光电检测 期末复习题
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期末考试复习题
题型包括填空题、简答题、计算题、看图回答题。 （范围除作业题外做如下追加）
计算题
1. 辐射度学、光度学相关计算； 2. 探测器噪声、探测器特性参数计算（NEP、D、D*、量子效率）； 3. 波长、频率、波数、能量的换算，光电探测器量子效率计算； 4. 辐射定律相关计算（包括红外辐射测温）； 5. 结型探测器电流方程、开路电压、短路电流相关计算； 6. 光敏电阻相关计算； 7. CCD电荷转移效率、损失率相关计算；
要求：1）问什么回答什么； 2）抓住要点，分析回答； 3）字迹工整、可辨别。
填空参考题
1. 硅光电池、PIN型光电二极管、和雪崩光电二极管，三者中时间常数
最大的是（硅光电池）。
2. 光伏效应器件中有电流内增益效应的是（光电三极）和（雪崩光电二
极）。
3. P型半导体和N型半导体均可制作光敏电阻，但是通常使用N型半导
比例如何？ 11. 请列出三种对太阳辐射有吸收衰减作用的大气成分。 12. 简述硅光电池的基本结构和工作原理。
13. 简述结型光电器件为何要加反向偏置电压。 14. 简述光敏电阻的工作原理，与结型光电器件的主要区别是什么？ 15. 为什么光敏电阻多采用N型半导体制成？电极间距、受光面积大小
有何影响？ 16. 什么是雪崩倍增效应，简述雪崩光电二极管的工作原理及主要特征。 17. 简述双结光电二极管半导体色敏器件的结构特征和工作原理，
维恩位移定律是什么关系？（试说明辐射基本定律之间的关系） 6. 一般光电测量系统的噪声分为哪几类？包括什么噪声？ 7. 探测器噪声有哪些种类？大小与那些因素有关？ 8. 什么是探测器的光谱响应特性？什么是频率响应特性？有何区别? 9. 光电探测器的特性参数有哪些？简述如何合理选择光电探测器。 10.太阳属于哪一类辐射源？相当于多少K的黑体辐射？其不同光谱区辐射
要求：1）写出计算的依据，有解有答； 2）字迹工整。
简答题
1. 简述什么是半导体？什么是N型半导体？什么是P型半导体？ 2. 画图说明P型半导体和N型半导体的能带结构。 3. 简述什么是扩散运动？什么是飘移运动？pn结内电场是怎样形成的？ 4. 简述光电导效应与PN结光伏效应的同异点。 5. 普朗克辐射公式描述了什么? 普朗克辐射公式与斯忒藩-玻尔兹曼定律、
体材料，这是由于电子的(迁移率)比空穴大。
4. 真空光电器件是基于(外光电 )效应的光电探测器件。
5. 如果辐射源发光的颜色与黑体在某一温度下发光的颜色相同，则黑体
的这一温度成为该辐射源的（ 色温
）。
6. 无光注入，也无电注入情况下CCD输出的电流称为( 暗电流 )。 7. 温度变化引起铁电体极化强度变化，导致其表面束缚电荷量发生变化 的现象称为(热释电效应 )。
图7-14：CCD正面(有电极)和背面响应
图7-19：SSPD线阵电路原理图
图8-2： 大气的透过率曲线
图8-10：热辐射温度仪
图8-16：红外气体分析仪
图9-18：相位调制型光纤传感器组成原理
例题： 下图是用来测温的激光光纤传感器组成原理图。 其检测原理是利用了光波的那些量随温度的变化？ 参考臂的作用是什么？
与紫外光电二极管有 何相似之处？ 18. 简述光电管、光电倍增管的工作原理。 19. 光电倍增管和微通道板光电倍增管在结构上的的主要区别是什么？
微通道板的作用是什么? 20. 光电倍增管的主要噪声有哪些？ 21. 除光电变换外有放大作用的光电探测器有哪些？其中结型器件有哪些？ 22. 什么是热释电效应？简述热释电型探测器的工作原理及使用注意事项。 23. 红外探测器为什么峰值波长愈长其工作温度愈低？ 24. 简述像管、摄像管的工作原理和基本功能。
要求：1）问什么回答什么； 2）抓住要点，简要回答； 3）字迹工整、可辨别。
例题1： 详细画图说明P型（或N型）半导体的能带结构。
正确标出导带、价带、禁带、施主能级和施主电离能的位置 （各1分）。
例题2： 简述光电二极管、光电三极管的同异点； 除光电变换外有放大作用的光电探测器有哪些？
（相同点） 两者同为结型光电探测器，有光电变换功能（2分）； （不同点） 硅光电三极管除光电变换功能外还有电流放大功能（2分）； 有放大作用的光电探测器还有雪崩光电二极管（1分） 。
25. 什么是光电阴极？负电子亲和势光电阴极材料有何特点？ 26. 简述CCD的工作原理，二相、三相驱动CCD结构上有何区别? 27. 什么是SCCD？什么是BCCD？为什么说BCCD能提高电荷转移效率？ 28. 简述SSPD的工作过程，为什么要以电荷存储方式工作？ 29. 简述红外分析仪的工作原理、工作过程、及各部分的作用。 30. 简述红外测温仪的工作原理和基本构成。 31. 什么是斩波器？斩波器有何功能？ 32. 简述光纤多普勒测速系统的工作原理。 33. 偏振态调制型光纤传感器是怎样测定电流的？ 34. 什么是太赫兹波？具有哪些特性？为什么说太赫兹波对人体是安全的？ 35. 简述光电导天线发射太赫兹波的工作原理，与光整流发射有何不同？
8. 只传光不传感的光纤传感器被划分（传输光强调制型/反射光强调制
型/频率调制型）。
9. 半导体允带之间不允许被电子占据的范围称为（ 禁带 ）。 10. NEA与PEA的区别在于经特殊处理后，其（ 有效的 ）电子亲和势 为负值。 11. 电子的共有化运动使得处于同一能级的电子状态发生微小的差异，由 于其他原子核的吸引，形成多数新的靠得很近的能级， 称之为（ 能 带 ）。 12. 受光照射，使PN结产生电动势，将光能转化为电能的效应称为（光生 伏特）效应。 13. 能够完全吸收从任何角度入射的任意波长的辐射，并且可对任意方向 最大限度地发射任意波长辐射的物体，称之为（绝对黑体）。 14. 物体因温度较高而向周围温度较低的外界环境发射能量的形式称为 （热 辐 射）。 15. 发光二极管是（少数）载流子在PN结区注入与复合而产生发光的半导 体光源。 16. 半导体色敏器件是一个双结光电二极管，由两个（深浅）不同的PN结 构成。
答： 位相调制型光纤传感器，利用了光纤纤 芯的折射率n1和纤芯长度L与位相f之间 的关系。可用下式表示：
，
f 2n1L
Leabharlann Baidudf
2
n1
dL
L dn1
测温是将光纤折射率和长度随温度的变 化转换为干涉条纹位相的变化。 （3分）
参考光纤不感受温度变化，从而使传感 光纤和参考光纤的输出光干涉而产生相 位差，测温时用干涉仪将相角的变化转 化为强度的变化，实现定量测温。 （3分）
看图回答题
图1-11：黑体光辐出度与波长和温度的关系
图2-4：
太阳光谱能量分布
图3-2：
光照PN结伏安特性
图3-10：硅光电池的频率特性曲线
图3-36：双结PD结构示意图
图4-3： 两种光敏电阻能带图
图4-13、4-14： 光敏电阻的前历效应
图4-20：光敏电阻的合成噪声频谱图
图5-12：PMT暗电流与电源电压的关系
题型包括填空题、简答题、计算题、看图回答题。 （范围除作业题外做如下追加）
计算题
1. 辐射度学、光度学相关计算； 2. 探测器噪声、探测器特性参数计算（NEP、D、D*、量子效率）； 3. 波长、频率、波数、能量的换算，光电探测器量子效率计算； 4. 辐射定律相关计算（包括红外辐射测温）； 5. 结型探测器电流方程、开路电压、短路电流相关计算； 6. 光敏电阻相关计算； 7. CCD电荷转移效率、损失率相关计算；
要求：1）问什么回答什么； 2）抓住要点，分析回答； 3）字迹工整、可辨别。
填空参考题
1. 硅光电池、PIN型光电二极管、和雪崩光电二极管，三者中时间常数
最大的是（硅光电池）。
2. 光伏效应器件中有电流内增益效应的是（光电三极）和（雪崩光电二
极）。
3. P型半导体和N型半导体均可制作光敏电阻，但是通常使用N型半导
比例如何？ 11. 请列出三种对太阳辐射有吸收衰减作用的大气成分。 12. 简述硅光电池的基本结构和工作原理。
13. 简述结型光电器件为何要加反向偏置电压。 14. 简述光敏电阻的工作原理，与结型光电器件的主要区别是什么？ 15. 为什么光敏电阻多采用N型半导体制成？电极间距、受光面积大小
有何影响？ 16. 什么是雪崩倍增效应，简述雪崩光电二极管的工作原理及主要特征。 17. 简述双结光电二极管半导体色敏器件的结构特征和工作原理，
维恩位移定律是什么关系？（试说明辐射基本定律之间的关系） 6. 一般光电测量系统的噪声分为哪几类？包括什么噪声？ 7. 探测器噪声有哪些种类？大小与那些因素有关？ 8. 什么是探测器的光谱响应特性？什么是频率响应特性？有何区别? 9. 光电探测器的特性参数有哪些？简述如何合理选择光电探测器。 10.太阳属于哪一类辐射源？相当于多少K的黑体辐射？其不同光谱区辐射
要求：1）写出计算的依据，有解有答； 2）字迹工整。
简答题
1. 简述什么是半导体？什么是N型半导体？什么是P型半导体？ 2. 画图说明P型半导体和N型半导体的能带结构。 3. 简述什么是扩散运动？什么是飘移运动？pn结内电场是怎样形成的？ 4. 简述光电导效应与PN结光伏效应的同异点。 5. 普朗克辐射公式描述了什么? 普朗克辐射公式与斯忒藩-玻尔兹曼定律、
体材料，这是由于电子的(迁移率)比空穴大。
4. 真空光电器件是基于(外光电 )效应的光电探测器件。
5. 如果辐射源发光的颜色与黑体在某一温度下发光的颜色相同，则黑体
的这一温度成为该辐射源的（ 色温
）。
6. 无光注入，也无电注入情况下CCD输出的电流称为( 暗电流 )。 7. 温度变化引起铁电体极化强度变化，导致其表面束缚电荷量发生变化 的现象称为(热释电效应 )。
图7-14：CCD正面(有电极)和背面响应
图7-19：SSPD线阵电路原理图
图8-2： 大气的透过率曲线
图8-10：热辐射温度仪
图8-16：红外气体分析仪
图9-18：相位调制型光纤传感器组成原理
例题： 下图是用来测温的激光光纤传感器组成原理图。 其检测原理是利用了光波的那些量随温度的变化？ 参考臂的作用是什么？
与紫外光电二极管有 何相似之处？ 18. 简述光电管、光电倍增管的工作原理。 19. 光电倍增管和微通道板光电倍增管在结构上的的主要区别是什么？
微通道板的作用是什么? 20. 光电倍增管的主要噪声有哪些？ 21. 除光电变换外有放大作用的光电探测器有哪些？其中结型器件有哪些？ 22. 什么是热释电效应？简述热释电型探测器的工作原理及使用注意事项。 23. 红外探测器为什么峰值波长愈长其工作温度愈低？ 24. 简述像管、摄像管的工作原理和基本功能。
要求：1）问什么回答什么； 2）抓住要点，简要回答； 3）字迹工整、可辨别。
例题1： 详细画图说明P型（或N型）半导体的能带结构。
正确标出导带、价带、禁带、施主能级和施主电离能的位置 （各1分）。
例题2： 简述光电二极管、光电三极管的同异点； 除光电变换外有放大作用的光电探测器有哪些？
（相同点） 两者同为结型光电探测器，有光电变换功能（2分）； （不同点） 硅光电三极管除光电变换功能外还有电流放大功能（2分）； 有放大作用的光电探测器还有雪崩光电二极管（1分） 。
25. 什么是光电阴极？负电子亲和势光电阴极材料有何特点？ 26. 简述CCD的工作原理，二相、三相驱动CCD结构上有何区别? 27. 什么是SCCD？什么是BCCD？为什么说BCCD能提高电荷转移效率？ 28. 简述SSPD的工作过程，为什么要以电荷存储方式工作？ 29. 简述红外分析仪的工作原理、工作过程、及各部分的作用。 30. 简述红外测温仪的工作原理和基本构成。 31. 什么是斩波器？斩波器有何功能？ 32. 简述光纤多普勒测速系统的工作原理。 33. 偏振态调制型光纤传感器是怎样测定电流的？ 34. 什么是太赫兹波？具有哪些特性？为什么说太赫兹波对人体是安全的？ 35. 简述光电导天线发射太赫兹波的工作原理，与光整流发射有何不同？
8. 只传光不传感的光纤传感器被划分（传输光强调制型/反射光强调制
型/频率调制型）。
9. 半导体允带之间不允许被电子占据的范围称为（ 禁带 ）。 10. NEA与PEA的区别在于经特殊处理后，其（ 有效的 ）电子亲和势 为负值。 11. 电子的共有化运动使得处于同一能级的电子状态发生微小的差异，由 于其他原子核的吸引，形成多数新的靠得很近的能级， 称之为（ 能 带 ）。 12. 受光照射，使PN结产生电动势，将光能转化为电能的效应称为（光生 伏特）效应。 13. 能够完全吸收从任何角度入射的任意波长的辐射，并且可对任意方向 最大限度地发射任意波长辐射的物体，称之为（绝对黑体）。 14. 物体因温度较高而向周围温度较低的外界环境发射能量的形式称为 （热 辐 射）。 15. 发光二极管是（少数）载流子在PN结区注入与复合而产生发光的半导 体光源。 16. 半导体色敏器件是一个双结光电二极管，由两个（深浅）不同的PN结 构成。
答： 位相调制型光纤传感器，利用了光纤纤 芯的折射率n1和纤芯长度L与位相f之间 的关系。可用下式表示：
，
f 2n1L
Leabharlann Baidudf
2
n1
dL
L dn1
测温是将光纤折射率和长度随温度的变 化转换为干涉条纹位相的变化。 （3分）
参考光纤不感受温度变化，从而使传感 光纤和参考光纤的输出光干涉而产生相 位差，测温时用干涉仪将相角的变化转 化为强度的变化，实现定量测温。 （3分）
看图回答题
图1-11：黑体光辐出度与波长和温度的关系
图2-4：
太阳光谱能量分布
图3-2：
光照PN结伏安特性
图3-10：硅光电池的频率特性曲线
图3-36：双结PD结构示意图
图4-3： 两种光敏电阻能带图
图4-13、4-14： 光敏电阻的前历效应
图4-20：光敏电阻的合成噪声频谱图
图5-12：PMT暗电流与电源电压的关系