光电技术习题讲解
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工作原理见p68.
A
11
• 〔4-8〕光电倍增管产生暗电流的原因有哪 些？如何减少暗电流？ 原因：1）热电子发射 2）极间漏电流 3）残余气体的离子发射4）玻璃闪烁 5）场致发射 减少暗电流方法：1）直流补偿 2）直流和锁相放大 3）致冷 4）电磁屏蔽法 5）磁场散焦法
A
12
• 〔4-10〕
(a)画出具有11级倍增极，负高压1200V供电， 均匀分压的光电倍增管的工作原理，分别写 出各部分名称及标出Ik，Ip和Ib的方向。
ddS' cos
dMv' d
0.85Lv
2
r2 l2
155cd / m2
• 〔2-4〕简述发光二极管的发光原理，发光二极
管的外量子效率与哪些因素有关？
发光二极管的发光原理见课本P25
与射出的光子数、电子空穴对数、半导体材 料的折射率有关
A
4
• 〔2-5〕简述半导体激光器的工作原理，它有 哪些特点？对工作电源有什么要求？
A
2
v ( ) K mV ( ) e ( ) 683 0.265 2 103 0.362lm
Iv
d v ( )பைடு நூலகம்d
v ( )
S R2
2 Rh R2
2 (1 cos )
Iv
v ( ) 2 (1 cos
)
2
0.362 (1 cos 0.001)
1.15 105 cd
Lv
解:（a）如图
A
14
（b）阴极电流： Ik=Sk·Φ=20x10-6·0.1x2x10-4
=4x10-10A
倍增系统的放大倍数: M=Ip/Ik=ε0(σxε)11=2.34x106
阳极电流：Ip=M·Ik=936 μA
A
15
Vo R f (c) Vo ' RL
Vo '
Rf RL
Vo
(
Ip SgVE
EIp VSg
20V20m .5A 106
200lx
A
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• 〔5-3〕光敏电阻R与RL=2kΩ的负载电阻串 联后接于Vb=12V的直流电源上，无光照时 负载上的输出电压为V1=20mv，有光照时 负载上的输出电压为V2=2V。求：1）光敏 电阻的暗电阻和亮电阻值。2）若光敏电阻 的光电导灵敏度Sg=6x10-6s/lx，求光敏电 阻受到的照度。
A
5
• 〔3-5〕何谓“白噪音”？何谓“1/f噪音”？要降 低低电阻的热噪音应采用什么措施？
答：白噪音：功率谱与频率无关的噪音。 1/f噪音：功率谱与1/f成正比的噪音。
措施： 尽量选择通带宽度小的； 尽量选择电阻值小的电阻； 降低电阻周围环境的温度。
A
6
• 〔3-6〕探测器的D*=1011cm·Hz1/2·W-1,探测器光 敏器的直径为0.5cm，用于f=5x103Hz的光电仪器 中，它能探测的最小辐射功率为多少？
D *
D (Adf
)1/2
1
D N E P
e
NEP
( Ad f )1/2 D*
( D )2f
2 D*
3 .1 1 0 10W
A
7
3-9〕光电发射的基本定律是什么？它与光电 导和光伏特效应相比，本质的区别是什么？
答：光电反射具有两个基本定律： 第一定律：当入射辐射的光谱分布不变时， 饱和光电流I与入射的辐射通量Φ成正比。 第二定律：发射的光电子的最大动能随入射 光子光频率的增加而线性增加而与入射光的 强度无关。
dIv dS cos
Iv S cos
Iv r2 cos 0
1.46 1011cd
/ m2
M
v
d v ( ) dS
0.362 0.00052
4.6 105 lm
/
m2
A
3
l 10mr 0.0005m (P6)
Mv'
0.85Ev'
0.85dSd' co'vs
0.85Lv
r2 l2
L'v
d2'v
I
p
) RL
Rf RL
IpR f
Rf
200mv
936 A
214
A
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• 〔5-2〕已知CdS光敏电阻的最大功耗为40mW， 光电导灵敏度Sg=0.5x10-6，暗电导g0=0，若给光 敏电阻加偏置电压20V，此时入射CdS到光敏电阻 上的极限照度为多少勒克司？
解：光敏电阻的最大光电流
IPmax 40mW2mA U 20V
(b)若该倍增管的阴极灵敏器Sk为20μA/lm，阴 极入射的照度为o.1lx，阴极有效面积为 2cm2 ,各倍增极发射系数均相等（σ=4）， 光电子的收集率为0.98，各倍增极电子收集 率为0.95，试计算倍增系统的放大倍数和阳 极电流。
A
13
• (c)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 。
利用半导体物质(即利用电子)在能带间跃迁发 光，用半导体晶体的解理面形成两个平行反 射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、 反馈、产生光的辐射放大，输出激光。 半 导体激光器激光器优点是体积小，重量轻， 运转可靠，耗电少，效率高等特点。要求是 有足够的粒子数反转，即要求必须满足一定 的电流阈值条件。
A
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V1 RL
Vb RL Rd
Rd
1198K
V2 Vb R 10K RL RL R
1 R
1 Rd
SgE
1 R
1 Rd
1 R
E 1 1 6 .7 lx SgR
• 表面区域能带弯曲，真空能级降低到导带 之下 .
• 特点：1.量子效率高 2.光谱响应延伸到红外，光谱响应率均匀 3.热电子发射小 4.光电发射小，光电子能量集中
A
10
• 〔4-2〕光电发射和二次电子发射两者有何 不同？简述光电倍增管的工作原理。
光电发射是光轰击材料使电子逸出，二次电 子发射是电子轰击材料，使新的电子逸出。
光电技术习题讲解
A
1
• 〔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为 1mm。
求出该激光束的光通量、发光强度、光亮度、 光出射度。
若激光束投射在10m远的白色漫反射屏上， 该漫反射屏的发射比为0.85，求该屏上的光 亮度。
A
8
本质区别：
光电导和光伏特效应属内光电效应，是光照 到半导体材料时，材料由于光子的加入引起 载流子的浓度变化，导致材料电导率或使产 生内建电场。
光电发射是属外电效应，是光子和物质材 料中的电子相互作用，光子能量足够大，才 使电子获得能量而逸出物质表面。
A
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• 〔4-1〕负电子亲和势光电阴极的能带结构 如何？它具有那些特点？
A
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• 〔4-8〕光电倍增管产生暗电流的原因有哪 些？如何减少暗电流？ 原因：1）热电子发射 2）极间漏电流 3）残余气体的离子发射4）玻璃闪烁 5）场致发射 减少暗电流方法：1）直流补偿 2）直流和锁相放大 3）致冷 4）电磁屏蔽法 5）磁场散焦法
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• 〔4-10〕
(a)画出具有11级倍增极，负高压1200V供电， 均匀分压的光电倍增管的工作原理，分别写 出各部分名称及标出Ik，Ip和Ib的方向。
ddS' cos
dMv' d
0.85Lv
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r2 l2
155cd / m2
• 〔2-4〕简述发光二极管的发光原理，发光二极
管的外量子效率与哪些因素有关？
发光二极管的发光原理见课本P25
与射出的光子数、电子空穴对数、半导体材 料的折射率有关
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• 〔2-5〕简述半导体激光器的工作原理，它有 哪些特点？对工作电源有什么要求？
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v ( ) K mV ( ) e ( ) 683 0.265 2 103 0.362lm
Iv
d v ( )பைடு நூலகம்d
v ( )
S R2
2 Rh R2
2 (1 cos )
Iv
v ( ) 2 (1 cos
)
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0.362 (1 cos 0.001)
1.15 105 cd
Lv
解:（a）如图
A
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（b）阴极电流： Ik=Sk·Φ=20x10-6·0.1x2x10-4
=4x10-10A
倍增系统的放大倍数: M=Ip/Ik=ε0(σxε)11=2.34x106
阳极电流：Ip=M·Ik=936 μA
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Vo R f (c) Vo ' RL
Vo '
Rf RL
Vo
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Ip SgVE
EIp VSg
20V20m .5A 106
200lx
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• 〔5-3〕光敏电阻R与RL=2kΩ的负载电阻串 联后接于Vb=12V的直流电源上，无光照时 负载上的输出电压为V1=20mv，有光照时 负载上的输出电压为V2=2V。求：1）光敏 电阻的暗电阻和亮电阻值。2）若光敏电阻 的光电导灵敏度Sg=6x10-6s/lx，求光敏电 阻受到的照度。
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• 〔3-5〕何谓“白噪音”？何谓“1/f噪音”？要降 低低电阻的热噪音应采用什么措施？
答：白噪音：功率谱与频率无关的噪音。 1/f噪音：功率谱与1/f成正比的噪音。
措施： 尽量选择通带宽度小的； 尽量选择电阻值小的电阻； 降低电阻周围环境的温度。
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• 〔3-6〕探测器的D*=1011cm·Hz1/2·W-1,探测器光 敏器的直径为0.5cm，用于f=5x103Hz的光电仪器 中，它能探测的最小辐射功率为多少？
D *
D (Adf
)1/2
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D N E P
e
NEP
( Ad f )1/2 D*
( D )2f
2 D*
3 .1 1 0 10W
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3-9〕光电发射的基本定律是什么？它与光电 导和光伏特效应相比，本质的区别是什么？
答：光电反射具有两个基本定律： 第一定律：当入射辐射的光谱分布不变时， 饱和光电流I与入射的辐射通量Φ成正比。 第二定律：发射的光电子的最大动能随入射 光子光频率的增加而线性增加而与入射光的 强度无关。
dIv dS cos
Iv S cos
Iv r2 cos 0
1.46 1011cd
/ m2
M
v
d v ( ) dS
0.362 0.00052
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Mv'
0.85Ev'
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Rf RL
IpR f
Rf
200mv
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• 〔5-2〕已知CdS光敏电阻的最大功耗为40mW， 光电导灵敏度Sg=0.5x10-6，暗电导g0=0，若给光 敏电阻加偏置电压20V，此时入射CdS到光敏电阻 上的极限照度为多少勒克司？
解：光敏电阻的最大光电流
IPmax 40mW2mA U 20V
(b)若该倍增管的阴极灵敏器Sk为20μA/lm，阴 极入射的照度为o.1lx，阴极有效面积为 2cm2 ,各倍增极发射系数均相等（σ=4）， 光电子的收集率为0.98，各倍增极电子收集 率为0.95，试计算倍增系统的放大倍数和阳 极电流。
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• (c)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 。
利用半导体物质(即利用电子)在能带间跃迁发 光，用半导体晶体的解理面形成两个平行反 射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、 反馈、产生光的辐射放大，输出激光。 半 导体激光器激光器优点是体积小，重量轻， 运转可靠，耗电少，效率高等特点。要求是 有足够的粒子数反转，即要求必须满足一定 的电流阈值条件。
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V1 RL
Vb RL Rd
Rd
1198K
V2 Vb R 10K RL RL R
1 R
1 Rd
SgE
1 R
1 Rd
1 R
E 1 1 6 .7 lx SgR
• 表面区域能带弯曲，真空能级降低到导带 之下 .
• 特点：1.量子效率高 2.光谱响应延伸到红外，光谱响应率均匀 3.热电子发射小 4.光电发射小，光电子能量集中
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• 〔4-2〕光电发射和二次电子发射两者有何 不同？简述光电倍增管的工作原理。
光电发射是光轰击材料使电子逸出，二次电 子发射是电子轰击材料，使新的电子逸出。
光电技术习题讲解
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• 〔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为 1mm。
求出该激光束的光通量、发光强度、光亮度、 光出射度。
若激光束投射在10m远的白色漫反射屏上， 该漫反射屏的发射比为0.85，求该屏上的光 亮度。
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本质区别：
光电导和光伏特效应属内光电效应，是光照 到半导体材料时，材料由于光子的加入引起 载流子的浓度变化，导致材料电导率或使产 生内建电场。
光电发射是属外电效应，是光子和物质材 料中的电子相互作用，光子能量足够大，才 使电子获得能量而逸出物质表面。
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• 〔4-1〕负电子亲和势光电阴极的能带结构 如何？它具有那些特点？