光电技术作业解答
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P88－7
分析电阻分压器的电压再分配效应和负载电阻的反馈效应， 怎样才能减少这些效应的影响？
（1）分压电阻的电压再分配：当信号电流较大时，接近阳极的 倍增极从分压电阻链中取走的电流较大，影响了分压电阻两端 的电压：后几级电压减小，前几级电压增大，从而影响倍增系 数，产生非线性。
解决方法：减小分压电阻以提高分压电阻链电流；或用稳压管 替代后几级分压电阻；脉冲工作模式时，可在后几级分压电阻 上并联电容。
Ω地=A地/R2
太阳可看作 圆形面光源
r
亮度：Le太 面积：S太
R
β=32＇
E地=13.5 KW/m2 A地=1 m2
也可根据亮度守恒
补充： 有一温度T=1000K，出口直径Φ=6mm的黑体辐射源，
求①距出口L=0.2m处的辐照度，②若在距出口L=0.2m处 放置面积100mm2的光电探测器，该光电探测器接收到的辐 射功率。
（1）
光阴极
D1 D2 IK
D3
···
阳极 D11
-1200V
IA ID RL
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
阳极
D1 D2 D3 D11 IK
sr
放电毛细管的截面积为，dSn = r2= (0.005)2 m2
故激光亮度为：Lv=v / (d dSn )=2.2*1011 cdm2
故保护眼镜透射比为 =Lmax/Lv=1cd/cm/2.2*1011 cdm2=4.54*10-8
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
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。
光子探测器
热探测器
原理
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。
光谱响应 有长波限
全波长均匀响应
响应时间 响应时间短
响应时间长
响应度 响应度高
响应度低
第二章 P62－2
···
-1200V
RL － ＋
GND
第四章
P118-1
1.光电导探测器响应时间受哪些因素限制？为什么光电导探测器的工作
频率不如光伏高，一般上限频率最高约多少量级？实际使用时，如 何改变其频率响应？
（1）一般光电导探测器的响应时间等于载流子寿命，某些光电导探测 器的响应时间还与光强有关。 （2）载流子产生率与光强有关，复合率与浓度有关。载流子的产生率 等于复合率时，载流子浓度达到平衡态。从光强变化到新的浓度平衡态 ，需要一定时间。而光伏探测器的原理是：光生电子和空穴在内电场作 用下漂移过结，形成光电流，光电流对光强的响应直接。
（2）负载电阻的反馈效应：信号电流较大时，负载电阻上的压 降较大，导致阳极和最后倍增极间电压减小，影响阳极对电子 的收集率，从而产生非线性。解决方法：减小负载电阻，或用 运放代替负载电阻。
第三章
P88－12
(1) 画出具有11级倍增极，副高压1200V供电，均匀分压的光电 倍增管的工作原理图，分别写出各部分名称，标出Ik，IP，ID的 方向。
杂质光电导：
Ei：杂质电离能
P-N结光电器件：
光电子发射器件：
EA:电子亲和势
第二章
P62－6
探测器的D*=1011 cm·Hz1/2·W-1,探测器的光敏面的 直径为0.5cm,用Δf=5×103Hz的光电仪器，它能探测的 最小辐射功率为多少？
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？
答：对于波长632nm的光，人眼的光谱光视效率为0.265
所以其光谱光视效能为 K=Km * V=638 * 0.265 lm/W=181 lm/W
故此光束的光通量为 v =K * P =181*0.003=0.543 lm
-3 激光束的发散半角10
rad时，光线方向上的球面度为d=(10-3)2
*百度文库
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。
r=3mm
S = πr2
L
Me = σT4＝5.67W/cm2
Le = Me /π=1.80W/cm2
• 氦氖激光器发射出波长632nm的激光束3mW，此光束的光通
量为多少？若激光束的发散半角1mrad，放电毛细管的直径为
1mm，并且人眼只能观看1cd/cm的亮度，问所戴保护眼镜的透
射比应为多少？
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。
第二章 P62－3
说明光电导器件、P-N结光电器件和光电子发射器件 的禁带宽度和截止波长的关系。
本征光电导：
Eg：禁带宽度
作业 p33-3
如果忽略大气吸收，地球表面受太阳垂直照射时，每平 方米面积接受的辐通量为13.5KW。假设太阳辐射遵循兰伯特 定律，试计算它在每平米面积上发射的辐通量。（从地球看 太阳的张角为32＇）
太阳可看作 圆形面光源
r
亮度：Le太 面积：S太
R
β=32＇
E地=13.5 KW/m2 A地=1 m2
（2）若该倍增管的阴极灵敏度SK为20μA/lm，阴极入射光的照 度为0.1lx，阴极有效面积为2cm2，各倍增极二次发射系数均相 等（δ=4），光电子的收集率为0.98，各倍增极的电子收集率 为0.95，计算放大倍数和阳极电流。
（3）设计前置放电路，使输出的信号电压为200mV。计算放大 器的有关参数，并画出原理图。
分析电阻分压器的电压再分配效应和负载电阻的反馈效应， 怎样才能减少这些效应的影响？
（1）分压电阻的电压再分配：当信号电流较大时，接近阳极的 倍增极从分压电阻链中取走的电流较大，影响了分压电阻两端 的电压：后几级电压减小，前几级电压增大，从而影响倍增系 数，产生非线性。
解决方法：减小分压电阻以提高分压电阻链电流；或用稳压管 替代后几级分压电阻；脉冲工作模式时，可在后几级分压电阻 上并联电容。
Ω地=A地/R2
太阳可看作 圆形面光源
r
亮度：Le太 面积：S太
R
β=32＇
E地=13.5 KW/m2 A地=1 m2
也可根据亮度守恒
补充： 有一温度T=1000K，出口直径Φ=6mm的黑体辐射源，
求①距出口L=0.2m处的辐照度，②若在距出口L=0.2m处 放置面积100mm2的光电探测器，该光电探测器接收到的辐 射功率。
（1）
光阴极
D1 D2 IK
D3
···
阳极 D11
-1200V
IA ID RL
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
阳极
D1 D2 D3 D11 IK
sr
放电毛细管的截面积为，dSn = r2= (0.005)2 m2
故激光亮度为：Lv=v / (d dSn )=2.2*1011 cdm2
故保护眼镜透射比为 =Lmax/Lv=1cd/cm/2.2*1011 cdm2=4.54*10-8
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
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。
光子探测器
热探测器
原理
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。
光谱响应 有长波限
全波长均匀响应
响应时间 响应时间短
响应时间长
响应度 响应度高
响应度低
第二章 P62－2
···
-1200V
RL － ＋
GND
第四章
P118-1
1.光电导探测器响应时间受哪些因素限制？为什么光电导探测器的工作
频率不如光伏高，一般上限频率最高约多少量级？实际使用时，如 何改变其频率响应？
（1）一般光电导探测器的响应时间等于载流子寿命，某些光电导探测 器的响应时间还与光强有关。 （2）载流子产生率与光强有关，复合率与浓度有关。载流子的产生率 等于复合率时，载流子浓度达到平衡态。从光强变化到新的浓度平衡态 ，需要一定时间。而光伏探测器的原理是：光生电子和空穴在内电场作 用下漂移过结，形成光电流，光电流对光强的响应直接。
（2）负载电阻的反馈效应：信号电流较大时，负载电阻上的压 降较大，导致阳极和最后倍增极间电压减小，影响阳极对电子 的收集率，从而产生非线性。解决方法：减小负载电阻，或用 运放代替负载电阻。
第三章
P88－12
(1) 画出具有11级倍增极，副高压1200V供电，均匀分压的光电 倍增管的工作原理图，分别写出各部分名称，标出Ik，IP，ID的 方向。
杂质光电导：
Ei：杂质电离能
P-N结光电器件：
光电子发射器件：
EA:电子亲和势
第二章
P62－6
探测器的D*=1011 cm·Hz1/2·W-1,探测器的光敏面的 直径为0.5cm,用Δf=5×103Hz的光电仪器，它能探测的 最小辐射功率为多少？
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？
答：对于波长632nm的光，人眼的光谱光视效率为0.265
所以其光谱光视效能为 K=Km * V=638 * 0.265 lm/W=181 lm/W
故此光束的光通量为 v =K * P =181*0.003=0.543 lm
-3 激光束的发散半角10
rad时，光线方向上的球面度为d=(10-3)2
*百度文库
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。
r=3mm
S = πr2
L
Me = σT4＝5.67W/cm2
Le = Me /π=1.80W/cm2
• 氦氖激光器发射出波长632nm的激光束3mW，此光束的光通
量为多少？若激光束的发散半角1mrad，放电毛细管的直径为
1mm，并且人眼只能观看1cd/cm的亮度，问所戴保护眼镜的透
射比应为多少？
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。
第二章 P62－3
说明光电导器件、P-N结光电器件和光电子发射器件 的禁带宽度和截止波长的关系。
本征光电导：
Eg：禁带宽度
作业 p33-3
如果忽略大气吸收，地球表面受太阳垂直照射时，每平 方米面积接受的辐通量为13.5KW。假设太阳辐射遵循兰伯特 定律，试计算它在每平米面积上发射的辐通量。（从地球看 太阳的张角为32＇）
太阳可看作 圆形面光源
r
亮度：Le太 面积：S太
R
β=32＇
E地=13.5 KW/m2 A地=1 m2
（2）若该倍增管的阴极灵敏度SK为20μA/lm，阴极入射光的照 度为0.1lx，阴极有效面积为2cm2，各倍增极二次发射系数均相 等（δ=4），光电子的收集率为0.98，各倍增极的电子收集率 为0.95，计算放大倍数和阳极电流。
（3）设计前置放电路，使输出的信号电压为200mV。计算放大 器的有关参数，并画出原理图。