光电检测技术期末试卷试题大全

最新精品文档，知识共享！ 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） 最新精品文档，知识共享！ 3、光电效应 （光电效应：光照射到物体表面上使物体的电学特性发生变化。） 4、亮电流 （光敏电阻两端加电压（直流或交流）。无光照时，阻值很大，电流（暗电流）很小；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。） 5、光电信号的二值化处理 （将光电信号转换成“0”或“1”数字量的过程称为光电信号的二值化处理。） 6、亮态前历效应 (亮态前历效应是指光敏电阻测试或工作前处于亮态，当照度与工作时所要达到的照度不同时，所出现的一种滞后现象)

7、热释电效应 （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） 8、暗电流 9、暗态前历效应 暗态前历效应是指光敏电阻测试或工作前处于暗态，当它突然受到光照后表现为暗态前历越长，光电流上升越慢。

三、简答 1、雪崩光电二极管的工作原理 （当光敏二极管的PN结上加相当大的反向偏压（100~200V)时，在结区产生一个很强的电场，使进入场区的光生载流子获得足够的能量，在与原子碰撞时可使原子电离，而产生新的电子—空穴对。只要电场足够强，此过程就将继续下去，使PN结内电流急剧增加，达到载流子的雪崩倍增，这种现象称为雪崩倍增效应。）

2、光生伏特效应与光电导效应的区别和联系？

（共性：同属于内光电效应。区别：光生伏特效应是少数载流子导电的光电效应，而光电导效应是多数载流子导电的光电效应。）

3、 什么是敏感器？敏感器与传感器的区别和联系？ （将被测非电量转换为可用非电量的器件。共性：对被测非电量进行转换。 区别：敏感器是把被测量转换为可用非电量，传感器是把被测非电量转换为电量） 4、 发光二极管的工作原理。 （在PN结附近，N型材料中的多数载流子是电子，P型材料中的多数载流子是空穴，PN结上未加电压时构成一定的势垒，当加上正向偏压时，在外电场作用下，P区的空穴和N区的电子就向对方扩散运动，构成少数载流子的注入，从而在PN 结附近产生导带电子和价带空穴的复合。一个电子和一个空穴对每一次复合，将释放出与材料性质有关的一定复合能量，这个能量会以热能、光能、或部分热能和部分光能的形式辐射出来。 5、 说明电子器件与热电器件的特点。

光子器件 热电器件 响应波长有选择性，一般有截止波长，超过该波长，器件无响应。

响应波长无选择性，对可

见光到远红外的各种波长的辐射同样敏感 最新精品文档，知识共享！ 响应快，吸收辐射产生信号需要的时间短， 一般为纳秒到几百微秒

响应慢，一般为几毫秒

6、 PIN型的光电二极管的结构、工作原理及特点 （它的结构分三层，即P型半导体和N型半导体之间夹着较厚的本征半导体I层，它是用高阻N型硅片做I层，然后把它的两面抛光，再在两面分别作N+和P+杂质扩散，在两面制成欧姆接触而得到PIN光电二极管。原理：层很厚，对光的吸收系数很小，入射光很容易进入材料内部被充分吸收而产生大量的电子-空穴对，因而大幅度提供了光电转换效率，从而使灵敏度得以很高。两侧P层和N层很薄，吸收入射光的比例很小，I层几乎占据整个耗尽层，因而光生电流中漂移分量占支配地位，从而大大提高了响应速度。特点： PIN管的最大特点是频带宽，可达10GHz。缺点:由于I层的存在，管子的输出电流小，一般多为零点几微安至数微安。） 7、 热辐射检测器通常分为哪两个阶段？哪个阶段能够产生热电效应。

（第一步：是热探测器吸收红外辐射引起温升，这一步对各种热探测器都一样； 第二步：利用热探测器某些温度效应把温升转换为电量的变化。 第二阶段） 8、光电检测系统由哪几部分组成？作用分别是什么？ （#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。 #光电变换 光电/热电器件（传感器）、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）。 #电路处理 放大、滤波、调制、解调、A/D、D/A、微机与接口、控制。）

9、简述光电检倍增管的结构组成和工作原理 （光电倍增管主要由入射窗口、光电阴极、电子光学系统、电子倍增系统、和阳极5部分组成。 @1光照射到阴极转换成电子，出射到下一电极。 @2电子撞到下一电极，倍增，更多的电子出射，直奔下一电极。 @.3经过若干次倍增，到达阳极，形成信号电流。） 10简述CCD器件的结构和工作原理 （MOS电容器件+输入输出端=CCD Ccd的工作原理：由目标发射来的光学图像，经透镜聚焦后成像在CCD的像敏单元上； 在耗尽层中或距耗尽层为一定范围内的光生电子迅速被势阱收集，汇集到界面附近形成电荷包，存储在像敏单元中。 电荷包的大小与光强和积分时间成正比。 电荷包在时钟脉冲作用下，由转移寄存器读出。 即在ＣＣＤ栅极上施加按一定规律变化、大小超过阈值的电压，则在半导体表面形成不同深浅的势阱。势阱用于存储信号电荷，其深度同步于信号电压变化，使阱内信号电荷沿半导体表面传输，最后从输出二极管送出视频信号。） 11、简述热电偶的工作原理 （热电偶工作原理是基于赛贝克(seeback)效应,即两种不同成分的导体两端连最新精品文档，知识共享！ 接成回路，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。） 12、光电二极管的工作模式有哪几种？都分别用于什么场合？ 四、分析 1、根据电路说明光电耦合器的作用。

B1 B2 +12V 1 K 4N25 Q11 +12V 1K 4N25 Q11

U1 6.2K Y1 U1 6.2K 30G6 Y2 33K 33K 30G6 Q12 Q12

2、分析下面电路的工作过程

五、应用题 Cd5 220V 最新精品文档，知识共享！ 1、举例说明脉冲方法测量长度的原理。 （被测物体L在传送带上以速度v前进，光电传感器将物体的长度L转换成脉冲来开启门电路，计数器将计下与脉宽对应的高频脉冲数N，则

L=vt=vkN=KN) 2、举例说明补偿测量方法的原理 （补偿测量法是通过调整一个或几个与被测物理量有已知平衡关系（或已知其值）的同类标准物理量，去抵消（或补偿）被测物理量的作用，使系统处于补偿或平衡状态。处于补偿状态的测量系统，被测量与标准量具有确定的关系，由此可测得被测量值，这种方法称为补偿法。）。 3、举例说明象限探测器的应用。 （四象限探测器主要被用于激光准直、二维方向上目标的方位定向、位置探测等领域。） 下图为简单的激光准直原理图。用单模激光器作光源。因为它有很小的光束发散角，又有圆对称界面的光强分布，很有利于作准直用。图中激光射出的光束用倒置望远系统L进行扩束，倒置望远系统角放大率小，于是光束发散角进一步压缩，射出接近平行的光束投向四象限管，形成一圆形亮斑。 光电池AC、BD两两接成电桥，当光束准直时，亮斑中心与四象限管十字沟道重合，此时电桥输出信号为零。若亮斑沿上下左右有偏移时，两对电桥就相应于光斑偏离方向而输出电信号。哪个探测器被照亮斑的面积大，输出信号也大。这种准直仪可用于各种建筑施工场合作为测量基准线。

4、举例说明光敏电阻的应用 （举例一：照明灯的光电控制电路 基本功能：根据自然光的情况决定是否开灯。 基本结构：整流滤波电路；光敏电阻及继电器控制；触电开关执行电路。 基本原理：光暗时，光敏电阻的阻值很高，继电器关，灯亮；光亮时，光敏电阻

阻值降低，继电器工作，灯关。 举例二：把光敏电阻装在大门上汽车灯光能照到的地方，把带动大门的电动机接