光电技术复习资料
光电技术第三版复习重点总结2
1.一台氦氖激光器发出波长为0.6328μm 的激光束，其功率为5mW ，光束平面发散角为0.3mrad ，放电毛细管直径为1mm 。
试求： (1) 当V0.6328=0.235时此光束的辐射通量λ,e Φ，光通量λ,v Φ，发光强度λ,v I，光出射度λ,v M等各为多少？(2) 若将其投射到20m 远处的屏幕上，屏幕的光照度为多少？ 1)因3,310()e W λ-Φ=⨯，且0.6328()|0.235m V λμλ== 则：其中683(/)mK Lm w =为峰值波长（555nm ）光视效能。
,4,30.48152.410()0.0210V V I cd λλ-Φ===⨯Ω⨯0.48150.613410()14M Lm Ad πΦ===⨯2）投射10m 处，光斑直径33100.0210110 1.2()D L d mm --=⋅Ω+=⨯⨯+⨯=23048150.48150.426()1(1.210)4V V E Lm A D ππ-Φ===⨯屏幕.＝14如图所示的电路中，已知Rb=820 Ω，Re=3.3k Ω,Uw=4V ，光敏电阻为Rp ，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γ值不变。
试求： (1)输出电压为8V 时的照度。
(2) 若Re 增加到6k Ω，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Re=3.3k Ω与Re=6k Ω时的输出电压 (4) 求该电路在输出电压为8V 时的电压灵敏度。
11140.71()3.3W be e c e U U I I mA R --≈===当照度为40lx ，输出电压6V 时，光敏电阻1P R：116bb C P U I R =-⋅当照度为80lx ，输出电压9V 时，光敏电阻2P R ：129bb C P U I R =-⋅设12bbUV =，则16()P R k =，23()P R k =根据光敏电阻线性化关式：1221lg lg lg lg P P R R E E γ-=- 即：1）设输出电压为8V 时，光敏电阻阻值为3P R ，则138bbC P UI R =-⋅得14()P Rk =选择关系式： 得：360()E lx =2）当e R 增大到6k 时，则：此时输出电压仍然为8V ，则：248bb C P UI R =-⋅ 得：47.2727()P R k =选择关系式：得：3）当光照为70lx 时，设此时光敏电阻的阻值为5P R，选择关系式：得：43.4286()P Rk =当 3.3eR k =时，输出电压1151212 3.42868.57()o c P U I R V =-⨯=-=当6eR k =时，输出电压4）当 3.3eR k =时，电压灵敏度 当6eRk=，光照为40lx 和80lx 时，212()0.55(63) 1.65()c P P U I R R V ∆=-=-=电压灵敏度在室温300K 时，已知2CR21型硅光电池(光敏面积为5m m ×5mm )在辐照度为100mW/cm2时的开路电压微U oc =550mV ，短路电流I SC =6mA 。
光电检测技术复习三(光生伏特器件)
问题四 半导体光电器件的特性参数与选择 1 半导体光电器件的特性参数 半导体光电器件主要包括光电导器件与光生伏特器件等两大类， 要根据具体情况选择不 同特性参数的器件。 光谱响应（nm） 光电器件 短 波 长 400 300 750 400 峰值 640 长 波 长 900 122 0 灵敏 度 (A/W ) 1A/l m 0.30.6 0.30.8 0.30.6 输出电 流(mA) 光电 响应 特性 非线 性 动态特性 频率 响应 (MHz) 0.001 上升时 间 (μ s) 200-10 00 ≤0.1 ≤100 ≤ 0.002 ≤0.1 电源 及偏 置 交、 直流 三种 偏置 暗电 流与 噪声
我的老师说过：光电技术人员应具备不怕黑、不怕冷、不怕密闭的专业素质.
第三章 光生伏特器件 问题一 硅光生伏特器件 硅光生伏特器件具有制造工艺简单、 成本低等特点使它成为目前应用最广泛的光生伏特 器件。 问题二 硅光电二极管 硅光电二极管是最简单、最具有代表性的光生伏特器件，其中，PN 结硅光电二极管为 最基本的光生伏特器件。 1 工作原理—基于 PN 结的光伏特效应 2 基本结构 1) 光电二极管可分为以 P 型硅为衬底的 2DU 型 与以 N 型硅为衬底的 2CU 型两种结构形式。 如图 3-1（a）所示的为 2DU 型光电二极管的 原理结构图。 2) 图 3-1（c）所示为光电二极管的电路符号，其 中的小箭头表示正向电流的方向（普通整流二 极管中规定的正方向） ，光电流的方向与之相 反。图中的前极为光照面，后极为背光面。 3 电流方程—普通二极管的电流方程 qU （反向偏置时） 且 |U|>> kT/q 时(室温下 kT/q≈0.26mV， ID 为 U 为负值 I ID e kT 1 很容易满足这个条件)的电流，称为反向电流或暗电流。
光电技术与实验习题试卷答案复习资料
光电技术与实验习题试卷答案复习资料第⼀章光辐射与光1.光电系统⼯作的电磁波波段，主动光电系统，被动光电系统光电系统⼯作的光波段（电磁波）可见光：0.38µm~0.78µm .(0.4µm~0.76µm )红外： 0.76µm~1000µm紫外：0.001 µm ~0.4µm光电系统（仪器）主动光电系统和被动光电系统。
使⽤⾃然光源的组成被动光电系统；使⽤⼈造光源的组成主动光电系统。
2、辐射度学量（辐射度单位体系）⽤能量描述光辐射能的客观物理量光度学量（光度单位体系）具有标准视觉特性的⼈眼对光辐射能的度量，具有主观性对于单⾊光： 3、维恩位移定律光谱匹配、和选探测器结合起来考虑4、已知照度，求光源的光辐射通量，或光源消耗的电功率（34页习题10）17页公式（1.3-1）和（1.3-2）5、求光源的光谱功率分布与⾊温、分布温度、相关⾊温的关系第⼆～六章光电探测器概述1、光⼦探测器与热探测器的主要区别:光电效应与热效应，对光谱响应有⽆选择性，响应的快慢哪些是光⼦探测器，哪些是热探测器？2、光⼦探测器：外光电效应内光电效应：光电导效应？代表探测器光⽣伏特效应？代表探测器3、长波限的计算：37页内光电效应公式（2.1－1）（2.1－2）（2.1－3）69页外光电效应公式（3.2—3）（3.2－4）表2－1，表2－24、光⼦探测器哪些具有内增益，哪些没有内增益。
5、光伏探测器有哪⼏种⼯作模式？⽤于信号检测有哪⼏种⼯作模式，该模式对应的伏安特性在第⼏象限，画出相应模式下的偏置电路，并标出光电流（光电动势）⽅向，负载电阻的数值⼤⼩如何选择。
光电池模式下有哪两种⽤途，负载电阻的数值⼤⼩如何选择。
6、根据伏安特性设计负载电阻，7、为什么PIN 光电⼆极管⽐PN 结光电⼆极管的频率响应要⾼？8、热探测器：热释电效应? 热释电探测器的频率特性9、由热释电探测器的频率特性怎样求热、电时间常数?170页习题210、光敏电阻和热敏电阻的区别？11、选择探测器时应考虑的主要因素有哪些？12、光电探测器的性能参数NEP 和D*的⽤途、关系? 46页公式(2.2-14)13、光电探测器响应度、灵敏度? 44页公式(2.2-1～4)14、光电探测器量⼦效率的的定义，量⼦效率与电流响应度、灵敏度之间的关系 47页公式(2.2-18)15、光电探测器的噪声有哪些，哪些可以消除，哪些不能消除第⼋章光辐射的调制调幅信号和调频信号的区别，其带宽特点（⽤某⼀频率的正弦信号对⾼频载波进⾏调制） ()()()X K X V V m e λλλ=I I R P =e e I P P h h c ηληυ==(,)0eb m M T λλ?=?()2897.8K m T m λµ=?调幅信号的频谱为调频波的频谱是由载频ω0和⽆数对边频ω0±n Ω（n=1、2、3…）组成，因此调频波占⽤频带较宽。
光电检测技术复习总结
3. 极微弱光信号的探测---光子计数的原理 如图所示：
如上图为光子计数器的原理图，当光子入射到光电探测器上时，倍增管的光阴极释放的电子在 管内电场作用下运动至阳极， 在阳极的负载电阻上出现光电子脉冲， 然后经处理把光信号从噪 声中以数字化的方式提取出来。 弱辐射信号是时间上离散的光子流， 因而检测器输出的是自然 离散化的电信号，采用脉冲放大、脉冲甄别和计数技术可以有效提高弱光探测的灵敏度。
2) 光敏电阻的分类：本征光敏电阻和掺杂光敏电阻； N 型半导体的光敏特性 较好，所以一般使用较多的就是 N 型半导体光敏电阻； 3. 光敏电阻应用电路---用光敏电阻设计一个光控电路组成分析： 如图所示就是一个光控开关的控制电路应用； 在图中， 是从 220V 高压接过来的电路， 所以电路可以分为两个部分， 第一部分： 电阻 R、 二极管 VD、 电容 C 组成的半波整流滤波电路；还有第二部分就是 光敏电阻、继电器 J、开关 组成的控制部分； ② 电路功能分析： 光照弱阻值大继电器 J 无法启动灯路电阻小，电流走灯路 灯亮了； 光照强阻值小电流都流过来了继电器 J 启动工作开关常闭了灯灭了 4. 习题： 4.1 光敏电阻有哪些优点：可靠性好 、体积小、灵敏度高、反应速度快、光谱特 性好 4.4 光敏电阻 R 与 Rl=2KΩ 的负载电阻串联后接于 Ub=12V 的直流电源上，无光 照时负载上的输出电压为 U1=20mv，有光照时负载上的输出电压 U2=2v， 求 （1）光敏电阻的暗电阻和亮电阻值； （2）若光敏电阻的光电导灵敏度 Sg=6*10^-6 s/lx，求光敏电阻所受的照度。 解:
n0
在如图所示的光纤传输示意图中，一束光 以 θ0 入射到端面，折射成θ1， 之后在纤 芯内以ψ1 的角度产生全反射，并且以相同的角度反复全反射向前传输，直至从光纤的 另一端射出，这就是光纤的传光原理； 图中的虚线表示入射角θ0 过大而不能产生全反射， 直接溢出了， 这叫光纤的漏光；
光电测试技术复习资料
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。
光电技术复习资料
1.半导体对光的吸收可分为本征吸收，杂质吸收，激子吸收，自由载流子吸收和晶格吸收。
2.光与物质作用产生的光电效应分为内光电效应与外光电效应两类。
3. 发光二极管(LED)是一种注入电致发光器件，他由P型和N型半导体组合而成。
其发光机理可以分为PN结注入发光与异质结注入发光两种类型。
4. 光电信息变换的基本形式信息载荷于光源的方式，信息载荷于透明体的方式，信息载荷于反射光的方式，信息载荷于遮挡光的方式，信息载荷于光学量化器的方式，光通信方式的信息变换。
D电极的基本结构应包括转移电极结构，转移沟道结构，信号输入单元结构和信号检测单元结构。
1. 对于P型半导体来说，以下说法正确的是 （D）A 电子为多子B 空穴为少子C 能带图中施主能级靠近于导带底D 能带图中受主能级靠近于价带顶2. 下列光电器件, 哪种器件正常工作时需加100-200V的高反压 （C）A Si光电二极管B PIN光电二极管C 雪崩光电二极管D 光电三极管3. 对于光敏电阻，下列说法不正确的是： （D）A 弱光照下，光电流与照度之间具有良好的线性关系B 光敏面作成蛇形，有利于提高灵敏度C 光敏电阻具有前历效应D 光敏电阻光谱特性的峰值波长，低温时向短波方向移动4. 在直接探测系统中, (B)A 探测器能响应光波的波动性质, 输出的电信号间接表征光波的振幅、频率和相位B 探测器只响应入射其上的平均光功率C 具有空间滤波能力D 具有光谱滤波能力5. 对于激光二极管（LD）和发光二极管（LED）来说，下列说法正确的是（D）A LD只能连续发光B LED的单色性比LD要好C LD内部可没有谐振腔D LED辐射光的波长决定于材料的禁带宽6. 对于N型半导体来说，以下说法正确的是 （A）A 费米能级靠近导带底B 空穴为多子C 电子为少子D 费米能级靠近靠近于价带顶7. 依据光电器件伏安特性, 下列哪些器件不能视为恒流源: （D）A 光电二极管B 光电三极管C 光电倍增管D 光电池8. 硅光二极管在适当偏置时，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。
光纤与光电技术综合实验复习资料
光电系统设计复习提纲基本概念1.根据系统工作的基本目的，通常光电系统可以分为哪两大类？1.信息光电系统。
例如：光电测绘仪器仪表、光电成像系统、光电搜索与跟踪系统、光电检测系统、光通信系统。
2.能量光电系统。
例如：激光武器、激光加工设备、太阳能光伏发电、“绿色”照明系统。
2.光电系统的研发过程需要哪些学科理论与技术的相互配合？光电系统的研发需要多种学科互相配合，它是物理学、光学、光谱学、电子学、微电子学、半导体技术、自动控制、精密机械、材料学等学科的相互促进和渗透。
3.光学系统设计基本要求包括哪些？基本要求包括：性能、构型选择、和可制造性三个方面。
4.光学系统设计技术要求包括哪些？技术要求包括：基本结构参数（物距、成像形式、像距、F数或数值孔径、放大率、全视场、透过率、焦距、渐晕）；成像性质要求（探测器类型、主波长、光谱范围、光谱权重、调制传递函数、RMS波前素衰减、能量中心度、畸变）；机械和包装要求；其他具体要求。
5.望远物镜设计中需要校正的像差主要是哪些？球差、慧差和轴向色差6.目镜设计中需要校正的像差主要是哪些？像散、垂轴色差和慧差7.显微物镜设计中需要校正的像差主要是哪些？球差、轴向色差和正弦差，特别是减小高级像差8.几何像差主要有哪些？几何像差主要有七种：球差、慧差、象散、场曲、畸变、轴向色差和垂轴色差。
9.用于一般辐射测量的探头有哪些？光电二极管10.可用于微弱辐射测量的探头有哪些？光电倍增管11.常用光源中哪些灯的显色性较好？常用光源中，白炽灯、卤钨灯、氙灯的显色性较好；12.何谓太阳常数？太阳常数——在地球-太阳的年平均距离，大气层外太阳对地球的的辐照度(1367±7) W·m-213.太阳对地球的辐照能量在哪个光谱区比例最大？太阳对地球的辐照度值在不同光谱区的比例为：紫外区6.46%；可见区46.25%；红外区47.29%14.对用于可见光和近红外的光学系统，主要是什么因素影响其像质？因波长较短，影响像质的主要是各种像差；15.对用于中远红外的光学系统，主要是什么因素影响其像质？用于中远红外的光学系统，影响像质的主要因素是衍射可见光和近红外的光学系统，16.对非线性光电探测器件的电路设计计算常用的方法有哪些？由于光电检测器件伏安特性是非线性的，一般采用非线性电路的图解法和分段线性化的解析法来计算。
光电检测技术复习五(热辐射探测器件)
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我的老师说过：光电技术人员应具备不怕黑、不怕冷、不怕密闭的专业素质.
5.1 热辐射探测器通常分为哪两个阶段？哪个阶段能够产生热电效应？ 答：热辐射探测器将入射到器件上的辐射能转换成热能，然后再把热能转换成电能的器件。 第二个阶段能产生热电效应。 5.2 热释电器件为什么不能工作在直流状态？工作频率等于何值时， 热释电器件的电压灵敏 度达到最大值？ 答： 5.3 为什么热释电器件总是工作在 ѡe >> 1 的状态？在 ѡe >> 1 的情况下热释电器件的电压灵 敏度如何？
问题二 热释电器件 一、 【核心】热释电效应 1. 探测原理： 1) 电介质内部没有自 由载流子，没有导电能力。在外加电场作用下，带电粒子受电场力作用，电子在电 场力作用下发生定向移动，产生位移电流，如图 5-12 所示，电介质产生极化现象，
我的老师说过：光电技术人员应具备不怕黑、不怕冷、不怕密闭的专业素质.
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注意：多数热敏电阻具有负的温度系数，即当温度升高时，其电阻值下降，同时灵敏度也下 降。由于这个原因，限制了它在高温情况下的使用。 二、 1. 2. 热电偶探测器 热电偶的工作原理：利用物质温差产生电动势的效应探测入射辐射的。 图示：利用半导体材料构成的辐射热电偶成本低，具有更高的温差电位差。
热辐射的特点--基于光辐射与物质相互作用的热效应而制成的器件 光谱响应范围宽， 无波长选择性， 对于从紫外到毫米量级的电磁辐射几乎都有相同 的响应。而且响应度都很高，但响应速度较低。因此，具体选用器件时，要扬长避短， 综合考虑。 3.
2
3.
Sv
i. ii. iii. iv. v. 问题三 课外思考题
AR G(1 ) (1 2 e2 )1/2
光电检测技术期末试卷试题大全复习资料
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NEP2、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。
光电信息技术导论复习提纲
光电信息技术导论复习提纲一名词解释：1.LD与LEDLD LD，镭射影碟、激光视盘，用于电视、电影和卡拉OK的双面视频光盘。
LED，发光二极管。
在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。
2. DWDM和CWDMDWDM，密集型光波复用，是一项用来在现有的光纤骨干网上提高带宽的激光技术。
CWDM，稀疏波分复用器，是一种面向城域网接入层的低成本WDM传输技术。
3.LCD、CRT和PDPLCD，液晶显示器。
CRT一种使用阴极射线管的显示器。
PDP，等离子显示板，是一种利用气体放电的显示技术。
4.PWM和FRCPWM，脉冲宽度调制，是对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。
FRC，动画专家，进一步提高电视画面动态清晰度。
D和JfETCCD，电荷耦合元件，能够把光学影像转化为数字信号。
JFET，N沟道(或P沟道)结型场效应管。
6.EDFA和FRAEDFA，掺饵光纤放大器。
FRA，高灵敏探测器。
7.OADM和OXCOADM，光分插复用器，在光域实现支路信号的分插和复用这样一种设备。
OXC，光交叉连接，是一种多功能OTN传输设备。
8.SDH和PDHSDH，同步数字体系，用于在物理传输网上传送经适配的净负荷。
PDH，准同步数字系列。
9.ICCTT和ITUCCITT，国际电报电话咨询委员会，是国际电信联盟（ITU）的常设机构之一。
ITU，国际电信联盟是联合国的一个专门机构。
10.SONET和STMSONET，同步光网络，是使用光纤进行数字化信息通信的一个标准。
STM，同步传送模块，STM是一种信息结构。
二、简答题11.产生激光的必要条件？1.受激幅射。
2.要形成激光，工作物质必须具有亚稳态能级。
3.在常温下，吸收多于发射。
4.有一个振荡腔。
5.使光子在腔中振荡一次产生的光子数比损耗掉的光子多得多。
12.激光医疗研究重点在哪？1.研究激光与生物组织间的作用关系；2.研究弱激光的细胞生物学效应及其作用机制；3深入开展有关光动力疗法机制、激光介入治疗、激光心血管成形术与心肌血管重建机制的研究，积极开拓其他新的激光医疗技术。
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1、设受光表面的光照度为100lx ，能量反射系数0.6，求该表面的光出射度和光亮度（假定该表面为朗伯辐射体）。
（θcos dS dI L vv =）解：设受光表面光谱反射率相同，则每单位表面反射的光通量为601006.0=⨯==入反ρφφLm/m 2这也就是该表面的光出射度M v。
对朗伯辐射体，其光亮度v L 与方向无关，沿任意方向（与法线方向成θ角）的发光强度θI 与法线方向发光强度0I 之间的关系为θθcos 0I I = 每单位面积辐射出的光通量除以π即为其光亮度：1.1914.360cos 1======πφθv S v v v dSdI dS dI L C d /m 2sr 附：朗伯体法向发光强度I 0与光通量v Φ的关系 由定义，发光强度ΩΦ=d d I v，所以在立体角Ωd 内的光通量：ϕθθθd d I Id d v sin cos 0=Ω=Φ在半球面内的光通量 ⎰⎰==Φπππϕθθθ2002/0sin cos I d d Iv2、计算电子占据比F E 高2KT 、10KT 的能级的几率和空穴占据比F E 低2KT 、10KT 能级的几率。
解：能量为E 的能级被电子占据的概率为)exp(11)(kTE E E f Fn -+=E 比E f 高2kT 时，电子占据比：1192.011)2exp(112=+=+=ekTkT f e E 比E f 高10kT 时，电子占据比：5101054.411-⨯=+=e f eE 比E f 低2kT 时，空穴占据比：1192.011)exp(112=+=-+=e kTE E f f pE 比E f 低10kT 时，空穴占据比：5101054.411-⨯=+=e f p3、设N －Si 中310105.1-⨯=cm n i ，掺杂浓度31610-=cm N D ，少子寿命s μτ10=。
如果由于外界作用，少子浓度P ＝0（加大反向偏压时的PN 结附近就是这种情况），问这时电子一空穴的产生率是多少？（复合率τPR ∆=，当复合率为负值时即为产生率）解：在本征硅中，2021025.2⨯==ii in p n ，在N 型硅中，少子浓度：4162021025.21011025.2⨯=⨯⨯==d i N n P产生率为： R `=9641025.210101025.2⨯=⨯⨯=∆-=--τP R每秒钟每立方厘米体积内可产生2.25×109个。
4、一块半导体样品，时间常数为s μτ1.0=，在弱光照下停止光照0.2s μ后，光电子浓度衰减为原来的多少倍？解：τte en t n -=)0()(1354.0)0()(2==-e n t n e e 5、一块半导体样品，本征浓度310105.1-⨯=cm n i ，N 区掺杂浓度31710-=cm N D ，P 区掺杂浓度314107-⨯=cm N A ，求PN 结的接触电势差D U （室温下，V qKT026.0=）。
解：在P-N 结处，接触电势差)(685.046.26105875.2105.110107ln 10602.13001038.1ln 22021714192320伏=⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==---i d a n N N e kT V6、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4=σ，阴极灵敏度lm A S k /20μ=，阳极电流不得超过100A μ，试估算入射于阴极的光通量的上限。
解：阳极电流I A 满足：n k v A S I σφ=，所以入射光通量6101077.4420100-⨯=⨯==nk A v S I σφ lm 7、上题中，若阳极噪声电流4nA ，求其噪声等效光通量?（Z H f 1=∆） 解：题中未给出入射光的波长值，我们取波长为555 nm ，则1)(=λVNEP =.n n k m i S k s --´==?´310104101910204 Lm8、某光敏电阻的暗电阻为600k Ω，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Ω⨯==31210601.0R R ，光电导R G /1=，所以光电导灵敏度75312121033.802001061106111-⨯=-⨯-⨯=--=E E R R S E S/Lx9、某热探测器的热导为K W /1056-⨯，热容量为K J /1035-⨯，吸收系数0.8，若照射到光敏元上的调制辐射量为)cos 6.01(5t ω+⨯=Φ，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f C G t t t πτω217.0103105156==⨯⨯===--，所以： 027.02==πωf H Z 。
温升随时间的变化关系 )(2/1220)1(ϕωτωηφηφ+++=∆t j t t mt e G G T )(2126565)361(1051038.01051058.0ϕωω+----+⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=t j e )(212)361(4.28ϕωω+-+⨯+=t j e10、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6512121011100010111000111-⨯=-⨯-=--=E E R R S E S/Lx在400Lx 的光照下，光敏电阻的阻值为R 。
4601044001011--⨯=⨯⨯===E S RG E S所以，R t =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R L =30/0.010=3000欧姆比光敏电阻的阻值要大，故需串联一个电阻R 1，R 1=R L -R t =500欧姆，如图9—2所示。
11、已知2CR 太阳能光电池的oc U ＝0.55伏，sc I ＝50mA ，要用这种光电池组合起来对6V 、0.5A 的蓄电池充电，应组成怎样的电路？需要这样的光电池多少个？（充电电源电压应比被充电电池电压高1伏左右）解：光电池用于能量转换时，输出电压一般取开路电压的0.8倍，这时输出电流约为0.8I sc =40mA , 输出电压0.44伏。
需用1644.00.10.61=+=N 个电池串联供电。
每支路提供40毫安的电流，需要13405002==N 条支路并联。
共需用208131621=⨯==N N N 个这样的电池串、并联供电。
题9—1图 光敏电阻的特性曲线1001011.001.0)(lx E题9—2图 光敏电阻控制继电器电路12、具有上题所示特性的光敏电阻，用于右图所示的电路中。
若光照度为E ＝（400＋50sin t ω）lx ，求流过2R 的微变电流有效值和2R 所获得的信号功率。
解：设光照度变化频率ω和电容量C 足够大，则电容交流短路。
交流等效负载为R 1和R 2的并联值，R ∥=2k Ω。
由上题，G 0=4×10-4 S ，G max =S g E max =1.0×10-6×450=4.5×10-4 S 直流工作点： 3411001000.65.2100.4130--⨯=+⨯=+=k R R UI （安）。
光照度最大时，总电流3411maxmax 1035.65.2105.41301--⨯=+⨯=+=kR G U I （安）所以交变电流的峰值电流是i max =6.35-6.00=0.35(mA)，通过R 2的峰值电流是：mA mA kk ki R R R i 12.035.055.25.2max 211max 2=⨯+=+=负载电阻R 2所获得的信号功率为： 52332max 22108.3)1012.0(1055.021--⨯=⨯⨯⨯⨯==i R P S W13、某光电二极管的结电容5pF ，要求带宽10Z MH ，求允许的最大负载电阻是多少？若输出的信号电流为10A μ，在只考虑电阻热噪声的情况下，求300=T 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。
解：因为Lj H R C f π21=，所以最大负载电阻：Ω=⨯⨯⨯==-k f C R H j L 18.3101052121712ππ 电阻热噪声RfkT i n ∆=42，信噪电流有效值之比：3217232135106.1)103001038.14()1018.3(10⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==--ns i i N S837231004.16.0/1018.3103001038.14--⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==S i NEP n W题10图14、某光电二极管的光照灵敏度为S E =3.0⨯10-6A/L X ，拐点电压为V M =10V ，给它加上50伏的反向偏置电压，其结电容为5pF 。
试求：（20分）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+sin ωt )L X ，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。
解：①最大负载电阻：Ω=⨯⨯⨯⨯==-k f C R H j L 31.51061052121612ππ ②负载曲线通过拐点时，光电二极管耗散功率为M E EV S P =所以： 363max max 1067.6100.31010200⨯=⨯⨯⨯==--E M S V P E L X ③取R L 为最大负载电阻，其热噪声功率为13623100.11063001038.144--⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=∆=f kT P r W 取光谱光视效率为最大值683，得可探测的最小光照度为： 1113min 1083.6100.1683)(--⨯=⨯⨯==r P V E λL X④在最大输出信号电压情况下，照度达100L X 时，光电二极管上压降为10伏，输出电压U s =U 0-U M =40伏，对应的光电流为I S =S E E=3.0×10-6×100=3.0×10-4安。
负载电阻为 R L =U S /I S =1.33×105欧姆 这时的电路通频带宽度是： 5512104.21033.11052121⨯=⨯⨯⨯⨯==-ππL j H R C f H Z三、教材上所布置的所有作业题。
第一章：1、 解：光衰减器的透射比指的是光辐射能量的透射比。