河南大学物理与电子学院光电检测技术期末考试

1、河南大学物理与电子学院光电检测技术期末考试光电检测技术题库试卷（二）参考答案一 单项选择题（每小题2分,共40分）1光度量是辐射度量的（ C ）倍A.683 B. V（） C.683 V（） D . 1/683 V（）2波长为500nm的波属于（ C ）A. 远红外线 B. 太赫兹波 C. 可见光 D. X射线3任何温度下对任何波长的入射辐射能的吸收比都小于1，称为（ B ）.A黑体 B灰体C黑洞 D绝对黑体4半导体中受主能级的位置位于（ A ）中.A. 禁带 B. 价带C. 导带 D. 满带5斯忒藩-玻耳兹曼定律为（ A ）。 A. T 4 B. T 2 C. TmB D. (,T)= (,

2、T)6. 热敏电阻的种类不包括（ D ）.A. PTC B. NTC C. CTC D. ZTC7. 属于相干光源的是（ C ）.A.气体放电灯 B. 黑体辐射器 C. 固体激光器 D. 发光二极管8下列光源中，最佳的彩色摄影用光源是（ A ）A卤钨灯 B氘灯C汞灯 D汞氙灯9属于成像的器件是（ C ）.A. LD B. LED C. CCD D. PMT10充气卤钨灯是一种 ( B ).A.气体光源 B. 热光源C. 冷光源 D. 激光光源11TDICCD表示的是（ B ）CCD A. 增强型; B. 时间延迟型; C. 电子轰击模式; D. 红外12热效应较小的光是（ D ）.A. 紫光

3、B. 红光C. 红外 D. 紫外13在光电倍增管中，产生二次电子发射的是( C ).A阴极 B.阳极 C. 倍增极 D. 玻璃窗14光纤纤芯、包层、外套的折射率n 1、n 2、n 0的关系是（ D ）.A. n 1 n 2 n 0 B. n 2 n 0 n 1C. n 0 n 2 n 1 D. n 1 n 0 n 215光照一定，短路电流与入射光波长的关系，属光电池的( C )特性： A. 频率; B. 伏安;C. 光谱; D. 温度16 像管中（ C ）的出现和使用，成为了第二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17充气白炽

4、灯主要充入（ A ）.A. 氩气 B.氙气 C. 氖气 D.氪气18硅光电二极管与硅光电池比较，后者（ B ）A掺杂浓度低 B电阻率低C反偏工作 D光敏面积小19线阵CCD主要是通过（ A ）工作.A. 电荷 B. 电压C. 电流 D. 电阻20彩色CCD有（ C ）种.A. 1 B. 2 C. 3 D. 4二、多项选择题（每题2分，共10分）1固体发光器件有（ ABCDE ）。A. LCD B. PDP C. ECD D. EPD E. VFD2. 结型光电器件的特点 ( ABCDE )：A. 有极性 B. 灵敏度与光源光谱有关 C. 响应速度决定于RCD. 参量与温度有关 E易受电磁场干扰

5、3光电池有（ABCD）种类。A. 硅光电池B. 硒光电池 C.锗光电池D. 砷化镓光电池 E. 锂光电池4. 热敏电阻的种类有（ ABC ）。A. PTC B. NTC C. CTC D. WTC E. ZTC5. 光电效应有（ ABCDE ）。A.光电导效应 B.光生伏特效应 C. 光电效应D.光磁电效应 E.光子牵引效应三.填空题 (每空1分,共10分)1吸收比是物体吸收量与投射的 辐射能量 的比值.2FTCCD指的是 帧转移型 CCD.3紫外光的热辐射比红外光 小 4. 光电池的PN结工作在 零偏 状态，它的开路电压会随光照强度的增加而 增加 。5. S（）U（）/（），称为光电器件的

6、光谱灵敏度 6. 在环境亮度大于10cd.m-时,最强的视觉响应在光谱蓝绿区间的555 nm处。7光源单位时间内向所有方向发射的能量，称为辐功率（辐通量）8半导体受光照，在结区两边产生势垒的现象称 光生伏特效应 9光在光纤内形成驻波的光线组称为 模 四.简答计算题 (共40分)1. 试述光电二极管与光电池的区别。（8分）区别有四：光电二极管电阻大、掺杂小、面积小、反偏工作；光电池电阻小、掺杂大、受光面积大、电阻小、无偏状态工作。2. 什么是外光电效应？（8分）外光电效应是指，光照射在金属上，金属向外发射电子的效应。3. 为什么结型光电器件在正向偏置时没有明显的光电效应？必须工作在哪种偏置状态？

7、（12分）1）正偏效果正向导电，电场电流IF较大；光照电流IP相对来说可以忽略，即有无光光照基本上不影响电流大小；正偏时起不到光电检测效果。2）零偏置或反偏效果无光照时有暗电流，即反向饱和漏电流,其值很小，几乎为零；有光照时，电子空穴对增加，光照电流较大，有无光照反差较大，可以作为检测元件，进行光电检测。因此结型器件必须工作在零偏置或反偏工作状态。4. 现有GDB423型光电倍增管的光电阴极面积为2 cm2，阴极灵敏度Sk为25A/lm，倍增系统的放大倍数为105，阳极额定电流为20 A，求允许的最大光照。（12分）已知 Sk=25A/lm Ak=2 cm2=210-4m2 M=105 IP=

8、20 A 求Emax=?解： 依公式 Sk= Ik / Ik = IP / M = Ik / Sk= IP / M Sk = 20 A/105/(25A/lm)=0.810-5 (lm) E=/S=0.810-5 (lm)/ 210-4m2=0.04 (lx) 最大光照度为0.04 lx。2009-2010-2光电检测技术A卷试题及答案 一、计算（共 28 分，共 3 题） 1、如图 1 所示，是转速测量系统，已知圆盘的孔数为 N，光电探测器输出的脉冲信号频率 、 所示，是转速测量系统， ， 测量系统 为 f，求转轴的转速 n（单位为 r/min）（8 分） ， 图 1 转速测量系统 已知本征

9、硅材料禁带宽度 Eg1.2eV，求该半导体材料的本征吸收长波限；已知某种光 电器件的本征吸收长波限为 1.4um, 求该材料的禁带宽度。 （8分）3、设被测距离最大范围为 10km,要求测距精度为 1，而各测尺的测量精度为 1，试给出 测尺的个数以及各测尺的长度和频率。 （12 分） 三、简答题（共 46 分） 4、在微弱辐射作用下，光电导材料的光电灵敏度有什么特点？为什么要把光敏电阻造成蛇形？（8 分） 光电导器件的响应时间（频率特性）受哪些因素限制？光伏器件与光电导器件工作频率 哪个高？实际使用时如何改善其工作频率响应 ？（8 分） 6、 试问图 2 (a) 和图 2(b)分别属哪一种类型

10、偏置电路？为什么？分别写出输出电压 U0 的表达式。 （10 分） 如果硅光电池的负载为 RL，画出它的等效电路图，写出流过负载RL 的电流 IL 方程及 Uoc、Isc 的表达式，说明其含义（图中标出电流方向）。（10 分） 光伏探测器的工作模式分为哪几种？为什么（分类依据）？他们的主要区别？（10 分） 论述题（共 26 分）为什么说光外差检测方式是具有天然检测微弱信号的能力？（ 12分） 阐述用差动法检测溶液浓度的工作原理（同时画出原理图）及工作过程（必须写出浓度表达式）（14 分） 答案：计算题 1、转轴的转速为： 2、 h Eg hc / Eg 则长波限为：1.03um， 材料的禁带

11、宽度为：0.887ev 被测距离最大范围为：10KM，所以最大尺子的量程至少为：10KM，此尺子能精确测到： 10KM110m。 因为要求测距精度为 1cm，尺子的测量精度为 1，所以最小量程的尺子为：1cm/110m 纵上述， 测量至少需要两把尺子： 一个 L0=10KM， 其对应的工作频率为：f 0= c / 2L0另一个 L0=10m，其对应的工作频率为： f 0= c / 2L 01.510 HZ 简答题 在微弱辐射作用下，光电导材料的光电灵敏度是定值，输出光电流与入射光通量成正比， 即保持线性关系。 光敏电阻做成蛇形，一方面既可以保证有较大的受光面积，一方面减小电极之间的距离，从 而

12、既可以减小载流子的有效极间渡越时间，也有利于提高灵敏度。 2、响应时间主要受光电导器件中载流子的平均寿命 有关，减小 ，则频率响应提高；其 次，光电导器件的响应时间与运用状态也有光，例如，光照强度和温度的变化，因为它们都 影响载流子的寿命。 光伏特器件的工作频率高于光电导器件。 要改善光伏器件的频率响应，主要是减小响应时间，所以采取的措施主要有： 减小负载电阻；减小光伏特器件中的结电容，即减小光伏器件的受光面积；适当增加 工作电压。 3、都属于共射极电路， 、硅光电池的工作原理和等效电路为下图： (4 分) 从图（b）中可以得到流过负载 RL 的电流方程为：其中，SE 为光电池的光电灵敏度，E

13、 为入射光照度，Is0 是反向饱和电流，是光电池加反向偏压后出现的暗电流。 (2 分) 当 i0 时，RL（开路） ，此时曲线与电压轴交点的电压通常称为光电池开路时两端 的开路电压，以 VOC 表示，由式（1）解得： 当 RL0（即特性曲线与电流轴的交点）时所得的电流称为光电流短路电流，以 Isc 表 示，所以 IscIpSeE （3）。 。（4分） 从式（2）和（3）可知，光电池的短路光电流Isc与入射光照度成正比，而开路电压 VOC 与 光照度的对数成正比。 光伏探测器的工作模式分为光电导工作模式和光伏特工作模式，它的工作模式则由外偏 压回路决定。在零偏压的开路状态，PN 结型光电器件产生

14、光生伏特效应，这种工作原理成 光伏工作模式。当外回路采用反偏电压，即外加 P 端为负，N 端为正的电压时。无光照时的 电阻很大，电流很小；有光照时，电阻变小，电流就变大，而且流过它的光电流随照度变化 而变化。从外表看，PN 结光伏探测器与光敏电阻一样，同样也具有光电导工作模式，所以 称为光导工作模式。 主要区别：器件处于光伏工作模式时，器件内阻远低于负载电阻，相当于一个恒压源；在光 电导模式下，器件内阻远大于负载电阻，此时器件相当于恒流源。 三、论述题 而中频电流输出对应的电功率为： ，其中 R L 为光电探测器的负载电阻。所以，这里的横线是对中频周期求平均。 从物理过程的观点看， 直接探测是

15、光功率包络变换的检波过程； 而光频外差探测的光电 转换过程不是检波，而是一种“转换”过程，即把以 S 为载频的光频信息转换到以 IF 为 载频的中频电流上，这一“转换”是本机振荡光波的作用，它使光外差探测天然地具有一种 转换增益。 为了衡量这种转换增益的量值，我们以直接探测为基准加以描述。为此令 把（1）和（2）式代入（3）中得到： 通常在实际应用中， PL PS 因此 M1, M 的大小和 PS 的量值有关。例如假定 PL = 0.5mw ，那么在不同的 PS 值下，M 值将发生明显变化。列举数值如表 1 所示：从表 1 的数值举例中看出， 在强光信号下， 外差探测并没有多少好处， 在微弱光信号下， 外差探测器表现出十分高的转换增益。例如，在 量级时，也 就是说，外差探测的灵敏度比直接探测将高 量级，所以我们可以说，光外差探测方式具有天然的探测微弱信号的能力。 2、原理和工作过程：光源 1 发出的光经单色器 2 后成为单色光，该单色光的波长应选为待 测溶液的峰值吸收波长。将该光线用分束器 BS 分成两束，分别通过待测溶液 S2 和参比溶液 S1，并用两个性能一致的光电探测器接收。由于参比溶液对工作波长的光不产生吸收，而待测溶液对该波长的光有较强的吸收， 因此， 探测器 PD1 接收到的光强度