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
2
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
U
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
6K
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
_4
4
)=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
I
pho S()(
)(0.75AW 1) (20 10 9W) 1.5 10 8 A
I ph MI pho 1.80 10 7A
S( I
ph
()
Ml pho
()MS()
1
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。