光电检测技术与应用课后答案

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(完整版)光电检测技术与应用_郭培源_课后答案

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光电检测技术与应用课后答案第1章1、举例说明你说知道的检测系统的工作原理。

(1)光电检测技术在工业生产领域中的应用:在线检测:零件尺寸、产品缺陷、装配定位…(2)光电检测技术在日常生活中的应用:家用电器——数码相机、数码摄像机:自动对焦--- 红外测距传感器自动感应灯:亮度检测---光敏电阻空调、冰箱、电饭煲:温度检测---热敏电阻、热电偶遥控接收:红外检测---光敏二极管、光敏三极管可视对讲、可视电话:图像获取---面阵CCD 医疗卫生——数字体温计:接触式---热敏电阻,非接触式---红外传感器办公商务——扫描仪:文档扫描--- 线阵CCD红外传输数据:红外检测---光敏二极管、光敏三极管(3)光电检测技术在军事上的应用:夜视瞄准机系统:非冷却红外传感器技术激光测距仪:可精确的定位目标光电检测技术应用实例简介点钞机(1)激光检测—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。

由于仿制困难,故用于辨伪很准确。

(2)红外穿透检测—红外信号的检测红外穿透的工作原理是利用人民币的纸张比较坚固、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高,因而对红外信号的吸收能力较强来辨别钞票的真假。

人民币的纸质特征与假钞的纸质特征有一定的差异,用红外信号对钞票进行穿透检测时,它们对红外信号的吸收能力将会不同,利用这一原理,可以实现辨伪。

(3)荧光反应的检测—荧光信号的检测荧光检测的工作原理是针对人民币的纸质进行检测。

人民币采用专用纸张制造(含85%以上的优质棉花),假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造,经漂白处理后的纸张在紫外线(波长为365nm 的蓝光)的照射下会出现荧光反应(在紫外线的激发下衍射出波长为420-460nm 的蓝光),人民币则没有荧光反应。

所以,用紫外光源对运动钞票进行照射并同时用硅光电池检测钞票的荧光反映,可判别钞票真假。

光电检测技术与应用考试题

光电检测技术与应用考试题

一、填空题1.光电信息技术和微电子技术一样,是一种(渗透)性极强的综合技术,是以光集成技术为有关点学元、器件制造的(应用)技术。

2.(光学)变换与光电转换是广电(测量)的可信部分。

3.光电式发动机转速传感器一般安装载(分电器)内或(曲轴)前段,由信号发生器和带光孔德信号盘组成。

4.外光电效应是指受到(光辐射)的作用后,产生(电子)发射的现象。

5. 光敏电阻具有体质小、坚固耐用、价格低廉、(光谱)响应范围宽等优点,广泛应用于(微弱)辐射信号的检测技术领域。

6.由于增益过程将同时使(噪声)增加,故存在一个最佳增益(系数)。

7.(视场角)亦是直接检测系统的性能指标之一,它表示系统能“观察”到的(空间)范围。

8.外差检测是利用运动目标与检测仪器之间因(相对)运动而产生的(多普顿)频移来实现其测距、测速和跟踪的。

9.在测量光强信息时需要把光的(强弱)变为数字量才能进行数字显示,或送入计算机进行计算或分析,既需要对光电进行(A/D)转换。

10.光电信机技术是将电子学与广西(浑然)一体的技术,是光与电子(转换)及其应用的技术。

11.光电检测系统虽具体构成形式各不相同,单但有一个共同的特征,既都具有(光发射机)、光学(信道)和光接收机这一基本环节。

12.汽车的光电式位置传感器是利用光电元件的光电效应测量位置信号的,主要应用有(曲轴位置)、车身高度、(转向盘转角)等检测。

13.内光电效应是指受到光照射的物质内部电子(能量)状态产生变化,但不存在(表面)发射电子的现象。

14.(光生伏特)效应是少数载流子到店的光电效应,而(光电导)效应是多数载流子到店的光电效应。

15.在光电的直接检测中,光电(培增管)、(雪崩管)的检测能力高于光电导器件。

16.影响检测距离的因素很多;发射系统,接收系统的(大气)特性以及目标特性都将影响检测距离。

(反射)17在有噪声随机(叠加)在信号上时,使信号产生(畸变)18.单元光电信号的(A/D也就是对单元光电器件构成的光电变换电路的信号进行数字化处理的过程。

光电探测技术与应用第4章课后习题与答案

光电探测技术与应用第4章课后习题与答案

得 I 1 I sc1
U oc1 U oc
而 ID
e I
qUoc KT
KT1 I1 KT I In I 1 1 q I 又 T1 T q I D D
1 28 10 3 e
55010 3 0.026
18.244 10 12 A 18.244 10 9 mA
1
则 I D 相对于 I 非常小,
U oc1 U oc
I 1 I D KT ln q I I D
KT I 1 56 0.026 ln ln 0.018V 18mV q I 28
解:由题意,当 T=300K, E e U oc 550mV , I SC 28mA ,则由
U oc
100mW / cm 2 时,
q kT I 以及 I sc I (1 e d ) e , ln 1 hv q ID
E e1 200 I sc 28 56mA Ee 100
光电探测技术与应用 主编:郝晓剑 李仰军
国防工业出版社
第4章 半导体结型光电器件
1 写出硅光电二极管的全电流方程,说明各项的物理意义。
答:硅光电二极管的全电流方程为
I
q
hc
(1 e
d
) e , I D (e
qU kT
1)
式中, 为光电材料的光电转换效率, 为材料对光的吸收系数。 光电流为
2
而 ID
I eqBiblioteka oc kT 1 e6 10 3
1.61019 550103 1.3810 23300

光电检测技术与应用课后答案

光电检测技术与应用课后答案

光电检测技术与应⽤课后答案第2章1、简述光电效应的⼯作原理。

什么是暗电流?什么是亮电流?P11答:暗电流指的是在⽆光照时,由外电压作⽤下P-N结内流过的单向电流;光照时,光⽣载流⼦迅速增加,阻值急剧减少,在外场作⽤下,光⽣载流⼦沿⼀定⽅向运动,形成亮电流。

2、简述光⽣伏特效应的⼯作原理。

为什么光伏效应器件⽐光电导效应器件有更快的响应速度?P15答:(1)光⽣伏特效应的⼯作基础是内光电效应.当⽤适当波长的光照射PN结时,由于内建场的作⽤(不加外电场),光⽣电⼦拉向n区,光⽣空⽳拉向p区,相当于PN结上加⼀个正电压。

(2)光⽣伏效应中,与光照相联系的是少数载流⼦的⾏为,因为少数载流⼦的寿命通常很短,所以以光伏效应为基础的检测器件⽐以光电导效应为基础的检测器件有更快的响应速度。

3、简述光热效应⼯作原理。

热电检测器件有哪些特点?P15、P17第3章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?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?它必须在哪种偏置状态?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。

5、光电导器件响应时间(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?6、硅光电池的开路电压为什么随着温度的升⾼⽽下降?影响光电倍增管⼯作的环境因素有哪些?如何减少这些因素的影响?答:温度升⾼时,半导体的导电性将发⽣⼀定的变化,即少数载流⼦浓度随着温度的升⾼⽽指数式增⼤,相对来说多数载流⼦所占据的⽐例即越来越⼩,这就使得多数载流⼦往对⽅扩散的作⽤减弱,从⽽起阻挡作⽤的p-n结势垒⾼度也就降低。

光电检测技术课后部分答案

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。

光电探测技术与应用 课后习题与答案

光电探测技术与应用 课后习题与答案

/,(1t )e n N e ητλ∇=--代入(1-83),并对其求导即可得半导体材料在弱辐射下的光电导灵敏度为/2,(1t )g e dgq S d hcl e λτμλ-==-∅,由此可知时间t 响应越长,灵敏度越高。

解:在微弱信号的辐射下, 将式(1-80)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?1 试说明为什么本征光电导器件在越微弱的辐射作用下,时间响应越长,灵敏度越高。

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同,由(2-5)和(2-11)推出其时间常数不相同。

3 设某只CdS 光敏电阻的最大功耗为30mW ,光电导灵敏度S g =0.5⨯10-6S /lx ,暗电导g 0=0。

试求当CdS 光敏电阻上的偏置电压为20V 时的极限照度。

最大照度2(2P ()g gI PE US U S ==2=22500 lx最小照度2P gI PE US U S ===150 lxI p g US E r 得解:由式(2-1)应如何调整电阻器R ?4 在如图所示的照明灯控制电路中,将上题所给的CdS 光敏电阻用作光电传感器,若已知继电器绕组的电阻为5K Ω,继电器的吸合电流为2mA ,电阻R =1K Ω。

求为使继电器吸合所需要的照度。

要使继电器在3lx 时吸合,问第三章 光电导器件光电探测技术与应用 主编:郝晓剑 李仰军 国防工业出版社*1000=208 V 由2()PgIE US == 369.8 lxU C r I p g US E 得,在光照度在3lx 时,入射辐射很弱,r=1,由Pg S E==220—0.002*(5+R )*1000,推出R=820Ω,故应将R 值调到820Ω。

光电检测技术与应用课后答案

光电检测技术与应用课后答案

第2章1、简述光电效应的工作原理。

什么是暗电流?什么是亮电流?P11答:暗电流指的是在无光照时,由外电压作用下P-N结内流过的单向电流;光照时,光生载流子迅速增加,阻值急剧减少,在外场作用下,光生载流子沿一定方向运动,形成亮电流。

2、简述光生伏特效应的工作原理。

为什么光伏效应器件比光电导效应器件有更快的响应速度?P15答:(1)光生伏特效应的工作基础是内光电效应.当用适当波长的光照射PN结时,由于内建场的作用(不加外电场),光生电子拉向n区,光生空穴拉向p区,相当于PN结上加一个正电压。

(2)光生伏效应中,与光照相联系的是少数载流子的行为,因为少数载流子的寿命通常很短,所以以光伏效应为基础的检测器件比以光电导效应为基础的检测器件有更快的响应速度。

3、简述光热效应工作原理。

热电检测器件有哪些特点?P15、P17第3章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?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?它必须在哪种偏置状态?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。

5、光电导器件响应时间(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?6、硅光电池的开路电压为什么随着温度的升高而下降?影响光电倍增管工作的环境因素有哪些?如何减少这些因素的影响?答:温度升高时,半导体的导电性将发生一定的变化,即少数载流子浓度随着温度的升高而指数式增大,相对来说多数载流子所占据的比例即越来越小,这就使得多数载流子往对方扩散的作用减弱,从而起阻挡作用的p-n结势垒高度也就降低。

光电技术及应用习题答案

光电技术及应用习题答案

1章习题答案1 •什么是人眼的视见函数,明适应和暗适应分别是什么意思?答:由于光度测量依赖于人的视觉器官的生理特性,为了统一评价标准,引入了视见函数、也称光谱 光视效率的概念。

明适应是指正常人眼对亮度水平在几坎德拉每平方米以上的适应状态,处于明适应条件 卞的视觉叫明视觉。

正常人眼所适应的亮度水平在百分之几坎德拉每平方米以下的视觉叫暗视觉。

2. 试简述辐射量和光度量的区别。

答:对电磁辐射能量进行客观计量的学科称辐射度学,与之测量相关的物理量即为辐射量;考虑到人 眼的主观因素后的相应计量学科称为光度学;与之测量相关的即为光度量。

3. 试叙述光度量中几个光学量之间的关系。

答:几个光学量之间的关系可以如图1・3所示:4•什么是外光电效应?其代表器件是什么?答:在光的作用下,'金属或半导体材料中的电子吸收足够高的光子能量,逸出物体表面向外发射的现 彖叫做外光电效应,也叫光电发射效应。

它是真空光电器件光电阴极工作的物理基础。

其代表器件是真空 光电管,或倍增光电管。

5•什么是光生伏特效应?光伏器件有哪些,试叙述其各自的应用场合。

答:光生伏特效应是基于半导体PN 结基础上的一种将光能转换成电能的效应。

光伏器件有光电二极管、光电三极管、硅光电池等等。

6. 简述光源的分类。

答:光源可以分为自然(天然)光源和人造光源。

人造光源又可以分为物理光源和电光源。

物理光源 主要是从人工取火开始,到后来的油灯、蜡烛等。

而1879年爱迪生发明的白炽灯则开启了电光源的时代。

光源的分类如图1J1所示。

(热辐射型(白炽灯、卤铛灯)3气体就:电型(汞灯、钠灯、金卤灯,等) 光致发光型(荧光灯)2<电致发光型(LED 、LD ) a7. 试比较气体发光型光源和热辐射型光源的不同和相同之处。

答:两者的不同之处在于:气体放电光源是利用气体放电的发光原理制成的,如高压汞灯、高压钠灯、 金属卤化物灯等。

热辐射光源是发光物体在热平衡状态下,使热能转变为光能的光源,如白炽灯,卤钩灯 等。

光电检测技术习题答案

光电检测技术习题答案

光电检测系统作业答案:第一章:1-2:使用一定的敏感器和传感器,对被测量感知,并转化为电信号,实现非电量的检测。

1-7:题目自拟。

第二章:2-2:光照PN结产生光生载流子,在PN结两端出现电动势,称为光生伏特效应。

在光生伏特效应中,与光照相联系的是少数载流子的行为,少数载流子的寿命通常很短,所以光生伏特效应的探测器比光电导探测机器有更快的响应速度。

2-4:光电效应是指光照射到物体表面上使物体发射电子、或电导率发生变化、或产生光电动势的现象。

光电效应实质上是入射光辐射与物质中束缚于晶格的电子或自由电子的相互作用所引起的。

光电效应对光频率(波长)具有选择性,在光子与电子的相互作用下,其响应速度比较快。

按照是否发射电子可将光电效应分为内光电效应和外光电效应,具体有光电子发射效应、光电导效应、光生伏特效应等。

光热效应是指探测元件在吸收光辐射能量后,并不直接引起内部电子状态的变化,而是把吸收的光能变为晶格的热运动,引起探测元件温度的上升,温度上升的结果又使探测元件与温度有关的电学性质或其他物理性质发生变化。

原则上,光热效应对光波频率(波长)没有选择性,因而物质温度的变化仅决定于光功率,而与入射光辐射的光谱成分无关。

因为温度升高是热积累的作用,所以光热效应的响应速度一般比较慢,而且容易受环境温度变化的影响。

光热效应包括热释电效应、温差电效应和辐射热计效应等。

第三章3-4:该题参数不够3-5:光电导器件响应时间受入射光的照度、所加电压和负载电阻大小等因素限制。

光伏器件的工作频率比光电导器件的工作频率高。

实际使用中主要通过电路设计来改善工作频率响应,如合理地设计负载电阻的大小。

3-13: 由于光照度增大到一定程度后,硅光电池的p-n 结产生的光生载流子数达到饱和,其开路电压也将受到势垒高度的限制,因此不会再随入射照度的增大而增大。

硅光电池的最大开路电压由表达式可得lnI S U U T oc Φ=,其中U T ≈0.26mV ,S 为光电灵敏度,Ø为光照度,通常U oc ≈0.45~0.6V 。

光电检测技术课后部分答案

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。

《光电检测技术》大学题集

《光电检测技术》大学题集

《光电检测技术》题集一、选择题(每题2分,共20分)1.光电检测技术是基于哪种物理效应来实现非电量到电量的转换?()A. 压电效应B. 光电效应C. 磁电效应D. 热电效应2.在光电检测系统中,光电传感器的主要作用是什么?()A. 将光信号转换为电信号B. 将电信号转换为光信号C. 放大电信号D. 储存光信号3.下列哪种光电元件是利用外光电效应工作的?()A. 光电二极管B. 光电三极管C. 光电池D. 光敏电阻4.光电检测系统中,为了提高信噪比,常采用哪种技术?()A. 滤波B. 放大C. 调制与解调D. 编码与解码5.在光电耦合器中,光信号是如何传递的?()A. 直接通过导线传递B. 通过空气传递C. 通过光导纤维传递D. 通过发光元件和受光元件之间的空间传递6.下列哪项不是光电检测技术的优点?()A. 非接触式测量B. 高精度C. 易受环境干扰D. 响应速度快7.光电倍增管的主要特点是什么?()A. 高灵敏度B. 低噪声C. 无需外部电源D. 体积小,重量轻8.在光电检测系统中,为了消除背景光的影响,可以采取哪种措施?()A. 增加光源亮度B. 使用滤光片C. 提高检测器灵敏度D. 增大检测距离9.光电二极管在反向偏置时,其主要工作特性是什么?()A. 电阻增大B. 电容减小C. 光电流与入射光强成正比D. 输出电压稳定10.下列哪种光电传感器适用于测量快速变化的光信号?()A. 热释电传感器B. 光敏电阻C. 光电二极管D. 光电池二、填空题(每题2分,共20分)1.光电检测技术是______与______技术相结合的一种检测技术。

2.光电效应分为______、______和______三种类型。

3.在光电检测系统中,______是将光信号转换为电信号的关键元件。

4.光电倍增管的工作原理是基于______效应,具有极高的______。

5.为了提高光电检测系统的抗干扰能力,常采用______和______技术。

光电检测技术第二版答案

光电检测技术第二版答案

光电检测技术第二版答案篇一:《光电检测技术-题库》(2) 】、填空题1. 对于光电器件而言,最重要的参数是、和。

2. 光电倍增管由阳极、光入射窗、电子光学输入系统、和等构成。

3. 光电三极管的工作过程分为和。

4. 激光产生的基本条件是受激辐射、和。

5. 非平衡载流子的复合大致可以分为和。

6. 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。

7. 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。

8. 载流子的运动有两种型式,和。

9. 发光二极管发出光的颜色是由材料的决定的。

10. 光电检测电路一般情况下由、、组成。

11. 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。

12. 半导体对光的吸收一般有、、、和这五种形式。

13. 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。

14. 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。

15. 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。

16. 描述发光二极管的发光光谱的两个主要参量是和。

17. 检测器件和放大电路的主要连接类型有、和等。

18.. 使用莫尔条纹法进行位移- 数字量变换有两个优点,分别是和19. 电荷耦合器件( ccd )的基本功能是和。

20. 光电编码器可以按照其构造和数字脉冲的性质进行分类,按照信号性质可以分为和。

21. 交替变化的光信号,必须使所选器件的大于输入信号的频率才能测出输入信号的变化。

22. 随着光电技术的发展,可以实现前后级电路隔离的较为有效的器件是。

23. 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。

24. 发光二极管的峰值波长是由决定的。

光电检测技术课程作业及答案(打印版)

光电检测技术课程作业及答案(打印版)

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(0.38mμ)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:2224444R I R I dA d E R dA d E R II===∴=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 ()122222222211221211001001010E E L IE L I L I L I E R I E L L L L =∴====∴== 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)。

南京理工大学光电检测-习题解答教材

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南京理工大学光电检测课后习题答案第1章1、举例说明你说知道的检测系统的工作原理。

(1)光电检测技术在工业生产领域中的应用:在线检测:零件尺寸、产品缺陷、装配定位…(2)光电检测技术在日常生活中的应用:家用电器——数码相机、数码摄像机:自动对焦---红外测距传感器自动感应灯:亮度检测---光敏电阻空调、冰箱、电饭煲:温度检测---热敏电阻、热电偶遥控接收:红外检测---光敏二极管、光敏三极管可视对讲、可视电话:图像获取---面阵CCD医疗卫生——数字体温计:接触式---热敏电阻,非接触式---红外传感器办公商务——扫描仪:文档扫描---线阵CCD红外传输数据:红外检测---光敏二极管、光敏三极管(3)光电检测技术在军事上的应用:夜视瞄准机系统:非冷却红外传感器技术激光测距仪:可精确的定位目标光电检测技术应用实例简介点钞机(1)激光检测—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。

由于仿制困难,故用于辨伪很准确。

(2)红外穿透检测—红外信号的检测红外穿透的工作原理是利用人民币的纸张比较坚固、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高,因而对红外信号的吸收能力较强来辨别钞票的真假。

人民币的纸质特征与假钞的纸质特征有一定的差异,用红外信号对钞票进行穿透检测时,它们对红外信号的吸收能力将会不同,利用这一原理,可以实现辨伪。

(3)荧光反应的检测—荧光信号的检测荧光检测的工作原理是针对人民币的纸质进行检测。

人民币采用专用纸张制造(含85%以上的优质棉花),假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造,经漂白处理后的纸张在紫外线(波长为365nm的蓝光)的照射下会出现荧光反应(在紫外线的激发下衍射出波长为420-460nm的蓝光),人民币则没有荧光反应。

所以,用紫外光源对运动钞票进行照射并同时用硅光电池检测钞票的荧光反映,可判别钞票真假。

光电探测技术与应用第一章课后习题与答案

光电探测技术与应用第一章课后习题与答案

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632.8nm )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=-πφvv 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 vv Lm/m 2 ② 10米远处光斑面积大小:52321085.7)10110(414.3)(4--⨯=⨯⨯=∆=θπL 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:35'01013.11085.714.3279.0⨯=⨯⨯===-S S I L v v πφ Cd/m 2 1.4 用目视观察发射波长分别为435.8nm 和546.1nm 的俩个发光体,他们的亮度相同,均为3cd/m 2.如果在俩个发光体前分别加上透射比为10−4的光衰减器,问此时目视观察的亮度是否相同?为什么?解:光衰减器的透射比指的是光辐射能量的透射比。

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第2章1、简述光电效应的工作原理。

什么是暗电流?什么是亮电流?P11答:暗电流指的是在无光照时,由外电压作用下P-N结内流过的单向电流;光照时,光生载流子迅速增加,阻值急剧减少,在外场作用下,光生载流子沿一定方向运动,形成亮电流。

2、简述光生伏特效应的工作原理。

为什么光伏效应器件比光电导效应器件有更快的响应速度?P15答:(1)光生伏特效应的工作基础是内光电效应•当用适当波长的光照射PN结时, 由于内建场的作用(不加外电场),光生电子拉向n区,光生空穴拉向p区,相当于PN结上加一个正电压。

(2)光生伏效应中,与光照相联系的是少数载流子的行为,因为少数载流子的寿命通常很短,所以以光伏效应为基础的检测器件比以光电导效应为基础的检测器件有更快的响应速度。

3、简述光热效应工作原理。

热电检测器件有哪些特点?P15、P17第3章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?聲;辽一型号的光敏电阻,在不同光照下和不同的环境温度下,其光电导灵歆度和时间常数不相同.在照度相同而温度不同时,苴尤电导灵啟度不相同和时间常数也不相同.其材料性质一样,只是决定了q的值一定,光照度和环境温度不同,则产生的光生电子派度和热生电子浓度各貝’决定了T值不同,照度相同决定光生电子浓度珂司:温度不司决定了热主电子浓度不同,同样也决定了T值不同。

由―嚳兰匚弱頤射)和(强辐射〉可推出光电灵敏度hcP 2 尸h v K f l'*不相同,由1 = 1比(1 —亡“)(弱辐射》和△打=小却扫nh丄〔强辐射)可推出时间常数不相r 同.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?它必须在哪种偏置状态?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力□,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。

5、光电导器件响应时间(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?响应时间主要受光电导器件中载流子的平均寿命T有关•减小T ,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九例如,光照强度和温廈的变化,因为它们都影响载流子的寿命口光伏特器件的工作频率高于光电导器件口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^①减小负载电阻;②减小光伏特器件中的结电容, 即减小光伏器件的受光直积:③适当壇加工作电压。

6硅光电池的开路电压为什么随着温度的升高而下降?影响光电倍增管工作的环境因素有哪些?如何减少这些因素的影响?答:温度升高时,半导体的导电性将发生一定的变化,即少数载流子浓度随着温度的升高而指数式增大,相对来说多数载流子所占据的比例即越来越小,这就使得多数载流子往对方扩散的作用减弱,从而起阻挡作用的p-n结势垒高度也就降低。

从Fermi能级的变化上来理解:温度越高,半导体Fermi能级就越靠近禁带中央(即趋于本征化),则两边半导体的Fermi能级之差也就越小,所以p-n结势垒高度也就越低,也就是开压降低。

光电倍增管的响应度受多方面的因素影响,比如:偏置电压的高低、环境光和温度变化等多方面因素的影响。

无光时光电倍增管对光的响应度更趋于平稳,使实验数据也更具有可靠性。

因此,无光环境是决定光电倍增管对微弱光信号的检测能力的重要因素之一。

光电倍增管工作时由于阴极材料发热,这样对光电倍增管的响应度产生较大的影响,因此不稳定的工作温度对光电倍增管的响应度也会带来不同程度的影响。

降低光电倍增管的使用环境温度可以减少热电子发射,从而降低暗电流。

另外,光电倍增管的灵敏度也会受到温度的影响。

10、简述光电耦合器件的工作原理?光电偶合器件(简称光耦)是把发光器件(如发光二极体)和光敏器件(如光敏三极管)组装在一起,通过光线实现耦合构成电一光和光一电的转换器件。

15、光生伏特器件有几种偏置电路?各有什么特点?(1)光生伏特器件有反向偏置电路,零偏置电路,自偏置电路。

⑵特点:自偏置电路的特点是光生伏特器件在自偏置电路中具有输出功率,且当负载为最佳负载电阻时具有最大的输出功率,但是自偏置电路的输出电流或输出电压与入射辐射间的线性关系很差,因此在测量电路中好少采用自偏置电路。

反向偏置电路:光生伏特器件在反向偏置状态,PN结势垒区加宽,有利于光生载流子的漂移运动,使光生伏特器件的线性范围加宽,因此反向偏置电路被广泛应用到大范围的线性光电检测与光电变换中。

零偏置电路:光生伏特器件在零伏偏置下,输出的短路电流Isc与入射辐射量(如照度)或线性关系变化,因此零伏偏置电路是理想的电流放大电路。

16、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。

答:比较硅整流二极管与硅光电二极管的伏安特性曲线可知:当没有光辐射时,二者的伏安特性曲线是一样的;当有光辐射时,则硅光电二极管的全电流为负值,特性曲线向下平移,且向下平移的程度随辐照度的不同而变化。

但是硅整流二极管的伏安特性曲线不受光照的影响。

此外,正常工作状态下,硅光电二极管两端所加正向电压必须小于0.7V,否则不能产生光电效应。

该值通常为负,即处于反偏状态;硅整流二极管两端所加偏压须为正,且要大于开启电压Uth值。

25、为什么需要将发光二极管与光电二极管圭寸装在一起构成光电耦合器件?光电耦合器件的主要特性有哪些?答:将发光器件与光电接收器件组合成一体,制成的具有信号传输功能的器件,即为光电耦合器件。

由于光电耦合器件的发送端与接收端是电、磁绝缘的,只有光信息相连。

同时,它在信号传输速度、体积、抗干扰性等方面都具有传统器件所无法比拟的优势。

因此,在实际应用中它具有许多优点,被广泛应用于工业自动检测、自动控制、电信号的传输和处理及计算机系统等方面。

光电耦合器件的主要特性有:(1)具有电隔离的功能;(2)信号传输具有单向性;(3)具有抗电磁干扰和噪声的能力;(4)响应速度快;(5)实用性强;(6)既具有耦合特性又具有隔离特性。

29.6.11克电棉合JBfl在电路中的信号传输作用与电容的隔传交作川有什么不同?首先*光电耦合殆杵的输足以光信息的形式进行临这与电牡利用电流或电乐传输仁仍不同*其次.朮电耦合as件可以梅输入端的九流仏毋转换为光信兮进行传输.而电容从仃隔门作用,无法传输Hit 信啖祕剧于交潦伯也光电耦合器U将其调制为同频率朮仁匕传気对不同频率的漁均无过滤作用.而电容传输交HUI时会农现岀酚荻率不同而变化的阻抗(也即过滤人无法传输低频信号;Mt在抗I扰枷抑噪方血「九电耦合at 件比电容要好,1:直接检测系统的基本原理是什%?为什久说直接检测又称为包络检测?2 所谓光电直接检测是将待测光信号直接入射到光检测器光敏面上,光检测器响应于光辐射强度〔幅度)而输岀相应的电流或电压信号= 光检测器输岀的电流为匕式中;第一项为直流项二若光检测器输出端有隔直流电容,则输出光电流只包含第二项,这就是包络检测的意用"2:对直接检测系统来说,如何提高输入信噪比?答:对于光电检测系统来说,其噪声主要有三类:(1)光子噪声包括:A. 信号辐射产生的噪声;B. 背景辐射产生的噪声。

(2)探测器噪声包括:热噪声;散粒噪声;产生—复合噪声;1/f 噪声;温度噪声。

(3)信号放大及处理电路噪声在实际的光电探测器中,由于光电转换机理不同,各种噪声的作用大小亦各不相同。

若综合上述各种噪声源,其功率谱分布可用下图表示。

由图可见:在频率很低时,1/f 噪声起主导作用;当频率达到中间范围频率时,产生——复合噪声比较显著;当频率较高,甚至于截至频率时,只有白噪声占主导地位,其它噪声影响很小。

很明显,探测器应当工作在1/f 噪声小、产生- 复合噪声为主要噪声的频段上。

因此,对于直接探测系统,提高输入信噪比的措施有:(1)利用信号调制及选频技术可抑制噪声的引入白噪声的大小与电路的频带宽度成正比,因此放大器应采用带宽尽可能窄的选频放大器或锁相放大器。

(2)将器件制冷,减小热发射,降低产生-复合噪声。

采用半导体制冷、杜瓦瓶液态气体制冷或专用制冷机制冷。

(3)采用最佳条件下的偏置电路,使信噪比(S/N)最大6 何谓莫尔条纹?应用几何光学原理解释,为什么说莫尔条纹测试技术具有光学放大作用?P119 1219、比较脉冲激光测距和相位激光测距的技术特点。

第6章1:试从工作原理和系统性能两个方面比较直接检测系统和光外差检测系统的特点。

答:工作原理上:①直接探测系统是将携带有待测量的光信号直接入射到探测器光敏面上,光探测器响应的是光辐射强度而输出相应的电流和电压;②光外差检测是利用两束频率不同的相干光在满足波前匹配条件下,在光电探测器上进行光学混频,探测器输出的信号是两光波频差的拍频信号,该信号包含有调制信号的振幅、频率和相位特征。

系统性能上:①直接探测系统检测方法简单,易于实现,可靠性高,但是不能改善输入信噪比,不适宜检测微弱信号;②光外差检测系统复杂,对光外差两输入信号有严格的空间条件和频率条件,但检测距离远,检测精度高,灵敏度高,是天然检测微弱信号的方法。

3: 试述实现光外差检测必须满足的条件。

答:1)要求参于混频的信号光和本振光应是理想相干的单频单模光,要有稳定的振荡频率和相位。

2)在光混频器上信号光与本振光要求偏振方向一致。

3)信号光与本振光要求空间波前匹配,即要求空间调准(准直、共轴),波面吻合垂直入射于光混频表面。

二光束入射角偏斜B应满足关系9<X 0/L,其中入0是本振光波长,L 是光电探测器光敏面尺寸。

5、试述激光干涉测长的基本原理。

P144 7:试述多普勒测速原理。

当激光照射运动物体或流体时,其反射光或散射光将产生多普勒频移,用它(即反射光或散射光)与本振光进行混频可测得物体或流体的速度第7章2:试述传光型和功能型光纤传感器的基本含义。

功能型传感器(即FF 型光纤传感器、传感型光纤传感器。

):是利用光纤本身的特性,把光纤作为敏感元件,即光纤与被测对象相互作用,使得光纤结构参数发生变化,使其传光特性发生相关变化。

非功能型传感器(即NF型光纤传感器、传光型光纤传感器):是利用其他敏感元件感受被测量的变化,光纤仅作为光的传输介质。

4:举例说明光纤中光波的各种调制技术。

光调制分为:强度调制、相位调制、偏振调制、频率调制和光谱调制等。

6:构成分布式光纤传感器的主要技术有哪些?一、反射法:即利用光纤在外部扰动作用下产生的瑞利散射、拉曼散射、布里渊散射等效应进行测量的方法。

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