光电技术课后习题和答案
光电技术及答案答案武汉理工大学
图1一、 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. 本征光电导效应二、 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 。
5. 已知本征硅的禁带宽度为g E ，要使该材料有光电子产生，其入射光波的最大波长为 。
三、如图1所示的电路中，已知R b =820Ω,R e =3.3K Ω,U W =4V R p ,当光照度为40lx 时，输出电压为6V ，80lx 是为9V 。
设光敏电阻在γ值不变。
试求：(1) 输出电压为8V 时的照度；（2）若e R 增加到6 K Ω，输出电压仍然为8V ，求此时的 (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 ，阴极入射光的照度为0.1Lx ，阴极有效面积为2cm 2，各倍增极二次发射系数均相等(4=δ)，光电子的收集率为98.00=ε，各倍增极的电子收集率为95.0=ε。
(提示增益可以表示为NG )(0εδε=) (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。
光电检测技术课程作业与答案(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）到（0.78mμ）范围内的电磁辐射称为光辐射。
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ΘΘ ()122222222211221211001001010E E L IE L I L I L I E R I E L L L L =∴====∴==ΘΘ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）。
光电技术作业答案
第三章
P88－3
光电倍增管的暗电流对信号检测有何影响，使用时如何减 少暗电流？
暗电流为无光照时光电倍增管的输出电流，对测量缓变弱 信号不利。减少暗电流的方法： （1）对光电倍增管致冷，以减少阴极和倍增极的热电子 发射； （2）对暗电流进行补偿 （3）对光信号调制，并对光电倍增管输出信号滤波
第三章
P33-5：
空腔处于某温度时λm=650nm，如果腔壁的温度增加， 以致总辐射本领加倍时， λm变为多少？
第二章
P62－１
对光子探测器和热探测器特性上的差别列表作一比较。
原 理
光子探测器 热探测器 晶体中的电子吸收光 材料吸收辐射温度 子能量跃迁到高能态， 升高，从而特性发 从而特性发生变化。 生变化。
第三章
P88－1
为什么负电子亲和势光电阴极材料的量子效率高，而且光 谱范围可扩展到近红外区？
一般半导体光电子发射材料的长波限为hc/(Eg+EA),而负电 子亲和势材料的长波限为hc/Eg。对于许多常用光电子材 料，如Si的禁带宽度1.1ev，对应的长波限为1.1μm， GaAs的禁带宽度1.4ev，对应的长波限为0.89μm。因此长 波限扩展到了红外。 吸收光子跃迁到导带的电子，在向表面迁移的过程中 ，因与晶格碰撞而能量降低变为热化电子（能量接近导带 低）。对于负电子亲和势材料，热化电子也能逸出，因此 逸出深度深，量子效率高。
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。
光电技术答案
光电技术答案现代随着时代的发展，电工越来越吃香，我们看看下面的电子电工技术试题答案，欢迎阅读哦！一、填空1、倒闸操作方式时，不容许将设备的电气和机械严防误操作枪机装置（中止），特定情况下例如须要（中止），必须通过值长同意。
2、带电装表接电工作时，应采取防止（短路）和（电弧灼伤）的安全措施。
3、各类作业工人应当被知会其作业现场和工作岗位存有的（危险因素）、防范措施及（事故应急处置措施）。
4、凡在离地面（2）m及以上的地点进行的工作，都应视作（高处）作业。
5、变压器在运转中，其总损耗就是随功率的变化而变化的，其中（铁耗）就是维持不变的，而（铜耗）就是变化。
6、随着负载的变化，变压器的效率也在发生变化。
当（可变损耗）等于（不变损耗）时，其效率将最高。
7、电焊变压器必须存有较低的（电抗），而且可以（调节），其外特性应当就是（陡降）的。
8、绝缘处理工艺主要包括（预烘、浸漆和干燥）三个过程。
9、异步电动机搞耐压试验时，当电压升至（半值）后，应当逐渐跌至全值，通常不少于（10 秒），以免受到冲击电压的影响，然后维持（1）分钟，再降到（半值）以下阻断电源。
10 、交流控制电机可分为（伺服电机、测速发电机和自整角机）三大类。
11 、触点的电磨损就是由触点间（电弧）或（电火）的高温并使触点金属气化和蒸以导致的，机械磨损就是由于触点接触面（喷发）导致的。
12 、交流接触器的栅片灭弧原理是由于触点上方的铁质栅片（磁阻很小），电弧上部磁通大都进入（栅片），使电弧周围空气中的磁场分布形式（上疏下密），将电弧拉入灭弧栅。
电弧被栅片分割多若干短弧，使起弧电（高于），电源电压并产（阴极）效应，栅片又大量吸收电弧的（热量），所电弧被熄灭。
13 、触点压力存有（终压力）和（初压力）之分后。
触点的终压力主要依赖于触点的（材料）与导体的容许（温升）以及电机（稳定性），触点被压力对于交流接触器通常按终压力的（65%~90%）调整，直流接触器按终压力的（60%~80%）调整。
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。
光电技术习题解
教材：安毓英，刘继芳，李庆辉编著《光电子技术》，北京：电子工业出版社，2002《光电子技术》习题解答习 题11.1 设在半径为R c 的圆盘中心法线上，距盘圆中心为l 0处有一个辐射强度为I e 的点源S ，如图所示。
试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。
解答：根据辐射功率的定义及立体角的计算公式：ΩΦd d ee I =，202πd l R c =Ω 202e πd d l R I I c e e ==ΩΦ1.2 如图所示，设小面源的面积为∆A s ，辐射亮度为L e ，面源法线与l 0的夹角为θs ；被照面的面积为∆A c ，到面源∆A s 的距离为l 0。
若θc 为辐射在被照面∆A c 的入射角，试计算小面源在∆A c 上产生的辐射照度。
第1题图第2题图用定义r r e e A dI L θ∆cos =和A E ee d d Φ=求解。
1.4 霓虹灯发的光是热辐射吗？ 不是热辐射。
是电致发光。
1.6 从黑体辐射曲线图可以看出，不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长λm 随温度T 的升高而减小。
试由普朗克热辐射公式导出常数=T m λ。
这一关系式称为维恩位移定律，其中常数为2.898⨯10-3m ∙K 。
解答：普朗克热辐射公式求一阶导数，令其等于0，即可求的。
教材P81.7 黑体辐射曲线下的面积等于等于在相应温度下黑体的辐射出射度M 。
试有普朗克的辐射公式导出M 与温度T 的四次方成正比，即4T ⨯=常数M这一关系式称斯特藩-波耳兹曼定律，其中常数为5.67⨯10-8W/m 2K 4 解答：教材P9，并参见大学物理相关内容。
1.9常用的彩色胶卷一般分为日光型和灯光型。
你知道这是按什么区分的吗？按色温区分。
1.10 dv v ρ为频率在dv v v +~间黑体辐射能量密度，λρλd 为波长在λλλd +~ 间黑体辐射能量密度。
已知 ()[]1exp 833-=T k hv c hv B v πρ ，试求λρ。
光电技术综合习题解答
SI=0.15mA/lx，电阻RL=51kΩ，三极管9014的电流放大倍率β=120，
若要求该光电变换电路在照度变化为200 lx的范围情况下，输出电 压ΔUo的变化不小于2V，问： （1）电阻RB与RC应为多少？ （2）试画出电流I1、I2、IB和IC的方向. （ 3 ）当背景光的照度为 10 lx 时，电流 I1为多少？输出端的电位为多少？ (4) 入射光的照度为100 lx时的输出电 压又为多少？
显然，此题为多解题，可根据电路的应用特点，选择RC与RB。例 如，若对速度有要求， RC尽量小。 （3）当背景光的照度为10 lx时，电流I1为
I1= SφEV=0.15×10-3 ×10= 1.5(mA)
U0= Ubb－ IC RC= (4) 入射光的照度为100 lx时的输出电压为 U0= Ubb－ IC =
曲线的下方画出输出电压的波形图。
Ec 500 RL U0 400 300 200 100 0
I(μ A) 200lx 160 lx 120 lx 80 lx 40 lx 5 10 15 20 U(v)
解：此题可以用“图解法”解，
(1) 6V正弦信号的双峰值为Up~p= 17（V）
(2) RL=Δ U /Δ I =42.5( kΩ )
解：根据题目所给的已知条件和电路图，可以标定出各电流的方向。 再由电路，可找到输出电压与入射光照度的关系，即
I1RL U be I C I B RB
式中I1= SφEV， ΔI1= Sφ Δ EV， 输出电压变化量为ΔU=－ ΔICRC，即
U C Rc
Sφ EV RL U be RB
Ubb
R Rb U0
DW
U bb U w 12 4 Iw 9.8(mA) Rb 820
光电技术与实验答案
光电技术与实验答案【篇一：光电技术复习资料】求该表面的光出射度和光亮度（假定该表面为朗伯辐射体）。
（lv?位表面反射的光通量为divdscos?）解：设受光表面光谱反射率相同，则每单?反???入?0.6?100?60lm/m2这也就是该表面的光出射度mv。
对朗伯辐射体，其光亮度lv与方向无关，沿任意方向（与法线方向成?角）的发光强度i?与法线方向发光强度i0之间的关系为i??i0cos? 每单位面积辐射出的光通量除以?即为其光亮度：lv?divdscos??div0dss?1??v??603.14?19.1 cd/m2srd?vd??/2附：朗伯体法向发光强度i0与光通量?v的关系由定义，发光强度i?，所以在立体角d?内的2?光通量：d?v?id??i0cos?sin?d?d?在半球面内的光通量 ?v??icos?sin?d??d???i02、计算电子占据比ef高2kt、10kt的能级的几率和空穴占据比ef低2kt、10kt能级的几率。
解：能量为e的能级被电子占据的概率为fn(e)?11?exp(e?efkt)e比ef高2kt时，电子占据比：fe?11?exp(2ktkt)?11?e2?0.1192e比eff?高10kt时，电子占据比：efp?11?e10?4.54?10?)11?e2?511?exp(ef?ekte比ef低2kt时，空穴占据比：?0.1192f?e比ef低10kt时，空穴占据比：p11?e10?4.54?10?53、设n－si中ni?1.5?1010cm?3，掺杂浓度nd?1016cm?3，少子寿命??10?s。
如果由于外界作用，少子浓度p＝0（加大反向偏压时的pn结附近就是这种情况），问这时电子一空穴的产生率是多少？（复合率r??p?20，当复合率为负值时即为产生率）解：在本征硅中，inpi?n?2.25?10p?ni22i，在n型硅中，少子浓度：20nd?2.25?101?1016?2.25?104产生率为： r`=?r???p??2.25?1010?10?64?2.25?1094、一块半导体样品，时间常数为??0.1?s，在弱光照下停止光照0.2?s后，光电子浓度衰减为原来的多少倍？解：ne(t)?n(0)e?t?ne(t)ne(0)?e?2?0.13545、一块半导体样品，本征浓度ni?1.5?1010cm?3，n区掺杂浓度nd?1017cm?3，p区掺杂浓度na?7?1014cm?3，求pn结的接触电势差ud（室温下，解：在p-n结处，接触电势差ktq。
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
6 ϔৄ⇺⇪▔఼ܝথߎ⊶䭓Ў 0.6328Pm ⱘ▔ܝᴳˈ݊ࡳ⥛Ў3mWˈܝᴳᑇ䴶থᬷ
㾦Ў0.02mradˈᬒ⬉↯㒚ㅵⳈᕘЎ1mmDŽ䆩∖˖
˄1˅ ᔧV0.6328 0.235 ᯊℸܝᴳⱘ䕤ᇘ䗮䞣 ) v,O ǃথܝᔎᑺI v,O ǃথܝᇘᑺM v,O ㄝЎ
ᇥ˛ ˄2˅ 㢹ᇚ݊ᡩᇘࠄ10m 䖰໘ⱘሣᐩϞˈሣᐩⱘ✻ܝᑺЎᇥ˛
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
光电成像原理及技术课后题答案
光电成像原理及技术课后题答案第⼀章5.光学成像系统与光电成像系统的成像过程各有什么特点？在光电成像系统性能评价⽅⾯通常从哪⼏⽅⾯考虑？答：a、两者都有光学元件并且其⽬的都是成像。
⽽区别是光电成像系统中多了光电装换器。
b、灵敏度的限制，夜间⽆照明时⼈的视觉能⼒很差；分辨⼒的限制，没有⾜够的视⾓和对⽐度就难以辨认；时间上的限制，变化过去的影像⽆法存留在视觉上；空间上的限制，隔开的空间⼈眼将⽆法观察；光谱上的限制，⼈眼只对电磁波谱中很窄的可见光区感兴趣。
6．反映光电成像系统光电转换能⼒的参数有哪些？表达形式有哪些？答：转换系数：输⼊物理量与输出物理量之间的依从关系。
在直视型光电成像器件⽤于增强可见光图像时，被定义为电镀增益G1，光电灵敏度：或者：8.怎样评价光电成像系统的光学性能？有哪些⽅法和描述⽅式？答，利⽤分辨⼒和光学传递函数来描述。
分辨⼒是以⼈眼作为接收器所判定的极限分辨⼒。
通常⽤光电成像系统在⼀定距离内能够分辨的等宽⿊⽩条纹来表⽰。
光学传递函数：输出图像频谱与输⼊图像频谱之⽐的函数。
对于具有线性及时间、空间不变性成像条件的光电成像过程，完全可以⽤光学传递函数来定量描述其成像特性。
第⼆章6.影响光电成像系统分辨景物细节的主要因素有哪些？答：景物细节的辐射亮度（或单位⾯积的辐射强度）；景物细节对光电成像系统接受孔径的张⾓；景物细节与背景之间的辐射对⽐度。
第三章13.根据物体的辐射发射率可见物体分为哪⼏种类型？答：根据辐射发射率的不同⼀般将辐射体分为三类：⿊体，=1；灰体，<1,与波长⽆关；选择体，<1且随波长和温度⽽变化。
14.试简述⿊体辐射的⼏个定律，并讨论其物理意义。
答：普朗克公式：普朗克公式描述了⿊体辐射的光谱分布规律，是⿊体理论的基础。
斯蒂芬-波尔滋蔓公式：表明⿊体在单位⾯积上单位时间内辐射的总能量与⿊体温度T的四次⽅成正⽐。
维恩位移定律：他表⽰当⿊体的温度升⾼时，其光谱辐射的峰值波长向短波⽅向移动。
《光电技术》测试题及参考答案
7、光敏电阻光谱特性的峰值波长，低温时向短波方向移动。
（答案：n）
8、光敏电阻的阻值与环境温度有关，温度升高光敏电阻的阻值也随
之升高。
（答案：y）
9、 光敏电阻在恒压偏置电路比恒流偏置电路的电压灵敏度要高一些。 （答案：n）
（以上是第三章）
1、光伏器件的自偏置电路主要用于（ ）器件
1、为了描述显示器的每个局部面元在各个方向的辐射能力，最适合
的辐射度量是 （ ）
（答案：D）
D、辐射亮度
2、已知某辐射源发出的功率为 1W，该波长对应的光谱光视效率为
0.5，则该辐射源辐射的光通量为（ ）
（答案：B）
B、341.5lm
3、半导体（）电子吸收光子能量跃迁入（），产生电子—空穴对的
5、假设某只 CdS 光敏电阻的最大功耗是 30mW，光电导灵敏度
Sg=0.5uS/lx，暗电导 g0=0。当 CdS 光敏电阻上的偏置电压为 20V 是
的极限照度为（）。
（答案：D）
D、150lx 和 22500lx
6、光电导探测器的特性受工作温度影响（ ）。
点位置敏感的光电器件。
（答案：y）
4、光电池通常工作在自偏置状态，用作弱光信号的线性测量或强光
信号的存在探测。
（答案：y）
5、硅光电池需要加偏压才能把光能转换成电能。
（答案：n）
6、用双结光电二极管作颜色测量时，可以测出其中两个硅光电二极
管的短路电流比的对数值与入射光波长的关系。
1、可以引起光电效应的光吸收包括本征吸收，杂质吸收，激子吸收，
自由载流子吸收和晶格吸收。
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
光电子技术课后答案期末考试
光电子技术课后答案期末考试一、简答题（共10题，每题2分）1.光电效应是指什么现象？请举例说明。
光电效应是指当光照射到金属表面时，金属中的自由电子被光子激发后脱离金属表面成为自由电子的现象。
例如，太阳能电池中的光电效应将太阳光转化为电能。
2.光纤通信的工作原理是什么？光纤通信是利用光纤作为传输介质，通过光的全反射来传输信号。
光信号被转换为光脉冲后，通过发射器发送到光纤中。
光脉冲沿着光纤传输，在传输过程中会发生衰减和色散，因此需要使用光纤放大器和补偿器来补偿这些损耗。
最后，光脉冲到达接收器，转换为电信号进行解析和处理。
3.请简述激光有哪些特点，并说明其应用领域。
激光具有单色性、方向性、相干性和高亮度等特点。
单色性指激光是单一频率的光束；方向性指激光具有非常狭窄的束发散角，能够聚焦在非常小的区域；相干性指激光光束的波长相位关系保持稳定；高亮度指激光具有很高的光功率密度。
激光的应用领域非常广泛，包括激光加工、医疗器械、通信、测量仪器等。
它在材料切割、焊接、打标、光刻等方面有重要应用；在医学领域，激光被用于手术切割、皮肤美容等；在通信领域，激光被用于高速光纤通信；在测量仪器中，激光被用于测距、测速等。
4.光栅的工作原理是什么？光栅是一种光学元件，可以通过光的干涉作用将入射光分解成多个不同波长的次级光波。
光栅的工作原理基于光的干涉，当入射光线通过光栅时，光栅上的间隙会产生光的干涉，使得光被分解成不同波长的光，从而形成光的光谱。
光栅的分辨本领取决于光栅的刻线数量和入射光的波长。
5.请简述光电二极管的结构和工作原理。
光电二极管是一种半导体器件，其结构由P型半导体和N型半导体组成。
当光线照射到P-N结上时，光子激发了半导体材料中的电子，使其跃迁到导带中，产生电子-空穴对。
这些电子-空穴对在电场的作用下会转移到两侧的电极上，产生电流。
6.光电二极管的特性曲线是什么样的？光电二极管的特性曲线呈现出光电流和反向饱和电流之间的关系。
光电技术答案
光电技术答案光电技术是指利用光和电的相互作用，实现信息的传输、处理和存储的一种技术。
在现代科技高度发达的年代，光电技术已经在各个领域中扮演着重要角色。
本文将从多个角度探讨光电技术的应用，为读者提供一些关于光电技术的答案和思考。
一、光电技术在通信领域中的应用随着人们对通信的需求不断增长，光电技术在通信领域中的应用越来越广泛。
其中，光纤通信是由光电技术驱动的通信方式之一。
通过将信息转换成光信号，然后通过光纤进行传输，可以实现远距离、高速率的数据传输。
而光电技术也是实现无线通信的核心技术，例如无线光通信技术的出现，解决了传统无线通信中信道容量有限的问题。
二、光电技术在能源领域中的应用能源开发和利用一直是全球性的关注焦点，而光电技术则在解决能源问题方面发挥着重要作用。
太阳能光电技术就是一个例子。
通过光电池将太阳光转化为电能，可以为人们提供可再生的清洁能源。
光电池同时还可以作为光热转换器，将太阳能转化为热能，用于供暖或者其他热能需求。
此外，光电技术还能应用于风能、潮汐能等其它可再生能源的开发与利用中。
三、光电技术在医疗领域中的应用光电技术在医疗领域中的应用也十分重要。
光电技术的发展使得医疗诊断、治疗方法得到了革命性改变。
例如，光电技术可以应用于光学成像领域，实现对人体内部组织和器官的无创检测。
光电技术还可用于激光手术、激光治疗和光动力疗法等领域，帮助人们更好地治疗疾病。
四、光电技术在生活中的应用除了前面提到的领域，光电技术在日常生活中也有着广泛的应用。
例如，光电技术可以应用于照明领域，发展出更高效、更节能的照明设备。
光电技术还可以应用于显示器技术，使得电子产品的屏幕显示更加清晰、细腻。
另外，光电技术还有用于光催化、光电子器件等方面的应用。
总结起来，光电技术在通信、能源、医疗和生活等领域中都发挥着重要作用。
它的应用不仅提高了效率，改善了生活质量，同时也为环境保护和可持续发展做出了贡献。
随着科技的不断进步和创新，相信光电技术会在未来发展中迎来更加广阔的前景，为人类社会带来更多的便利和进步。
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2
所以发光强度 I v, =
v ,
= 0.4815/（8.17×10-7）=5.89×105cd
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
a 2
+0.0005
=5.5×10-3m， 面积 A=r 2 =7.85×10-5m2
所以 N= e, = 9.54×1016 个/秒 hc
9．解：依题意， m = 0.465um，由维恩位移定律， m =2898/T，
则太阳表面的温度 T= 2898 m =6232.25K，又 M e,s,m =1.309T5×10-15 计算得其峰值光谱辐射出射度 M e,s,m =1.23×104W .cm2 .um1 10.解：人体在正常体温时 T=36.5+273=309.5K
量为e, =3mW 根据式（1-56）可计算出它发出的光通量为v, = K mV e,
又 K m =683lm/W，V0.6328=0.235，带入数据计算得v, 为 0.4815 lm。发光强度 Iv, =
v, ，立体角为 Ω=2π（1－（1－r2）1/2）， 将光束平面发散角转换 α= 1×10-3×180 /（π）=0.057 度 则 r = sin（α/2）=5×10-4 带入公式得 Ω= 8.17×10-7sr
而乙厂光电器件的光照灵敏度是 Sv
= 0.4
lm
显然 Sv1 Sv ，所以乙厂光电器件灵敏度高。
15.解：依题意， I 1 =50uA， I2 =300uA， I D =1uA
而
PN 结两端的开路电压为U oc
kT q
ln( I ID
1)
由于 T 不是定值，故只有当 T=273K 条件下才有：
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。
为 X v, K m V X e, 令 K = X v, / X e, = K m ×V ，称为人眼的明视觉光
谱光视效能。（其中定义V = Le,m Le, 为正常人眼的明视觉光谱光视效率。m 等
于 0.555um） 定义一个热辐射体发射的总光通量v 与总辐射通量e 之比，为该辐射体的光视 效能 K，K= K mV ，其中 V 为辐射体的光视效率。在光电信息变换技术领域常 用色温为 2856K 的标准钨丝灯作为光源，测量硅、锗等光电器件光的电流灵敏 度等特性参数。定义标准钨丝灯的光视效能为 Km ， Km =17．1 （lm/W）。 6．（平面发散角为 1mrad）解：（1）氦氖激光器输出的光为光谱辐射，则辐射通
= v,
A
=
0.4815 3.56 105
1.35104 lx
7．解：由题意有e, =3mW，又查表得 V（0.5145um）=0.6082
光通量v, = K mV e, =683×0.6082×3=1.246×103 lm，
3
屏幕上的光照度 Ev =v, A =1.246×103/（0.2×10-4）=6.23×107 lx 若屏幕的反射系数是 0.8，则光出射度为 M v, =0.8×6.23×107=4.984×107 lx
屏幕的光照度为 Ev =v, A =6.13×103 lx 6.（平面发散角为 0.02mrad）解：（1）氦氖激光器输出的光为光谱辐射，则辐射
通量为e, =3mW 根据式（1-56）可计算出它发出的光通量为v, = K mV e,
又 K m =683lm/W，V0.6328=0.235，带入数据计算得v, 为 0.4815 lm。
M e, 是黑体温度 T 和波长λ的函数，这就是普朗克辐射定律； b.斯忒藩—玻尔兹曼定律 黑体的总辐射出射度为对 M e, 积分，得到其为σT4； c.维恩位移定律 峰值光谱辐出度所对应的波长与绝对温度的乘积为常数。当温
度升高时，峰值光谱辐射出射度所对应的波长向短波长方向移动。 4 试举例说明辐射出射度 Me 与辐射照度 Ee 是两个意义不同的物理量。 答：略。
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
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 ，
4
由 Kw v e 则对应的光通量v1 K w e 17.11.592 27.223lm 所以 100W 的标准钨丝灯在 0.2sr 范围内所发出的光通量为 27.223lm。
14.解：设甲厂生产的光电器件的光照灵敏度为 Sv1 ，则有 Sv1KW Se ，
Sv1 Se K w =5/17.1= 0.29 Alm ，
符号 Qe 表示，其计量单位为焦耳（J）。 辐（射）通量e ：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 表示，其计量单位是瓦（W），即
e = dQe dt 。
辐（射）出（射）度 M e ：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 de 与该面元面积 dA 之比，定义
U oc1
KT q
In
50 1
1
1.38 1023 273 1.6 1019
In51
0.093V
U oc2
KT q
In
300 1
1
1.38 1023 273 1.6 1019
In301
0.134V
16.解：由 L
hc Eg
1.24
Eg
又 Eg =1.2
eV ，则
L
1.24 1.2
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
为r
R
sin
2
R2
，则
Ω=
r 2 R2
所以发光强度 I v, =
v ,
=
0.4815 0.00000103
4.67
105
cd
5．试说明 K m 、 K 、 KW 的意义及区别。 答： Km 为 人眼的明视觉最灵敏波长 λm 的光度参量对辐射度参量的转换常数， 称为正常人眼的明视觉最大光谱光视效能。其值为 683lm/W。
K 对于所谓辐射对人眼锥状细胞或柱状细胞的刺激程度，是从生理上评价所有
的辐射参量 X e, 与所有的光度参量 X v, 的关系。对于明视觉，刺激程度平衡条件
)
，由此可知时间
t
响应越长，灵敏度越高。
2.2 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。
又标准钨丝灯的辐射量与光度量的转化关系为 K w =17.1（lm/W），
v e K w 所以 Sv K w Se ，又 Sv =200uA/lm
则其辐射灵敏度 Se =200×17.1=3.42mA/lm。 13.解：依题意，辐射通量为 100W，则它的辐射强度为 Ie 100 4 =7.96cd 对应于 0.2sr 范围的辐射通量为e Ie 0.2 7.96 0.2 1.592W
5
18.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为电能的效 应。当入射辐射作用在半导体 PN 结上产生本征吸收时，价带中的光生空穴与导 带中的光生电子在 PN 结内建电场的作用下分开，N 区的空穴向 P 区运动，P 区 的电子向 N 区运动，结果 P 区带正电，N 区带负电，形成光生伏特电压或光生
又 L 1.4um
所以 Eg
1.24 L
1.24 1.4
0.886ev
6
光电技术第二章参考答案
2.1 解：在微弱信号的辐射下， 将式（1-80） n Ne, (1 et / ) 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