光电检测课后习题部分答案

第二章

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？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.

比较光电效应和光热效应在作用机理、性能及应用特点等方面的差异？

1.光电效应：指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应。探测器吸收光子后，直接引起原子或分子的内部电子状态的改变。光子能量的大小，直接影响内部电子状态的改变。特点：光子效应对光波频率表现出选择性，响应速度一般比较快。

2. 光热效应：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的电学性质或其他物理性质发生变化。特点：原则上对光波频率没有选择性，响应速度一般比较慢。（在红外波段上，材料吸收率高，光热效应也就更强烈，所以广泛用于对红外线辐射的探测。

第三章

3-14

3-25

3-26

第四章4-2

4-3

4-4

第五章

1、直接检测系统的基本原理是什么？为什么说直接检测又叫包络检测？

所谓光电直接检测是将待测光信号直接入射到光检测器光敏面上，光检测器响应于光辐射强度而输出相应的电流或电压。

光检测器输出的电流

第一项为直流项，若光检测器输出端有隔直流电容，则输出光电流只包含第二项，这就是包络检测的意思。

2、何谓莫尔条纹？应用几何光学原理解释，为什么说莫尔条纹测试技术具有光学放大作

用？

若两块光栅相互重叠，并且使他们的栅线之间形成一个较小的夹角，当光栅对之间有相

对运动时，透过光栅对看另一边的光源，就会发现有一组垂直于光栅运动方向的明暗相间的条纹移动，这就形成莫尔条纹。

第八章

8-1.光电信号的二值化处理就是将光电信号转换成“0”或“1”数字量的过程。将单元光电信号进行二值化处理方便微型计算机进行识别并对信号进行处理、存储、传输和控制等，单元光电信号的二值化处理方法有固定阈值法二值化处理和浮动阈值法二值化处理法。

8-3.图（图8-4）中的阈值电压为从光源分得一部分光加到光电二极管上，光电二极管在适当的偏置下输出与光源的发光强度呈线性变化的电压信号，用这个电压信号作为阈值，即可得到随发光强度浮动的阈值U th。转移脉冲SH的周期为行周期，当SH下降沿到来后所有一行的信号才能被完全转移，并且将积分周期的信号依次输出。二值化脉冲经过一定时间延时后的脉冲信号代表了背景光源的信息，所以将它作为阈值。

8-5.在光电技术中经常需要对某些场景的光强度（或光照度）进行测量，并且要求以数字方式显示测量值（例如数字照度计），或送入计算机进行实时控制等处理，这种情况必须对单元光电信号进行A/D数据采集。

（P195 图8-14以及上面那段话）

第九章

以锁相放大器为例，说明去除噪声改善检测信噪比的原理。

答：锁相放大器包括信号通道、参考通道、相敏检波三个部分。参考信号与被测信号为同频同相的交变信号，经相敏检波后输出信号为直流信号。噪声和干扰信号只有当与参考信号同频同相时才可能输出直流信号并与被测信号叠加，而这样的几率是非常非常小的。因此，锁相放大器去除噪声改善信噪比的原理是：利用和被测信号有相同频率和相位关系的参考信号作为比较基准，只对被测信号本

身和那些与参考信号同频、同相的噪声分量有响应。因此能大幅度抑制无用噪声，改善检测信噪比。

条形码识别原理

由于不同颜色的物体，其反射的可见光的波长不同，白色物体能反射各种波长的可见光，黑色物体则吸收各种波长的可见光，所以当条形码扫描器光源发出的光经光阑及凸透镜1后，照射到黑白相间的条形码上时，反射光经凸透镜2聚焦后，照射到光电转换器上，于是光电转换器接收到与白条和黑条相应的强弱不同的反射光信号，并转换成相应的电信号输出到放大整形电路，整形电路把模拟信号转化成数字电信号，再经译码接口电路译成数字字符信息。

识别环节

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