光电检测原理与技术试题一

光电检测原理与技术试题一一. 单项选择题（每题只有一个正确选项，每小题2分,共40分）1. 任何温度下对任何波长的入射辐射能的吸收比都等于1，称为（ A ）.A．黑体 B．灰体C．黑洞 D．绝对黑体2．半导体中施主能级的位置位于（ A ）中.A. 禁带B. 价带C. 导带D. 满带3．在给定λl～λ2波长范围内，某一辐射源发出的辐射通量与产生这些辐射通量所需的电功率之比，称为（ B ）.A. 辐射效率B. 发光效率C. 光谱功率D. 空间光强 4. 热效应较大的光是（ C ）.A. 紫光B. 红光C. 红外D. 紫外5．结型光电器件与三极管连接，保证放大，要接在( C ).A. 集射极间短路B. 基集极间短路C. 基射极间正偏D. 基集极间反偏6. 为了实现均匀倍增，雪崩光电二极管衬底掺杂材料要求( A ).A. 浓度均匀B. 浓度大C. 浓度小D. 浓度适中 7. 波长为10 μm的光线属（ C ）。

A. 近红外线B.中红外线C. 远红外线D.极远红外线8．光纤折射率纤芯n 1、包层n 2、外套n 3的关系是（ B ）.A. n 1> n 2> n 3B. n 1> n 3> n 2C. n 3> n 2> n 1D. n 2> n 3> n 19．波长为1mm的波属于（ B ）．A. 远红外线B. 太赫兹波C. 可见光D. X射线10．硅光电二极管与硅光电池比较，前者（ A ）．A．掺杂浓度低 B．电阻率低 C．零偏工作 D．光敏面积大11．卤钨灯是一种 ( B ).A. 气体光源B. 热光源C. 冷光源D. 激光光源12. 下列光源中，最佳的彩色摄影用光源是（ A ）．A．氙灯 B．氢灯 C．汞灯 D．汞氙灯13. 光的发射，属于受激发射的器件是（ A ）.A. LDB. LEDC. CCDD. PMT 14．在光电倍增管中，产生光电效应的是( A ).A．阴极 B. 阳极 C. 倍增极 D. 玻璃窗15．像管中（ D ）的出现和使用，成为了第一代像管出现的标志性部件。

A. 负电子亲和势阴极；B. 电子光学系统； C．微通道板MCP； D. 光纤面板16．半导体结中并不存在（ D ）．A. PN结B. PIN结C. 肖特基结D.光电结17．光通量是辐射通量的（ A ）倍.A. 683B. 1/683C. 863D. 1/863 18．斯乃尔公式是（ A ）．A． B． C．2D．19．可产生太赫兹辐射的光源是（ D ）．A. 氙灯B. CO2激光器C. 氦氖激光器D. 飞秒脉冲激光器20．面阵CCD主要是通过（ A ）工作.A. 电荷B. 电压C. 电流D. 电阻二、多项选择题（每题2分，共10分）1. 光电效应有（ ABCDE ）。

A. 光电导效应B. 光生伏特效应C. 内光电效应D. 丹培效应 E. 光子牵引效应2. 面阵CCD种类有( ABC ).A. FTB. ILTC. FITD. FFE. I I3. 线阵CCD的组成包括（ ABCDE ）.A. IDB. IGC. ODD. OGE. MOS4. CCD的种类有（ ABCDE ）.A. 红外CCDB. 可见光CCDC. X射线CCDD. 紫外CCDE. 微光CCD5. 依热效应分，热探测器种类有（ ABCDE ）.A. 辐射热计B. 辐射热电偶C. 辐射热电堆D. 热释电探测器E. 高莱管三.填空题 (每空1分,共10分)1.光电二极管的PN结工作在反偏状态，它的反向电流会随光照强度的增加而增加。

2．吸收量M与投射的辐射线量E的比率称为吸收系数 . 3．斯忒藩----玻耳兹曼定律，某一温度物体总辐出度为σT4 ．4．按光波在时间、空间上的相位特征,将光源分为相干和非相干光源.5．半导体受光照后电流增加的现象，称为光电导效应 .6. S(λ)＝U(λ)/Ф(λ），S(λ)称为光电器件的光谱灵敏度7. 人眼按不同照度下的响应可分为明视觉、暗视觉。

四.简答计算题 (共40分)1. 什么是热光源？（5）答：物体由于温度较高而向周围温度较低环境发射热量的形式称为热辐射，这种物体称为热辐射源。

2. 简述LED的发光原理。

（10分）答：光电二极管在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。

进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光。

3. 何谓“白噪声”？何谓“1/f噪声”？要降低电阻的热噪声应采用什么措施？（10）答：功率谱大小与频率无关，称为白噪声；功率谱与 1/f 成正比，称为1/f噪声。

热噪声功率公式看出，热噪声与温度、频宽、电阻的倒数成正比，因此要降低温度；常温时，工作范围要在1012Hz频率以下。

4. 图为一理想运算放大器，对光电二极管 2CU2的光电流进行线性放大，若光电二极管未受光照时，运放输出电压U0=0.6V。

在E=100 lx的光照下，输出电压U1=2.4 V。

求：（1）2CU2的暗电流；（2）2CU 2的电流灵敏度。

（15分）已知：U0=0.6V，E=100 lx，U1=2.4 V 求ID和SE解：(1) 根据运算放大器虚短和虚断原理，由于运算放大器电阻很大，两输入端的信号差值很小，近似为零，估算2CU2中电流则流过R上的电流I0近似为流过2CU2的暗电流为ID I0＝ID＝U0/R＝0.6V/1.5MΩ＝0.4×10-6A=0.4μA (2)当受到光照时，2CU2的电流 IP＝U1/R ＝2.4/1.5＝1.6 μA 又 IP＝SEE∴ SE＝IP/E＝1.6μA/100 lx＝1.6×10－8(A/lx)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Δ¯Ps=¯PΔT式中¯P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ƒ的红外光照摄热释电晶体，当ƒ>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器，又称NF型光纤传感器，它是利用其他敏感元件感受被测量的变化，光纤仅作为光的传输介质，用以传输来自于远处或难以接近场所的光信号，因此，也称为传光型光纤传感器。

第7、硅光电池和硒光电池的结构，适用的波长范围（光谱特性），适合何种光，在实际中应用如何？答：硒光电池结构：先在铝片上覆盖一层P型半导体硒，然后蒸发一层镉，然后加热生成N型硒化镉，与原来P型硒形成一个大面积PN结，然后涂上半透明保护层，焊上电极，铝片为正极，硒化镉为负极。

适用波长0.3~0.7λ∕μm。

在实际应用中，由于硒光电池的光谱响应曲线与V（λ）很相似，很适合做光度测量的检测量。

硅光电池结构：它是用单晶硅组成的，在一块N型硅片上扩散P型杂质（如硼），形成一个扩散P+N结；或在P型硅片扩散N型杂质（如磷），形成N+P结；再焊上两个电极。

P端为光电池正极，N端为光电池负极，作光电检测器在地面技术上使用的最多为P+N型。

适用波长0.5—1.0λ∕μm在实际应用中，把硅光电池单体经串联、并联组成电池组，与镍镉蓄电池配合，可作为卫星、微波站、野外灯塔、航标灯和无人气象站等无输电线路地区的电源供给。

第8、光电导效应：在物质受到辐射光的照射后，材料的电学性质发生了变化（电导率改变、发射电子、产生感应电动势等）的现象称为光电效应。

外光电效应：是指受到光辐射的作用后，产生电子发射的现象。

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。

光电导效应：半导体受光照后，内部产生光生载流子，使半导体中载流子显著增加而电阻减小的现象。

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电动势。