光电技术复习资料

1、设受光表面的光照度为100lx ，能量反射系数0.6，求该表面的光出射度和光亮度（假定该表面为朗伯辐射体）。（θ

cos dS dI L v

v =）解：设受光表面光谱反射率相同，则每单

位表面反射的光通量为

601006.0=⨯==入反ρφφLm/m 2

这也就是该表面的光出射度M v

。

对朗伯辐射体，其光亮度v L 与方向无关，沿任意方向（与法线方向成θ角）的发光强度θI 与法线方向发光强度0I 之间的关系为θθcos 0I I = 每单位面积辐射出的光通量除以π即为其光亮度：

1.1914

.360

cos 1

====

==πφθv S v v v dS

dI dS dI L C d /m 2sr 附：朗伯体法向发光强度I 0与光通量v Φ的关系 由定义，发光强度Ω

Φ=

d d I v

，所以在立体角Ωd 内的光通量：ϕθθθd d I Id d v sin cos 0=Ω=Φ在半球面内的光通量 ⎰⎰==

Φπ

ππϕθθθ20

02

/0

sin cos I d d I

v

2、计算电子占据比F E 高2KT 、10KT 的能级的几率和空穴占据比F E 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

)

exp(11

)(kT

E E E f F

n -+=

E 比E f 高2kT 时，电子占据比：1192.011)

2exp(11

2=+=+=e

kT

kT f e E 比E f 高10kT 时，电子占据比：5

10

1054.411-⨯=+=e f e

E 比E f 低2kT 时，空穴占据比：1192.011

)

exp(112

=+=-+=e kT

E E f f p

E 比E f 低10kT 时，空穴占据比：

5

10

1054.411-⨯=+=e f p

3、设N －Si 中310105.1-⨯=cm n i ，掺杂浓度31610-=cm N D ，少子寿命s μτ10=。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τ

P

R ∆=，当复合率为负值时即为产生率）

解：在本征硅中，20

2

10

25.2⨯==i

i i

n p n ，在N 型硅中，少子浓度：

416

2021025.21011025.2⨯=⨯⨯==d i N n P

产生率为： R `=96

41025.210101025.2⨯=⨯⨯=∆-=--τP R

每秒钟每立方厘米体积内可产生2.25×109个。

4、一块半导体样品，时间常数为s μτ1.0=，在弱光照下停止光照0.2s μ后，光电子浓度衰减为原来的多少倍？

解：

τ

t

e e

n t n -

=)0()(

1354

.0)

0()

(2==-e n t n e e 5、一块半导体样品，本征浓度310105.1-⨯=cm n i ，N 区掺杂浓度31710-=cm N D ，P 区掺杂浓度314107-⨯=cm N A ，求PN 结的接触电势差D U （室温下，V q

KT

026.0=）。 解：在P-N 结处，接触电势差

)

(685.046.26105875.2105.110107ln 10602.13001038.1ln 220217

1419

2320伏=⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==---i d a n N N e kT V

6、设某种光电倍增管一共有10个倍增极，每个倍增极的二次电子发射系数均为

4=σ，阴极灵敏度lm A S k /20μ=，阳极电流不得超过100A μ，试估算入射于阴极的光通

量的上限。

解：阳极电流I A 满足：n k v A S I σφ=，所以入射光通量

6

10

1077.44

20100-⨯=⨯=

=

n

k A v S I σφ lm 7、上题中，若阳极噪声电流4nA ，求其噪声等效光通量?（Z H f 1=∆） 解：题中未给出入射光的波长值，我们取波长为555 nm ，则1)(=λV

NEP =.n n k m i S k s --´==?´310

10

4101910204 Lm

8、某光敏电阻的暗电阻为600k Ω，在200lx 光照下亮暗电阻比为1：100，求该电阻的光电导灵敏度。

解：该光敏电阻的亮电阻为Ω⨯==31210601.0R R ，光电导R G /1=，所以光电导灵敏度

753121

21033.80

2001061106111-⨯=-⨯-⨯=--=E E R R S E S/Lx

9、某热探测器的热导为K W /1056-⨯，热容量为K J /1035-⨯，吸收系数0.8，若照射到光敏元上的调制辐射量为)cos 6.01(5t ω+⨯=Φ，求其温升随时间的变化关系，并给出上限调制频率。

解：上限调制频率f C G t t t πτω217.010

31051

5

6

==⨯⨯===--，所以： 027.02==

π

ω

f H Z 。 温升随时间的变化关系 )(2

/1220

)

1(ϕωτωηφηφ+++

=

∆t j t t m

t e G G T )(2

1

265

65)361(1051038.01051058.0ϕωω+----+⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=t j e )(2

1

2)

361(4.28ϕωω+-+⨯+=t j e