光电子技术课后习题

第一章 光电系统的常用光源

1、可见光的波长、频率和光子的能量范围分别是多少？

解：可见光的波长为：380~780nm 频率可由公式算出：Hz C

f 1468

10)89.7~85.3(10)78.0~38.0(103⨯=⨯⨯==-λ 光子的能量范围由公式可算出：

J h E 19143410)23.5~55.2(10)89.7~85.3(10626.6--⨯=⨯⨯⨯==ν

3、一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.5m 的高处，用照度计测得正下方地面的照度为30lx ，求出该灯的光通量。 解：lm

L R dS L dS

d L v v v v v 84830)5.1(14.3427030)5.1(44222=⨯⨯⨯==⨯⨯===Φ∴Φ=⎰πππΘ

4、一只He ——Ne 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）在nm 8.632=λ时，V （λ）=0.24

lm V k v e m 328.010224.0683)()()(3=⨯⨯⨯=Φ=Φ-λλλ 又R r =2sin θ

，且θ=1mrad=0.057度，故：41097.42057.0sin 2sin -⨯==o θ 724222221076.7)1097.4(14.3)2(sin )(--⨯=⨯⨯=====ΩθπππR r R

r R dS 则发光强度cd d d I v v v 57102.410

76.7328.0⨯==⨯=ΩΦ=ΩΦ=- 光亮度211235

2/1035.51)2101(14.3102.4cos cos m cd r I dS dI B v v v ⨯=⨯⨯⨯⨯===-θ

πθ

光出射度25623/1018.41025.014.3328.0)2

101(14.3328.0m lm S dS d M v v v ⨯=⨯⨯=⨯=Φ=Φ=-- 2）∵反射比为0.85，v v Φ=Φ'∴85.0，则v v I I 85.0=

光照面直径：

m d d o

23433

101.110)95.91(1097.4201012

057.0tan 1021012tan 102-----⨯≈⨯+=⨯⨯+⨯=⨯⨯+⨯=⨯⨯+='θ 则屏上的光亮度：

29452252/1076.31095.01057.31)2

101.1(14.3102.485.0cos cos m cd r I S d I d B v v v ⨯=⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=''=''='--θπθ

第三章 光辐射探测器

9、探测器的W Hz cm D 211110⋅=*，探测器光敏面的直径为0.5cm ，用于Hz f 3105⨯=∆的光电仪器中，它能探测的最小辐射功率为多少？ 解：归一化探测率为2

1

)(f A D D d ∆=* 2222196.0)2

5.0(14.3)2(cm d r A d =⨯===ππ 则能探测的最小

辐射功率为W D f

A D NEP d 101131013.310

105196.01-*⨯=⨯⨯=∆==

11、某测辐射热计的热导K W G t /1066-⨯=，吸收系数为8.0=η，求吸收5μW 辐射功率后产生的温升。若电阻温度系数104.0--=K T α，求吸收辐射所引起的电阻相对变化率。

解：1）温升为：K G T t 67.010

61058.0660

0=⨯⨯⨯=Φ=∆--η 2）电阻随温度的变化规律是：T R R T ∆=∆α 则电阻相对变化率是：0267.067.004.0=⨯-=∆=∆T R

R T α

13、一块半导体样品，有光照时电阻为50Ω，无光照时电阻为5000Ω，求该样品的光电导。

解：由光电导的定义知：

10198.05000

150111-Ω=-=-=-=d d p R R G G G

15、光敏电阻适用作光控继电器。如图3.95给出一个光控开关电路。光敏电阻为CdS 器件。晶体管的β值为50，继电器K 的吸合电流为10mA ，Ω=100e R 。考虑弱光照情况，计算继电器吸合需多大的照度？（测得L=0 lx 时，Ω=M R G 100，L=100 lx 时，Ω=k R G 50，其中V U b 12=）

解：在弱光照下，光敏电阻的光电特性为：UL S I g p = 且L

S I G I I R U U g p p p

p G G ==== 由电路图可知：mA I I I c b p 2.05010====β

mA I I I c b e 2.10102.0=+=+=

lx s lx

lx M K dL dG S p g /10999.1010010015017-⨯=-Ω-Ω== 又由电路图可知：

e e be g b e e be G b I R U L

S I I R U U U ++=

++= 故最小照度为： lx I R U U S I L e e be b g b 3.97)

102.101007.012(10999.1102.0)(373

=⨯⨯--⨯⨯=--=---

18、在T=300K （室温）时，硅光电池2CR21（光敏面积为5mmX5mm ）,在辐射度21/100cm mW L =下测得mA I mV U sc oc 6,55011==，考虑0I I 〉〉φ，试求：

1）同样温度下，辐照度22/50cm mW L =时的22,sc oc I U

2）当将此硅光电池接在如图3.96所示的零伏偏置电路中，测量某受光面的照度时，测得输出电压为V U o 1=，问此时受光面的照度是多少？

解：1）当0I I 〉〉φ时，开路电压与照度成对数关系：L q

kT U oc ln =

并且：

lx cm mW L lx

cm mW L 34150010/6831050/5068300010/68310100/10043224321=⨯⨯===⨯⨯==----