武汉理工大学光电技术考试试题纸A卷

1、武汉理工大学光电技术考试试题纸A卷课程名称光电技术专业班级光信科05010503题号三四五六七八九十总分题分1515101010151510100备注：学生不得在试题纸上答题 （含填空题、选择题等客观题）、名词解释（每小题3分，总共15分）1. 坎德拉（Candela,cd） 2.外光电效应3.量子效率4.象增强管5.本征光电导效应、 填空题（每小题3分，总共15分）1. 光电信息变换的基本形式、 O2. 光电倍增管是一种真空光电器件，它主要由和组成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和4. 产生激光的三个必要条件是5. 已知本征硅

2、的禁带宽度为Eg，要使该材料有光电子产生，其入射光波的最大波长为-Ubb=12VRbRp三、如图1所示的电路中，已知Rb=820厂 VDw去Q ,Re=3.3K Q , Uw=4V，光敏电阻为 Rp, 当光照度为40lx时，输出电压为6V , 80lx是 图1UoRe9V。设光敏电阻在 30100之间的丫值不变。试求：(1)输出电压为8V时的照度；(2)若Re增加到6 K Q,输出电压仍然为 8V,求此时的照度;(3)输出电压为8V时的电压灵敏度。四、如果硅光电池的负载为Rl。(10分)(1) 、画出其等效电路图；(2) 、写出流过负载的电流方程及开路电压和短路电流；(3) 、标出等效电路图中

3、电流方向。五、简述PIN光电二极管的工作原理。为什么 PIN管比普通光电二极管好？(10分)六、1200V负高压供电，具有11级倍增的光电倍增管，若 倍增管的阴极灵敏度 SK为20uA/lm,阴极入射光的照度为 0.1Lx，阴极有效面积为 2cm2，各倍增极二次发射系数均相等（ =4），光电子的收集率为；。=0.98，各倍增极的电子收集率为；=0.95。（提示增益可以表示为 G = ；o（ = ）n）（15分）（1）计算光电倍增管的放大倍数和阳极电流。（2）设计前置放大电路，使输出的信号电压为 200mV，求 放大器的有关参数，并画出原理图。七、简述CCD的两种基本类型，画出用线阵CCD测量微

4、小物体（小于100微米）原理简图，并分析测量原理。（15分）八、一 InGaAs APD管在倍增因子M=1，入射波长为1550nm时的量子效率 =60%,加偏置电压工作时的倍 增因子M=12。（10分）1如果入射功率为20nW , APD管的光电流为多少？2倍增因子为12时，APD管的光谱响应度为多少？光电技术A卷参考答案、名词解释1. 坎德拉（Candela,cd）:发光频率为 540 x 10Hz的单色辐射，在给定方向上的辐射强度为1/683Wsr-1时，在该方向上的发光强度为 1cd。2. 外光电效应：当光照射某种物质时，若入射的光子能 量hv足够大，它和物质中的电子相互作用，致使电子逸

5、出物质表面，这种现象称为光电发射效应， 又称外光 电效应。3. 量子效率：一定波长的光子入射到光电阴极时，该阴极所发射的光电子数与入射的光子数之比值。4. 象增强管：把微弱的辐射图像增强到可使人直接观察的真空光电成像器件。5. 本征光电导效应：本征半导体价带中的电子吸收光子能量跃入导带，产生本征吸收，导带中产生光生自由电 子，价带中产生光生自由空穴， 使得材料的电导率发生 变化的现象。填空题1. 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和光通信方式的信息变换。2. 光入射窗、光电阴极、 电子光学系统、倍增

6、极和阳极。3. PN结注入发光，异质结注入发光。1 _ he4、2 口&四、根据图示为恒流偏置电路，流过稳压管的电流满足稳压管的工作条件(1) 当儿4V时，*R亠-5 由得输出电压为6伏时电阻*1 6您),厂lgJAlg乌 输出电压为9伏时电阻览3d，故=1;jflt-匕输出电压为8V时，光敏电阻的阻值为=4总，带入 ，解得E=60lx(2) 与上面(1)中类似，求出照度 E=34lx亠十亠口“s = =i£=o，xv/fr)(3) 电路的电压灵敏度牽效微变五、(1)光电池的等效电路图(2) 流过负载电阻的电流方程-D短路电流的表达式'匕'f "tr

7、 I,»L = K-+D开路电压的表达式(3) 电流方向如图所示六、当光照射p- n结，只要人射光子能量大于材料禁带宽 度，就会在结区产生电子-空穴对。这些非平衡载流子在内 建电场的作用下，空穴顺电场方向运动，电子逆电场方向运 动，在开路状态，最后在 n区边界积累光电子，p区积累光 生空穴，产生一个与内建电场方向相反的光生电场。光电二 极管在正偏置时，呈单向导电性，没有光电效应产生，只有 在反偏置或零偏置时，才产生明显的光电效应。其基本结构 就是一个p-n结，属于结型光生伏特效应。当光照射时， 满足条件hv>Eg,则在结区产生的光生载流子将被内建电场 拉开，于是在外电场的作用下

8、形成了以少数载流子漂移为主 的光电流，显然，光电流比无光照射时的反向饱和电流大的 多，如果光照越强，表示在同样条件下产生的光生载流子越 多，光电流就越大，反之，则光电流越小。对于PIN管，由于I层的存在，使扩散区不会到达基区，从而减少了或根本 不存在少数载流子通过扩散区的扩散时间，而I层工作在反向，实际是一个强电场区，对少子起加速的作用。即使I层较厚，对少子的度越时间影响也不大，即提高了频率响应。同时，反偏下，耗尽层较无 I层时要大的多，从而使结电容 下降，也提高了频率响应。七、CCD有两种基本类型：一种是电荷包存贮在半导体与绝缘体 之间的界面，并沿界面传输，这类器件称为表面沟道电荷耦 合器件

9、（SCCD ;另一种是电荷包存贮在离半导体表面一定 深度的体内，并在半导体内沿一定方向传输，这类称为体内 沟道或埋沟道电荷耦合器件（BCCD。原理：当满足远场条件L>> d2/入时，根据夫琅和费衍射 公式可得到d=K入 /Sin 9 当9很小时（即L足够大时）Sin 9tg 9 = Xk/L代入 （1 ） 式得d=心="* =：.（2）S暗纹周期，S=X/K是相等的，则测细丝直径d转化为用CCD测S测量简图八(1) Solution The responsivity at M=1 in terms of thequantum efficiency isS(z)p(z) = (0.5 AIT _1)x (20 x 101 xlO1;xl *5xl0-5S(z) = g(z) = 0 6>he6.626x 10 " x3xlO'= 0.75JJJ-l3T (/)y _S(刃尿 j