光电技术第3章习题.doc

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光电检测习题

作业：
1、在室温300K时，已知2CR44 型硅光电池在辐照度为100mW/cm2 时的开路电压为Uoc =550mV ，短路电流Isc=28 mA Байду номын сангаас试求：室温情况下，辐照度降低到 200mW/cm2 时的开路电压 Uoc与短路电流 Isc 。
2、已知CDS 光敏电阻的暗电阻RD=5MΩ，在照度为 50lx时亮电阻R=2KΩ，用此光敏电阻控制继电器，如下图所示，如果继电器的线圈电阻为2KΩ，继电器的吸合电流为3mA，问需要多少照度时才能使继电器吸合？如果需要在100lx时继电器才能吸合，则此电路需作如何改进。
4-3 （第四章习题）
4-4
4-5
5-7
5-8 光电倍增管GDB44F 的阴极光照灵敏度为 0.5μA/lm，阳极灵敏度为50A/lm，要求长期使用时阳极允许电流限制在2μA 以内。求：（1）阴极面上允许的最大光通量。（2）当阳极电阻为75KΩ 时，最大的输出电压。（3）若已知该光电倍增管为12 级的倍增极，当要求输出信号的稳定度为1%时，求高压电源电压的稳定度。
试求：（1）幕的光照度为多少lx？（2）幕的反射出射度为多少lx？（3）幕每秒钟接收多少个光子？
光电检测技术习题
2、在室温300K时，已知2CR21 型硅光电池在辐照度为100mW/cm2 时的开路电压为Uoc =550mV ，短路电流Isc=6 mA 。试求：室温情况下，辐照度降低到 50mW/cm2 时的开路电压 Uoc与短路电流 Isc 。（第三章习题）
补充作业题：
1、一台氦氖激光器，发出波长为0.6328μm的激光束，其功率为3mW，光束平面发散角为0.02mrad，放电毛细管直径为1mm，求：

第3章练习题(答案)

第三章练习题（答案）一、填空题常用光源LD是以受激辐射为基础发相干（激）光，LED以自发辐射为基础发非相干（荧）光。

光与物质的粒子体系的相互作用主要有三个过程是：受激吸收，自发辐射，受激辐射；产生激光的最主要过程是：受激辐射。

激光器由工作物质、激励源（泵浦源）和光学谐振腔三部分组成。

激光振荡器必须包括增益介质、激励源和光学谐振腔。

LD的P-I特性具有阈值特性，其阈值电流随温度升高而升高，当其增大至原来的 1.5 倍时，LD寿命告终。

在半导体激光器P－I曲线中，工作电流小于阈值电流的范围对应于荧光区，工作电流大于阈值电流的范围对应于激光。

光电检测器的作用是进行光/电转换，PIN管本质上是外加反向（或负）偏压的PN结。

常用的导体光电检测器主要有PIN光电二极管（PIN-PD）和雪崩光电二极管（APD）两种，基本原理是通过受激吸收（光电效应）过程实现光电转换。

无源器件主要有光纤连接器、光耦合器、光隔离器、光波分复用器、和光波长转换器、光开关等。

光纤连接器的主要性能指标有插入损耗（介入损耗）、回波损耗、互换性、插拔寿命、重复性、稳定性等。

表示光纤耦合器性能指标的参数有隔离度、插入损耗和分光比等。

二、选择题光纤通信系统中使用的光器件主要有：( D )A 激光器、发光二极管；B 分布反馈激光器、PIN光电二极管；C 半导体激光器、光检测器、分布反馈激光器；D 光源、光检测器、光放大器。

光纤通信系统中常用的光检测器主要有：( B )A. 激光器、发光二极管B. PIN光电二极管、APD雪崩光电二极管C.分布反馈激光器、PIN光电二极管D. PIN光电二极管、半导体激光器LD光源的作用是：( B )A 产生输入光波信号；B 将电信号电流变换为光信号功率，即实现电-光转换；C 产生输入光功率；D 光波对电信号进行调制，使其载荷信息在光纤中传输。

发光二极管LED产生的光：( A )A 是荧光而不是激光；B 是激光而不是荧光；C 是自然光而不是激光；D 是相干光而不是荧光。

光电测试技术-第3章色度和光度测试技术(2／4)

2010-10-15
3
第3章色度和光度测试技术
§3-2 CIE色度计算方法
为波长λ 为波长λ的光谱 1 色品坐标计算， k叫做归化系数叫做归化系数归化系数，三刺激值它是将照明物体要计算颜色的色品坐标，已知某颜色的刺激函数 (λ ) ，要计算颜色的色品坐标，必或光源）（或光源）的Y值须先求得颜色的三刺激值。计算公式为：须先求得颜色的三刺激值。计算公式为：归一化为100时得归一化为100时得出的
X = X1 + X 2 Y = Y1 + Y2 Z = Z + Z 1 2
2010-10-15 6
第3章色度和光度测试技术
§3-2 CIE色度计算方法
2 颜色相加计算计算步骤：计算步骤：
X Y Z = = = X +Y + Z 由 x y z
可得于是
X = X1 + X 2 Y = Y1 + Y2 Z = Z + Z 1 2
Pe = OM x x0 y y0 = = OL xλ x0 yλ y0
Yλ yλ 亮度纯度 Pc = = Pe Y y
它表明主波长的光谱色在样品颜色中所占亮度比重
10
2010-1度和光度测试技术
哈尔滨工业大学
第3章色度和光度测试技术
§3-2 CIE色度计算方法
2010-10-15
2
第3章色度和光度测试技术
§3-2 CIE色度计算方法
CIE除了推荐标准色度系统外，还推荐了一系列的计算方法。 CIE除了推荐标准色度系统外，还推荐了一系列的计算方法。除了推荐标准色度系统外如：色品坐标的计算颜色相加计算主波长和色纯度计算色差计算同色异谱程度的计算等

光电技术作业答案

响应时间短、暗电增益高、响应时间短、有非线性、特点流小、灵敏度高、增益受偏压及温度影响大线性度好。应用弱光探测、光子计数、光通信等应用广泛
第五章
补充：图为一光伏探测器和一理想运算放大器构成的光电探测电路，无光照时输出电压0.6伏，在E=100lx的光照下，输出电压 2.4V。求光电探测器的暗电流和光电流灵敏度。 RL=1.5M
光谱响应有长波限响应时间响应时间短响应度响应度高
全波长均匀响应响应时间长响应度低
第二章
P62－2
试以光电导探测器为例，说明为什么光子探测器的工作波长越长，工作温度越低。
工作波长长，长波限长，禁带宽度或杂质电离能小，容易产生热激发，需降低温度，以减少热激发概率，降低暗电流和噪声。
（1）
光阴极 D1 D2 D3 IK
···
阳极 D11
IA ID RL
-1200V
GND
（2）
G=(0.95×δ)11×0.98=2.34×106 IK=SK×E×A=20×0.1×2×10-4μA=4×10-4μA IA=SK×G=936μA
（3） RL=Vo/IA=214Ω
光阴极
D1 D2 D3 IK
RL －
RL
＋
光导模式－反偏光导模式－零偏
光伏模式光导模式偏置自偏（无需偏压）反偏零偏伏安特性第四象限或V轴第三象限 I轴线性度非线性线性线性暗电流无有无名称光电池光电二极管
P151-2
第五章
2.光伏探测器工作于零偏下有哪些优点，工作于反偏下应注意哪些问题。零偏时无暗电流。反偏时，耗尽层宽，结电容小，响应速度有改善。反偏时注意，工作电压小于反向击穿电压，Ip×RL应小于电源电压。

第三章习题与作业

第四章传感器原理习题4-1以阻值R =120Ω，灵敏系数K =2.0的电阻应变片与阻值120Ω的固定电阻组成电桥，供桥电压为3V ，并假定负载电压为无穷大，当应变片的应变为2με和2000με时，分别求出单臂、双臂差动电桥的输出电压，并比较两种情况下的灵敏度。

4-2 在材料为钢的实心圆柱试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为Ω120的金属应变片R 1和R 2，把这两片应变片接入差动电桥(题图4-2)。

若钢的泊松比μ=0.285，应变片的灵敏系数K =2，电桥的电源电压U i=2V ，当试件受轴向拉伸时，测得应变片R 1的电阻变化值∆R =0.48Ω，试求电桥的输出电压U 0；若柱体直径d =10mm ，材料的弹性模量211N/m 102E ⨯=，求其所受拉力大小。

题图4-2 差动电桥电路4-3 一台采用等强度的梁的电子称，在梁的上下两面各贴有两片电阻应变片，做成称重量的传感器，如习题图4-3所示。

已知l =10mm ，b 0=11mm ，h =3mm ， 24N/mm 102.1E ⨯=，K =2，接入直流四臂差动电桥，供桥电压6V ，求其电压灵敏度(K u=U 0/F)。

当称重0.5kg 时，电桥的输出电压U 0为多大?题图4-3悬臂梁式力传感器4-4 有四个性能完全相同的应变片(K =2.0)，将其贴在习题图4-4所示的压力传感器圆板形感压膜片上。

已知膜片的半径R =20mm ，厚度 h =0.3mm ，材料的泊松比μ=0.285，弹性模量211N/m 102E ⨯=。

现将四个应变片组成全桥测量电路，供桥电压U i=6V 。

求：(1)确定应变片在感压膜片上的位置，并画出位置示意图；(2)画出相应的全桥测量电路图；(3)当被测压力为0.1MPa 时，求各应变片的应变值及测量桥路输出电压U 0；(4)该压力传感器是否具有温度补偿作用?为什么?(5)桥路输出电压与被测压力按是否存在线性关系?题图4-4 膜片式压力传感器4-5一测量线位移的电位器式传感器，测量范围为0~10mm ，分辨力为0.05mm ，灵敏度为2.7V/mm ，电位器绕线骨架外径d =0.5mm ，电阻丝材料为铂铱合金，其电阻率为mm Ω103.25ρ4⋅⨯=-。

光电检测技术课后部分答案

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。

科学出版社江文杰编著《光电技术》习题答案

同一照度下，加负载后，负载电阻与光电池内电阻串联，内电阻上总会分去一部分电压，所以负载上的输出电压总是会小于开路电压。
4-7 说明 PIN 管、雪崩光电二极管的工作原理和各自特点。PIN 管的频率特性为什么比普通光电二极管好? 答：（一）PIN 光电二极管
工作原理：PIN 光电二极管是一种快速光电二极管，PIN 光电二极管在掺杂浓度很高的 P 型半导体和 N 型半导体之间夹着一层较厚的高阻本征半导体 I，其基本原理与光电二极管相同。但由于其结构特点，PIN 光电二极管具有其独特的特性。如下图所示。
=
SΦ m
R1 RL
=
SΦ m
Rb Rb + RL
=
0.6 × 5 × 125 125 + 125
= 1.5μA
交流输出电压 UL 的有效值
UL = ILmRL / 2 = 1.5μA ×125kΩ/ 2 = 132.6mV
(3)上限截止频率
f HC
=
1 2πR1C1
=
1 2 × 3.14 × 125 ×103 × 6 ×10−12
科学出版社《光电技术》第 1 版习题与思考题及参考解答
第 4 章光伏探测器
4-1 （1）证明：光电二极管输出的光电流 Ip = eηΦ0 / (hν ) ，式中：Ф0 为入射辐射功率，e
为电子电量，η为量子效率，hv 为入射光子能量；（2）通常光电二极管的内增益 M=1，不会出现 M>1。试从光伏效应的机理上加以解释。
压，负载电阻 50Ω 自身的噪声电压）：
U
2 in
=
2eiΔf
⋅
R2
+
4kT Δf
⋅
R
=

光电技术习题及总复习

(1).这支气体激光束的光通量,发光强度,光亮度,光出射度.
(2).该激光束投射在10m远的白色漫反射屏上,漫反射屏的反射比为0.85,求屏上的光亮度
本题1问的关键: 辐射通量和光通量的转换关系要清楚；立体角
概念要清楚；立体角与平面角的关系？
1）光通量
v CVe 683 0.175 2103 0.239lm
第三和第四代像增强器？
28.光源的光谱功率分为哪几种情况？画出每种情况对应的
分布图？
29.光电测量系统中的噪声可分为三类，简述这三类噪声？等效噪声功率的表达式（两个）？
30.光和物质相互作用的三个过程是什么?产生激光的三个必要条件是什么？激光器的类型和激光的特性是什么？
31.硅光电池最大的开路电压是多少？为什么它随温度升高
5.变像管是一种能把各种（）辐射图像转换成为（）图像的真空光电成像器件。
第十六页，编辑于星期六：十六点三十四分。
6. 电荷耦合器（CCD）电荷转移的沟道主要有两大类，一类是（）, 另一类是（）。 7. 光电子技术是（）和（）相结合而形成的一门技术
8. 光源的颜色，包括两方面含义（）和（）。
而降低？
I0 4.22 1014 e0.1539t
32.什么是光纤的V归一化2频a率参n1数2 ？n判22 断单2模a与n非1 单2模光纤的条件？
33.什么是“胖0”电荷？什么是“胖0”工作模式？“胖0”电荷的数量是多少？引入“胖0”电荷的优缺点？
第二十页，编辑于星期六：十六点三十四分。
34.光电探测器的特性参数有？为什么光敏电阻随光照增
πr102
r10=θR=10-3×10=10-2
该白色漫反射屏是不透明的, 其上的光斑是一个漫反射源, 因漫反射光源的视亮度与θ无关,各方向都相同,因此该漫反射源以π的立体角出射光通量0.85Фv ,故视亮度

《光电技术》测试题及参考答案

探测器的探测能力越强。
（答案：y）
3、辐射通量与光通量的单位是相同的。
（答案：n）
4、外光电效应是半导体光电器件、真空光电倍增管、摄像管、变像
管和像增强器的核心技术。
（答案：n）
5、噪声等效功率是信噪比为 1 时，入射到探测器上的信号辐射通量。（答案：y）
多项选择题(每题 5 分,共 9 题。少选视正确答案多少酹情给分，多选不得分)
1、光伏探测器在正常使用时，常用的偏置方式有（）
（答案：A, B, C）
A、自偏置
B、零偏置
C、反向偏置
2、光伏探测器的光电特性主要与（）有关
（答案：A, B, C, D）
A、材料
（答案：B）
B、西门子
2、光电导探测器的特性受工作温度影响（）。
（答案：B）
B、很大
3、设某光敏电阻在 100lx 光照下的阻值为 2000 欧姆，且已知它在
90~120lx 范围内的光电转换因子 0.9。则该光敏电阻在 110lx 光照下
的阻值为（）。
90~120lx 范围内的光电转换因子 0.9。则该光敏电阻在 110lx 光照下
的阻值为（）。
（答案：C）
C、1873.8 欧姆
2、常温碲化铟光电导器件的光谱响应范围为（）
（答案：C）
C、1~7.5um
3、硫化镉光电导器件的光谱响应范围为（）
谱光视效率为 0.24，则该激光器发出的光通量为（）
（答案：D）
D、1.31lm
多项选择题(每题 6 分,共 7 题。少选视正确答案多少酹情给分，多选不得分)
1、光电探测器中的噪声主要包括( )。

第3章光电测试技术常用光学系统

2
18
2.准直、自准直光学系统
准直技术 --- 利用光线做基准实现瞄准或角度测量的技术 --- 利用望远系统把视场光阑处分划板上的十字标记投射到某一调焦位置的参考靶上，并使十字标记中心与参考靶中心重合由两个中心所表述的参考直线 --- 准直或准线参考直线的方向 --- 望远系统光轴的方向自准直--- 物镜前面的平面反射镜
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2）临界照明 ---光源发出的光通过聚光镜成像在物面上或其附近的照明方式
光源灯丝
成像
物平面
优点---视场范围内有最大的亮度，而且没有杂光缺点---光源亮度的不均匀性将直接反映在物面上，并且不满足光孔转接原则
38
3）远心柯勒照明
集光镜 --- 光源成像到聚光镜的前焦面上孔径光阑 --- 聚光镜的物方焦面上（像方远心光路）视场光阑 --- 成像到物面上（聚光镜） --- 消除了临界照明中物平面照度不均匀的缺点孔径光阑---大小可调，经聚光镜成像于物镜的入瞳位置（满足光孔转接原则，充分利用了光能）孔径光阑大小 ---- 决定照明系统的孔径角、分辨力和对比度；视场光阑 --- 控制照明视场的大小，避免杂光进入物镜
接收器的尺寸一定 --- 物镜焦距与视场角成反比
拍摄远方物体时，物方最大视场角为
tg max y' max / 2 f '
y´max---感光元件的对角线长度
24
2) 相对孔径和分辨力 D ---入瞳直径（或物镜口径）与物镜焦距之比 f' 影响着物镜的鉴别率和像面照度光圈（F 数） --- 相对孔径的倒数
NA n sin u
n---物方介质的折射率; u --- 物方孔径角与分辨本领的关系 --- 瑞利判据或道威判据（显微系统）投影仪的分辨力经放大倍后应与人眼的分辨本领相适应

光电技术第三章习题

光电技术第三章
3.1 试比较硅整流二极管与硅光电二极管的伏安特性曲线，说明它们的差异。 3.2 写出硅光电二极管的全电流方程，说明各项的物理意义。 3.3 比较 2CU 型硅光电二极管和 2DU 型硅光电二极管的结构特点，说明引入环极的意义。 3.4 影响光生伏特器件频率响应特性的主要因素有哪些？为什么 PN 结型硅光电二极管的最高工作频率小于等于 10 7 Hz？
12 试说明楔环探测器、4 象限光生伏特探测器件、线阵列光生伏特探测器件的功
能及其应用。 13 画图说明用 4 象限光生伏特探测器件检测光点的二维偏移量的测量方法。 14 试分析非晶硅集成全色色敏器件与双色硅色敏器件在结构与测色原理上的差异。 15 何谓 PSD 器件？PSD 器件有几种基本类型？你能设计出用 1 维 PSD 来探测光点在被测体上的位置吗？ 16 为什么越远离 PSD 几何中心位置的光点，其位置检测的误差越大？ 17 选择最适当的答案填入括号中（只有一个答案正确）（1）用光电法测量某高速转轴（ 15000 r / min ）的转速时，最好选用（）为光电接收器件。 A PMT B CdS 光敏电阻 C 2CR42 硅光电池 D 3DU 型光电三极管（2）若要检测脉宽为 10 7 s 的光脉冲，应选用（）为光电变换器件。 A PIN 型光电二极管 B 3DU 型光电三极管 C PN 结型光电二极管 D2 CR11 硅光电池（3）硅光电池在（）偏置时，其光电流与入射辐射通量有良好的线性关系，且动态范围较大。 A 恒流 B 自偏置 C 零伏偏置 D 反向偏置（3）硅光电池在（）情况下有最大的功率输出。 A 开路 B 自偏置 C 零伏偏置 D 反向偏置
3.5 为什么在光照度增大到一定程度后，硅光电池的开路电压不再随入射照度的增大而增大？硅光电池的最大开路电压为多少？为什么硅光电池的有载输出电压总小于相同照度下的开路电压？

光电显示技术复习题

第一章绪论名词解释:1.明适应：从黑暗坏境到明亮环境变化的逐渐习惯过程, 成为明适应。

2.像素: 构成图像的最小单元。

3.对比度: 画面上最大亮度和最小亮度之比。

4、灰度: 画面上亮度的等级差别。

5、分辨率: 单位面积显示像素的数量。

1、简述题:2、显示器件的主要性能指标?有像素、亮度、对比度、灰度、分辨力、清晰度等。

3、人眼的视觉特性光谱效率、视觉二重功能、暗适应、明适应、视觉惰性、闪烁直观性光电显示器件, 按照设备的形态可分为:(1)电子束型, 如CRT ；(2)平板型, 如液晶显示器LCD, 等离子显示器 PDP , 电致发光显示器 ELD, 全彩色LED大屏幕显示器等；(3)数码显示器件。

（可供选择: LCD, LED, CRT, ELD, PDP 等）4、光电显示器件有哪些分类？直观型（主动发光型和被动显示型）；投影型（前投式和背投式）；空间成像型.5.光度学中有哪几个主要物理量？它们是如何定义的? 各自的单位是什么? 光通量: 能够被人的视觉系统所感受到的那部分光辐射功率的大小的度量, 单位是流明(lm)。

发光强度: 为了描述光源在某一指定方向上发出光通量能力的大小, 定义在指定方向上的一个很小的立体角元内所包含的光通量值, 除以这个立体角元, 所得的商为光源在此方向上的发光强度。

单位为坎德拉（cd）。

照度：单位面积上的光通量, 单位是勒克斯（lx）。

亮度：单位面积上的发光强度, 单位为坎德拉/平方米（cd/m2）。

6.描述彩色光的3个基本参量是什么？各是什么含义？答: 色调是指在物体反射的光线中以哪种波长占优势来决定的, 不同波长产生不同颜色的感觉。

色调是彩色最重要的特征, 它决定了颜色本质的基本特征。

颜色的饱和度是指一个颜色的鲜明程度。

饱和度是颜色色调的表现程度, 它取决于表面反射光的波长范围的狭窄性(即纯度)。

在物体反射光的组成中, 白色光越少, 则它的色彩饱和度越大。

明度是指刺激物的强度作用于眼睛所发生的效应, 它的大小是由物体反射系数来决定的, 反射系数越大, 则物体的明度越大, 反之越小。

光电技术课后习题和答案

光电技术第一章参考答案1辐射度量与光度量的根本区别是什么？为什么量子流速率的计算公式中不能出现光度量？答：为了定量分析光与物质相互作用所产生的光电效应，分析光电敏感器件的光电特性，以及用光电敏感器件进行光谱、光度的定量计算，常需要对光辐射给出相应的计量参数和量纲。

辐射度量与光度量是光辐射的两种不同的度量方法。

根本区别在于：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，对辐射量进行物理的计量；后者是生理（或主观）的计量方法，是以人眼所能看见的光对大脑的刺激程度来对光进行计算，称为光度参数。

因为光度参数只适用于0.38~0.78um 的可见光谱区域，是对光强度的主观评价，超过这个谱区，光度参数没有任何意义。

而量子流是在整个电磁辐射，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量。

光源在给定波长λ处，将λ～λ+d λ范围内发射的辐射通量d Φe ，除以该波长λ的光子能量h ν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。

2 试写出 e φ、e M 、e I 、e L 等辐射度量参数之间的关系式，说明它们与辐射源的关系。

答：辐（射）能：以辐射形式发射、传播或接收的能量称为辐（射）能，用符号表示，其计量单位为焦耳（J ）。

e Q e Q 辐（射）通量e φ：在单位时间内，以辐射形式发射、传播或接收的辐（射）能称为辐（射）通量，以符号e φ表示，其计量单位是瓦（W ），即 e φ =dt dQ e 。

辐（射）出（射）度：对面积为A 的有限面光源，表面某点处的面元向半球面空间内发射的辐通量d e M e φ与之，该面元面积d 比，定义为辐（射）出（射）度e M 即M A e =dA d e φ。

其计量单位是瓦每平方米[W/m 2]。

辐（射）强度：对点光源在给定方向的立体角元e I Ωd 内发射的辐射通量e d φ，与该方向立体角元Ωd 之比，定义为点光源在该方向的辐（射）强度，即e I e I =Ωd de φ，辐射强度的计量单位是瓦特每球面度（W/sr ）。

第3章练习题（答案）

第3章练习题（答案）第三章练习题（答案）⼀、填空题1.常⽤光源LD是以受激辐射为基础发相⼲（激）光，LED以⾃发辐射为基础发⾮相⼲（荧）光。

2.光与物质的粒⼦体系的相互作⽤主要有三个过程是：受激吸收，⾃发辐射，受激辐射；产⽣激光的最主要过程是：受激辐射。

3.激光器由⼯作物质、激励源（泵浦源）和光学谐振腔三部分组成。

4.激光振荡器必须包括增益介质、激励源和光学谐振腔。

5.LD的P-I特性具有阈值特性，其阈值电流随温度升⾼⽽升⾼，当其增⼤⾄原来的 1.5 倍时，LD寿命告终。

6.在半导体激光器P－I曲线中，⼯作电流⼩于阈值电流的范围对应于荧光区，⼯作电流⼤于阈值电流的范围对应于激光。

7.光电检测器的作⽤是进⾏光/电转换，PIN管本质上是外加反向（或负）偏压的PN结。

8.常⽤的导体光电检测器主要有 PIN光电⼆极管（PIN-PD）和雪崩光电⼆极管（APD）两种，基本原理是通过受激吸收（光电效应）过程实现光电转换。

9.⽆源器件主要有光纤连接器、光耦合器、光隔离器、光波分复⽤器、和光波长转换器、光开关等。

10.光纤连接器的主要性能指标有插⼊损耗（介⼊损耗）、回波损耗、互换性、插拔寿命、重复性、稳定性等。

11.表⽰光纤耦合器性能指标的参数有隔离度、插⼊损耗和分光⽐等。

⼆、选择题1.光纤通信系统中使⽤的光器件主要有：(D )A 激光器、发光⼆极管；B 分布反馈激光器、PIN光电⼆极管；C 半导体激光器、光检测器、分布反馈激光器；D 光源、光检测器、光放⼤器。

2.光纤通信系统中常⽤的光检测器主要有：(B )A. 激光器、发光⼆极管B. PIN光电⼆极管、APD雪崩光电⼆极管C.分布反馈激光器、PIN光电⼆极管D. PIN光电⼆极管、半导体激光器LD3.光源的作⽤是：(B )A 产⽣输⼊光波信号；B 将电信号电流变换为光信号功率，即实现电-光转换；C 产⽣输⼊光功率；D 光波对电信号进⾏调制，使其载荷信息在光纤中传输。

第3章3.1节光生伏特器件

当某波长λ 的辐射作用于光电二极管时，其电流灵敏度为
与材料常数有关，表征光电二极管的光电转换特性为线性。
电流灵敏度与入射辐射波长λ 的关系复杂，定义光电二极
管的电流灵敏度时，常定义其峰值响应波长的电流灵敏度为
光电二极管的电流灵敏度。表面上看它与波长λ 成正比，但是，材料的吸收系数α 还隐含着与入射辐射波长的关系。光电二极管的电流灵敏度与波长的关系称为光谱响应。

是与材料有关的光谱光电转换效率，表明光电池的最大光电转换效率与入射光波长及材料性质有关。
另一个因素是PN结电容Cj和管芯电阻Ri及负载电阻RL构成的
时间常数τ
RC，τ RC为
RC c j ( Ri RL )
普通 PN 结硅光电二极管管芯内阻 Ri 约为 250Ω ，结电容 Cj 为
几Pf，负载电阻RL低于500Ω时，时间常数在ns数量级。但是，
当负载电阻RL很大时，时间常数将成为时间响应的重要因素，应用时必须注意。影响时间响应的主要因素是扩散时间 τp ，如何将其消除，是提高硅光电二极管时间响应重要措施。增高反向偏置电压会提高内建电场的强度，扩展PN结的耗尽区，但是反向偏压的提高会加大结电容，使RC时间常数τRC增大。因此，必须从PN结的结构设计方面考虑，在不使偏压增大的情况下使耗尽区扩展到整个PN结器件，才能消除扩散时间。
• 4. 噪声其中，散粒噪声是主要噪声，低频噪声和热噪声为其次。散粒噪声与电流有关
2 I ns 2qIf
光电二极管的噪声包含低频噪声Inf、散粒噪声Ins和热噪声InT。
光电二极管电流包括暗电流Id、信号电流Is和背景光电流Ib，因此散粒噪声应为
2 I ns 2q( I d I S I b ) f

《光电子技术基础与技能》第3章红外技术

《光电技术基础与技能》教学演示文稿
第3章红外技术
3.1 红外线的发现 3.2 红外线的产生、传播和接收 3.3 红外成像原理 3.4 红外技术应用技能实训7 红外感应报警器套件制作本章小结
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第3章红外技术
红外技术是一门研究红外辐射的产生、传播、测量及其应用的技术科学。近几十年来，红外技术在军事、科学、工农业生产、医学等各方面的应用都有了较快的发展，并且显示出巨大的潜力。
②喷气飞机因所使用的发动机类型、飞行速度、飞行高度以及有无加力燃料等因素，其辐射情况有很大区别。
图3－8a 波音707飞机
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第3章红外技术
4．红外系统探测相关辐射源
❖ （2）坦克
①不同坦克的红外辐射美军M48：发动机排气装置位于坦克底部，红外辐射较低苏制T58：排气装置位于侧面，在排气装置一侧红外辐射较大
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3.1 红外线的发现
1 太阳光谱 2 红外光的发现 3 电磁波谱 4 红外线分段 5 红外线的特点 6 红外线的危害
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第3章红外技术
1.太阳光谱
❖ （1)分光实验
让一束太阳光通过一个玻璃三棱镜，将出现一条由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等色组成的彩色光带
图3-1（a）三棱镜分光实验
①月球和行星的辐射：由自身辐射和对太阳辐射的反射组成。 ②反射辐射：约有95%辐射波长是在近红外区内
❖ （3）天空辐射主要是散射太阳光和大气热辐射的组合
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第3章红外技术
4．红外系统探测相关辐射源
❖ （1）飞机
①喷气飞机的红外辐射：被加热的金属尾喷管热辐射发动机排出的高温尾喷焰辐射飞机飞行时气动加热形成的热辐射对环境的反射

光电技术基础-第三章-光电效应可修改文字

⒈ PN结的光生伏特效应
①光生伏特效应的产生机理：
N型硅为基底进行P掺杂形成的PN结受到光照时：
由于被光照射的一层做的很薄，光线足以透过P型半导体入射到PN结，甚至可以到达N型半导体一边。在结区内，对于能量大于材料禁带宽度的光子，由于本征吸收，就可激发出电子空穴对。
光生伏特效应
产生于PN结区的光生电子空穴对，被PN结势垒区较强的内建电场分离，空穴移向P区，电子移向N 区。分离的结果：在N区边界将积累大量的电子，在P区边界积累大量的空穴，产生了一个与平衡PN 结内建电场相反的光生电场，于是在P区和N区之间形成了一个光生电势差，也称为光生电动势。
光照度越强，光生电动势也就越大。
当PN结两端通过负载构成闭合回路时，就会有电流沿着由P经外电路到N的方向流动。只要辐射光不停止，这个电流就不会消失。这就是PN结被光照射时产生光生电动势和光电流的机理。
光生伏特效应
注意：
⑴、PN结产生光生伏特的条件是
，
与照射光的强度无关；
⑵、光生伏特的大小与照射光的强度成正比。
第三章光电效应
第三章光电效应
一、定义二、分类
一、定义
——物质在光的作用下，不经升温而直接引起物质中电子运动状态发生变化的物理现象。
在理解上述定义时，必须掌握以下三个要点：原因：是辐射，而不是升温；现象：电子运动状态发生变化；结果：光电导效应、光生伏特效应、光电子发射。
简单记为：辐射→电子运动状态发生变化→光电导效应、光生伏特效应、光电子发射。
2、光电效应的强弱既与入射光的强度有关，也与入射光的波长、频率有关。 ——入射光的强弱反映入射光子数的多少；入射光的波长、频率不同，器件对其的响应度不同。

光电探测技术与应用第3章课后习题与答案

当光照度为 40lx 时输出电压为 6，80lx 时为 9V。设该光敏电阻在 30~100lx 之间的值不变。试求：（1）输出电压为 8V 时的照度。
（2）若 Re 增加到 6 k ，输出电压仍然为 8V，求此时的照度。（3）若光敏面上的照度为 70lx，求 Re 3.3k 与 Re 6k 时输出的电压。（4）求该电路在输出电压为 8V 时的电压灵敏度。
已知某光敏电阻在 500lx 的光照下的阻值为 550 ，而在 700lx 的光照下的阻值为 450 。试求该光敏电阻在 550lx 和 600lx 光照下的阻值？
解：由 r
lg R1 lg R 2 lg 550 lg 450 =0.596 得r lg 700 lg 500 lg E 2 lg E 1
2
0.2 M 。问前置放大器 VT1 集电极电压的变化量为多少？解：在没有光照的情况下通过 R3 的电流
I1
U w 0.7 6 0.7 5.3*10 6 A 6 R3 1*10
6
集电极电压 U 1 U CC I 1 R3 12 5.3*10 在辐照度为 1mw/ cm 情况下通过 R3 的电流
Sg
2
dg q (1 e t / ) ，由此可知时间 t 响应越长，灵敏度越高。 d e , hcl 2
对于同一种型号的光敏电阻来讲，在不同光照度和不同环境温度下，其光电导灵敏度与时间常数是否相同？为什么？如果照度相同而温度不同时情况又会如何？
解：同一型号的光敏电阻，在不同光照度下和不同的环境温度下，其光电导灵敏度和时间常数不相同。在照度相同而温度不同时，其光电导灵敏度不相同和时间常数也不相同。其材料性质已经一样，只是决定了的值一定，光照度和环境温度不同，则产生的光生电子浓度和热生电子浓度各异，决定了值不同，照度相同决定光生电子浓度相同，温度不同决定热生电子浓度不同，同样也决定了值不同。由（1-85）和（1-88）推出光电灵敏度不相同，由（2-5）和（2-11）推出其时间常数不相同。