光电检测试题1
200 /200 学年第一学期《光电信息技术》课程试卷6
学号＿＿＿＿＿姓名＿＿＿＿＿得分＿＿＿＿＿任课教师＿＿＿＿
＿
1.什么是声光效应,试述利用声光效应实现位相调制的原理。（15分）
2.举例说明脉冲法测量物理量的原理(脉宽法、相位法、频率法)。
（15分）3．试用光电耦合器组成如下逻辑电路（画出电路图）。（15分）
?
=
C
F?
A
B
4.如右图所示，设光敏电阻的
暗阻为108欧，亮阻为104欧，E
＝12V，为使其输出电压U的变
化最大，求：
(1)R及最大的输出电压变化ΔU。
(2)若光敏电阻的最大耗散功率为
100 mW，它的极限电压为100
V，求容许的最大E为多少伏?
（15分）
5.试设计一台光电防盗报警装置,要求 ( 40分 )
( 1 )叙述防盗报警原理
( 2 )画出原理方框图
( 3 )画出电子线路图
( 4 )要有防干扰,以防误报
( 5 )要有延时装置
200 /200 学年第学期《光电信息技术》课程试卷6参考答案
1.解
光波在传播时被超声波衍射的现象叫做声光效应,光束与声束之间的相互作用而导致光束的偏转,以及光束在偏振、振幅、频率及相位上的变化。如图，容器3中，超声波形成驻波，因而液体的折射率周期性地变化，相当于一个立体光栅。所以当光线从不同的光学路径由液体中射出来后就有了光程差。从而在物镜的焦面上形成了衍射图像。只要接适当的交变电源，使立体光栅的参数周期性的变化，那么光在衍射图像中的分布也会呈周期性的变化。这就是声光效应实现相位调制的原理。
2.解
1）脉宽法
被测物L在传送带上以速度V前进，光电传感器将物体的长度L转换成脉宽来开启门电路，计数器将记下与脉宽对应的高频脉冲数N，则
L=vt=vkN=kN
2）相位法
带有测距功能的望远镜发射回一束调制的脉冲激光，再接收来自被测物的反射光，发射信号和接受信号的相位差反映了被测物的距离。
3）频率法
在转动轮上贴有反射片，光电传感器可接受到与转速相对应的光脉冲。
N=60N/（mt）
N为每分钟转速，m为反射片数目，N为t时间内计数。
3.
4.解
①
E u R R L L ))1((
101010104488+-++=? 由0=?dR
u d 得，R L =106Ω时，Δu 最大，最大值为11.7V
②
I=100mW/100V=1mA,E=1mA ×106+100V=1100V I 为光敏电阻的最大电流,E 为容许的最大电压。
5．每小题8分
光纤通信课后习题解答 第6章 光电检测器与光接收机习题解答
118 习题解答 1、在光纤通信系统中，使用最多的光电检测器有哪些？它们分别使用于什么场合？ 答：在光纤通信系统中，使用最多的光电检测器包括PINPD 和APD 两种，它们分别使用于短距离小容量光纤通信系统和长距离大容量光纤通信系统。 2、光电检测器是在什么偏置状态下工作的？为什么要工作在这样的状态下？ 答：光电检测器工作于负偏置状态。只有工作于负偏置状态，才能使材料的受激吸收占据主导地位，从而完成光电变换功能。 3、在PINPD 中，I 层半导体材料的主要作用是什么？ 答：通过扩展受激吸收的区域提高光电变换的效率及通过一定的内建电场提高器件的响应速度。 4、简述PINPD 的工作原理。 答：当光照射到PIN 光电二极管的光敏面上时，会在整个耗尽区及耗尽区附近产生受激辐射现象，从而产生电子空穴对。在外加电场作用下，这种光生载流子运动到电极。当外部电路闭合时，就会在外部电路中有电流流过，从而完成光电的变换过程。 5、在APD 中，一般雪崩倍增作用只能发生于哪个区域？ 答：高场区（即雪崩倍增区）。 6、简述APD 的工作原理。 答：当光照射到APD 的光敏面上时，由于受激吸收而在器件内产生出一次电子空穴对。在外加电场作用下，一次电子空穴对运动到高场区，经过反复的碰撞电离过程而形成雪崩倍增现象，从而产生出大量的二次电子空穴对。在外加电场的作用下，一次电子空穴对和二次电子空穴对一起运动到电极。当外部电路闭合时，就会在外部电路中有电流流过，从而完成光电变换过程。 7、光电检测器的响应度和量子效率有什么样的关系？这两个参数相互独立吗？ 答： 响应度从宏观角度描述光电检测器的光电变换效率，而量子效率则从微观角度描述光电检测器的光电变换效率。所以，响应度和量子效率不是相互独立的参数。 8、光电检测器的暗电流由哪些部分组成？这些组成部分分别对PINPD 和APD 的暗电流有何影响？ 答：由表面暗电流和体内暗电流组成。对于PINPD ，表面暗电流远大于体内暗电流。对于APD ，由于倍增效应的存在，其体内暗电流远大于表面暗电流。 9、APD 的倍增因子是否越大越好？为什么？ 答：当M 光电检测技术试题及答案 光电检测技术试题及答案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? 第一章： 1，光电检测系统的基本组成及各部分的主要作用？ 光源——光学系统——被测对象——光学变换——光电转换——电信号放大与处理[存储，显示，控制] 作用：光学变换：将被测量转换为光参量，有时需要光信号的匹配处理，目的是更好的获得待测量的信息。 电信号放大与处理的作用：存储，显示，控制。 第二章： 1、精密度、准确度、精确度、误差、不确定度的意义、区别。 答：精密度高指偶然误差较小，测量数据比较集中，但系统误差大小不明确； 准确度高指系统误差较小，测量数据的平均值偏离真值较少； 精确度高指偶然误差和系统误差都比较小，测量数值集中在真值附近； 误差=测量结果-真值；不确定度用标准偏差表示。 2、朗伯辐射体的定义？有哪些主要特性？ 答：定义：辐射源各方向的辐亮度不变的辐射源。特性：自然界大多数物体的辐射特性，辐亮度与观察角度无关。 3、光谱响应度、积分响应度、量子效率、NEP、比探测率的定义、单位及物理意义。 答：灵敏度又叫响应度，定义为单位辐射度量产生的电信号量，记作R，电信号可以是电流，称为电流响应度；也可以是电压，称为电压响应度。对应不同辐射度量的响应度用下标来表示。辐射度量测量中，测不同的辐射度量，应当用不同的响应度。 对辐射通量的电流响应度(AW-1 ) 对辐照度的电流响应度(AW-1 m 2 ) E 对辐亮度的电流响应度(AW-1 m 2 Sr)L 量子效率：在单色辐射作用于光电器件时，单位时间产生的的光电子数与入射的光子数之比，为光电器件的量子效率。 NEP：信噪比等于1时所需要的最小输入光信号的功率。单位：W。物理意义：反映探测器理论探测能力的重要指标。 比探测率：定义；物理意义：用单位探测系统带宽和单位探测器面积的噪声电流来衡量探测器的探测能力。 第三章： 1、光源的分类及各种光源的典型例子；相干光源和非相关光源包括哪些？ 答：按照光波在时间、空间上的相位特征，一般将光源分成相干光源和非相干光源；按发光机理可分为：热辐射光源，常用的有：太阳、黑体源、白炽灯，典型军事目标辐射；气体辐射光源，广泛用作摄影光源；固体辐射光源，用于数码、字符和矩阵的显示；激光光源，应用：激光器。相干光源：激光；非相关光源：普通光源。 2、对一个光电检测系统的光源通常都有哪方面要求？ 答：1.波长（光谱）特性2.发光强度（光功率）3.光源稳定性（强度、波长） 3、辐射效率和发光效率的概念及意义 答：在给定λ1～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比，称为该辐射源在规定光谱范围内的辐射效率；某一光源所发射的光通量与产生这些光通量所需的电功/率之比，就是该光源的发光效率。 4、色温，配光曲线的概念及意义 答：色温：如果辐射源发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射出的光的颜色相同，则黑体的 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） 思考题及其答案 习题01 一、填空题 1、通常把对应于真空中波长在（0.38m μ）范围内的电磁辐 μ）到（0.78m 射称为光辐射。 2、在光学中，用来定量地描述辐射能强度的量有两类，一类是（辐射度学量），另一类是(光度学量)。 3、光具有波粒二象性，既是（电磁波），又是（光子流）。光的传播过程中主要表现为（波动性），但当光与物质之间发生能量交换时就突出地显示出光的（粒子性）。 二、概念题 1、视见函数：国际照明委员会（CIE）根据对许多人的大量观察结果，用平均值的方法，确定了人眼对各种波长的光的平均相对灵敏度，称为“标准光度观察者”的光谱光视效率V(λ),或称视见函数。 2、辐射通量：辐射通量又称辐射功率，是辐射能的时间变化率，单位为瓦(1W=1J/s)，是单位时间内发射、传播或接收的辐射能。 3、辐射亮度：由辐射表面定向发射的的辐射强度，除于该面元在垂直于该方向的平面上的正投影面积。单位为(瓦每球面度平方米) 。 4、辐射强度：辐射强度定义为从一个点光源发出的，在单位时间内、给定方向上单位立体角内所辐射出的能量，单位为W／sr(瓦每球面度)。 三、简答题 辐射照度和辐射出射度的区别是什么？ 答：辐射照度和辐射出射度的单位相同，其区别仅在于前者是描述辐射接 收面所接收的辐射特性，而后者则为描述扩展辐射源向外发射的辐射特性。 四、计算及证明题 证明点光源照度的距离平方反比定律，两个相距10倍的相同探测器上的照度相差多少倍？答： 2 22 4444R I R I dA d E R dA d E R I I ===∴=ππφπφφπφ＝的球面上的辐射照度为半径为又＝的总辐射通量为在理想情况下，点光源设点光源的辐射强度为ΘΘ ()1 2222222221 122 12 11001001010E E L I E L I L I L I E R I E L L L L =∴====∴= =ΘΘ又的距离为第二个探测器到点光源， 源的距离为设第一个探测器到点光 习题02 一、填空题 1、物体按导电能力分（绝缘体）（半导体）（导体）。 2、价电子的运动状态发生变化,使它跃迁到新的能级上的条件是（具有能向电子提供能量的外力作用）、（电子跃入的那个能级必须是空的）。 3、热平衡时半导体中自由载流子浓度与两个参数有关：一是在能带中（能态的分布），二是这些能态中（每一个能态可能被电子占据的概率）。 4、半导体对光的吸收有（本征吸收）（杂质吸收）（自由载流子吸收）（激子吸收）（晶格吸收）。半导体对光的吸收主要是（本征吸收）。 二、概念题 1、禁带、导带、价带： 习题解答 1、在光纤通信系统中，使用最多的光电检测器有哪些？它们分别使用于什么场合？ 答：在光纤通信系统中，使用最多的光电检测器包括PINPD 和APD 两种，它们分别使用于短距离小容量光纤通信系统和长距离大容量光纤通信系统。 2、光电检测器是在什么偏置状态下工作的？为什么要工作在这样的状态下？ 答：光电检测器工作于负偏置状态。只有工作于负偏置状态，才能使材料的受激吸收占据主导地位，从而完成光电变换功能。 3、在PINPD 中，I 层半导体材料的主要作用是什么？ 答：通过扩展受激吸收的区域提高光电变换的效率及通过一定的内建电场提高器件的响应速度。 4、简述PINPD 的工作原理。 答：当光照射到PIN 光电二极管的光敏面上时，会在整个耗尽区及耗尽区附近产生受激辐射现象，从而产生电子空穴对。在外加电场作用下，这种光生载流子运动到电极。当外部电路闭合时，就会在外部电路中有电流流过，从而完成光电的变换过程。 5、在APD 中，一般雪崩倍增作用只能发生于哪个区域？ 答：高场区（即雪崩倍增区）。 6、简述APD 的工作原理。 答：当光照射到APD 的光敏面上时，由于受激吸收而在器件内产生出一次电子空穴对。在外加电场作用下，一次电子空穴对运动到高场区，经过反复的碰撞电离过程而形成雪崩倍增现象，从而产生出大量的二次电子空穴对。在外加电场的作用下，一次电子空穴对和二次电子空穴对一起运动到电极。当外部电路闭合时，就会在外部电路中有电流流过，从而完成光电变换过程。 7、光电检测器的响应度和量子效率有什么样的关系？这两个参数相互独立吗？ 答： 响应度从宏观角度描述光电检测器的光电变换效率，而量子效率则从微观角度描述光电检测器的光电变换效率。所以，响应度和量子效率不是相互独立的参数。 8、光电检测器的暗电流由哪些部分组成？这些组成部分分别对PINPD 和APD 的暗电流有何影响？ 答：由表面暗电流和体内暗电流组成。对于PINPD ，表面暗电流远大于体内暗电流。对于APD ，由于倍增效应的存在，其体内暗电流远大于表面暗电流。 9、APD 的倍增因子是否越大越好？为什么？ 答：当M 命题人： 李阳 审核人： 试卷分类（A 卷或B 卷） A 五邑大学 试 卷 学期： 2012 至 2013 学年度 第 1 学期 课程： 光电子技术 课程代号： 010A1860 使用班级： AP10221、AP10222 姓名： 学号： 一、 单选题：（50分，每小题2分） 请将正确的答案填入下表中： 1、从光源的分类上分，汞灯属于：（B ） （A ）热辐射光源；（B ）气体放电光源；（C ）激光光源；（D ）电致发光光源。 2、在辐射度学的基本物理量中，描述点辐射源的辐射功率在不同方向上分布的物理量是（C ） （A ）辐射能； （B ）辐射通量；（C ）辐射强度；（D ）辐射出射度。 3、从辐射通量与光通量之间的换算关系可知，1W=（A ）lm. （A ）683； （B ）386； （C ）836； （D ）638。 4、绝对黑体的温度决定了它的辐射光谱分布，随着温度T 的升高，峰值波长 将（A ）。 （A ）向短波方向移动； （B ）向长波方向移动； （C ）不移动；（D ）随机移动。 5、日光灯是一种低压汞灯，发出波长为（ B ）nm 紫外光源，再激发荧光粉发了可见光。 （A ）283.7； （B ）253.7； （C ）353.7； （D ）333.7。 6、激光器的构成一般由（A ）组成。 （A ）激励能源、谐振腔和工作物质 （B ）固体激光器、液体激光器和气体激光器 （C ）半导体材料、金属半导体材料和PN 结材料 （D ） 电子、载流子和光子 7、热释电器件是由TGS 、LiTaO 3等热电晶体材料组成的，但不论哪种材料，都有一个特定温度，称居里温度。只有（ C ）居里温度，材料才有自发极化性质。 题号 一 二 三 四 五 六 总分 得分 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 题号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 答案 试卷编号 得分 m 光电检测技术期中考试试卷 2014 一．选择题（20分） 1．对于费米能级，以下说法不正确的是（ ） A 一个平衡的系统只能有唯一一个费米能级 B 电子占据率为时所对应的能级 C p 型半导体材料费米能级靠近价带顶 D n 型半导体材料费米能级靠近价带顶 2．负电子亲和势阴极和正电子亲和势比较有重要差别，参与发射的的电子（ ） A 不是冷电子，而是热电子 B 不是热电子，而是冷电子 C 既是冷电子，又是热电子 D 既不是冷电子，也不是热电子 3．下列器件按照响应速度由快到慢的顺序，正确的是（ ） A PIN 光电二极管 PN 结光电二极管 光电三极管 光敏电阻 B PIN 光电二极管 光敏电阻PN 结光电二极管 光电三极管 C 光电三极管 PIN 光电二极管 光敏电阻PN 结光电二极管 D PN 结光电二极管 光电三极管 PIN 光电二极管 光敏电阻 4．下列探测器的光－电响应时间，由少数载流子的寿命决定： （ ） A 光电导探测器 B 光电二极管 C 光电倍增管 D 光电倍增管 5．对于光敏电阻，下列说法不正确的是( ) A 弱光照下，光电流与照度之间具有良好的线性关系 B 光敏面做成蛇形，有利于提高灵敏度 C 光敏电阻光谱特性的峰值波长，低温时向短波方向移动 D 光敏电阻具有前历效应 6．下列光源中哪一种光源，可作为光电探测器在可见光区的积分灵敏度测量标准光源：（ ） A 氘灯 B 低压汞灯 C 色温2856K 的白炽灯 D 色温500K 的黑体辐射器 7．当黑体的温度升高时，其峰值光谱辐射出射度所对应的波长的移动方向为（ ） A.向短波方向移动 B.向长波方向移动 C.不移动 D.均有可能 8．表中列出了几种国外硅APD 的特性参数 根据表中数据，要探测830nm 的弱光信号，最为合适的器件是 （ ） A C30817E B C30916E C C30902E D C30902S 9．已知甲、乙两厂生产的光电器件在色温2856K 标准钨丝灯下标定出的灵敏度分别为uW uA S e /5=， lm A o S v /4.=，则甲乙两厂中光电器件灵敏度比较结果正确的是（ ） A. 甲场灵敏度高 B. 乙场灵敏度高 C. 甲乙两场灵敏度一样高 D. 无法比较 光电检测技术课程作业及答案(打印版) 思考题及其答案 习题01 一、填空题 1、通常把对应于真空中波长在（0.38m μ）范围内的电磁辐 μ）到（0.78m 射称为光辐射。 2、在光学中，用来定量地描述辐射能强度的量有两类，一类是（辐射度学量），另一类是(光度学量)。 3、光具有波粒二象性，既是（电磁波），又是（光子流）。光的传播过程中主要表现为（波动性），但当光与物质之间发生能量交换时就突出地显示出光的（粒子性）。 二、概念题 1、视见函数：国际照明委员会（CIE）根据对许多人的大量观察结果，用平均值的方法，确定了人眼对各种波长的光的平均相对灵敏度，称为“标准光度观察者”的光谱光视效率V(λ),或称视见函数。 2、辐射通量：辐射通量又称辐射功率，是辐射能的时间变化率，单位为瓦(1W=1J/s)，是单位时间内发射、传播或接收的辐射能。 3、辐射亮度：由辐射表面定向发射的的辐射强度，除于该面元在垂直于该方向的平面上的正投影面积。单位为(瓦每球面度平方米) 。 4、辐射强度：辐射强度定义为从一个点光源发出的，在单位时间内、给定方向上单位立体角内所辐射出的能量，单位为W／sr(瓦每球面度)。 三、简答题 辐射照度和辐射出射度的区别是什么？ 答：辐射照度和辐射出射度的单位相同，其区别仅在于前者是描述辐射接 收面所接收的辐射特性，而后者则为描述扩展辐射源向外发射的辐射特性。 四、计算及证明题 证明点光源照度的距离平方反比定律，两个相距10倍的相同探测器上的照度相差多少倍？答： 2 22 4444R I R I dA d E R dA d E R I I ===∴=ππφπφφπφ＝的球面上的辐射照度为半径为又＝的总辐射通量为在理想情况下，点光源设点光源的辐射强度为ΘΘ ()1 2222222221 122 12 11001001010E E L I E L I L I L I E R I E L L L L =∴====∴= =ΘΘ又的距离为第二个探测器到点光源， 源的距离为设第一个探测器到点光 习题02 一、填空题 1、物体按导电能力分（绝缘体）（半导体）（导体）。 2、价电子的运动状态发生变化,使它跃迁到新的能级上的条件是（具有能向电子提供能量的外力作用）、（电子跃入的那个能级必须是空的）。 3、热平衡时半导体中自由载流子浓度与两个参数有关：一是在能带中（能态的分布），二是这些能态中（每一个能态可能被电子占据的概率）。 4、半导体对光的吸收有（本征吸收）（杂质吸收）（自由载流子吸收）（激子吸收）（晶格吸收）。半导体对光的吸收主要是（本征吸收）。 二、概念题 1、禁带、导带、价带： 《光电检测》题库 一、填空题 1.光电效应分为内光电效应和外光电效应，其中内光电效应包括 和。 2.对于光电器件而言，最重要的参数是、和。 3.光电检测系统主要由光电器件、和等部分组成。 4.为了取得很好的温度特性，光敏二极管应在较负载下使用。 5.光电倍增管由阳极、光入射窗、电子光学输入系统、和等构成。 6.光电三极管的工作过程分为和。 7.激光产生的基本条件是受激辐射、和。 8.检测器件和放大电路的主要连接类型有、和 等。 https://www.360docs.net/doc/6411151813.html,D的基本功能是和。 10.已知本征硅材料的禁带宽度E g=1.2eV，则该半导体材料的本征吸收长波限为。 11. 非平衡载流子的复合大致可以分为和。 12.在共价键晶体中，从最内层的电子直到最外层的价电子都正好填满相应的能带，能量最高的是填满的能带，称为价带。价带以上的能带，其中最低的能带常称为，与之间的区域称为。 13.本征半导体在绝对零度时，又不受光、电、磁等外界条件作用，此时导带中没有，价带中没有，所以不能。 14.载流子的运动有两种型式，和。 15. 发光二极管发出光的颜色是由材料的决定的。 16. 光电检测电路一般情况下由、、组成。 17. 光电效应分为内光电效应和效应，其中内光电效应包括和，光敏电阻属于效应。 18.导带和价带中的电子的导电情况是有区别的，导带愈多，其导电能力愈强；而价带的愈多，即愈少，其导电能力愈强。 19.半导体对光的吸收一般有、、、和这五种形式。 20. 光电器件作为光电开关、光电报警使用时，不考虑其线性，但要考虑。 24.半导体对光的吸收可以分为五种，其中和可以产生光电效应。 22.光电倍增管由阳极、光入射窗、电子光学输入系统、和等构成，光电倍增管的光谱响应曲线主要取决于材料的性质。 23.描述发光二极管的发光光谱的两个主要参量是和。 光电检测技术题库试卷 一、单项选择题（每小题2分,共40分） 1．材料的禁带宽度，最大的是( C ) A. 金属; B. 杂质半导体 C. 绝缘体; D. 本征半导体． 2．紫外线频率的范围在（ D ）． A. 1011～1012 B. 108～109 C. 1013～1014 D. 1015～1016 3．等离子体是一种( B ). A. 气体光源 B. 固体光源 C. 液体光源 D. 激光光源4．费米能级Ef的意义是电子占据率为( D )时所对应的能级 A. 0； B. 0.1； C. 0.2； D. 0.5． 5．光源在指定方向上通过单位立体角内的辐射通量的多少，称为( B ). A. 辐功率； B. 辐强度； C. 辐照度； D. 辐出度 6．光子探测是利用入射光和磁，产生（ B ）。使材料的电学性质发生变化。通过测量电学性质的变化，可以知道红外辐射的强弱。 A. 光子效应 B. 霍尔效应 C. 热电效应 D. 压电效应7．在光源λ一定的情况下，通过半导体的透射光强随温度T 的增加而( B )。 A. 增加; B. 减少; C. 不变; D. 不能确定． 8．电子亲和势，是指电子从（A 差。 A.导带底能级 B. 价带顶能级 C. 费米能级 D. 施主能级 9．光纤通信指的是（ B ）。 A. 以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式 B. 以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式 C. 以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式 D. 以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式 10．光电探测器单位信噪比的光功率，称为光电探测器的（ C ）。 A. 电流灵敏度; B. 光谱灵敏度; C. 噪声等效功率; D. 通量阈 11．N型半导体的费米能级处于禁带（B）. A. 中间 B. 上部 C. 下部 D. 不确定． 12．PN结和光敏电阻的时间常数（ B ）. A前者大 B. 后者大 C. 一样大 D. 不能确定 13. 下列像管的性能指标( A )的值越高，像管的成像质量越好。 现代检测技术基础试题 一、阐述仪器线性度的概念，说明有哪些直线拟合方法。阐述回程差、灵敏度和分辨力的概念。 二、仪表的精确度等级是怎样规定的？写出计算公式。某测温仪表的测温范围为0---600℃，准确度等级为2.5级；另一测温仪表的测温范围为0---1200℃，准确度等级为1.5级。现欲测量温度为500℃的设备温度，问选哪种测温仪表会更好？计算说明为什么？ 三、（1）假设你开发一台称重仪，在实验室完成了传感器、放大电路和单片机系统的设计制作，但是没有条件施加标准砝码或标准力对传感器和你的系统进行实际标定，你只有一块可用来测量电压和电流的表(或万用表), 在这种条件下你应该首先对仪器的那些指标进行测定?从误差的角度出发,你对你使用的表有何要求? （2）设传感器误差为0.1%；测量放大电路误差为0.03%；系统采用的A/D转换器为10位，试分析仪器最后能达到的最好精度等级是多少？ （3）用干电池分压的办法模拟传感器输出信号对电路进行测试，试在整个量程范围内确定其测试点。若每一个测试点测试了十次，说明你对这些数据的处理方法并写出数据处理公式。 三、画图并说明光电池的下列特性： （1）开路电压、短路电流与光照度的关系； （2）输出电流与负载电阻及光照度的关系。 四、画图并说明光电二极管与放大器的电流放大连接法、电压放大连接法和阻抗变换连接法。说明各连接法适用于哪些测量情况。 五、（1）怎样测试光敏电阻的好坏？（2）比较光敏电阻、光电池、光电二极管的异同点。（3）说明选择光电检测器时应注意哪些问题。 六、写出朗伯-比尔定律的数学表达式，说明各符号的含义。 七、用于测量输送皮带上粉粒物料的近红外水分仪为何要采用三个波长进行测 光电检测技术与应用复习 第一章 1、信息技术是一种综合技术，基本内容：感测技术，通信技术，人工智能，计算技术以及控制技术。当今时代，还包括：微电子信息技术，光电信息技术。 2、光电信息技术：光与电子转换及应用的技术。 3、光电检测技术：利用光电传感器实现各类检测，将被测量转换为光通量，再将光通量转换为电量，并综合利用信息传送技术和信息处理技术，完成各类物理量的在线和自动检测。 4、检测：通过一定的物理方式，分辨出被测参数量并归属到某一范围带，以此来判别合格或参数量是否存在。 测量：将被测的未知量与同性质的标准量进行比较，确定被测量对标准量的倍数，并通过数字表示出这个倍数的过程。 直接测量：对被测物进行测量时，对仪表读数不经任何运算，直接得出被测量的数值。 （温度计测量温度，万用表测量电压） 间接测量：测量几个与被测量有关的物理量，通过函数关系式计算出被测量的数值。 5、传感器：将非电量转换为与之有对应关系的电量输出。 能量控制型传感器（有源传感器）：将被测量变化转换成电参数变化（电阻，电 容），需外加激励电源，才能将被测量参数 变化转换成电压、电流变化。 能量转换型传感器（无源传感器）：直接将被测量变化转换成电压、电流的变化， 不需外加激励源。 敏感器：将被测非电量转换为可用非电量的器件或装置。 6、光电传感器 光电二极管：高速的光检测电路、宽范围照度的照度计、超高速的激光传感器 光电晶体管：几千赫兹的激光脉冲传感器、简单电路中低速脉冲光电开关 光敏电阻Cds：响应速度慢，但性能良好的电阻桥式传感器以及具有电阻性质的光电传感器、路灯自动亮灭电路中的光电传感器、随光的强弱成比例改变的可变电阻 光电耦合器： 集成光电传感器：旋转编码器、速度传感器 光电池： 图像传感器： 7、电子检测系统组成：传感器、信号调理器、输出环节 光电检测系统：（基本环节）光发射机、光学信道、光接收机 主动式：光发射机由光源和调制器构成 被动式：光发射机为被检测物体的辐射发射 光接收机：光接收机前端、光电检测器、后续检测信号处理器 功率检测接收机（直接检测接收机、非相干接收机） 外差接收机 8、光学变换：光载波与被测对象相互作用将被测量载荷到光载波上。 （通过各种光学元件和光学系统） 光电变换：经光电器件实现光向电的信息转换。 （通过各种光电变换器件） 9、光电检测技术优点：高精度、高速度、远距离，大量程、非接触检测、寿命长、具有很 强的信息处理和运算能力 第一章 1.举例说明你知道的检测系统的工作原理 激光检测一激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字，会使荧光字产生一定波长的激光，通过对此 激光的检测可辨别钞票的真假。山于仿制困难，故用于辨伪很准确。 2.简述光电检测系统的组成和特点 组成：（1）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。 （2）光电变换，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）（3）电路处理 放大，滤波，调制，解调，A/D，D/A，微机与接口，控制。 第二章 1.试归纳总结原子自发辐射，受激吸收，受激辐射三个过程的基本特征。 自发辐射：处于激发态的原子在激发态能级只能一段很短的时间，就自发地跃迁到较低能级中去，同时辐射出光子。 受激辐射：在外来光的作用下，原子从激发态能级跃迁到低能级，并发射一个与外来光完全相同的光子。 受激吸收：处于低能级的原子，在外来光的作用下，吸收光子的能量向高能级跃迁。 2.场致发光（电致发光）有哪几种形式，各有什么特点 结型电致发光（注入式发光）：在p-n结结构上面加上正向偏压(即p区接电源正极，n区接电源负极)时，引起电子由n区流入(在物理上称为“注入”)p区，空穴由p区流入n区，发生了电子和空穴复合而产生发光。 粉末电致发光：这是在电场作用下，晶体内部电子与空穴受激复合产生的发光现象。两电极夹有发光材料 薄膜电致发光：薄膜电致发光和粉末电致发光相似，也是在两电极间夹有发光材料，但材料是一层根薄的膜，它和电极直接接触，不混和介质。 3.为什么发光二极管的PN结要加正向电压才能发光 加正向偏压时，外加电压削弱内建电场，使空间电荷区变窄，载流子的扩散运动加强，构成少数载流子的注入，产生电子和空穴的复合，从而释放能量，并产生电致发光现象。 4.发光二极管的外量子效率与射出的光子数，电子空穴对数，半导体材料的折射率有 关。 5.简述半导体激光器的工作原理，它有哪些特点，对工作电源有什么要求 光电技术自动成卷系统 单选题（10题，20分）；简答题（5题，40分）；综合题（1题，15分）；计算题（1题，10分）；设计题（1题，15分） 选择题（共 10 道，每题 2 分） 1、锁定放大器是基于 A.自相关检测理论 B.互相关检测理论 C.直接探测量子限理论 D.相干探测原理 2、下列哪一种应用系统为典型的相干探测应用实例 A.照相机自动曝光 B.飞行目标红外辐射探测 C.激光陀螺测量转动角速度 D.子弹射击钢板闪光测量 3、依据光电器件伏安特性, 下列哪些器件不能视为恒流源: A.光电二极管 B.光电三极管 C.光电倍增管 D.光电池 4、对于P型半导体来说，以下说法不正确的是 A.空穴为多子，电子为少子 B.能带图中费米能级靠近价带顶 C.光照时内部不可能产生本征吸收 D.弱光照时载流子寿命与热平衡时空穴浓度成反比 5、在飞轮转速和方向的光电测量系统中，若光源采用激光二极管，激光波长632nm，输出光调制频率为1kHz，探测器为CdSe光敏电阻，后接的检测电路为带通滤波放大器，其中心频率为1kHz，带宽为100Hz。这样，检测系统可以消除光敏电阻哪些噪声的影响？ f 噪声，热噪声 B.产生-复合噪声，热噪声 C.产生-复合噪声，热噪声 f 噪声，产生-复合噪声 6、在非相干探测系统中 A.检测器能响应光波的波动性质, 输出的电信号间接表征光波的振幅、频率和相 位 B.检测器只响应入射其上的平均光功率 C.具有空间滤波能力 D.具有光谱滤波能力 7、关于半导体对光的吸收，下列说法正确的是 A.半导体非本征吸收时，产生电子－空穴对 B.杂质半导体本材料不会发生本征吸收 C.半导体对光的吸收与入射光波长有关 D.非本征吸收时，吸收的能量全部转换为材料的热能 8、下列关于热电偶和热电堆的说法不正确的是 A.热电堆的测量误差比热电偶小 B.热电堆的测量分辨率比热电偶高 光电探测技术与应用 第一章课后习题答案（部分） 1.1 辐射度量与光度量之间有哪些区别？有哪些相同点和联系？ 答：光辐射度量在历史上形成了辐射度学和光度学两套度量系统。辐射度学：是建立在物理测量的基础上的辐射能量客观度量,不受人眼主观视觉的限制，其概念和方法适用于整个光辐射范围（红外、紫外辐射等必须采用辐射度学）。光度学：是建立在人眼对光辐射的主观感觉基础上，是一种心理物理法的测量，故只适用于电磁波谱中很窄的可见光区域。 1.2一支氦-氖激光器（波长为63 2.8nm ）发出激光的功率为2mw 。该激光束的平面发散角为1mrad ，激光器的放电毛细管直径为1mm 。 （1）求出该激光束的光通量，发光强度，光亮度，光出射度。 （2）若激光束投射在10m 远的白色漫反射屏上，该漫反射屏的反射比为0.85，求该屏上的光亮度。 解：① 该激光束的光通量 328.0102240.0683)(3-???==e m v V K φλφLm （流明） 发光强度 )1028.3(102.44 /)101(328.05523??=?=?Ω=-πφv v I Cd(坎德拉) 光亮度 )102.4(1035.54 /)101(102.41111235 ??=??=?=-或πS I L v v Cd/m 2 光出射度 523102.44 /)101(328.0?=?=?=-πφS M v v Lm/m 2 ② 10米远处光斑面积大小： 52321085.7)10110(4 14.3)(4--?=??=?=θπ L S m 2 反射光功率为： 33'107.110285.0--?=??==P P ρW 反射光通量 279.0240.0683107.1)(3''=???==-λφV K P m v Lm 漫反射屏可以看作是个朗伯体，其法向发光强度I 0与光通量的关系是πφ/0=I ，由于朗伯体的光亮度与方向无关，所以： 第五章 光检测器及光接收机 光接收机：把光发射机发送的携带有信息的光信号转化成相应的电信号并放大、再生恢复为原传输的信号。组成：光检测器、低噪声前置放大器、主放大器、均衡器以及滤波器等。 光检测器：将接收到的光信号转换成电信号。 5.1 光探测原理 一、PN 结的光电效应 光电检测器是利用半导体材料的光电效应实现光电转换的。 1.光电效应：在光的照射下，使物体中的电子脱出的现象叫做光电效应。 2.光电检测器核心器件：光电二极管(PD)，是一个工作在反向偏压下的PN 结二极管。 3.PN 结的光电效应及条件：如图5.1 所示，当入射光子能量hf 小于禁带宽度E g 时，不论入射光有多强，光电效应也不会发生，即产生光电效应必须满足以下条件 hf ≥E g （5.1） 即光频f c ＜ 的入射光是不能产生光电效应的，将f c 转换为波长，则 λc = （5.2） 即只有波长λ＜ λ c 的入射光，才能使这种材料产生光生载流子，故λc 为产生光电效应的入射光的最大波长，又称为截至波长，相应的f c 称为截至频率。 图5.1半导体材料的光电效应 二、光探测过程的基本原理 假设入射光子的能量hf 超过禁带能量E g ，是有几微米宽的耗尽区每次吸收一个光子，将产生一个电子空穴对，发生受激吸收。在PN 结施加反向电压的情况下，受激吸收过程生成的电子-空穴对在电场的作用下，分别离开耗尽层，电子向N 区漂移，空穴向P 区漂移，空穴和从负电极进入的电子复合，电子则离开N 区进入正电极。当电路闭合时，在外电路形成光生电流I P 。当入射功率变化时，光生电流也随之线性变化，从而把光信号变成电流信号。光生电流I P 与产生的电子空穴对和这些载流子运动的速度有关。也就是说直接与入射光功率P in 成正比，即 in P RP I = （5.3） 式中R 是光电检测器响应度（用A/W 表示）。由此式可以得到 in P P I R = （5.4） 响应度R 可以用量子效应表示，其定义是产生的电子数与入射光子数之比，即 h E g g E hc 1、光源选择的基本要求有哪些? 答：①源发光的光谱特性必须满足检测系统的要求。按检测的任务不同，要求的光谱范围也有所不同，如可见光区、紫外光区、红外光区等等。有时要求连续光谱，有时又要求特定的光谱段。系统对光谱范围的要求都应在选择光源时加以满足。②光对光源发光强度的要求。为确保光电测试系统的正常工作，对系统采用的光源的发光强度应有一定的要求。光源强度过低，系统获得信号过小，以至无法正常测试，光源强度过高，又会导致系统工作的非线性，有时还可能损坏系统、待测物或光电探测器，同时还会导致不必要的能源消耗而造成浪费。因此在设计时，必须对探测器所需获得的最大、最小光适量进行正确估计，并按估计来选择光源。③对光源稳定性的要求。不同的光电测试系统对光源的稳定性有着不同的要求。通常依不同的测试量来确定。稳定光源发光的方法很多，一般要求时，可采用稳压电源供电。当要求较高时，可采用稳流电源供电。所用的光源应该预先进行月化处理。当有更高要求时，可对发出光进行采样，然后再反馈控制光源的输出。④对光源其他方面的要求。光电测试中光源除以上几条基本要求外；还有一些具体的要求。如灯丝的结构和形状；发光面积的大小和构成；灯泡玻壳的形状和均匀性；光源发光效率和空间分布等等，这些方面都应该根据测试系统的要求给以满足 2、光电倍增管的供电电路分为负高压供电与正高压供电，试说明这两种供电电路的特点，举例说明它们分别适用于哪种情况? 答：采用阳极接地，负高压供电。这样阳极输出不需要隔直电容，可以直流输出，一般阳极分布参数也较小。可是在这种情况下，必须保证作为光屏蔽和电磁屏蔽的金属筒距离管壳至少要有10～20mm，否则由于屏蔽筒的影响，可能相当大地增加阳极暗电流和噪声。如果靠近管壳处再加一个屏蔽罩，并将它连接到阴极电位上，则要注意安全。采用正高压电源就失去了采用负高压电源的优点，这时在阳极上需接上耐高压、噪声小的隔直电容，因此只能得到交变信号输出。可是，它可获得比较低和稳定的暗电流和噪声 3、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制造成蛇形？ 答：在微弱辐射下，光电导材料的光电灵敏度是定值，光电流与入射光通量成正比，即保持线性关系。 因为产生高增益系数的光敏电阻电极间距需很小（即t dr小），同时光敏电阻集光面积如果太小而不实用，因此把光敏电阻制造成蛇形，既增大了受光面积，又减小了极间距。 4、为什么结型光电器件在正向偏置时，没有明显的光电效应？它必须在那种偏置状态？为什么？ 答：因为p-n结在外加正向偏压时，即使没有光照，电流也随着电压指数级在增加，所以有光照时，光电效应不明显。p-n结必须在反向偏压的状态下，有明显的光电效应产生，这是因为p-n结在反偏电压下产生的电流要饱和，所以光照增加时，得到的光生电流就会明显增加。 二~论述光电检测系统的基本构成，并说明各部分的功能。 1、下面是一个光电检测系统的基本构成框图： （1）光源和照明光学系统：是光电检测系统中必不可少的一部分。在许多系统中按需要选择一定辐射功率、一定光谱范围和一定发光空间、分布的光源，以此发出的光束作为载体携带被测信息。 （2）被测对象及光学变换：这里所指的是上述光源所发出的光束在通过这一环节时，利用各种光学效应，如反射、吸收、折射、干涉、衍射、偏振等，使光束携带上被检测对象的特征信息，形成待检测的光信号。光学变换通常是用各种光学元件和光学系统来实现的，实现将被测量转换为光参量（振幅、频率、相位、偏振态、传播方向变化等）。3）光信号的匹配处理：这一工作环节的位置可以设置在被检测对象前面，也可设在光学变换后面，应按实际要求来决定。光信号匹配处理的主要目的是为了更好地获得待测量的信息，以满足光电转换的需要。 （4）光电转换：该环节是实现光电检测的核心部分。其主要作用是以光信号为媒质，以光电探测器为手段，将各种经待测量调制的光信号转换成电信号（电流、电压或频率），以利于采用目前最为成熟的电子技术进行信号的放大、 变换电路 光电传感 光源 光学系 统 被测对象 光学变换 电信号处理 存 储 显 示 控 制 第一章概论 1.检测技术的概念与分类。 定义：确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作 检测技术分类 按工作原理：机械式 阻抗式 电量式 光电式 辐射式 按工作方式：接触式，非接触式 按工作物质：电量式，非电量式 2.光电检测技术特点，光电检测系统组成。 特点：光电检测技术以激光、红外、光纤等现代光电器件为基础，通过对载有被检测物体信号的光辐射（发射、反射、散射、衍射、折射、透射等）进行检测，即通过光电检测器件接收光辐射并转换为电信号。 由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用的信息，再经过A/D 变换接口输入微型计算机运算、处理，最后显示或打印输出所需检测物体的几何量或物理量。 系统组成： 光学变换 电路处理 第二章基础知识电磁波谱图 光谱光视效率函数 i o V P V S =i o I P I S = 01 ()T I i i t dt T == ? 2 20 1()[()()]T i t i t i t dt T ?=-?器件的基本特性参数 响应特性 噪声特性 量子效率 线性度 工作温度 一、响应特性 １．响应度（或称灵敏度）：是光电探测器输出信号与输入光功率之间关系的度量。描述的是光电探测器件的光电转换效率。 响应度是随入射光波长变化而变化的 响应度分电压响应率和电流响应率 电压响应率： 光电探测器件输出电压与入射光功率之比 电流响应率：光电探测器件输出电流与入射光功率之比 ２．光谱响应度：探测器在波长为λ的单色光照射下，输出电压或电流与入射的单色光功率之比 ３．积分响应度：检测器对各种波长光连续辐射量的反应程度． ４．响应时间：响应时间τ是描述光电探测器对入射光响应快慢的一个参数. 上升时间：入射光照射到光电探测器后，光电探测器输出上升到稳定值所需要的时间。 下降时间：入射光遮断后，光电探测器输出下降到稳定值所需要的时间。 ５．频率响应：光电探测器的响应随入射光的调制频率而变化的特性称为频率响应 二、噪声特性 在一定波长的光照下光电探测器输出的电信号并不是平直的，而是在平均值上下随机地起伏，它实质上就是物理量围绕其平均值的涨落现象 用均方噪声来表示噪声值大小 噪声的分类及性质 外部干扰噪声:人为干扰噪声的和自然干扰噪声。光电检测技术试题及答案
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