光电技术(A卷)试卷

武汉理工大学考试试题纸(A卷)

课程名称光电技术

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_________________ 、_______________ 、________________ 、

2. 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

E g，要使该材料有光电子产生，其入射光波的最大波长为

5.已知本征硅的禁带宽度为

、如图1所示的电路中，已知R b=820 Q ,R e=3.3K Q,U W=4V，光敏电阻为

输出电压为6V，80lx是为9V。设光敏电阻在30~100之间的Y值不变。

试求：(1)输出电压为8V时的照度；

(2) 若R e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R L。(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S K为20uA/ lm，阴极入射

00.98，各倍增极的电子收集率为0.95。(提示增益可以表示为G N 八

o( ) ) (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？

光的照度为0.1 Lx，阴极有效面积为2cm 2，各倍增极二次发射系数均相等(4)，光电子的收集率为

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、倍增极和阳极。

3. PN 结注入发光，异质结注入发光。

1 2

4. h mv 2 W

hc 5.

E g

、

根据图示为恒流偏置电路，流过稳压管的电流

(2)与上面(1)中类似，求出照度 E=34lx

bb U w

R b

8 820

9.8mA 满足稳压管的工作条件

(1)当 U w 4V 时，I e

U w U be

R e

4 0.7 3

3.3*10

1mA

由R p

U bb U 0

I e

得输出电压为 6伏时电阻R

输出电压为9伏时电阻R 2 3K

，故r

lg R 1 lg R 2 lg E 2 lg E 1

输出电压为8V 时，光敏电阻的阻值为 R p

U bb U 。 I e

=4K

，带入r 旦5一，解得E=60lx

lg E 2 lg E 1

(3)电路的电压灵敏度

S v

E 60 40

0.1(v/lx)

R s

i p

。* 頁

h Rsh

等效微变电路

(2)流过负载电阻的电流方程

l L I p I D I p I o (e qV/kT 1)

短路电流的表达式1 sc 1 p S E E

开路电压的表达式V oc

(3) 电流方向如图所示

五、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应。当光照射时，满足条件

hv>E g ,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

l 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

l 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l 层时要大的多，从而使结电容下降，也提高了频率响应。六(1 )放大倍数 G= 0(

)n =0.98*(0.95*4) "=2.34*10 6

l P = Gl K S K =

I K = S K = 20uA/1m*(0.1*2*10

四、

(1)光电池的等效电路图

p-n 结，属于结型光生伏特效

)=4*10 4

U A

I P=GI K=9.35*102U A

V o=R f|p

R f=V0

200*10 3

2.14*10

1 p I p

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（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 ⑴

当9很小时（即L 足够大时)Sin 9 - tg 9 = X k/L

代入（1 ）式得

K L L L

d= = = ............. ..(2)

X K X K/K S

S ――暗纹周

期，S=X K/K是相等的，则测细丝直径d转化为用CCD测S测量简图

八、

线阵CCD

⑴ Solution The responsivity at M=1 in terms of the quantum efficiency is

19 6

“?、e * 1.6 10 1.55 10

S( ) Q()——0.6 ------------------------- 34 8

hc 6.626 10 3 108

0.75AW 1

Q()NH I( )/e S( )hc e( )/h

S() I

pho

pho S()(

)(0.75AW 1) (20 10 9W) 1.5 10 8 A

I ph MI pho 1.80 10 7A

S( I

()

Ml pho

()MS()

12 0.75 9.0AW

If I

pho

is the primary photocurrent and 0 is the incident optical power then by definition

I pho

so that