导 ，求当调制辐射频率f变化时，探测器温升的相对变化规律。
83、说明对光源选择的基本要求。
二、计算题：
4、一块半导体样品，时间常数为 ，在弱光照下停止光照0.2 后，光电子浓度衰减为原来的多少倍？
解：
6、设某种光电倍增管一共有10个倍增极，每个倍增极的二次电子发射系数均为 ，阴极灵敏度 ，阳极电流不得超过100 ，试估算入射于阴极的光通量的上限。
解：阳极电流IA满足： ，所以入射光通量
（4）光源的色温
（5）光源的颜色
11、光电探测器常用的光源有哪些？
热辐射光源：太阳；白炽灯，卤钨灯；黑体辐射器（模拟黑体，动物活体）。
气体放电光源：汞灯，钠灯，氙灯，荧光灯等。
固体发光光源：场致发光灯，发光二极管等。
激光器：气体激光器，固体激光器，染料激光器，半导体激光器等。
12、画出发光二极管的口入射在光电阴极K上。
2）光电阴极电子受光子激发，离开表面发射到真空中。
3）光电子通过电子加速和电子光学系统聚焦入射到第一倍增极D1上，倍增极将发射出比入射电子数目更多的二次电子，入射电子经N级倍增极倍增后光电子就放大N次方倍。
4）经过倍增后的二次电子由阳极P收集起来，形成阳极光电流，在负载RL上产生信号电压。
8、解：该金属光电发射体的逸出功为 2.5eV，所以 ，且 。
(a)发生光电效应的长波限：
m
(b)费米能级相对于导带底的能级差
eV
第四章
10、解：（b）阴极电流
倍增系数
阳极电流
11、解：光电倍增管的增益与每级电压的kn次方成正比。其中k为0.7~08，n是倍增级数。既： ，所以
如要求放大倍数的稳定度大于1%，则电压的稳定度应优于
由上题，G0=4×10-4S，Gmax=SgEmax=1.0×10-6×450=4.5×10-4S
直流工作点： （安）。
光照度最大时，总电流
（安）
所以交变电流的峰值电流是imax=6.35-6.00=0.35(mA)，通过R2的峰值电流是：
负载电阻R2所获得的信号功率为：
W
12、某光电二极管的结电容5pF，要求带宽10 ，求允许的最大负载电阻是多少？若输出的信号电流为10 ，在只考虑电阻热噪声的情况下，求 K时信噪电流有效值之比。又电流灵敏度如为0.6A/W时，求噪声等效功率。
（4）光谱特性：发射功率随光波波长（或频率）的变化关系。
（5）响应时间：从注入电流到发光二极管稳定发光或停止电流到发光二极管熄灭所用的时间。表达了发光二极管的频率特性。
（6）寿命：亮度随时间的增加而减小。当亮度减小到初始值的e-1时所延续的时间。
17、简述PN结光伏效应（分正偏、反偏、零偏三种情况）。
35、说明光敏电阻的几种基本偏置电路。
36、为什么结型光电器件在正向偏置时没有明显的光电效应？他们应工作在哪种偏置状态？
37、如果硅光电池的负载是 ，画出它的等效电路图，写出流过负载 的电流方程及 、 的表达式，说明其含义（图中标出电流方向）。
38、硅光电池的开路电压为 ，当照度增大到一定值后，为什么不再随入射照明的增加而增大，只是接近0.6V？在同一照度下，为什么加负载后输出电压总是小于开路电压？
（1）第一定律：当入射辐射的光谱分布不变时，饱和光电流与入射的辐射量Φ成正比。
（2）第二定律：发射的光子最大动能随入射光子频率的增加而线性的增加，与入射光强度无关。
19、什么是负电子亲合势，它的工作原理、主要用途及优缺点。
如果给半导体的表面做特殊处理，使表面区域能带弯曲，真空能级降到导带之下，从而使有效的电子亲和势为负值，经过这种特殊处理的阴极称作负电子亲和势光电阴极。
Cd/m2
3、解：白炽灯各向同性发光时
Lm
4、解：由维恩位移定律， ，所以
第三章
2、解：300K时，因 ，
个/cm2
其费米能级
其能级图如右。
4、解：（a）300K时，本征硅的电导率
（b）掺杂率10-8，则掺入的施主浓度为
所以， ，
6、解：因为归一化探测率 ，所以
W
这就是能探测的最小辐射功率。
7、解： S
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一、回答问题：
7、什么是朗伯辐射体？
在任意发射方向上辐射亮度不变的表面，即对任何θ角 为恒定值（理想辐射表面）。朗伯辐射表面在某方向上的辐射强度与该方向和表面法线之间夹角的余弦成正比。
10、写出光源的基本特性参数。
（1）辐射效率和发光效率
（2）光谱功率分布
（3）空间光强分布
①若其能接收f= 6 MHz的光电信号，求其允许的最大负载电阻。
②如光电二极管耗散功率为200毫瓦，求所允许的最大光照度。
③如只考虑电阻的热噪声，求在问题①条件下输入电路的等效噪声功率及可探测的最小光照度(S/N=1)。
④.如输入信号光照度为E=50(1+sinωt)LX，求在最大输出信号电压情况下的负载电阻和电路通频带宽度。
（5）温度噪声：由于器件本身吸收和传导的热交换，引起的温度起伏。
21、写出电阻热噪声的电压、电流、功率表达式。
22、何谓等效噪声带宽？
23、何谓等效噪声功率？何谓探测率？何谓归一化等效噪声功率？
如果入射到探测器的辐通量按某一频率变化，当探测器输出信号电流Is等于噪声均方根电流时，所对应的入射辐通量Φe称为等效噪声功率NEP。等效噪声功率NEP的倒数为探测率D。
9、某光电导器件的特性曲线如右图，用该器件控制一继电器。使用30V直流电源，电路在400lx的照度下有10mA电流即可使继电器吸合。试画出控制电路，计算所需串联的电阻和暗电流。
解：光敏电阻的光电导灵敏度为
S/Lx
在400Lx的光照下，光敏电阻的阻值为R。
S
所以，Rt=2500欧姆。使用30V直流电源，使继电器吸合需10mA电流。这时回路电阻应为
解：因为 ，所以最大负载电阻：
电阻热噪声 ，信噪电流有效值之比：
W
13、某热探测器的热导为 ，热容量为 ，吸收系数0.8，若照射到光敏元上的调制辐射量为 ，求其温升随时间的变化关系，并给出上限调制频率。
解：上限调制频率 ，所以：
HZ。
温升随时间的变化关系
14、某光电二极管的光照灵敏度为SE=3.0 10-6A/LX，拐点电压为VM=10V，给它加上50伏的反向偏置电压，其结电容为5pF。试求：（20分）
是一种内光电效应，当光子产生时，能产生一个光生电动势，基于两种材料相接触形成的内建势垒，光子激发的光生载流子被内建电场扫向势垒两面三刀边，从而形成光生电动势。
18、简述光电发射效应（分金属与半导体两种情况）。
当光照射物质时，若入射光子能量hν足够大，它和物质中的电子相互作用，使电子吸收光子的能量而逸出物质表面。
NEP常与探测器面积 和测量系统带宽 的乘积的平方根成正比。为比较探测器性能，需除去 和 的影响，用归一化参数表示。
24、何谓“白噪声”？何谓“ 噪声”？要降低电阻的热噪声应采取什么措施？
25、说明光电导器件、PN结光电器件和光电发射器件的禁带宽度和截止波长之间的关系。
27、简述光电倍增管的工作原理。
lm
7、上题中，若阳极噪声电流4nA，求其噪声等效光通量?（ ）
解：题中未给出入射光的波长值，我们取波长为555 nm，则
NEP= Lm
8、某光敏电阻的暗电阻为600k ，在200lx光照下亮暗电阻比为1：100，求该电阻的光电导灵敏度。
解：该光敏电阻的亮电阻为 ，光电导 ，所以光电导灵敏度 S/Lx
74、写出光照下PN结的电流方程。
78、简述温差电偶的工作原理。
80、为了减小背景光和杂散光的影响，需对进入光电接收系统的光进行滤波。试说明对入射光进行空间滤波和光谱滤波的基本方法和作用。
一、空间滤波的基本方法和作用
（1）如果信号光的输入空间角有一定的大小，如远处的点光源，可以给接受光学系统加遮光罩、减小视场光阑、减小通光孔径的方法，压缩进入光学系统的空间立体角。