光电探测技术与应用第一章课后习题与答案
(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。
光电技术第一章答案
光电技术第一章参考答案辐射度量与光度量的根本区别是什么？为什么量子流速率的计算公式中不能出现光度量？答：为了定量分析光与物质相互作用所产生的光电效应，分析光电敏感器件的光电特性，以及用光电敏感器件进行光谱、光度的定量计算，常需要对光辐射给出相应的计量参数和量纲。
辐射度量与光度量是光辐射的两种不同的度量方法。
根本区别在于：前者是物理（或客观）的计量方法，称为辐射度量学计量方法或辐射度参数，它适用于整个电磁辐射谱区，对辐射量进行物理的计量；后者是生理（或主观）的计量方法，是以人眼所能看见的光对大脑的刺激程度来对光进行计算，称为光度参数。
因为光度参数只适用于0.38~0.78um的可见光谱区域，是对光强度的主观评价，超过这个谱区，光度参数没有任何意义。
而量子流是在整个电磁辐射，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量。
光源在给定波长λ处，将λ～λ+dλ范围内发射的辐射通量dΦe，除以该波长λ的光子能量hν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。
试写出e 、e M、e 、e L 等辐射度量参数之间的关系式，说明它们与辐射源的关系。
辐（射）能：以辐射形式发射、传播或接收的能量称为辐（射）能，用符号表示，其计量单位为焦耳（J）。
e Q e Q辐（射）通量e ：在单位时间内，以辐射形式发射、传播或接收的辐（射）能称为辐（射）通量，以符号e 表示，其计量单位是瓦（W），即e =dtdQ e 。
）出（射）度：对面积为A的有限面光源，表面某点处的面元向半球面空间内发射的辐通量d e M e 该面元面积d比，定义为辐（射）出（射）度e M即MAdA。
e=d 其计量单位是瓦每平方米[W/m2]。
辐（射）强度：对点光源在给定方向的立体角元e d内发射的辐射通量e d ，与该方向立体角元 d d 之比，定义为点光源在该方向的辐（射）强度，即e e =d e ，辐射强度的计量单位是瓦特每球面度（W/sr）。
辐射亮度：光源表面某一点处的面元在给定方向上的辐射强度，除以该面元在垂直于给定方向平面上的正投影面积，称辐射亮度，e L e L1e LdSK , VV m= cos dAdI e = cos2dAdd e ，式中，θ为所给方向与面元法线间的夹角。
光电子技术及应用(第2版)章节习题及自测题参考答案
光电子技术及应用（第2版）章节习题及自测题参考答案第一章习题参考答案一、单选题1.ABCD2.ABC3.ABC4.D5.B6.C7.B8.B9. A 10.A二、填空题11.500，30012.无线电波，.红外光，可见光和紫外光，X 射线，γ射线13.0.77---1000μm ，近红外，中红外和远红外14.泵浦源，谐振腔和激活介质15.频率，相位，振幅及传播方向16.受激辐射，实现粒子数反转，谐振腔；方向性好，相干性好，亮度高 17.935μm18.919.125103.1--⋅⋅⨯s m kg20.三、计算题21.解：（1）根据距离平方反比定律2/R I E e e =，太阳的辐射强度为sr W R E I e e /10028.3252⨯==。
得到太阳的总功率为W I e e 26108.34⨯==Φπ（2）太阳的辐射亮度为()sr cm W A I L e ./10989.127⨯== 太阳的辐射出射度为27/1025.6m W L M e e ⨯==π 太阳的温度为K M T e 57614==σ22.解：222z r r ='=，22cos cos z r z+'='=θθ，r d r dS '∆'=ϕ 由：2cos cos r BdS S d d dE θθ'='Φ'=2202222022)(2cos 2z R RB z r r d r z B r d r r B E R R+=+'''=''=⎰⎰ππθπ 23.解：设相干时间为τ，则相干长度为光束与相干时间的乘积，即c L c ⋅=τ 根据相干时间和谱线宽度的关系c L c v ==∆τ1 又因为00γλλv ∆=∆，λc v =0，nm 8.6320=λ由以上各关系及数据可以得到如下形式：单色性=101200010328.6108.632-⨯===∆=∆nm nm L v v c λλλ 24.证明：若t=0时刻，单位体积中E 2能级的粒子数为n 20，则单位体积中在t→t+dt 时间内因自发辐射而减少的E2能级的粒子数为：2122122120A t dn A n dt A n e dt --==故这部分粒子的寿命为t ，因此E2能级粒子的平均寿命为212120020211A t tA n e dtn A τ∞-==⎰ 25.解：设两腔镜1M 和2M 的曲率半径分别为1R 和2R ，121m,2m R R =-=工作物质长0.5m l =，折射率 1.52η=根据稳定条件判据：（1） 其中（2） 由（1）解出2m 1m L '>>由（2）得所以得到： 2.17m 1.17m L >>第二章习题参考答案011 1 21L L ''⎛⎫⎛⎫<-+< ⎪⎪⎝⎭⎝⎭() l L L l η'=-+10.5(1)0.171.52L L L ''=+⨯-=+一、选择题1.ABCD2.D3.ABCD4.AC5.ABCD6.A7.A8.A9.A 10. B二、 是非题911.√ 12.× 13.× 14.× 15.√ 16.√三、 填空题17.大气气体分子及气溶胶的吸收和散射；空气折射率不均匀；晶体介质的介电系数与晶体中的电荷分布有关，当晶体被施加电压后，将引起束缚电荷的重新分布，并导致离子晶格的微小形变，从而引起介电系数的变化，并最终导致晶体折射率变化的现象。
光电检测技术与系统知到章节答案智慧树2023年天津大学
光电检测技术与系统知到章节测试答案智慧树2023年最新天津大学绪论单元测试1.光源是检测系统中不可或缺的一部分。
参考答案:对第一章测试1.光电信息检测系统是指将待测光学量或非光学待测物理量转换成（），通过光电变换电路和计算处理的方法进行检测的系统。
参考答案:光学量2.光电信息检测方法的特点是信息检测的（）实时性、遥控性、快速性参考答案:遥控性;快速性;实时性3.利用（），直接测定物体的形状、尺寸，位置。
这是在生产线上实现自动检测的有效手段。
参考答案:二维光传感器4.利用光谱仪直接对光纤Bragg光栅传感器进行解调时，光纤Bragg光栅传感器可以串接使用。
参考答案:对5.滤波法是一种抽取（）上特定的检测所需要信息的方法。
参考答案:频谱面6.如果采取图像的扫描进行检测，那么，图像的像元取决于（）参考答案:扫描光点大小;扫描时间7.热敏照相机扫描式检测适合于热像，它可用于各种（）的分布测量上。
参考答案:温度场8.热敏照相机的扫描方式采用水平与垂直的二组扫描来完成。
扫描一般用旋转的多面体或（）来实现。
参考答案:振动偏转的反射镜9.红外检测系统的主要优点是发光点低、使用稳定和（）：参考答案:灵敏度高;亮度高;寿命长;效果好10.像传感检测技术中，线性光列阵有（）和照明型两种基本形式参考答案:成像型第二章测试1.激光衍射测量的相对误差可以达到0.1%量级。
参考答案:对2.在实际的激光衍射测量系统中，没有物镜也是可以的。
参考答案:对3.测定爱里圆变化可以精密地测定或分析微小内孔的尺寸。
参考答案:对4.利用衍射分布特征尺寸进行衍射测量时，当被测尺寸减小时，测量灵敏度如何变化？参考答案:增大5.楔形开孔的衍射条纹是零级中央条纹扩大，呈何种分布？参考答案:双曲线6.衍射计量主要用于小量程的高精度测量上，下列数字哪些不在绝对测量的量程范围之内？参考答案:1mm7.缝宽w大，条纹密集，测量灵敏度高。
参考答案:错8.采用激光互补法测定细丝外径，是一种高精度的非接触法测量，精度可达0.05μm左右。
1-6光电探测
p
λ 曲线开始线性上升的原因：波长越长，每瓦功率的光子数越多，探测器 对光子的吸收速率越快 曲线突然下降的原因：存在红限波长
6）响应速度（响应时间）
描述探测响应 ：入射波长不变，由于响应时间的存在， 探测器的响应随入射辐射的调制频率而变化 1 f ：探测器的上限调制频率 2f
1.2 标准辐射源 绝对黑体： 任何温度，任何波长的入射辐射能的吸收比
都等于1
灰体： 吸收比近似为一常数
1.基尔霍夫定律
物体的辐射出射度与物体的吸收比之间有内在联系
M 1 ( , T ) M 2 ( , T ) M ( , T ) ........ B n 1 ( , T ) 2 ( , T ) B ( , T )
P型半导体
截止波长：
0
hc E i (ev)
ep p
，Ei是杂质能级，
一般Ei远小于Eg，因此其截止波长远大于本征半 导体
载流子数目变化的弛豫时间：
2）光伏效应
PN结的介绍：N区多数载流子电子，少数载流子空穴 P区多数载流子空穴，少数载流子电子 耗尽层与内建电场的形成，动态平衡 光照PN结：P区N区结区本征激发产生电子空穴对，破坏原有 的平衡，产生的少数载流子在内建电场的作用下扩散， P区电子-------N区------------N区获得附加负电荷 N区空穴-------P区------------P区获得附加正电荷 结果P区电势上升，N区电势下降，导致PN结两端形成了光 生电动势，此即为光伏效应。
4）探测率D，比探测率D*
D：探测器探测最小光信号能力的指标，可以比较不同类型 探测器性能的优劣
D NEP 1 V s / Vn W 1 P
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。
光电技术及应用习题答案
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 卞的视觉叫明视觉。
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 彖叫做外光电效应，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1J1所示。
（热辐射型（白炽灯、卤铛灯）3气体就:电型（汞灯、钠灯、金卤灯，等） 光致发光型（荧光灯）2＜电致发光型（LED 、LD ） a7. 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，卤钩灯 等。
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。
光电检测技术知到章节答案智慧树2023年哈尔滨工程大学
光电检测技术知到章节测试答案智慧树2023年最新哈尔滨工程大学第一章测试1.对于下列器件，其所使用波长范围主要是红外线的是哪种仪器？（）参考答案:数字体温计2.下列日常所用器件中，哪种应用属于光电变换？（）。
参考答案:电视3.下列应用中需要光电跟踪控制的是？（）。
参考答案:光纤通信;武器制导;红外遥感;工业产品的在线检测4.下列检测过程中，可以实现非接触检测的是？（）。
参考答案:汽车行驶速度检测;火灾现场温度检测;大气污染程度检测5.光电传感器是将被测量的量转换成光信号的变化，然后通过光电元件转换成电信号。
（）参考答案:对第二章测试1.下列哪种噪声属于非白噪声？（）参考答案:产生-复合噪声;温度噪声;1/f噪声2.光电倍增管的工作原理是基于下列哪种物理效应？（）参考答案:光电发射效应3.对于光电倍增管，产生光电效应的部位是？（）参考答案:阴极4.对于光电倍增管，假设阴极灵敏度为5 μA/lm，阳极灵敏度为50 A/lm，阳极允许的最大输出电流为 A，那么阴极允许的最大光通量为多少？（）参考答案:2x lm5.假设光电倍增管输入电路的电阻和电容分别是R＝2 kΩ和C＝0.1 μF，那么其带宽是多少？（）参考答案:1250 Hz6.下列光电检测器件中，可以用于位置检测的器件是？（）参考答案:楔环检测器;光电位置传感器;光电编码器;象限检测器7.下列光电检测器件中，其基本结构属于电容器结构的器件是？（）参考答案:CCDD的工作频率与下列哪些因素有关？（）参考答案:载流子迁移率;温度;少数载流子的寿命;电极长度;掺杂浓度9.在利用光电位置传感器进行检测时，光斑位置越远离器件中心，测量误差越小。
（）参考答案:错10.光电位置传感器与象限检测器件相比，光敏面不需要分割，可以消除盲区的影响，可以连续测量。
（）参考答案:对D的电极间隙越小，电荷越容易转移。
（）参考答案:对D的像元间距越大，分辨率越高。
（）参考答案:错第三章测试1.热电检测器件的噪声主要是下列哪种噪声？（）参考答案:温度噪声2.下列哪种电阻的电阻值随着温度的升高而升高？（）参考答案:合金电阻;白金电阻3.下列热电检测器件中，只能在交变热辐射条件下工作的热电检测是哪种？（）参考答案:热释电检测器4.参考答案:54 s5.热交换能量的方式有传导、辐射、对流三种。
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3-143-253-26第四章4-24-34-4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。
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。
《光电检测技术》第一章
4）光电转换：光信息经光电器件实现由光向电的信息 光电转换： 转换，称为光电转换。用各种光电变换器件来完成的， 转换，称为光电转换。用各种光电变换器件来完成的， 如光电检测器件、光电摄像器件等。 如光电检测器件、光电摄像器件等。 5）电信息处理：用各种电信号处理的方法实现解调、 电信息处理：用各种电信号处理的方法实现解调、 滤波、整形、判向、细分等， 滤波、整形、判向、细分等，或送到计算机进行进一步 的运算。 的运算。 6）控制、存储、显示部分。 控制、存储、显示部分。 被测对象与被控对象。 7）被测对象与被控对象。 光学变换与光电转换是光电测量的核心部分。 光学变换与光电转换是光电测量的核心部分。
（2）工作原理：
（d）由主振向二跳变脉冲间填充测量脉冲便可测出光扫描工 Δt， 不变， 件上下边缘的时间 Δt，若光扫描工件的线速度 v不变，则可 =vΔt。 测出被测工件尺寸 D =vΔt。
3、光电检测系统的基本组成：
1）光源：产生信息传递的媒介——光。 光源：产生信息传递的媒介——光 —— 2）光学系统：对光线传播方向等作处理以适应要求。 光学系统：对光线传播方向等作处理以适应要求。 光学变换： 3）光学变换：光载波与被测对象相互作用而将被测量 载荷到光载波上，称为光学变换。 载荷到光载波上，称为光学变换。 光学变换是用各种调制的方法来实现的。 光学变换是用各种调制的方法来实现的。使用各种光 学元件和光学系统来实现的，如平面镜、光狭缝、光 学元件和光学系统来实现的，如平面镜、光狭缝、 透镜等，实现将被测量转换为光参量（振幅、 楔、透镜等，实现将被测量转换为光参量（振幅、频 相位、偏振态、传播方向变化等）。 率、相位、偏振态、传播方向变化等）。
液压动力系 统
（左方） 左方）
{
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。
光电检测技术课程作业与答案(打印版)
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（0.38μm）到（0.78μm）范围内的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又 Θ 半径为R 的球面上的辐射照度为 E = ＝ (10 L )2 L 2 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：设点光源的辐射强度为 IΘ 在理想情况下，点光源 的总辐射通量为 φ＝4πId φ φ dA 4πR 2d φ 4πI I ∴ E = = = dA 4πR 2 R 2设第一个探测器到点光 源的距离为 L ，1 第二个探测器到点光源 的距离为 L2 Θ L = 10 L 1 2 又 Θ E = I R 2 ∴ E = 1 I I I = = L 2 100 L 2 1 2 2 E = I 2 2∴ E = 100 E 2 1 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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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63
2.8nm ）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=-πφv
v 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 v
v Lm/m 2 ② 10米远处光斑面积大小：
52321085.7)10110(4
14.3)(4--⨯=⨯⨯=∆=θπ
L 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：
35'01013.110
85.714.3279.0⨯=⨯⨯===-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。
在亮视觉时，对波长为
nm 8.4351=λ的单色光，光亮度111)(e m v L V K L λ=，对波长为nm 1.5462=λ的单
色光，光亮度222)(e m v L V K L λ=， 且有21v v L L =。
在暗视觉时，应有：
411''
110)(-⨯=e m v L V K L λ，422''
210)(-⨯=e m v L V K L λ
因为： )()()()()()()()()()(12'21'2'2211'12
2'11''2'
1λλλλλλλλλλV V V V V L V V V L L V K L V K L L v v e m e m v v === 9.200173
.0714.0978.02640.0=⨯⨯= 大于1，所以在暗视觉时，波长为nm 8.4351=λ的光源的光亮度大于波长为
nm 1.5462=λ的单色光源的光亮度。
（光谱光视效能值参见教材第4页，此处
采用了数值内插）
1.5一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.5m 高处，已知该白炽灯的光通量为848.21lm ，求地面上的照度。
解: E e =d φe dA =848.24πR 2
=848.24×3.14×1.52=30 lx
1.6 说明光电检测系统的组成部分，列举你所知道的一个典型光电检测系统，说明其工作原理。
答：组成部分：光源，信息载体，光电探测器及信息处理装置。
典型光电检测系统：红外报警系统，锅炉水位自动控制系统。
（主动红外报警器是一种红外线光束遮挡型报警器，发射机中的红外发光二极管在电源的激发下，发出一束经过调制的红外光束(此光束的波长约在0.8～0.95微米之间)，经过光学系统的作用变成平行光发射出去。
此光束被接收机接收，由接收机中的红外光电传感器把光信号转换成信号，经过电路处理后传给报警控制器。
由发射机发射出的红外线经过防范区到达接收机，构成了一条警戒线。
正常情况下，接收机收到的是一个稳定的光信号，当有人入侵该警戒线时，红外光束被遮挡，接收机收到的红外信号发生变化，提取这一变化，经放大和适当处理，控制器发出的报警信号。
）
1.7 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。
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。
1.8 光电探测器的主要特性参数有哪些？设计光电测量系统选择器件，应考虑哪些因
素？
答：1 响应率 2 光谱响应率 3 噪声等效功率，NEP 探测率D ，比探测率D*
4 响应时间
1.10求出300K 是n 型硅半导体中的电子和空穴的浓度以及费米能级，画出其能带图。
这时掺入的施主浓度为
2.25×1016cm
3.
解：300K 时，因310/105.1cm n i ⨯=，161025.2⨯≈+=i d n N n 416
20
2101025.21025.2=⨯⨯==n n p i 个/cm 2 其费米能级 )
(42.0)(1073.6105.11025.23001038.120101623eV E J E Ln E n N kTLn E E i i i i d i fn +=⨯+=⨯⨯⨯⨯+=+=--
其能级图如右。
1.11 计算出300K 温度下掺入1015/cm 3硼原子的硅片中电子和空穴的浓度以及费米能级，画出其能带图。
解：300K 时，310/105.1cm n i ⨯=，1510=d N 远大于n i ，所以
d i p N n 1510。
而np n i =2，..i n n p 2
20515225102251010个/cm 2
其费米能级
)
(29.0)(106.4105.1103001038.120101523eV E J E Ln E n N kTLn E E i i i i d i fn +=⨯+=⨯⨯⨯+=+=--
其能级图如右。