2008-2009-2光电检测技术B卷答案.doc

光电检测B卷答案一、填空题（每空一分，共15分）1、折射率有关 2、1m 3、 4、短 5、模拟量信息变换 模/数信息变化6、光电子发射效应 光电导效应 光伏特效应 7、信息的获得、变换、处理和显示部分组成8、大 差二、判断题（每题一分，共分）1、 2、 3、 4、 5、 6、7、8、9、 10、三、简答题（每小题6分，共30分）1、自发辐射：在没有任何的外界作用，粒子从高能态E2自发地辐射到低能态E1，同时发射出频率为、能量为的光子，这个过程叫自发辐射。所形成的光波相位不同，偏振方向不同，每个粒子所发出的光可能沿所有可能的方向传播。受激吸收：处在下能级E1的粒子受到外来能量为的光子的作用，吸收这个光子而跃迁到E2能级的过程，称为受激吸收。受激辐射：处在上能级E2的粒子受到外来能量为的光子的激励而跃迁到E1能级，并发射一个与外来光子一模一样的光子，这个过程称为受激辐射。受激辐射的光子与外来光子具有相同的频率、相位、传播方向和偏振态。2、半导体激光器和发光二极管在发光机理上没有太多的差异，在结构上，半导体激光器需要有两个与结平面垂直的解理面形成激光器谐振腔。而在特性上半导体激光器具有激光的特点，而发光二极管为普通光源。 3、光电器件的光电增益与带宽之积为常数，即，当器件的响应时间越长，则带宽越窄，灵敏度越高。4、硅光电池的内阻为动态结电阻，与它两端的电压变化与通过它的电流变化的比值有关。在一定的光通量情况下，在伏安特性的弯曲位置点，即最佳负载位置，其输出功率最大。5、光电三极管的集电极电流不止是受基极电路的电流控制，还受光的控制，在原理上可以看成是在普通光电三极管的基极和集电极之间接入一个硅光电二极管，即光电二极管的电流得到放大，所以光电三极管的电流比光电二极管大很多倍。四、论述题（45分）1、工作原理上：直接探测系统是将携带有待测量的光信号直接入射到探测器光敏面上，光探测器响应的是光辐射强度而输出相应的电流和电压；光外差检测是利用两束频率不同的相干光在满足波前匹配条件下，在光电探测器上进行光学混频，探测器输出的信号是两光波频差的拍频信号，该信号包含有调制信号的振幅、频率和相位特征。系统性能上：直接探测系统检测方法简单，易于实现，可靠性高，但是不能改善输入信噪比，不适宜检测微弱信号；光外差检测系统复杂，对光外差两输入信号有严格的空间条件和频率条件，但检测距离远，检测精度高，灵敏度高，是天然检测微弱信号的方法。2、硅光电池的工作原理和等效电路为下图：（a）光电池工作原理图 （b）光电池等效电路图 （c）进一步简化 (4分)从图（b）中可以得到流过负载RL的电流方程为： （1）其中，SE为光电池的光电灵敏度，E为入射光照度，Is0是反向饱和电流，是光电池加反向偏压后出现的暗电流。 (2分)当i0时，RL（开路），此时曲线与电压轴交点的电压通常称为光电池开路时两端的开路电压，以VOC表示，由式（1）解得： （2）.。（4分）当IpIo时， 当RL0（即特性曲线与电流轴的交点）时所得的电流称为光电流短路电流，以Isc表示，所以IscIpSeE （3）。（4分）从式（2）和（3）可知，光电池的短路光电流Isc与入射光照度成正比，而开路电压Voc与光照度的对数成正比。3、都属于共射极电路，(1) (2)4、原理和工作过程：光源1发出的光经单色器2后成为单色光，该单色光的波长应选为待测溶液的峰值吸收波长。将该光线用分束器BS分成两束，分别通过待测溶液S2和参比溶液S1，并用两个性能一致的光电探测器接收。由于参比溶液对工作波长的光不产生吸收，而待测溶液对该波长的光有较强的吸收，因此，探测器PD1接收到的光强度I1即为入射光强度I0，而探测器PD2接收到的光强度I2取决于待测溶液的浓度。系统输出电压为： 式中，C0为比例常数；为PD1上产生的光电流；为PD2上产生的光电流；K1、K2为PD1和PD2的灵敏度，、为到达PD1和PD2上的光通量。若PD1