光电器件参考答案

光电器件与技术参考答案

第一章

1.辐射度量与光度量的根本区别是什么？

答：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。

2．试说明光谱视觉效能的最大值 ，有何物理意义？

答：其最大值为683lm/W 。人眼的明视觉最灵敏波长λm 的光度参量对辐射度参量的转换常数，称为正常人眼的明视觉最大光谱光视效能。

3．（平面发散角为1mrad ）输出波长为632.8nm,辐射通量为3mW 的激光器，V=0.235，放电管的直径为1mm ，投射到十米远的屏上，计算光通量，发光强度，光出射度，光照度？

解：（1）氦氖激光器输出的光为光谱辐射，则辐射通量为3mW ，它发出的光通量为

3=P K=Cm V P=6830.2353100.4815-φ⨯⨯⨯⨯⨯⨯=

（2）立体角为Ω=2π（1－（1－r2）1/2），

其中4

r sin /2510-=α=⨯（），带入上式，得7

8.1710sr -Ω=⨯（

） 发光强度7

5I 0.4815/8.1710

5.8910cd -=⨯=⨯（）

光出射度5

M 0.4815/0.001/22 6.1310lx =π⨯=⨯（（））（）

4．一束波长为0.5145um 的激光器，输出功率为3W ，已知V=0.6082，均匀照射到0.2

平方厘米的屏上，求光通量，光照度？

解：由题意光通量3

=6830.608231.24610 lm Φ⨯⨯=⨯,

屏幕上的光照度47 E =1.246103/0.210 6.2310lx A

-Φ

=

⨯⨯=⨯（） 5.输出波长为632.8nm ，辐射通量为3mW 的激光，求单位时间内光子的出射数目？ 解：设单位时间光子数目N 个/秒，

3916

348

P P 310632.810N ==9.5410hv hc 6.62610310---λ⨯⨯⨯==⨯⨯⨯⨯个

6.已知硅材料的禁带宽度为1.2eV,求其本征吸收长波限？ 解：依题意，长波限=1.24/1.2=1.03um

7.微弱辐射下光电导增益有何规律，梳妆电极的作用？

答：光电导增益()2

n n p p

G u u U /L =

τ

+τ，与电压成正比，与距离L 的平方成反比，梳妆电极结构可以缩短距离L ，提高增益。

8.为什么半导体材料在弱辐射下，光电导灵敏度会随时间增大而增大？

答;时间响应越长，光生载流子浓度增大，直至饱和，若辐射下是不会达到饱和的，所以光电导灵敏度会随时间增大而增大。

9.同一型号的光敏电阻，在不同光照度和不同环境温度下光电导灵敏度和时间常数是否相同？ 答：不同光照和环境温度下，光生载流子的浓度不同，决定了光电导灵敏度和时间常数不同。 10.弱辐射下光电导动力学方程为

d n n

g dt ∆∆=-

τ

，求时间响应？ 解 ： 方程可以化为：d n dt n g ∆=∆-τ

，两边积分得： n t

ln(g )∆-=-ττ

0n t

g C exp()∆-

=-ττ

，利用光照初始条件：t 0,n 0=∆=得 0C g = 得

t n g (1exp())∆=τ--τ

同理，撤去光照时，得

0t

n n exp()∆=∆-τ

11.交流信号下光电导动力学方程jwt 0d p p

g e dt ∆∆=-

τ

，求p ∆的模？ 解 ：对上式求拉氏变换：

000F(s)1

sF(s)g s jw

11g 11

F(s)g ()

11

s jw 1jw s jw s s =-

+τ-τ==--+τ-++ττ

求逆变换：

t jwt 0g p (e e )1jw -ττ

∆=-+τ

求其模：

0221/2

g p (1w )τ∆=

+τ

12.为什么光电导材料在光谱长波段和段波段响应均减小？

答 ; 较长波段，光子的能量小，吸收系数很小，响应度小；较短波段，光的能量大，但是光载流子主要集中在材料表面，复合率大，响应度减小。

13.光敏电阻在500LX 的光照下阻值为500欧，700LX 时，阻值为450欧，求600LX 时光照下的阻值？ 解：

lg R 2r(lg E2lg E1)lg 4500.6(lg 600lg500)lg R1lg R2lg550lg 450r 0.6

lg E2lg E1lg700lg500

R 1010493.3+-+---===--===Ω

14．已知光敏电阻最大功率为30mW,光电导灵敏度6

g S 0.510(S /LX)-=⨯，暗电导

为0，求偏置电压为20V 时 ，光敏电阻的极限照度？ 答;

r p g I US E =,其中，r 0.51=

当r=1是，有最小照度：3

p

226

g g I P 3010E 150(LX)US U S 200.510

--⨯====⨯⨯ 当r=0.5是，有最大照度：2p 22

g

I E 22500(LX)U S

=

=

15.光敏电阻在100LX 时，光照下阻值为2千欧，求110LX 光照下的阻值？已知r=1. 解; 由

g 1

S E R

=，得1212E 10020R R 2(K )E 11011==

⨯=Ω 16.题意略:

解题目中的光敏电阻为恒流偏置，流过光敏电阻的电流

w be c e e U U 40.7

I I 1(mA)R 3300

--≈=

==

输出电压：

0bb c p

bb 0p 3

U U I R U U 126

R 6(K )Rc 10-=---===Ω 即光照为40LX 时的阻值为6千欧。

同理可求，输出8V 时，阻值为4千欧。

1212R 6

E E 4060(LX)R 4

==⨯=