光电技术课后答案第五章
光电子技术安毓英第五章课后习题参考答案1
5.1以图中p型半导体器件为例，栅极加正电压超过MOS晶体管的开启电压时，在半导体金属界面会形成深度耗尽层，称为电子的势阱。
当有光照时，光生电子会聚集在势阱中，形成电荷存储。
以图中三相CCD结构为例，相邻三个栅极电压从高电平依次降低到低电平，为一个周期。
每个栅极电压降低过程与下一个栅极高电平重合。
这样三个栅极位置的电子势阱会依次减小，消失与出现。
存储电子会随着势阱位置的移动发生转移。
电荷输出：外加放大电路，利用电荷电势进行放大，输出信号CCD输出信号的特点：1.信号电压是在浮置电平基础上的负电压2.每个电荷包的输出占有一定的时间长度3.在输出信号总叠加有复位期间的高电平脉冲根据这些特点，对CCD的输出进行处理时，较多地采用了取样技术，以去除浮置电平，复位高脉冲及抑制噪声。
5.2光电成像系统利用的都是帧扫描方式，完成一帧扫描所需要的时间称为帧时T，单位时间完成的帧数称为帧速 F, 它们的关系是T=1/F5.3(1)F=0.3m(2) W=n*α=128*a/f=128x100um/0.3m=4.26x10-2 rad5.5从目标调制度（对比度）到人眼观察到，总的调制函数为各个调制函数的乘积，光学体统调制传递函数为MTF O, 人眼能感知的极限调制度为0.026，则0.5×MTF O×0.9×0.5×0.95×0.5≥0.026MTF O≥0.245.7(1)像增强器CCD (ICCD)可以探测微光图像，但是其内经过光子-电子的多次转换，图像质量会有损失，光锥中光纤光栅干涉波纹，折断和耦合损失都将使ICCD输出噪声增加，对比度下降，动态范围减小，影响成像质量。
（2）薄型背向CCD器件灵敏度高，噪声低，但当照度低于10-6 lx 时，只能依赖图像增强来提高增益，克服噪音（3）电子轰击型CCD简化了光子多次转换过程，信噪比大大提高，与ICCD相比，电子轰击型CCD具有体积小，重量轻，可靠性高，分辨率高及对比度好等优点。
光电技术 第五章 光电技术中的光学系统多媒体
第五章光电技术中的光学系统光学系统是光电检测系统构成中的一个重要部分，在主动探测系统中，如何使光源发出的光能得到充分利用，有效覆盖探测目标区域；在接收系统中，有效地聚集信号光能，尽可能地减少背景光和杂散光的干扰，对信号光能进行合理的分配，接收与分析，都离不开光学系统的设计。
§1、常用的光学元器件一、透镜及透镜组以两个折射曲面为边界的透明体称为透镜，通常以光学玻璃为原料，磨制成形后将折射面抛光而成。
两个折射面中可以有一个是平面，但两个折射面都是平面的不称作透镜。
透镜由于两个表面的折射，对光束具有会聚或发散作用，能在任何要求位置形成物体的象，因此是光学照明系统与光学成象系统中不可缺少的光学零件。
在实践中，单独一片透镜往往不能满足校正象差的要求，经常把几片透镜按照某种要求组合成一个透镜组。
从成象和校正象差的角度出发，确定各透镜的结构参量，使整个组合体既满足成象和使用要求，又达到指定的相对孔径、视场等光学性能。
通常不加特殊说明而提到透镜或透镜组时，绝大多数场合是指球面透镜及其组合，这是因为各种曲面中只有球面最适合批量生产，最容易加工到高精度。
过两球面的曲率中心的连线称为透镜的光轴。
在由一个球面和一个平面组成的透镜中，其光轴是过球面的曲率中心并垂直于平面的直线。
光轴与透镜表面的交点称为顶点。
1、正透镜与负透镜（a）凸透镜（b）凹透镜图1 透镜的焦距正透镜又称凸透镜，具有正的象面焦距，能对光束起会聚作用；负透镜又称凹透镜，具有负的象方焦距，能对光束起发散作用。
正透镜通常有双凸、平凸、月凸三种形式，其共同特征是中心位置比边缘位置厚，负透镜通常有双凹、平凹和月凹三种形式，其共同特征是中心厚度比边缘薄。
2、柱面透镜透镜的一个曲面是柱面，或两个曲面都是柱面（母线互相平行）的称为柱面镜，其成象性质可由两个截面来描述。
一个是平行于母线的截面，在此截面上柱面透镜的成象作用相当于一个光学平板，光焦度0=Φ，对光束没有聚焦作用；另一个是垂直于母线图2 柱透镜的截面，在此截面上其成象作用相当于一个球面透镜，具有最大的光焦度。
光电子技术基础与应用习题答案
第三章 习题(1)
1. 填空
① 最早的电光源是
，最早的激光器是 年由 国的 制作的 。
② 光在各向同性介质中传播时，复极化率的实部表示 虚部表示 与频率的关系。
与频率的关系，
③ 激光器的基本结构包括 、 是 、 ，必要条件包括
、 。激光产生的充分条件
、
。
④ 今有一个球面激光腔r1=1.5m，r2=-1m，L=80cm，它属于 2. 试简单说明以下光电子学术语的科学含义：
8. 从麦克斯韦通式(2-28)出发，推导波动方程(2-44)。
1. 填空题：
第二章 习题答案(1)
第二章 习题答案(2)
第二章 习题答案(3)
6. 输出波长为＝632.8nm的He-Ne激光器中的反射镜是在玻璃上交替涂覆ZnS和 ThF2形成的，这两种材料的折射率系数分别为1.5和2.5。问至少涂覆多少个双层 才能使镜面反射系数大于99.5％？
第三章复习思考题(8)
4. 简述题 （5）以一个三能级原子系统为例, 说明激光器的基本组成和产生激光的基本原理。
4. 简述题
第三章复习思考题(9)
4. 简述题 （7）分析激光产生的条件。
第三章复习思考题(10)
4. 简述题 （7）分析激光产生的条件。
第三章复习思考题(11)
4. 简述题
第三章复习思考题(12)
讲授内容
第三、四、五讲
1 第一章 绪 论（一讲） 2 第二章 光学基础知识与光场传播规律（二讲）
3 第三章 激光原理与技术（三、四、五讲）
4 第四章 光波导技术基础（六、七讲） 5 第五章 光调制技术—光信息系统的信号加载与控制（八、九、十讲）
6 第六章 光电探测技术（十一、十二讲）
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。
第五章(全)--光电子技术
工作原理：常作成长条形，如图所示。当光点沿长条方向扫过时， 外加电场驱使光生载流子沿光点扫描方向迁移，并保证光点扫描速 度等于载流子迁移速度，光场在元件上产生的载流子被外加电场扫 在一起，最后堆积到元件末端的两电极之间，从而改变该区域的光 电导，在外回路得到光信号电流。在光电扫描与载流子迁移过程中， 信号经累积(积分)输出，而噪声由于其不相关特性，不会像信号— 样累积，从而大大提高了器件的灵敏度，比通常的8-14um波段的红 外探测器背景限提高了几倍。
I
•光电导的驰豫特性限制了器件对 较高调制频率的光功率的响应。
63 37 0 1 0 1
பைடு நூலகம்t/τ
图5.7、光电导的驰豫特性
ξ5.3 实用光电导探测器
5.3.1 单晶光电导探测器
(一)本征型: (1)碲镉汞 (HgCdTe)（2）锑化铟(InSb)（3）碲锡铅(PbSnTe) (二)杂质型： (1)锗掺汞 (Ge:Hg)(2)锗掺镓 (Ge:Ga)(3)硅掺砷（Si:As）
i
2 N
2 iN f i2 Ng r
i
2 NJ
1kHz
1MHz
图5.2、光电导探测器的噪声分布
二、光电导探测器的性能参数 A. 响应率
IS 电流响应率： RI P
前面的推导我们已经得到 可以得到响应率为：
VS 电压响应率： RV P
e IP GP hv
e RI G hv e RV GRd hv
P( x)
hv P( x) wLhv
：在x处单位时间吸收的光子数
n( x )
:在x方向上单位长度体积内的被吸收的光子数 密度,由于α 包含了量子效率在里面，因此也 等于单位时间、单位体积产生的光电子数。
光电检测技术(第五章 光电成像检测器件)
光电成像器件
1、图像的分割与扫描 图像分割的目的是分割后的电气图像经过扫描才能 输出一维时序信号。 分割的方法：超正析像管利用扫描光电阴极分割像 素、摄像管由电阻海颗粒分割、面阵CCD和CMOS图像传 感器用光敏单元分割。 扫描的方式：与图像传感器的性质有关。真空摄像 管采用电子束扫描方式输出一维时序信号。 具有自扫描功能的：面阵CCD采用转移脉冲方式将电 荷包顺序转移出器件；CMOS图像传感器采用顺序开同行、 列开关的方式完成信号输出。
传送
同步扫描
视频解调
图像再现
显像部分
光电成像系统原理方框图
光电成像器件
在外界照明光照射下或自身发光的景物经成像物镜 成像到光电成像器件的像敏面上形成二维光学图像。光 电成像器件完成将二维光学图像转变成二维“电气”图 像的工作。这里的二维电气图像由所用的光电成像器件 决定，超正析像管为电子图像，视像管为电阻图像或电 势图像，面阵CCD为电荷图像等。电气图像的电气量在 二维空间的分布与光学图像的光强分布保持着线性对应 关系。组成一幅图像的最小单元称作像素，像素单元的 大小或一幅图像所含像素数决定了图像的清晰度。像素 数愈多，或像素几何尺寸愈小，反映图像的细节愈强， 图份愈清晰，图像质量愈高。这就是图像的分割。
光 电 成 像 器 件 （ 成 像 原 理 ）
固体自扫描：CCD 红外变像管 变像管（完成 紫外变像管 图像光谱变换） X射线变像管 非 扫 描 型 串联式 级联式 微通道板式 负电子亲和势阴极
像增强管（图像 强度的变换）
构子常 成透由 镜像 ＆敏 显面 像， 面电
光电成像器件
三、光电成像器件的基本特征 1、光谱响应 光电成像器件的光谱响应取决于光电转换材料的 光谱响应，其短波限有时受窗口材料吸收特性影响。 外光电效应摄像管由光阴极材料决定； 内光电效应的视像管由靶材料决定，CCD摄像器件 由硅材料决定； 热释电摄像管基于材料的热释电效应，它的光谱 响应特性近似直线。
光电技术课后习题和答案
光出射度 M v,
=
v,
d 2
2
= 0.4815/（π×（0.001/2）2）=6.13×105lx
（ 2 ） 激 光 投 射 到 10m 远 处 屏 幕 上 ， 可 得 接 受 面 半 径
r
10
tan
2
1
10 2
3
10
2
1
10 2
3
0.003366m
面积 A=r 2 =3.56105
屏幕的光照度为 Ev
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由维恩位移定律， m
2898 T
=9.36um
当发烧到
38.5
时，T=38.5+273=311.5K，此时 m
2898 T
=9.303um
峰值光谱辐射出射度 M e,s,m 1.309T 5 1015 =3.84 mW .cm2 .um1 11.解：依题意，由杂质吸收条件，则杂质吸收的长波限 L 1.24 Ei 所以杂质电离能 i 1.24 L =1.24/13=0.095ev 12.解：光照灵敏度 SV I V ，而辐射灵敏度 Se I e ，
发光强度 I v, = v, ，由空间立体角的定义， 将光束平面发散角转换 α= 0.02×10-3
由于这个角度很小，可以把其所对应的球面度近似的看作锥面圆的面积，且半径
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。
光电检测原理与技术第5章 光学系统与专用光学元件
2. 望远系统
（1）伽俐略望远镜（ Galileo telescope ）
结构 发散透镜作目镜，会聚 透镜作物镜，物镜的像 方焦点和目镜的物方焦 点重合。
光路 Q Q ' Q "
远物 Q 射来的平行光束，经物镜会聚后，原来应成实像于 Q', 这对于目镜来说应作虚物，最后成正立像P"Q"于无穷 远处。
非近轴情况下，三次幂以上项不能忽略
球面系统不能理想成像
出现三级以上像差
u3 u5 u7 u9 sin u u 3! 5! 7! 9!
三级像差(或初级像差)----5种： 1) 球差(spherical aberration) 2) 慧差(coma) 3) 像散(astigmatism)和场曲(curvature of field) 4) 畸变(distortion)
表5-1 不同波长时焦 深的计算结果
nf 2 nD 2 x 2 2 2 ( F )
(5-6)
（3）最小弥散斑及其角直径 光学系统中影响成像质量的因素主要是像差和衍射。系统的 像差按照不同的设计有很大的差别。而衍射作用的大小可用计算 艾里斑的方法来估计。当斑内占总衍射能量的84％时，所对应的 角直径分别为 (5-7) 2.44
D
—— 探测光辐射的波长。
4 2L ' ( F ) 2 n
' 0
以可见光、中红外和远红外三个光谱区中，三种典型波长的 焦深为例，说明这一关系。计算结果列于表5-1中。表中可见，当 ' ＝0.5μm，2 L ＝ 8μm，说明像面有确定的位置，随着波长增加， 0 L'0 2 按正比增加，当 ＝10μm，2 ＝ 160μm L'0 ，这时很难断定像 面的确切位置。这是红外系统的特点之一。 与焦深相对应的物空间中。物移动某一 ' 距离x，只要其像面移动不超过 L0，那 么仍可得到清晰的像。所以，对应焦深 在物空间中的范围就是景深。利用牛顿 公式可以计算出x为
光电技术基础 第五章 光电检测用光源53激光(Laser)光源.
21
＋
解理面1
P N ＰＮ结 激光 － 解理面4
GaAs激光器的结构
22
结构原理
自发辐射：在PN结正向电流下，电子同空 穴自发复合，产生自发辐射。 自发辐射的光子在时间、方向上各不相同， 大部分光子会很快穿过PN结射到体外，少 数光子沿PN结平面平行穿行就可能引发受 激辐射， 在１、４两反射面间来回振荡， 反复引发受激光子，从而获得激光。 阈值条件：为此要克服种种损耗，所以要有 足够强的外电场，以便注入足够多的载流子 是实现粒子数反转的条件。也就是把电流提 高到阈值以上。
１０
77K
150K
200K
250K
300K
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
峰 值 功 ５ 率 Ｗ
0.82
100 200 正向激发电流（mA） GaAs激光器的输出功率
26
发光谱线
半导体激光器 在达到阈值电 流前，发光谱 线与普通发光 二极管一样， 一旦达到阈值 电流就会非常 集中的谱线。 如图所示：
相 对 光 强
100mA
82mA 70mA 0.82 0.84 0.86 0.88
10
工作物质
半导体激光器的工作物质是半导体化合物， 其种类很多，如GaAs砷化镓，CdS硫化镉 等，其中GaAs砷化镓激光器的工作物质为 GaAs砷化镓，而红宝石激光器的工作物质 （激活介质）为络离子。
11
外界激励源
为了获得粒子数反转，就需用外界足够的 能量将基态（低能态）的粒子激发到高能 态。可见所有的激光器都必须有外界激励 源。
θ
5
２、单色性好
单色性好：一种光所包含的波长范围越小， 它的颜色就越纯，看起来就越鲜艳，我们 通常把这种现象称之为单色性好。 一般把波长范围小于几埃的一段辐射称为 单色光。
光电技术课后答案第五章
第五章 作业题答案5.7解：最小可探测功率为：W 1074.11103001038.11067.5101161611523122215min 21----⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==⎪⎪⎭⎫⎝⎛∆=ασf kT A P 5.8解：(1) 当T =300K 时最小可探测功率为：W 1038.18.013001038.11067.510516161152312221521----⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛∆=ασf kT A P NE比探测率为：/W H cm 1062.11038.1)1105()(*2121z 1011221⋅⨯=⨯⨯⨯=∆=--NE P f A D 热传导为：W/K1045.23001067.58.010544531223---⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==T A G ασ(2) 当T =280K 时最小可探测功率为：W 1016.18.012801038.11067.510516161152312221521----⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛∆=ασf kT A P NE比探测率为：/W H cm 1093.11016.1)1105()(*2121z 1011221⋅⨯=⨯⨯⨯=∆=--NE P f A D 热传导为：W/K1099.12801067.58.010544531223---⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==T A G ασ5.9 热释电器件为什么不能工作在直流状态？答：当红外辐射照射到已经极化的铁电体薄片上时，引起薄片温度升高，表面电荷减少，相当于热“释放”了部分电荷。
释放的电荷可用放大器转变成电压输出。
如果辐射持续作用，表面电荷将达到新的平衡，不再释放电荷，也不再有电压信号输出。
因此，热释电器件不同于其他光电器件，在恒定辐射作用的情况下其输出电压为零。
只有在交变辐射的作用下才会有信号输出。
5.13 为什么热释电器件的工作温度不能在居里点？当工作温度远离居里点时热释电器件的电压灵敏度会怎样？工作温度接近居里点时又会怎样？答：随着温度的升高，极化强度减低，当温度升高到一定值(居里点)时，自发极化突然消失，热释电效应消失，热释电器件无法工作。
第五章光电信息处理技术成像目标探测与跟踪技术
VSAM
• 使用架设在高处多方位旋转云台上的单个摄像机，可以全方位地实施视 频监控。系统首先有规律地初始化一系列背景图像，然后利用基于特征区域的 方法将实际摄录的视频图与相应的背景图作匹配，再利用背景减除法检测运动 目标。
VSAM
• 由于传统的卡尔曼滤波方法只能处理单峰问题，该系统对传统的卡尔曼滤 波思想进行了扩展，并使用了带目标模板更新的相关匹配算法实现了多目标的 跟踪。
➢ Step5 使用卡尔曼滤波器预测车辆在下一帧中的可能 位置。
➢ Step6 在预测区域周围对各个车辆进行匹配跟踪。转 Step2，进行下一轮跟踪。
实验结果
（a）遮挡模型
（b）原始遮挡图像
（c）分割处理后 （d）遮挡模型与运动目标匹配
夜晚车辆检测结果
普通路面检测结果
（a）序列某一帧
（b）混合高斯模型检测结果
分片跟踪
遮挡下的跟踪
分片跟踪
目标表现模型的变化时的跟踪
目标尺度发生变化
应用举例：车辆检测与跟踪
智能交通系统： ( Intelligent Transport Systems, ITS)
车辆检测与跟踪概述
影响车辆检测和跟踪的主要因素： （1）车辆自身阴影； （2）车辆间相互遮挡或车辆被背景中物体遮挡； （3）同车型车辆之间具有较大的相似性； （4）光线突变； （5）夜晚和雨、雪等恶烈天气等。 主要针对（1）、（2）两种情况开展研究
将顶层金字塔求得的参数集隐射到金字塔的中间层，并对 该层进行全局运动估计，求得相应的运动参数；
将金字塔中间层的参数集映射到金字塔的底层, 对该层进行 全局运动估计，求得该层的运动参数集。
利用求得的最终参数集，对图像进行运动补偿，将运动补 偿后的图像与前一帧图像进行差值。
第五章光电信息处理技术图像稳定
DS算法的特点在于它分析了视频图像中运动矢量的 基本规律，选用了大小两种形状的搜索模板LDSP 和SDSP。先用LDSP搜索，由于步长大，搜索范围 广，可以进行粗定位，使搜索过程不会陷于局部最 小；当粗定位结束后，可以认为最优点就在LDSP 周围8个点所围的菱形区域中，这时再用SDSP来准 确定位，使搜索不结果
背景
图像稳像技术广泛应用于民用测绘仪器、军事领域 和摄影系统中。图像不稳定主要是由摄像机载体的运 动导致的，这是因为载体姿态的变化会传递给摄像系 统的瞄准线，从而造成摄像系统的光轴与目标之间有 无效的相对运动。
2 2020-8-14
图像不稳定的因素
3 2020-8-14
19 2020-8-14
菱形搜索法
DS算法采用了两种控制模扳，分别是有9个检测点 的大模板 (LargeDiamond Search Pattern) LDSP和有5 个检测点的小模板 (Small Diamond SearchPattern) SDSP，如图所示。
20 2020-8-14
搜索时先用大模板计算，当最小块误差MBD点出现在中心 点处时，将大模板LDSP换为SDSP，再进行匹配计算，这 时5个点中的MBD即为最优匹配点。
8 2020-8-14
电子稳像技术的意义
电子稳像不仅可以稳定光学系统的移动，也可以对 目标进行跟踪，可能补偿任何形式的作用量，且不 依赖任何的支撑体系。
同时由于大规模集成电路技术的不断提高，也便于 实现设备的小型化和轻量化。
9 2020-8-14
电子稳像的基本原理
电子稳像是利用电子设备和数字图像处理技术相 结合的方法，通过检测出参考图像和被比较图象 的运动矢量，并利用其补偿被比较图像，从而消 除或减轻视频图像序列帧间的不稳定，获取清晰 而稳定的视频图像序列。
科学出版社 江文杰编著《光电技术》习题答案
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
=
光电显示技术课后答案(缪家鼎)
SE
1 ( V1 E Rf
I
d
)
1 100
2.4 ( 1.5 106
4 107 ) 1.2 106
A/lx
10、用 2CU1 型光电二极管接收辐射信号，如题 6—11 图所示。
已知 2CU1 的灵敏度 S 0.4 A/W，暗电流小于 0.2A，3DG6C
2CU1
+18V
的 50 。当最大辐射功率为 400W 时的拐点电压VM 10 V，
倍增系数
M 0 ( )n 0.98 (0.95 4)11 2.34 106
阳极电流
I A I K M 4 104 2.34 106 9.36 102 A
11、 解：光电倍增管的增益与每级电压的 kn 次方成正比。其中 k 为 0.7~08，n 是倍增级数。既：
M AV kn ，所以
S (L )2 3.14 (10 1103 )2 7.85 105 m2
4
4
反射光功率为： P' P 0.85 2 103 1.7 103 W
反射光通量
v' P' K mV () 1.7 103 683 0.240 0.279 Lm
漫反射屏可以看作是个朗伯体，其法向发光强度 I0 与光通量的关系是 I0 / ，由于朗伯
Rf
U SEA
7
10 9
10 100
5
5
5.7
105
同理，在 100 lx 的照度下，R f 5Biblioteka 7 104 9、Rf
+
+
-
题 6—8 图
解：（1）2CU2 的暗电流
Id
V0 Rf
0.6 1.5 106
光电检测技术知到章节答案智慧树2023年哈尔滨工程大学
光电检测技术知到章节测试答案智慧树2023年最新哈尔滨工程大学第一章测试1.对于下列器件，其所使用波长范围主要是红外线的是哪种仪器？（）参考答案:数字体温计2.下列日常所用器件中，哪种应用属于光电变换？（）。
参考答案:电视3.下列应用中需要光电跟踪控制的是？（）。
参考答案:光纤通信;武器制导;红外遥感;工业产品的在线检测4.下列检测过程中，可以实现非接触检测的是？（）。
参考答案:汽车行驶速度检测;火灾现场温度检测;大气污染程度检测5.光电传感器是将被测量的量转换成光信号的变化，然后通过光电元件转换成电信号。
（）参考答案:对第二章测试1.下列哪种噪声属于非白噪声？（）参考答案:产生-复合噪声;温度噪声;1/f噪声2.光电倍增管的工作原理是基于下列哪种物理效应？（）参考答案:光电发射效应3.对于光电倍增管，产生光电效应的部位是？（）参考答案:阴极4.对于光电倍增管，假设阴极灵敏度为5 μA/lm，阳极灵敏度为50 A/lm，阳极允许的最大输出电流为 A，那么阴极允许的最大光通量为多少？（）参考答案:2x lm5.假设光电倍增管输入电路的电阻和电容分别是R＝2 kΩ和C＝0.1 μF，那么其带宽是多少？（）参考答案:1250 Hz6.下列光电检测器件中，可以用于位置检测的器件是？（）参考答案:楔环检测器;光电位置传感器;光电编码器;象限检测器7.下列光电检测器件中，其基本结构属于电容器结构的器件是？（）参考答案:CCDD的工作频率与下列哪些因素有关？（）参考答案:载流子迁移率;温度;少数载流子的寿命;电极长度;掺杂浓度9.在利用光电位置传感器进行检测时，光斑位置越远离器件中心，测量误差越小。
（）参考答案:错10.光电位置传感器与象限检测器件相比，光敏面不需要分割，可以消除盲区的影响，可以连续测量。
（）参考答案:对D的电极间隙越小，电荷越容易转移。
（）参考答案:对D的像元间距越大，分辨率越高。
（）参考答案:错第三章测试1.热电检测器件的噪声主要是下列哪种噪声？（）参考答案:温度噪声2.下列哪种电阻的电阻值随着温度的升高而升高？（）参考答案:合金电阻;白金电阻3.下列热电检测器件中，只能在交变热辐射条件下工作的热电检测是哪种？（）参考答案:热释电检测器4.参考答案:54 s5.热交换能量的方式有传导、辐射、对流三种。
《光电子学教程》课后作业答案-部分
12.计算维持0.1m长、小信号增益系数为1m的激光器的激光振荡所要求的镜面反射率（设两镜面反射率相同，且腔内损耗αi为 0）
解:
13. 说明激光器的输出功率与腔内光强的关系、最佳透过率的物理意义。 解： 在截面积与总透过率一定的情况下，激光器的输出功率与腔内光强成正比，表达式为 最佳透过率是在考虑透过率t增大后使得腔内损耗增加的情况下，使得输出功率达到最大的一个最佳值
2。一光束入射到长为10CM，增益系数为0.5CM的工作物质中，求出射光强对入射光强的比值。
答： 利用增益系数的公式
3。已知某能级的自然宽度为30MHz，求粒子在该能级的自然寿命。当压强增加使原子间的碰撞时间缩短到 s时，粒子在该能级上的寿命是多少？
答：(1)
=
(2)碰撞引起的频率加宽为
1．解：T=1500K,λ=0.5μm,折射率η为1， 得： 要使受激辐射超过自发辐射，则要使 ＜1 ， 则有 ＞1 ，即
则：
＞
=
又：
3．解：光视效能：
，光视效率：
Km=683Lm/w，则
2.解：
３．解：由 ，z＝１km
可知：１）α＝１０dＢ时： ＝１０， 所以损耗百分比为：（１－ ）×１００﹪＝９０﹪； ２）α＝２dＢ时： ＝１.５８， 所以损耗百分比为：（１－ ）×１００﹪＝３６.９﹪； ３）．α＝１dＢ时： ＝１.２６， 所以损耗百分比为：（１－ ）×１００﹪＝２１﹪；
根据P42（2-3-2） 所以饱和光强的物理意义可表述为：在折射率为η的激光介质里，属于小信号增益的最大光强值与激发总能级的寿命成反比，与光本子的波长的平方也成反比。或者说，寿命越短，频率越高，小信号增益的光强范围越大。
6。实现光放大的必要条件是什么，负温度状态的概念是什么？
光电成像技术Chapter5-直视型电真空成像物理综述
M L GL
L
EV
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3.背景特性 合适的亮度是人眼观察图像的必要条件，除了有用 的成像（信号）亮度以外，还存在一种非成像的附加 亮度，称之为背景（或背景亮度）。像管的背景包括 无光照射情况下的暗背景和因入射信号的影响而产生 的附加背景，称为信号感生背景（或光致背景）。暗 背景产生的主要原因是光阴极的热电子发射和颗粒引 起的场致发射。产生信号感生背景的主要原因是阴极 透射光、管内散射光、离子反馈、光反馈所致。 为了 反映背景对像管图像对比度的影响，引入两个参数： 等效背景照度和对比恶化系数。
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在实际应用中，为了获得更高的亮度增益，常常 用光学纤维面板将完全相同的像增强器进行多级耦 合，因此像增强器的输入窗和输出窗多由光学纤维 面板制成，以便将球面像转换为平面像，完成极间 耦合。由于每级像增强器都成倒像，故为获得正像， 耦合级数多为奇数，通常为三级。三级级联的像增 强器也称为第一代像增强器。
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§5.2 像管结构类型与性能参数
根据工作波段可分为：工作于微弱可见光的像 增强器；工作于非可见辐射（近红外、紫外、X 射线、γ 射线）的变像管。 根据工作方式可分为：连续工作像管、选通工 作像管、变倍工作像管等； 根据结构可分为：近贴式像管、倒像式像管、 静电聚焦式像管、电磁复合聚焦式像管等； 根据使用技术可分为：级联式的一代像管、带 MCP（微通道板）的二代像管、采用负电子亲和 势光阴极和MCP的三代像管等。下一页Fra bibliotek返回5.2
近贴式X射线变像管 工作原理示意图
缩小型X射线变像管 结构示意图
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5.2.3 像管性能参数及其要求
直视式光电成像器件既能探测到微弱的或人眼 不可见的目标辐射信号，又能将目标满意地进行成 像，使人眼能看到再现的目标图像。因此，像管既 是一个辐射探测器、放大器，同时又是成像器。作 为辐射探测器，它应具有高的量子效率和信号放大 能力，作为成像器，它必须具有小的图像几何失真， 这些性能通常用畸变、放大率、分辨力及调制传递 函数来描述。
纵向空间烧孔效应
δ σ 21 (υ , υ 0 ) l
2、振荡条件： ∆ n 0 ≥ ∆ nth = 、振荡条件：
成都信息工程学院光电技术系
钟先琼
特例： 特例： υ = υ0 4、讨论 、
σ 21 (υ , υ 0 ) = σ 21
∆ n ≥ ∆ nth =
0
成都信息工程学院光电技术系 钟先琼
第二节 激光器的振荡模式 核心问题:与饱和效应相关的模式( 核心问题:与饱和效应相关的模式(纵模 或横模)之间的竞争！ 或横模)之间的竞争！ 问题思考: 问题思考: 试说明某个频率的光最终要成为激光的 纵模输出，它必须突破几个关口。 纵模输出，它必须突破几个关口。
值公式可看出。 从两个系统的阈值公式可看出。
成都信息工程学院光电技术系 钟先琼
理由：对三能级系统，要将 理由：对三能级系统，要将(n+ ∆nt )/2粒子激励到 粒子激励到 E2 ，而n/2>> ∆nt ，可忽略 t 。而对四能级系统， 可忽略∆n 而对四能级系统， 只需将∆nt个粒子激发到E2，而∆nt ∝δ。但当δ很 只需将 个粒子激发到 但当 很 使得∆n 也很大，达到可以与n/2相比拟时 相比拟时， 大，使得 t也很大，达到可以与 相比拟时，才 要考虑损耗对三能级系统阈值的影响 三能级系统阈值的影响。 要考虑损耗对三能级系统阈值的影响。 3、 Ppt, Ept 与工作物质特性有关 (ηF ,σ21,τ s , ∆υF ) 、
成都信息工程学院光电技术系 钟先琼
理由：腔内驻波场分布要引起增益空间烧孔效应。 理由：腔内驻波场分布要引起增益空间烧孔效应。 驻波场分布要引起增益空间烧孔效应 (2)增益的轴向 或纵向 空间烧孔效应 增益的轴向(或纵向 增益的轴向 或纵向)空间烧孔效应 L 由于腔内的驻波场 I υq 分布， 分布，波腹处光强 波节处光强小， 大，波节处光强小， (a) 由于饱和效应， 由于饱和效应，则 ∆n 反转集居数从而增 益系数在波腹处最 (b) 在波节处最大， 小，在波节处最大， Iυq ' 形成增益系数的轴 向空间分布。 向空间分布。 (c) —增益的轴向 或纵向 空间烧孔效应 增益的轴向(或纵向 增益的轴向 或纵向)空间烧孔效应
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第五章 作业题答案
5.7解：最小可探测功率为：
W 1074.11103001038.11067.51011616115231222
1
5
min 2
1
----⨯=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==⎪⎪⎭⎫
⎝⎛∆=ασf kT A P 5.8解：(1) 当T =300K 时
最小可探测功率为：
W 1038.18.013001038.11067.51051616115231222
15
2
1
----⨯=⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛∆=ασf kT A P NE
比探测率为：/W H cm 1062.110
38.1)1105()(*2
121
z 1011
22
1⋅⨯=⨯⨯⨯=∆=--NE P f A D 热传导为：
W/K
1045.230010
67.58.0105445
312
2
3
---⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==T A G ασ
(2) 当T =280K 时
最小可探测功率为：
W 1016.18.012801038.11067.5105161611
5231222
15
2
1
----⨯=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛∆=ασf kT A P NE
比探测率为：/W H cm 1093.110
16.1)1105()(*2
121
z 1011
22
1⋅⨯=⨯⨯⨯=∆=--NE P f A D 热传导为：
W/K
1099.128010
67.58.0105445
312
2
3
---⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==T A G ασ
5.9 热释电器件为什么不能工作在直流状态？
答：当红外辐射照射到已经极化的铁电体薄片上时，引起薄片温度升高，表面电
荷减少，相当于热“释放”了部分电荷。
释放的电荷可用放大器转变成电压输出。
如果辐射持续作用，表面电荷将达到新的平衡，不再释放电荷，也不再有电压信号输出。
因此，热释电器件不同于其他光电器件，在恒定辐射作用的情况下其输出电压为零。
只有在交变辐射的作用下才会有信号输出。
5.13 为什么热释电器件的工作温度不能在居里点？当工作温度远离居里点时热释电器件的电压灵敏度会怎样？工作温度接近居里点时又会怎样？
答：随着温度的升高，极化强度减低，当温度升高到一定值(居里点)时，自发极化突然消失，热释电效应消失，热释电器件无法工作。
当工作温度远离居里点时，热释电系数大，电压灵敏度高；工作温度接近居里点时，极化强度变为零，热释电系数变为零，电压灵敏度变为零。