光电检测技术与应用课后答案
(完整版)光电检测技术与应用_郭培源_课后答案

光电检测技术与应用课后答案第1章1、举例说明你说知道的检测系统的工作原理。
(1)光电检测技术在工业生产领域中的应用:在线检测:零件尺寸、产品缺陷、装配定位…(2)光电检测技术在日常生活中的应用:家用电器——数码相机、数码摄像机:自动对焦--- 红外测距传感器自动感应灯:亮度检测---光敏电阻空调、冰箱、电饭煲:温度检测---热敏电阻、热电偶遥控接收:红外检测---光敏二极管、光敏三极管可视对讲、可视电话:图像获取---面阵CCD 医疗卫生——数字体温计:接触式---热敏电阻,非接触式---红外传感器办公商务——扫描仪:文档扫描--- 线阵CCD红外传输数据:红外检测---光敏二极管、光敏三极管(3)光电检测技术在军事上的应用:夜视瞄准机系统:非冷却红外传感器技术激光测距仪:可精确的定位目标光电检测技术应用实例简介点钞机(1)激光检测—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。
由于仿制困难,故用于辨伪很准确。
(2)红外穿透检测—红外信号的检测红外穿透的工作原理是利用人民币的纸张比较坚固、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高,因而对红外信号的吸收能力较强来辨别钞票的真假。
人民币的纸质特征与假钞的纸质特征有一定的差异,用红外信号对钞票进行穿透检测时,它们对红外信号的吸收能力将会不同,利用这一原理,可以实现辨伪。
(3)荧光反应的检测—荧光信号的检测荧光检测的工作原理是针对人民币的纸质进行检测。
人民币采用专用纸张制造(含85%以上的优质棉花),假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造,经漂白处理后的纸张在紫外线(波长为365nm 的蓝光)的照射下会出现荧光反应(在紫外线的激发下衍射出波长为420-460nm 的蓝光),人民币则没有荧光反应。
所以,用紫外光源对运动钞票进行照射并同时用硅光电池检测钞票的荧光反映,可判别钞票真假。
光电探测技术与应用第4章课后习题与答案

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
U o I sc 2 R f I sc 2
Uo 1 0.0416mA Rf 24
则,E
e2
I sc 2 0.0416 Ee 100 0.69mW / cm 2 I sc 6
6 已知 2CR44 型硅光电池的光敏面积为 10mm 10mm,在室温为 300K、辐照 度为 100 mW / cm 2 时的开路电压 U oc 550mV ,短路电流 I sc 28mA 。试求:辐 照度为 200 mW / cm 2 时的开路电压 U oc 、短路电流 I sc 、获得最大功率的最佳负载 电阻 RL 、最大输出功率 Pm 和转换效率 m
解: (1)由题意,在温度为 300K 条件下,当辐照度 E e 为 100mW / cm 2 时, 开路电压 U oc 550mW ,短路电流 I sc 6mA ,则由
U oc
I q kT (1 e d ) e, 得,在室温情况下,辐照度为 ln( 1) 及 I sc I h q ID
KT I 1 3 0.026 ln ln 0.018V 18mV q I 6
所以 U oc1 U oc 18 550 18 532mV (2)由于运放的开环增益 A 10 5 ,故可将电路视为零伏偏置电路,则
光电技术及应用教学课件ppt作者谭巧习题答案

1章习题答案1.什么是人眼的视见函数,明适应和暗适应分别是什么意思?答:由于光度测量依赖于人的视觉器官的生理特性,为了统一评价标准,引入了视见函数、也称光谱光视效率的概念。
明适应是指正常人眼对亮度水平在几坎德拉每平方米以上的适应状态,处于明适应条件下的视觉叫明视觉。
正常人眼所适应的亮度水平在百分之几坎德拉每平方米以下的视觉叫暗视觉。
2.试简述辐射量和光度量的区别。
答:对电磁辐射能量进行客观计量的学科称辐射度学,与之测量相关的物理量即为辐射量;考虑到人眼的主观因素后的相应计量学科称为光度学;与之测量相关的即为光度量。
3.试叙述光度量中几个光学量之间的关系。
答:几个光学量之间的关系可以如图1-3所示:4.什么是外光电效应?其代表器件是什么?答:在光的作用下,金属或半导体材料中的电子吸收足够高的光子能量,逸出物体表面向外发射的现象叫做外光电效应,也叫光电发射效应。
它是真空光电器件光电阴极工作的物理基础。
其代表器件是真空光电管,或倍增光电管。
5.什么是光生伏特效应?光伏器件有哪些,试叙述其各自的应用场合。
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成电能的效应。
光伏器件有光电二极管、光电三极管、硅光电池等等。
6.简述光源的分类。
答:光源可以分为自然(天然)光源和人造光源。
人造光源又可以分为物理光源和电光源。
物理光源主要是从人工取火开始,到后来的油灯、蜡烛等。
而1879年爱迪生发明的白炽灯则开启了电光源的时代。
光源的分类如图1-11所示。
7.试比较气体发光型光源和热辐射型光源的不同和相同之处。
答:两者的不同之处在于:气体放电光源是利用气体放电的发光原理制成的,如高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯等。
热辐射光源是发光物体在热平衡状态下,使热能转变为光能的光源,如白炽灯,卤钨灯等。
相同之处在于两者都是非相干光源,发出的为非相干光,但是都为连续的光谱。
8.激光有哪些特点?激光器的基本结构如何?答:激光的特点:单色性好,相干性好,方向性好,亮度高。
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。
光电检测技术与应用课后答案

光电检测技术与应⽤课后答案第2章1、简述光电效应的⼯作原理。
什么是暗电流?什么是亮电流?P11答:暗电流指的是在⽆光照时,由外电压作⽤下P-N结内流过的单向电流;光照时,光⽣载流⼦迅速增加,阻值急剧减少,在外场作⽤下,光⽣载流⼦沿⼀定⽅向运动,形成亮电流。
2、简述光⽣伏特效应的⼯作原理。
为什么光伏效应器件⽐光电导效应器件有更快的响应速度?P15答:(1)光⽣伏特效应的⼯作基础是内光电效应.当⽤适当波长的光照射PN结时,由于内建场的作⽤(不加外电场),光⽣电⼦拉向n区,光⽣空⽳拉向p区,相当于PN结上加⼀个正电压。
(2)光⽣伏效应中,与光照相联系的是少数载流⼦的⾏为,因为少数载流⼦的寿命通常很短,所以以光伏效应为基础的检测器件⽐以光电导效应为基础的检测器件有更快的响应速度。
3、简述光热效应⼯作原理。
热电检测器件有哪些特点?P15、P17第3章2、对于同⼀种型号的光敏电阻来讲,在不同光照度和不同环境温度下,其光电导灵敏度与时间常数是否相同?为什么?如果照度相同⽽温度不同时情况⼜会如何?3、为什么结型光电器件在正向偏置时,没有明显的光电效应?它必须在哪种偏置状态?为什么?答:因为p-n结在外加正向偏压时,即使没有光照,电流也随着电压指数级在增加,所以有光照时,光电效应不明显。
p-n结必须在反向偏压的状态下,有明显的光电效应产⽣,这是因为p-n结在反偏电压下产⽣的电流要饱和,所以光照增加时,得到的光⽣电流就会明显增加。
5、光电导器件响应时间(频率特性)受哪些因素限制?光伏器件与光电导器件⼯作频率哪个⾼?实际使⽤时如何改善其⼯作频率响应?6、硅光电池的开路电压为什么随着温度的升⾼⽽下降?影响光电倍增管⼯作的环境因素有哪些?如何减少这些因素的影响?答:温度升⾼时,半导体的导电性将发⽣⼀定的变化,即少数载流⼦浓度随着温度的升⾼⽽指数式增⼤,相对来说多数载流⼦所占据的⽐例即越来越⼩,这就使得多数载流⼦往对⽅扩散的作⽤减弱,从⽽起阻挡作⽤的p-n结势垒⾼度也就降低。
光电探测技术与应用 课后习题与答案

/,(1t )e n N e ητλ∇=--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/2,(1t )g e dgq S d hcl e λτμλ-==-∅,由此可知时间t 响应越长,灵敏度越高。
解:在微弱信号的辐射下, 将式(1-80)2 对于同一种型号的光敏电阻来讲,在不同光照度和不同环境温度下,其光电导灵敏度与时间常数是否相同?为什么?如果照度相同而温度不同时情况又会如何?1 试说明为什么本征光电导器件在越微弱的辐射作用下,时间响应越长,灵敏度越高。
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。
其材料性质已经一样,只是决定了的值一定,光照度和环境温度不同,则产生的光生电子浓度和热生电子浓度各异,决定了值不同,照度相同决定光生电子浓度相同,温度不同决定热生电子浓度不同,同样也决定了值不同。
由(1-85)和(1-88)推出光电灵敏度不相解: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同,由(2-5)和(2-11)推出其时间常数不相同。
3 设某只CdS 光敏电阻的最大功耗为30mW ,光电导灵敏度S g =0.5⨯10-6S /lx ,暗电导g 0=0。
试求当CdS 光敏电阻上的偏置电压为20V 时的极限照度。
最大照度2(2P ()g gI PE US U S ==2=22500 lx最小照度2P gI PE US U S ===150 lxI p g US E r 得解:由式(2-1)应如何调整电阻器R ?4 在如图所示的照明灯控制电路中,将上题所给的CdS 光敏电阻用作光电传感器,若已知继电器绕组的电阻为5K Ω,继电器的吸合电流为2mA ,电阻R =1K Ω。
求为使继电器吸合所需要的照度。
要使继电器在3lx 时吸合,问第三章 光电导器件光电探测技术与应用 主编:郝晓剑 李仰军 国防工业出版社*1000=208 V 由2()PgIE US == 369.8 lxU C r I p g US E 得,在光照度在3lx 时,入射辐射很弱,r=1,由Pg S E==220—0.002*(5+R )*1000,推出R=820Ω,故应将R 值调到820Ω。
光电检测技术习题答案

光电检测系统作业答案:第一章:1-2:使用一定的敏感器和传感器,对被测量感知,并转化为电信号,实现非电量的检测。
1-7:题目自拟。
第二章:2-2:光照PN结产生光生载流子,在PN结两端出现电动势,称为光生伏特效应。
在光生伏特效应中,与光照相联系的是少数载流子的行为,少数载流子的寿命通常很短,所以光生伏特效应的探测器比光电导探测机器有更快的响应速度。
2-4:光电效应是指光照射到物体表面上使物体发射电子、或电导率发生变化、或产生光电动势的现象。
光电效应实质上是入射光辐射与物质中束缚于晶格的电子或自由电子的相互作用所引起的。
光电效应对光频率(波长)具有选择性,在光子与电子的相互作用下,其响应速度比较快。
按照是否发射电子可将光电效应分为内光电效应和外光电效应,具体有光电子发射效应、光电导效应、光生伏特效应等。
光热效应是指探测元件在吸收光辐射能量后,并不直接引起内部电子状态的变化,而是把吸收的光能变为晶格的热运动,引起探测元件温度的上升,温度上升的结果又使探测元件与温度有关的电学性质或其他物理性质发生变化。
原则上,光热效应对光波频率(波长)没有选择性,因而物质温度的变化仅决定于光功率,而与入射光辐射的光谱成分无关。
因为温度升高是热积累的作用,所以光热效应的响应速度一般比较慢,而且容易受环境温度变化的影响。
光热效应包括热释电效应、温差电效应和辐射热计效应等。
第三章3-4:该题参数不够3-5:光电导器件响应时间受入射光的照度、所加电压和负载电阻大小等因素限制。
光伏器件的工作频率比光电导器件的工作频率高。
实际使用中主要通过电路设计来改善工作频率响应,如合理地设计负载电阻的大小。
3-13: 由于光照度增大到一定程度后,硅光电池的p-n 结产生的光生载流子数达到饱和,其开路电压也将受到势垒高度的限制,因此不会再随入射照度的增大而增大。
硅光电池的最大开路电压由表达式可得lnI S U U T oc Φ=,其中U T ≈0.26mV ,S 为光电灵敏度,Ø为光照度,通常U oc ≈0.45~0.6V 。
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。
光电检测技术第二版答案

光电检测技术第二版答案篇一:《光电检测技术-题库》(2) 】、填空题1. 对于光电器件而言,最重要的参数是、和。
2. 光电倍增管由阳极、光入射窗、电子光学输入系统、和等构成。
3. 光电三极管的工作过程分为和。
4. 激光产生的基本条件是受激辐射、和。
5. 非平衡载流子的复合大致可以分为和。
6. 在共价键晶体中,从最内层的电子直到最外层的价电子都正好填满相应的能带,能量最高的是填满的能带,称为价带。
价带以上的能带,其中最低的能带常称为,与之间的区域称为。
7. 本征半导体在绝对零度时,又不受光、电、磁等外界条件作用,此时导带中没有,价带中没有,所以不能。
8. 载流子的运动有两种型式,和。
9. 发光二极管发出光的颜色是由材料的决定的。
10. 光电检测电路一般情况下由、、组成。
11. 光电效应分为内光电效应和效应,其中内光电效应包括和,光敏电阻属于效应。
12. 半导体对光的吸收一般有、、、和这五种形式。
13. 光电器件作为光电开关、光电报警使用时,不考虑其线性,但要考虑。
14. 半导体对光的吸收可以分为五种,其中和可以产生光电效应。
15. 光电倍增管由阳极、光入射窗、电子光学输入系统、和等构成,光电倍增管的光谱响应曲线主要取决于材料的性质。
16. 描述发光二极管的发光光谱的两个主要参量是和。
17. 检测器件和放大电路的主要连接类型有、和等。
18.. 使用莫尔条纹法进行位移- 数字量变换有两个优点,分别是和19. 电荷耦合器件( ccd )的基本功能是和。
20. 光电编码器可以按照其构造和数字脉冲的性质进行分类,按照信号性质可以分为和。
21. 交替变化的光信号,必须使所选器件的大于输入信号的频率才能测出输入信号的变化。
22. 随着光电技术的发展,可以实现前后级电路隔离的较为有效的器件是。
23. 硅光电池在偏置时,其光电流与入射辐射通量有良好的线性关系,且动态范围较大。
24. 发光二极管的峰值波长是由决定的。
光电检测技术(第二版)_答案_(与教材匹配)_曾光宇_张志林_张存林_主编

3-6: 3-7:
PIN 管原理:在高掺杂 P 型和 N 型半导体之间生长一层具有一定厚度(近似于反偏压下 的耗尽层厚度)的本征半导体或低掺杂半导体材料(称为 I 层),使 PIN 管具有优于耗尽层 光敏二极管的高速响应特性。
特点:响应时间很短,在 S 左右;频带很宽,可达 10GHz;输出电流小,只有零点几 uA 至数 uA
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1-8:
第2章
2-1:
(1)辐射效率和发光效率
在给定波长范围内,某一光源发出的辐射通量与产生这些辐射通量所需的电功率之比,
称为光源在规定光谱范围内的辐射效率。
(2)光谱功率分布
不同光源在不同光谱上辐射出不同的光谱功率,常用光谱功率分布来描述。
(3)空间光强分布
All right reserved:Charles
对于各向异性光源,其发光强度在空间各方向上是不相同的。若在空间某一截面上,自 原点向各径向取矢量,矢量的长度与该方向的发光强度成正比。将各矢量的端点连起来,就 得到光源在该截面上的发光强度曲线,即配光曲线。 (4)光源的色温
辐射源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光的颜色相同,则黑体的这一温度称为该 辐射源的色温。 (5)光源的颜色
1-5:
All right reserved:Charles
白噪声:指功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声。所有频率具有相同能量的随机噪 声称为白噪声。
1/f 噪声:这种噪声的功率谱与频率成反比变化,故称 1/f 噪声。 措施:降低温度,选择带通小的电阻。 1-6: 最小辐射功率:
1-7: 时间常数:Ʈ= 1 = 1 ≈8ns
电源电压稳定度: U 1 M 1 1% 0.083% U nk M 12 1
光电检测技术第四版答案

光电检测技术第四版答案1.在演示光电效应的实验中,原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连,用弧光灯照射锌板时,验电器的指针张开一个角度,如图所示,这时()[单选题] *A.锌板带正电,指针带负电B.锌板带正电,指针带正电(正确答案)C.锌板带负电,指针带正电D.锌板带负电,指针带负电2.用单色光照射某种金属表面发生光电效应。
已知单色光的频率为ν,金属的逸出功为W,普朗克常量为h,光电子的最大初动能为Ek,下列关于它们之间关系的表达式正确的是() [单选题] *A.Ek=hν-W(正确答案)B.Ek=hν+WC.W=Ek-hνD.W=Ek+hν3.一单色光照到某金属表面时,有光电子从金属表面逸出,下列说法中正确的是()[单选题] *A.增大入射光的频率,金属的逸出功将增大B.增大入射光的频率,光电子的最大初动能将增大(正确答案)C.增大入射光的强度,光电子的最大初动能将增大D.延长入射光照射时间,光电子的最大初动能将增大4.用波长为λ的紫外线照射钨的表面,释放出来的光电子中最大的动能是Ek,普朗克常量h, 光速c,则钨的极限频率为() [单选题] *A. c/λB. Ek/hC. hc/λ-EkD.c/λ-Ek/h(正确答案)5.在做光电效应实验时,某金属被光照射发生了光电效应,实验测出光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系图像如图所示,说法不正确的是()[单选题] *A. 纵截距的绝对值为金属的逸出功B. 斜率为普朗克常量C. 横截距为该金属的极限频率D. 换极限频率较大的另一种金属做实验并作出图像,图像的斜率也变大(正确答案)6.把一块带负电的锌板连接在验电器上,验电器指针张开一定的角度。
用紫外线灯照射锌板,发现验电器指针的张角发生变化。
下列推断合理的是()[单选题] *A.验电器指针的张角会不断变大B.验电器指针的张角会先变小后变大(正确答案)C.验电器指针的张角发生变化是因为锌板获得了电子D.若改用红外线照射锌板也一定会使验电器指针的张角发生变化7.光照在某金属表面上发生了光电效应。
光电检测技术课程作业及答案打印版概要

思索题及其答案习题01一、填空题1.一般把对应于真空中波长在(0.38 )到(0.78 )范围内旳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旳量有两类, 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)。
光旳传播过程中重要体现为(波动性), 但当光与物质之间发生能量互换时就突出地显示出光旳(粒子性)。
二、概念题1.视见函数: 国际照明委员会(CIE)根据对许多人旳大量观测成果, 用平均值旳措施, 确定了人眼对多种波长旳光旳平均相对敏捷度, 称为“原则光度观测者”旳光谱光视效率V(λ),或称视见函数。
2.辐射通量: 辐射通量又称辐射功率, 是辐射能旳时间变化率, 单位为瓦(1W=1J/s), 是单位时间内发射、传播或接受旳辐射能。
3、辐射亮度: 由辐射表面定向发射旳旳辐射强度, 除于该面元在垂直于该方向旳平面上旳正投影面积。
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种点光源发出旳, 在单位时间内、给定方向上单位立体角内所辐射出旳能量, 单位为W/sr(瓦每球面度)。
三、简答题辐射照度和辐射出射度旳区别是什么?答: 辐射照度和辐射出射度旳单位相似, 其区别仅在于前者是描述辐射接受面所接受旳辐射特性, 而后者则为描述扩展辐射源向外发射旳辐射特性。
四、计算及证明题证明点光源照度旳距离平方反比定律, 两个相距10倍旳相似探测器上旳照度相差多少倍? 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 ()122222222211221211001001010E E L IE L I L I L I E R I E L L L L =∴====∴== 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)。
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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)范围内的电磁辐μ)到(0.78m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)。
光电技术课后习题答案

光电技术课后习题答案光电技术课后习题答案光电技术是一门研究光和电的相互作用以及应用的学科,涉及到光电器件、光电传感器、光电探测等方面的知识。
在学习光电技术的过程中,课后习题是巩固知识、检验理解的重要方式。
下面是对一些常见光电技术课后习题的解答,希望对大家的学习有所帮助。
1. 什么是光电效应?它有什么应用?光电效应是指当光照射到某些物质表面时,会引起电子的发射现象。
光电效应的应用非常广泛,其中最常见的就是太阳能电池。
太阳能电池利用光电效应将太阳光转化为电能,实现绿色能源的利用。
此外,光电效应还应用在光电传感器、光电开关等领域。
2. 什么是半导体光电器件?请举例说明。
半导体光电器件是利用半导体材料的特性来实现光电转换的器件。
常见的半导体光电器件有光电二极管、光敏电阻和光电晶体管等。
以光电二极管为例,当光照射到光电二极管的PN结时,会产生电流,实现光电转换。
3. 什么是光电传感器?它有哪些应用?光电传感器是一种能够将光信号转化为电信号的传感器。
它广泛应用于工业自动化、机器人技术、安防监控等领域。
例如,光电传感器可以用于检测物体的存在与否,实现自动化生产线的控制;也可以用于人体检测,实现智能安防系统的监控。
4. 什么是光电探测?请举例说明。
光电探测是利用光电器件对光信号进行检测和测量的过程。
它可以用于测量光强、光功率、光频率等参数。
例如,光电探测器可以用于光通信领域,测量光信号的强度和频率,实现高速光通信的传输;也可以用于光谱分析,测量光信号的频率分布,实现物质成分的分析。
5. 什么是光电效应的量子解释?请简要说明。
光电效应的量子解释是基于光的粒子性质进行解释的。
根据量子理论,光的能量是以光子的形式存在的,光子的能量与光的频率成正比。
当光照射到物质表面时,光子的能量被传递给物质的电子,使其获得足够的能量跳出物质表面,从而产生光电效应。
6. 什么是光电二极管的工作原理?请简要说明。
光电二极管是一种利用光电效应将光信号转化为电信号的器件。
南京理工大学光电检测-习题解答教材

南京理工大学光电检测课后习题答案第1章1、举例说明你说知道的检测系统的工作原理。
(1)光电检测技术在工业生产领域中的应用:在线检测:零件尺寸、产品缺陷、装配定位…(2)光电检测技术在日常生活中的应用:家用电器——数码相机、数码摄像机:自动对焦---红外测距传感器自动感应灯:亮度检测---光敏电阻空调、冰箱、电饭煲:温度检测---热敏电阻、热电偶遥控接收:红外检测---光敏二极管、光敏三极管可视对讲、可视电话:图像获取---面阵CCD医疗卫生——数字体温计:接触式---热敏电阻,非接触式---红外传感器办公商务——扫描仪:文档扫描---线阵CCD红外传输数据:红外检测---光敏二极管、光敏三极管(3)光电检测技术在军事上的应用:夜视瞄准机系统:非冷却红外传感器技术激光测距仪:可精确的定位目标光电检测技术应用实例简介点钞机(1)激光检测—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。
由于仿制困难,故用于辨伪很准确。
(2)红外穿透检测—红外信号的检测红外穿透的工作原理是利用人民币的纸张比较坚固、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高,因而对红外信号的吸收能力较强来辨别钞票的真假。
人民币的纸质特征与假钞的纸质特征有一定的差异,用红外信号对钞票进行穿透检测时,它们对红外信号的吸收能力将会不同,利用这一原理,可以实现辨伪。
(3)荧光反应的检测—荧光信号的检测荧光检测的工作原理是针对人民币的纸质进行检测。
人民币采用专用纸张制造(含85%以上的优质棉花),假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造,经漂白处理后的纸张在紫外线(波长为365nm的蓝光)的照射下会出现荧光反应(在紫外线的激发下衍射出波长为420-460nm的蓝光),人民币则没有荧光反应。
所以,用紫外光源对运动钞票进行照射并同时用硅光电池检测钞票的荧光反映,可判别钞票真假。
光电探测技术与应用第一章课后习题与答案

光电探测技术与应用 第一章课后习题答案(部分)1.1 辐射度量与光度量之间有哪些区别?有哪些相同点和联系?答:光辐射度量在历史上形成了辐射度学和光度学两套度量系统。
辐射度学:是建立在物理测量的基础上的辐射能量客观度量,不受人眼主观视觉的限制,其概念和方法适用于整个光辐射范围(红外、紫外辐射等必须采用辐射度学)。
光度学:是建立在人眼对光辐射的主观感觉基础上,是一种心理物理法的测量,故只适用于电磁波谱中很窄的可见光区域。
1.2一支氦-氖激光器(波长为632.8nm )发出激光的功率为2mw 。
该激光束的平面发散角为1mrad ,激光器的放电毛细管直径为1mm 。
(1)求出该激光束的光通量,发光强度,光亮度,光出射度。
(2)若激光束投射在10m 远的白色漫反射屏上,该漫反射屏的反射比为0.85,求该屏上的光亮度。
解:① 该激光束的光通量328.0102240.0683)(3-⨯⨯⨯==e m v V K φλφLm (流明)发光强度 )1028.3(102.44/)101(328.05523⨯⨯=⨯=∆Ω=-πφvv I Cd(坎德拉) 光亮度 )102.4(1035.54/)101(102.41111235⨯⨯=⨯⨯=∆=-或πS I L v v Cd/m 2 光出射度 523102.44/)101(328.0⨯=⨯=∆=-πφS M vv Lm/m 2 ② 10米远处光斑面积大小:52321085.7)10110(414.3)(4--⨯=⨯⨯=∆=θπL S m 2 反射光功率为: 33'107.110285.0--⨯=⨯⨯==P P ρW反射光通量 279.0240.0683107.1)(3''=⨯⨯⨯==-λφV K P m v Lm漫反射屏可以看作是个朗伯体,其法向发光强度I 0与光通量的关系是πφ/0=I ,由于朗伯体的光亮度与方向无关,所以:35'01013.11085.714.3279.0⨯=⨯⨯===-S S I L v v πφ Cd/m 2 1.4 用目视观察发射波长分别为435.8nm 和546.1nm 的俩个发光体,他们的亮度相同,均为3cd/m 2.如果在俩个发光体前分别加上透射比为10−4的光衰减器,问此时目视观察的亮度是否相同?为什么?解:光衰减器的透射比指的是光辐射能量的透射比。
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光电检测技术与应用课后答案【篇一:光电检测习题解答】知道的检测系统的工作原理。
(1)(2)光电检测技术在日常生活中的应用:家用电器一一数码相机、数码摄像机:自动对焦一红外测距传感器自动感应灯:亮度检测一光敏电阻空调、冰箱、电饭煲:温度检测一热敏电阻、热电偶遥控接收:红外检测一光敏二极管、光敏三极管可视对讲、可视电话:图像获取一面阵ccd医疗卫生一一数字体温计:接触式一热敏电阻,非接触式一红外传感器办公商务一一扫描仪:文档扫描一线阵ccd红外传输数据.红外检测一光敏二极管、光敏三极管(3)光电检测技术在军事上的应用:夜视瞄准机系统:非冷却红外传感器技术激光测距仪:可精确的定位目标光电检测技术应用实例简介点钞机(1)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。
(3)荧光反应的检测一荧光信号的检测荧光检测的工作原理是针对人民币的纸质进行检测。
一一人民币采用专用纸张制造(含85%以上的优质棉花)《假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造,经漂白处理后的纸张在紫外线(波长为365nm的蓝光)的照射下会出现荧光反应(在紫外线的激发下衍射出波长为420一460nm的蓝光),人民币则没有荧光反应。
所以,用紫外光源对运动钞票进行照射并同时用硅光电池检测钞票的荧光反映,可判别钞票真假。
(4)纸宽的检测一红外发光二极管及接收二极管的应用主要是用于根据钞票经过此红外发光及接收二极管所用的时间及电机的转速来间接的计算出钞票的宽度,并对机器的运行状态进行判断,比如有无卡纸等;同时也能根据钞票的宽度判断出其面值。
(5)喂钞台、接钞台传感器一红外对管的应用在点钞机的喂钞台和取钞台部分分别有一个作为有无钞票的发射接收红外对管,用来检测是否有钞票放入或取出。
2、如何实现非电量的测量?4、什么是噪声和干扰?什么是有用信号?噪声是来自元器件内部粒子;而干扰是指其他的有害信号,有系统外部的,也可以有内部的。
有用信号指传递用户所需信息的信号,或是用来让接收设备收到信号后产生一个预先设定的动作的信号。
从物理角度看,噪声是由声源作无规则和非周期性振动产生的声音。
噪声为电子系统中任何不需要的信号。
噪声会导致信号质量下降以及精确测量方面的错误。
噪声包括固有噪声及外部噪声,这两种基本类型的噪声均会影响电子电路的性能。
外部噪声来自外部噪声源,固有噪声由电路元件本身生成,最常见的例子包括宽带噪声、热噪声以及闪烁噪声等。
干扰分 3 部分,干扰源、耦合通道和敏感对象。
在不同空间和时间尺度上偶然发生,不可预知。
5、如何判断干扰?如何避免干扰?常见的信号的干扰有:(1)器件工作的噪声干扰,比如说数字电路正负逻辑的转换导致的电磁场干扰,电搜索压电流变化产生的电磁场干扰。
(2)高频信号噪声干扰(串扰和回损),因为高频电路能产生强电磁场,产生感应信号。
(3)电源噪声干扰,现在大部分电源系统采用的都是开关电源,开关电路的高频开关动作会导致严重的高频噪声。
(4)地线噪声干扰,都知道只要是线就会存在电阻,当一条地线上挂有多个设备时,而且工作电流较大时,小电阻也会产生电位差,从而影响设备。
总之干扰无处不在,在设计电路或画pcb时可以考虑从3点处理,即屏蔽干扰源、切断耦合通道、保护敏感对象。
6、电子计数器如何实现既能测量频率又能测量周期?为什么要通过测量周期的方法来测量低频信号的频率? 0 0采用多周期同步测量技术,这种测量方法实际上是对信号周期进行测量信号的频率是经过倒数运算求出来的。
因而,从测频的角度,上述测量方法也称为倒数计数器法。
数字频率计测量频率的原理:石英振荡器imhz标准脉冲信号,经过分频器分频为ihz周期 is的尖波信号接到控制门的控制端,被测信号通过放大整形变为正半波尖脉冲信号,接到控制器的信号端;第一个秒信号触发控制门打开,尖脉冲通过控制门,第二个秒信号到来后控制门关闭,脉冲计数器记录两个秒信号间隔时间内通过控制门的尖脉冲个数就等于被测信号的频率值。
数字频率计测量周期的原理:采用上述方法测量低频信号时可能产生较大的误差,因为第一个秒信号到来的时间是随机的,计数器从开启到关闭可能多记一个或少记一个数;因此,为了保证低频信号测量的精度,可以用周期测量法:即用被测信号脉冲去控制门电路的开启,让标准时间通过控制门,进入计数器进行计数,这样计数器的值就等于一个被测电压的周期内有几个标准时间脉冲通过,相当于一个周期等于几个时间单位。
这就是为什么要通过测量周期来测定低频型号的频率搜索的原因。
8、试叙述光电检测系统的组成及特点。
p6 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)光电变换光电/热电器件(传感器)、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)第2章光敏电阻两端加电压(直流或交流)。
无光照时,阻值很大,电流(暗电流)很小:光照时,光生载流子迅速增加,阻值急剧减少,在外场作用下,光生载流子沿一定方向运动,形成亮电流。
2、速简述光生伏特效应的工作原理。
为什么光伏效应器件比光电导效应器件有更快的响应答:(1)光生伏特效应的工作基础是内光电效应,当用适当波长的光照射pn结时,山于内建场的作用(不加外电场),光生电子拉向n区,光生空穴拉向p区,相当于pn结上加一个正电压。
(2)光伏效应中,与光照相联系的是少数载流子的行为,因为少数载流子的寿命通常很短,所以以光伏效应为基础的检测器件比以光电导效应为基础的检测器件有更快的响应速度。
3、4、简述光热效应工作原理。
热电检测器件有哪些特点?p15 比较光电效应和热电效应在作用机理、性能及应用特点等方面的差异。
答:所谓光电效应是指,光辐射入射到光电材料上时,光电材料发射电子,或者其电导率发生变化,或者产生感生电动势的现象。
光电效应实质上是入射光辐射与物质中束缚于晶格的电子或自山电子的相互作用所引起的。
光电效应就对光波频率(或波长)表现出选择性。
在光子直接与电子相互作用的情况下,其响应速度一般比较快。
按照是否发射电子,光电效应又分为内光电效应和外光电效应。
具体有光电子发射效应《光电导效应、一一光生伏特效应、光子牵引效应和光电磁效应等。
1光热效应的实质是探测元件吸收光辐射能量后,并不直接引起内部电子状态的改变,而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量,引起探测元件温度上升,温度上升的结果又使探测元件与温度有关的电学性质或其他物理性质发生变化。
原则上,光热效应对光波频率(或波长)没有选择性,因而物质温度的变化仅决定于光功率(或其变化率),而与入射光辐射的光谱成分无关。
因为温度升高是热积累的作用,所以光热效应的响应速度一般比较慢,而且容易受环境温度变化的影响。
光热效应包括热释电效应、温差电效应和测热辐射计效应等第3章1、试说明为什么本征光电导器件在越微弱的辐射作用下,时间响应越长,灵敏度越高解,在微弱信号的辐射下,將式0一8的vi一趸1 )代入(1 83),并对其求导即可得半导体材料在弱辐射t的光电导灵敏度为s2、 2 0一0),由此可知时间t响应越长,灵敦度越高。
对于同一种型号的光敏电阻来讲,在不同光照度和不同环境温度下,其光电导灵敏度与时间常数是否相同?为什么?如果照度相同而温度不同时情况又会如何?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闾锵数不相同。
在照度相同而温度不同时,其光电导灵度不相同和时间常数也不相同。
其材料性质已经一枷只是决定了的值0定,光照度和环境温度不同,则产生的光生电子浓度和热生电子浓度各异决定了值不同,照度相同决定光生电子浓度相同,温度不同决定热生电子浓度不同,同样也决定了值才同,由(1 85)和(1 88)推出光电灵敏度不相同,由0巧)和(2-11)推出其时间常数不相同。
3、为什么结型光电器件在正向偏置时,没有明显的光电效应?它必须在哪种偏置状态?为什么?答:因为p-n结在外加正向偏压时,即使没有光照,电流也随着电压指数级在增加,所以有光照时,光电效应不明显。
p-n结必须在反向偏压的状态下,有明显的光电效应产生,这是因为p-n结在反偏电压下产生的电流要饱和,所以光照增加时,得到的光生电流就会明显增加。
4、器在如图3一70所示的照明灯控制电路中,将题3所给的cds光敏电阻用作光电传感(10分)光电光电阻的已照射下弱光 0= 欧的接时【篇二:南京理工大学光电检测-习题解答】=txt>第1章1、举例说明你说知道的检测系统的工作原理。
(1)光电检测技术在工业生产领域中的应用:在线检测:零件尺寸、产品缺陷、装配定位?(2)光电检测技术在日常生活中的应用:家用电器——数码相机、数码摄像机:自动对焦---红外测距传感器自动感应灯:亮度检测---光敏电阻空调、冰箱、电饭煲:温度检测---热敏电阻、热电偶遥控接收:红外检测---光敏二极管、光敏三极管可视对讲、可视电话:图像获取---面阵ccd医疗卫生——数字体温计:接触式---热敏电阻,非接触式---红外传感器办公商务——扫描仪:文档扫描---线阵ccd红外传输数据:红外检测---光敏二极管、光敏三极管(3)光电检测技术在军事上的应用:夜视瞄准机系统:非冷却红外传感器技术激光测距仪:可精确的定位目标光电检测技术应用实例简介点钞机(1)激光检测—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。
由于仿制困难,故用于辨伪很准确。
(2)红外穿透检测—红外信号的检测红外穿透的工作原理是利用人民币的纸张比较坚固、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高,因而对红外信号的吸收能力较强来辨别钞票的真假。
人民币的纸质特征与假钞的纸质特征有一定的差异,用红外信号对钞票进行穿透检测时,它们对红外信号的吸收能力将会不同,利用这一原理,可以实现辨伪。
(3)荧光反应的检测—荧光信号的检测荧光检测的工作原理是针对人民币的纸质进行检测。
人民币采用专用纸张制造(含85%以上的优质棉花),假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造,经漂白处理后的纸张在紫外线(波长为365nm的蓝光)的照射下会出现荧光反应(在紫外线的激发下衍射出波长为420-460nm的蓝光),人民币则没有荧光反应。
所以,用紫外光源对运动钞票进行照射并同时用硅光电池检测钞票的荧光反映,可判别钞票真假。
(4)纸宽的检测—红外发光二极管及接收二极管的应用主要是用于根据钞票经过此红外发光及接收二极管所用的时间及电机的转速来间接的计算出钞票的宽度,并对机器的运行状态进行判断,比如有无卡纸等;同时也能根据钞票的宽度判断出其面值。