光电检测与应用第五章答案
光电检测技术课后部分答案
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。
光电检测技术与应用
的总时间内必须是选通状电检测系统典型电路 完整的检测电路设计：前几部分由光电转换二极管与前级放大器组成，其器件选用高性能低噪声运算 放大器来实现电路匹配并将光电流转换成电压信号，以实现数倍的放大。 CCD 驱动电路时序方法：直接数字电路驱动方法、单片机驱动方法、EPROM 驱动方法、专用 IC 驱动 方法 为了解决视频信号在实际应用时，物像边缘明暗交界处光强是连续变化而不是理想的阶跃跳变，可用 比较整形（阈值发）和二次微分（微分法）。 电子细分的方法：移相电阻链细分、幅度分割细分、计算法细分 光生伏特器件可否进行反向偏置？哪些光电器件工作时必须进行反向偏置？ 可以，所有的光生伏特器件都可以进行反向偏置。光敏晶体管、光电场效应晶体管、复合光敏晶体等 必须进行反向偏置。 已知某光敏晶体管的伏安特性曲线见图 6-6.当入射光通量为正弦调制量，即 时，要得到 4.5V 的输出电压，试设计该光敏晶体管的变换电路，并画出输入/输出的波 形图，分析输入与输出信号间的相位关系。 根据题目的要求，找到入射光通量的最大值和最小值：
1) 2) 3) 4)
5) 将循环码转变成二进制或二进制转变为循环码，课本 222 页 6) 用相位法测距时，选用准确度皆为千分之一的两把尺子，一把尺子的测尺长度为 10m，另一把尺子的 测尺长度为 1km，若测距为 462.153m，两把尺子测得的有效数字各为多少？ 尺子 ，准确度为 1cm 用 测得 2.153cm ，有效数字为四位 尺子 ，准确度为 1m 用 测得 462m ，有效数字为四位。
则暗点流电阻为：
有光照时，串联电路中的电流为：
则亮电流电阻为：
(ii)
该光敏电阻的光电导为：
由光电导灵敏度：
得：
6) 已知 CdS 光敏电阻的暗电流电阻 ，在照度为 100lx 时亮电阻 ，用此光敏电阻控 制继电器，如图 3-116 所示，如果继电器的线圈电阻为 ，继电器的吸合电流为 2mA ，问需要多 少照度时才能使继电器吸合？如果需要在 400lx 时继电器才能吸合，则此电路需要作如何改进？ (i) 该光敏电阻的光电导为：
光电检测技术(第五章 光电成像检测器件)
光电成像器件
1、图像的分割与扫描 图像分割的目的是分割后的电气图像经过扫描才能 输出一维时序信号。 分割的方法：超正析像管利用扫描光电阴极分割像 素、摄像管由电阻海颗粒分割、面阵CCD和CMOS图像传 感器用光敏单元分割。 扫描的方式：与图像传感器的性质有关。真空摄像 管采用电子束扫描方式输出一维时序信号。 具有自扫描功能的：面阵CCD采用转移脉冲方式将电 荷包顺序转移出器件；CMOS图像传感器采用顺序开同行、 列开关的方式完成信号输出。
传送
同步扫描
视频解调
图像再现
显像部分
光电成像系统原理方框图
光电成像器件
在外界照明光照射下或自身发光的景物经成像物镜 成像到光电成像器件的像敏面上形成二维光学图像。光 电成像器件完成将二维光学图像转变成二维“电气”图 像的工作。这里的二维电气图像由所用的光电成像器件 决定，超正析像管为电子图像，视像管为电阻图像或电 势图像，面阵CCD为电荷图像等。电气图像的电气量在 二维空间的分布与光学图像的光强分布保持着线性对应 关系。组成一幅图像的最小单元称作像素，像素单元的 大小或一幅图像所含像素数决定了图像的清晰度。像素 数愈多，或像素几何尺寸愈小，反映图像的细节愈强， 图份愈清晰，图像质量愈高。这就是图像的分割。
光 电 成 像 器 件 （ 成 像 原 理 ）
固体自扫描：CCD 红外变像管 变像管（完成 紫外变像管 图像光谱变换） X射线变像管 非 扫 描 型 串联式 级联式 微通道板式 负电子亲和势阴极
像增强管（图像 强度的变换）
构子常 成透由 镜像 ＆敏 显面 像， 面电
光电成像器件
三、光电成像器件的基本特征 1、光谱响应 光电成像器件的光谱响应取决于光电转换材料的 光谱响应，其短波限有时受窗口材料吸收特性影响。 外光电效应摄像管由光阴极材料决定； 内光电效应的视像管由靶材料决定，CCD摄像器件 由硅材料决定； 热释电摄像管基于材料的热释电效应，它的光谱 响应特性近似直线。
第五章 光电直接检测系统
① 取τ1λ为被测距离L在光谱响应范围内的平均透过率τ1。 ② 光学系统的透过率τ0λ对光谱响应范围内平均值。 ③ 把检测器的光谱响应带看成是一个矩形带宽。即在响应范围内为 常数RV，在其它区域为零。 ④根据物体的温度T查表，可计算出在考查波段范围内的黑体辐射强度， 再乘以物体的平均比辐射率，可得到物体在光谱响应范围内的辐射强度Ie。
5.2.4 系统的通频带宽度
频带宽度f是光电检测系统的重要指标之一。检测系统要求f应保存原有 信号的调制信息，并使系统达到最大输出功率信噪比。系统按传递信号能力， 可有以下几种方法确定系统频带宽度。
I (ω)
0.66 ω1 = 1. 等效矩形带宽： τ0
ω 1
I (0)
2. 频谱曲线下降3dB的带宽 f2 = 3. 包含90%能量的带宽 f = 0.89 3 τ0
eη α= 称为光电变换比例常数 hν
5-3
5.1 光电直接检测系统的基本工作原理 若光检测器负载电阻RL，则光检测器输出电功率为：
eη 2 P = I RL = 5-4 P RL o s hν 光检测器的平方律特性：光电流正比于光电场振幅的平方， 电输出功率正比于入射光功率的平方。
2 2 s
第五章 光电直接检测系统
非相干检测，
光 电 检 测 系 统
直 接 检 测 光 外 差 检 测
光源：非相干或相干光源 原理：利用光强度携带信息，将光强度转换为 电信号，解调电路检出信息。 调制方法：光强度调制、偏振调制。
直接检测是一种简单实用的方法。
相干检测， 光源：相干光源 原理：利用光的振幅、频率、相位携带信息， 检测时需要用光波相干原理。 调制方法：光振幅调制、相位调制，频率调制
5-21
RVλ为检测器的 光谱响应度
知道智慧树《光电检测原理与技术(内蒙古大学)》网课章节测试答案
第一章测试【单选题】(20分) 以下属于光电检测仪器的有（）。
A.遥控器B.洗衣机C.路灯√ D.光敏电阻【多选题】(20分)光电检测系统的组成包括（）。
√A.光源√B.光电检测电路√C.光电探测器√D.光学系统【多选题】(20分)以下属于光电检测技术的特点的有（）。
√A.精度高√B.速度快√C.寿命长√D.距离远【判断题】(20分)光电检测技术是对待测光学量或由非光学待测物理量转换成光学量，通过光电转换和电路处理的方法进行检测的技术。
（）√ A.对B.错【判断题】(20分)半导体激光器在激光外径扫描仪中起到提供光源的作用。
（）A.错√ B.对第二章测试【单选题】(10分) 可见光的波长范围是（）。
A.10 nm～400 nm√ B.380 nm～780 nmC.1 mm以上D.760 nm～1 mm【单选题】(10分) 半导体对光的吸收种类不包括（）。
A.本征吸收B.晶格吸收√ C.电子吸收D.激子吸收【单选题】(10分) 荧光灯的光谱功率谱是（）。
A.连续光谱√ B.复合光谱C.带状光谱D.线状光谱【单选题】(10分) 激光器的发光原理是（）。
A.自发吸收B.自发辐射C.受激吸收√ D.受激辐射【单选题】(10分) 视角分辨率的单位通常为（）。
A.ppiB.cpiC.dpi√ D.lpi【多选题】(10分)光调制包括（）。
√A.AM√B.FM√C.PMD.DM【多选题】(10分)电光效应反映介质折射率与电场强度可能呈（）。
√A.平方关系B.无关系C.立方关系√D.线性关系【多选题】(10分)大气散射包括（）。
A.费曼散射√B.无规则散射√C.米氏散射√D.瑞利散射【多选题】(10分)光纤损耗包括（）。
A.折射损耗√B.散射损耗√C.吸收损耗D.反射损耗10【单选题】 (10分)A.2.8 lm和2.55×104 cdB.3 lm和4.8×103 cdC.√1.63 lm和5.22×105 cdD.28.8 lm和2.55×106 cd第三章测试10【多选题】(10分)以下主要利用光电子发射效应的光电器件有（）。
光电检测技术智慧树知到答案章节测试2023年山东科技大学
第一章测试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A:对B:错答案:A2.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A:错B:对答案:B3.非PN结的光电传感器有光敏电阻、热敏电阻及光电管等A:对B:错答案:B4.一般的电子检测系统由三部分构成，分别是（）、（）和（）A:发射器B:传感器C:信号调制器D:输出环节答案:BCD5.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A:错B:对答案:B第二章测试1.热效应较小的光是A:红外B:紫光C:紫外D:红光答案:C2.半导体中受主能级的位置位于A:满带B:价带C:禁带D:导带答案:C3.波长为500nm的波属于A:太赫兹波B:X射线C:远红外D:可见光答案:D4.光度量是辐射度量的()倍A:683V(λ)B:V(λ)C:683D:1/683 V（λ）答案:A5.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。
A:错B:对答案:B第三章测试1.光电倍增管的光电阴极上发射出光电子的最大速度随入射光光子能量的增大而增大。
A:错B:对答案:B2.光敏电阻是光电导效应器件。
A:对B:错答案:AD器件按像敏元的排列形式可以分为一维和二维两种。
A:对B:错答案:A4.光电耦合器件具有信号传输的单向性，所以只适用于的直流或数字脉冲信号。
A:错B:对答案:B5.热敏电阻的种类不包括下列哪个A:ZTCB:NTCC:CTCD:PTC答案:A第四章测试1.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。
A:对B:错答案:B2.根据噪声来源，光电探测器的噪声有几种形式？A:低频噪声B:背景噪声C:热噪声D:散粒噪声答案:ACD3.设计光电信号检测电路必须满足下列哪些要求？A:最佳的信号检测能力B:灵敏的光电转换能力C:快速的动态响应能力D:长期工作的稳定性和可靠性答案:ABCD4.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。
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。
光电检测原理与技术第5章 光学系统与专用光学元件
2. 望远系统
（1）伽俐略望远镜（ Galileo telescope ）
结构 发散透镜作目镜，会聚 透镜作物镜，物镜的像 方焦点和目镜的物方焦 点重合。
光路 Q Q ' Q "
远物 Q 射来的平行光束，经物镜会聚后，原来应成实像于 Q', 这对于目镜来说应作虚物，最后成正立像P"Q"于无穷 远处。
非近轴情况下，三次幂以上项不能忽略
球面系统不能理想成像
出现三级以上像差
u3 u5 u7 u9 sin u u 3! 5! 7! 9!
三级像差(或初级像差)----5种： 1) 球差(spherical aberration) 2) 慧差(coma) 3) 像散(astigmatism)和场曲(curvature of field) 4) 畸变(distortion)
表5-1 不同波长时焦 深的计算结果
nf 2 nD 2 x 2 2 2 ( F )
(5-6)
（3）最小弥散斑及其角直径 光学系统中影响成像质量的因素主要是像差和衍射。系统的 像差按照不同的设计有很大的差别。而衍射作用的大小可用计算 艾里斑的方法来估计。当斑内占总衍射能量的84％时，所对应的 角直径分别为 (5-7) 2.44
D
—— 探测光辐射的波长。
4 2L ' ( F ) 2 n
' 0
以可见光、中红外和远红外三个光谱区中，三种典型波长的 焦深为例，说明这一关系。计算结果列于表5-1中。表中可见，当 ' ＝0.5μm，2 L ＝ 8μm，说明像面有确定的位置，随着波长增加， 0 L'0 2 按正比增加，当 ＝10μm，2 ＝ 160μm L'0 ，这时很难断定像 面的确切位置。这是红外系统的特点之一。 与焦深相对应的物空间中。物移动某一 ' 距离x，只要其像面移动不超过 L0，那 么仍可得到清晰的像。所以，对应焦深 在物空间中的范围就是景深。利用牛顿 公式可以计算出x为
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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。
何谓莫尔条纹？应用几何光学原理解释，为什么说莫尔条纹测试技术具有光学放大的作用？
莫尔条纹：若两块光栅（其中一块称为主光栅，另一块称为指示光栅）互相重叠，并使它们的栅线之间形成一个较小的夹角，当光栅对之间有一相对运动时，透过光栅对看另一边的光源，就会发现有一组垂直于光栅运动方向的明暗相间的条纹移动，这就形成莫尔条纹。
比较脉冲激光测距和相位测距的技术特点。
脉冲激光测距：由激光器对被测目标发射一个光脉冲，然后接收目标反射回来的光脉冲，通过测量光脉冲往返所经过的时间来算出目标的距离。
相位测距：通过测量从测距仪器发出的连续调制光在待测距离上往返所产生的相位移来计算待测距离。