光电器件参考答案

10第一章辐射度量与光度量的根本区分是什么？答：辐射度量与光度量是光辐射的两种不同的度量方法。根本区分在于：前者是物理〔或客观〕的计量方法，称为辐射度量学计量方法或辐射度参数，它适用于整个电磁辐射谱区，对辐射量进展物理的计量；后者是生理〔或主观〕的计量方法，是以人眼所能观察的光对大脑的刺激程度来对光进展计算，称为光度参数。由于光度参数只适用于0.38~0.78um光度参数没有任何意义。试说明光谱视觉效能的最大值，有何物理意义？答：其最大值为683lm/W。人眼的明视觉最灵敏波长λm的光度参量对辐射度参量的转换常数，称为正常人眼的明视觉最大光谱光视效能。3．〔平面发散角为1mrad〕输出波长为632.8nm,辐射通量为3mW的激光器，V=0.235，放电管的直径为1mm，投射到十米远的屏上，计算光通量，发光强度，光出射度，光照度？解：〔1〕3mW，它发出的光通量为=PK=CmVP=6830.23531030.4815〔2〕立体角为Ω=2π〔1－〔1－r2〕1/2〕，其中rsi/514，带入上式，得8.1717 sr〕发光强度I0.48158.17175.8915cd光出射度M0.48150.001/223

lx〕一束波长为0.5145um的激光器，输出功率为3W，V=0.6082，均匀照耀到0.2平方厘米的屏上，求光通量，光照度？解：由题意光通量=6830.608231.246103lm,屏幕上的光照度E

A=.2461030.2146.2317lx输出波长为632.8nm，辐射通量为3mW的激光，求单位时间内光子的出射数目？解：设单位时间光子数目N个/秒，P P 3103632.8109N = =9.541016个hv hc 6.62610343108硅材料的禁带宽度为1.2eV,求其本征吸取长波限？解：依题意，长波限=1.24/1.2=1.03um微弱辐射下光电导增益有何规律，梳妆电极的作用？答：光电导增益 G

n

u U/L2，与电压成正比，与距离L的平方成反比，n p p梳妆电极构造可以缩短距离L，提高增益。为什么半导体材料在弱辐射下，光电导灵敏度会随时间增大而增大？答;时间响应越长，光生载流子浓度增大，直至饱和，假设辐射下是不会到达饱和的，所以光电导灵敏度会随时间增大而增大。同一型号的光敏电阻，在不同光照度和不同环境温度下光电导灵敏度和时间常数是否一样？dn弱辐射下光电导动力学方程为

n，求时间响应？解：方程可以化为：

dn

dt dtln(g

n)tgn gn

Cexp(0

t)，利用光照初始条件：t0,n0Cg 0得ng(1exp(

t))同理，撤去光照时，得

nn0

exp(t)dp p沟通信号下光电导动力学方程dt解：对上式求拉氏变换：

gejwt0

，求p的模？

g 10sjwsjwsjws1

1 1

0 ( 1 1 )0求逆变换：g

1jwsjw s1tp 0 (ejwte)1jw求其模：gp 0 (1w22)1/2为什么光电导材料在光谱长波段和段波段响应均减小？答;较长波段，光子的能量小，吸取系数很小，响应度小；较短波段，光的能量大，但是光载流子主要集中在材料外表，复合率大，响应度减小。光敏电阻在500LX的光照下阻值为500欧，700LX时，阻值为450欧，求600LX时间照下的阻值？解：rlgR1lgR2

lg550lg450

0.6lgE2lgE1 lg700lg500R10lgR2r(lgE2lgE1)10lg4500.6(lg600lg500)493.3光敏电阻最大功率为30mW,光电导灵敏度S0.5106(S/LX)，暗电导g为0，求偏置电压为20V时，光敏电阻的极限照度？答; I USEr,其中，r0.5 p gI

P 30103当r=1是，有最小照度：E p USgI2

U2Sg

2020.5106

150(LX)当r=0.5是，有最大照度：E p 22500(LX)U2S2g光敏电阻在100LX时，光照下阻值为2千欧，求110LX光照下的阻值？r=1.1 E 100 20R

SE，得Rg 2

1RE 2

2 (K)110 11题意略:解题目中的光敏电阻为恒流偏置，流过光敏电阻的电流U U 40.7IIc

w Re

1(mA)3300输出电压：U U0

IRc pU U 126R bb 0 6(K)p Rc 103即光照为40LX时的阻值为6千欧。同理可求，输出8V时，阻值为4千欧。RE R2 R2

E64060(LX)1 4其次章说明硅整流二极管和硅光电二极管的区分？答：硅整流二极管的两端偏压为正，且大于阈值电压时，单向导通。值，且随着光辐射不同，伏安曲线下移。光伏探测器与光电导探测器的不同？答：工作部位不同；光电导探测没有极性，光伏有确定的正负极；频率响应和增益不同。写出硅光电池的全电流方程，并说明各局部的物理意义？IIp

I{exp(eU/KT)1}0I Ip

I0

exp(eU/KT)为集中电流。说明光电池频率特性不好的缘由？答：光敏面较大，极间电容较大，响应时间增大；光功率很小时，内阻大，频率特性变坏。简述雪崩光电二极管的工作原理？崩击穿点四周，获得大的倍增系数。2CU型光电二极管探测光辐射通量为e

205sinwt(uW)的调制信号，光电流灵敏度为Si

0.5uA/uW3pF，7pF2M欧，求输出最大光电流和最高的截至频率。

emax

20525(uW)Imax

i

emax

0.52512.5(uA)f1 1 1

0.05MHZ R(CL j

C)i

2106(37)10

12室温300K时，2CR21型光电池，在辐照度为100mW/cm2 时的开路电压和短路电流分别为Uoc

550mV，ISc

6mA ，求辐照度降为50mW/cm2 时的开路电压和短路电流。3mA.UU

kTlnI

kTlnI

10oc 0

e I0

e I kTln1.31023300ln3e I 1.61019 612

18mVU Uoc

1855018532mV2CR44光电池光敏面为10m 10mm室温300K时，在200mW/cm2 的光辐射照度下，开路电压和短路电流分别为568mV,56mA ，借助阅历公式Umax0.6Uoc最正确负载电阻和转换效率。

，求获得最大功率的Umax0.6Uoc

0.6568340.8mV最正确负载电阻R L

UmaxIp

340.8556

6P IUmax 340.856103e

p EAe

2001

9.5%光电三极管变换电路和伏安特性曲线如下图，光敏面上的光照度为Ev120

80sinwt

4伏的2正弦信号，求所需的负载电阻和电源电压。2解：输出信号的峰峰值为2

411.3V利用饱和区和线性区的拐点A，找到B，利用峰峰值为11.3V,C,D,连接AD两点，得U 20V;Ibb

5mA;RL

UIUsc

204K52CU23DG40三极管构成探测电路，光电二极管的电流灵敏度为Si

0.4uA/uW，最高入射功率为400uW大入射功率下的输出电压和放射极电阻Re。解;Ip

ESi

4000.4160uAII160uAb pI(1)I 511608.16mAe b输出电压UU UU 1210.710.3V0 bb z beU放射极电阻Re UIe

10.3V 1.26K8.16mA如下图光电变换电路中，光电三极管的电流灵敏度为S0.15mA/X电阻Ri

50K，RB

10K, Rc

三极9014120200LX时的输出电压？ISE0.1520030mA1 iII I 1 B 2

25mAIR 0.7IR BB B 2 LII 120253Ac BU U IR 12333Vo bb c c第三章爱因斯坦光电效应有何特点？答：光电效应的特点〔1〕入射光频率大于截至频率才有光电效应产生〔2〕电流的大小与入射光通量成正比。常用的光电阴极有哪些，共同的特点是什么？答：锑铯，A0Mg，多碱，负电子势，共同特点是：逸出功小，光电放射力量强。g负电子亲和势光电阴极的原理？即相当于电势能降低，且降低的比禁带宽度还要低，相当于电子亲和势为负值，称为负电子亲和势。由反射式负电子亲和势光电阴极的连续性方程推导其量子产率的公式？dI产生函数G(X)dx

I(1)eax0n(0)0,n(0解动力学方程：

Dd2n(x)n(x)

G(x)d2x DI(1)LD得，n(x)0 (eaxD(12L2)

ex/L)，其中， L设放射几率为p,Dpdn(x)dx

x0

pL(1)(1L)光电管与光电倍增管的频率响应有何区分？答;真空光电管的频率响应为f 1 ，RL为负载电阻，C为极间电容。2RCLf0.35ttt

t为上升时间光电管与光电倍增管的噪声电流的主要异同？区分是光电倍增管对噪声有倍增作用。光电倍增管阴极灵敏度与阳极灵敏度的区分与联系。I I S答：阴极灵敏度：S

K，阳极灵敏度：S

A，两者联系：AGNK A SK K K假设GDB-235的阳极最大输出电流为2mA，试问阴极面上的入射光通量不lm,S=40μA/lm,G=105？

KImaxI

2103

0.5103lmmax

GS 10540106KPMT上的最大光通量为φv=12×10-6lmGDB-235型8SbCs

=40μA/lm，G=105

0.6×10-6lm时K ,0.2VPMT的变换电路。〕IA

GIK

GSK

105401060.61062.4uAUR A IUA

0.2 82K2.4uA〔2〕GN10584.227利用阅历公式：0.2(U)0.7U 78(V)D DUbb

(N1.5)U 741(V)D〔3〕I

Amax

GIK

GSK

Kmax

48uAIR

20I 960uAAmaxR

UIUR

960GDB-44F12SbCs材料，倍增极

=0.5μA/lm，S=50A/lm

假设阳极电阻为75千欧，要求阳K A ,电电源电压。IGAIIK

SSSKI

108500.5106502106 A 4108lmK GSK

G0.5106UIR 2106750.15Va a aGN10584.64U 89(V)D第四、五章0.27，积分灵敏度目标物的积分灵敏度？解：R 2

R2 121

0.5402040(mA/W)0.270125平方毫200，求该像增加器的亮度增益？ /As Ac 5 250G outL /Acin

GAs

200 12 3提高像增加器亮度增益的方法有哪些？答:增大电子光学系统的透过率；提高光电阴极的灵敏度；提高荧光屏的转化效率。0.01cd/m2,20，求其等效的背景照度？并介绍一种测量等效背景照度的试验方法？ 102E be (LX)be G 80L试验方法见试验指导书.说明像增器恶化系数与光照度的关系？光照度较大时，恶化大致不变。周期性等间距排列的明暗条纹5uf1

103

100(lp/mm)解： 2b 25说明点集中函数的物理意义。分布。说明MTF函数曲线评定光电成像器件空间区分率凹凸的优点？包含的面积确定整个系统的总体空间区分特性。摄像管在国家标准扫描下，电子在一个像素点的停留时间与电荷存储时间。解：T0.062usNT(N1)40msN10摄像管的根本构造？答:光导靶，电子束扫描系统，信号板摄像管国家标准扫描下，行消隐系数为0.08，求其有效扫描行数。解：N (10.08)625575eff分析摄像管在国家标准扫描下其视频信号对信道带宽的要求？f1Z4Z255.5MHZ2 3M＝473行/15mm的摄像管，空间区分率为多少线对/毫米。解：f 473 473/18(lp/mm)1.215设物体的光强分布中，有一个空间频率为N 的谐波Ixabcos2Nx，则像光强周期变化信号的调制度为多少？b100%a第六、七章CCDCCD？答;BCCD中通过扩展N加强层，通过栅极电压掌握形成反型层，传递信息的是CCD工作速度高于外表沟CCD。一样栅压下，氧化层厚度越薄，MOS电容存储力越强？也越强。〕交叠脉冲？答：即移位存放器的工作原理。CCDRSSH脉冲的作用？答：RS为复位脉冲，待电荷包转移完毕后，复位脉冲的高电平使输出场效应管清零。SH为栅极脉冲，低电寻常为CCD电荷积存时间，高电寻常，CCD转移电荷包。CCD为什么要引入胖零电荷，能不能把它等效成暗电流？势阱深度很深，即有很强的存储力量，引入胖零电荷，即实现在CCDCCD的成像质量，两者不行等效。CCD频率的上下限？答：下限f

xia

取决与非平衡热生载流子的平均寿命，即要求电荷包在相邻两电极转换时间要小于f30MHZ.

xia

1f3

打算于集中运动的弛豫时间shang D

，要求时钟频率一般不CCD的工作根本原理？通常在半导体硅片上制有成千上万个相互独立的MOS光敏单元，假设在金属电极上加上正CCD中电荷包的转移：将电荷包从一个势阱转入相邻的深势阱。通过掌握相邻MOS电容栅极电压凹凸来调整势阱深浅，使信号电荷包由势阱浅的位置流向势阱深的位置。SPRITE探测器的工作条件？LuE全扫出条件二，图像扫描速度等于双极漂移速度，即v vs d红外探测有哪两种方式？答：一种为光子型，利用红外辐射的光电效应实现，如SPRITE探测，时间响应快，但需要制冷。以在室温下工作，不需要制冷。10SPRITEE和器件厚度的关系。答：当电场过小，载流子渡越时间长，载流子在漂移过程中大量被复合，这时全部进入读出区，再增大电场，响应率不再增加。当d1时，响应率与d成反比，当d1，响应率与d无关。PtSi肖特基势垒红外探测的原理？答：红外辐射在PtSi中被吸取或局部吸取，激发产生电子空穴对，电子在费米能级以上，PtSiPtSi中，通过电子转移，从PtSi到达BCCD，完成红外辐射探测。SPRITE与可见光探测的区分？答〔1〕可见光探测器和多路传输都用硅材料制作，便于互联；而SPRITE探测器一般用窄带半导体制作，多路传输用硅制作，不便于互联。〔2〕SPRITE探测有很强的背景，图像比照度很低，而可见光比照度高。第八、九章量热型光电探测分为哪两个过程，与光子型探测比较有哪些特点？质发生变化，如电阻上升或下降。不需要制冷。为什么半导体材料的热敏电阻具有负温度系数？子能够从价带跃迁到导带成为自由电子，使电阻减小，电阻温度系数是负的。3.热敏电阻的灵敏度与哪些因素有关？答：温度系数，吸取系数，热传递常数，偏置电压，负载，噪声。为什么金属材料的热敏电阻具有正温度系数？从而电阻温度系数是正的.dT依据热传导方程CdtdTHT＝P(dTHT＝P(t)dt