光电信息技术第一章答案有部分错误

1、光电技术习题第一章 第一部分： 1. 已知表示光电导体的灵敏度的G （光电增益）=3 T / tL ,式中B为量子产额；T 为光生载流子寿命；tL为载流子在光电导两极间的渡越时间，如果在光电导体中自 由电子与空穴均参与导电，请推导：G = 3（T “卩n + T pU p ）U/|2 式中T n和T p分别为自由电子和空穴的寿命；卩n和卩p分别为自由电子和空穴 的迁移率。 答：G= 3 T /tL 0/ 卩 E=i2m u 2 G= 3 T U U/l 2 G =3 （ T n U n + T p U p ）U/l 2. 简答P型与N型半导体杂质能级区别. 答：N型半导体掺有5价的杂质原子，如

2、磷、砷。杂质引进的额外的电子占有恰在导带下方 的某些分立的能级；其距离可为十分之几电子伏特。这些额外的电子容易被杂质原子释 放出来并被激发至导带。于是，激发电子对半导体的电导率有贡献。 P型半导体掺有3价的杂质原子，如硼、铝。杂质引进空的分立能级，这些能级的位置 很靠近价带顶。因此，容易把价带中一些具有较高能量的电子激发到杂质能级上。这个 过程在价带中产生空态即空穴。 3. 比较直线性光电导与抛物线性光电导的主要特性。 答：在直线性光电导的弛豫中，光电流都按指数规律上升和下降。在t= T时，光电流上升 1 1 到饱和值的（1-），或下降到饱和值的-，上升和下降是对称的。显然，直线性光电导 的弛

3、豫时间与光强无关。 在非线性光电导情况下，光电导的弛豫现象比较复杂。它取决于复杂的复合机理，并且 上升和下降都不对称，我们可以用（一 错误！未定义书签。）2来表示弛豫时间。光 In a 3 b/ 照开始后，经过这段时间，光电导增加到定态值tanh仁0.75。而光照停止后，光电导在 这段时间内减少到定态值的一半。显然，抛物线性光电导的弛豫时间与光强有关。光强 越高，弛豫时间越短。 4. 举一简例说明研究光电导的光谱分布有何实际应用。 答：（1）做特定的光谱特性的传感器 （2）起节省滤光片的作用 5. 简述光生伏特效应与热释电效应的原因及其应用。 答：光生伏特效应：由光照引起电动势的现象。包括两种

4、类型：（1）发生在均匀半导体材料内 部；（2）发生在半导体的界面。pn结的空间电荷区的电场，称为自建电场。光照产生的电 子空穴对，在自建电场作用下的运动，是形成光生伏特效应的原因。光生伏特效应的应 用：（1）太阳能电池；光电探测器件。 热释电效应：某些晶体的电极化强度随温度变化而变化，从而在晶体特定方向上引起表 面电荷变化的现象。此效应只能发生在不具有中心对称的晶体中。某些晶体内正负电荷 腹有诗书气自华 中心并不重合，有一定的电矩，其表面容易吸附自由电荷以抵消总电矩所产生的宏观电 场。温度变化时，由于极化强度的改变而释放出表面吸附的部分电荷，从而表现出热释 电效应。热释电效应的应用：红外探测器

5、，热电激光量热计，夜视仪以及各种光谱反接 收器等。 答：金元素在锗中存在多重能级，在不加砷施主杂质时，金是受主，锗是P型半导体，从 曲线中看到，长波限在0.05eV处。当加入少量砷施主杂质，此时锗晶体仍是P型，长波限 相应于0.15eV。当加入足够多的砷施主杂质时，致使锗晶体从P型转变为N型，从曲线中 可看到长波限相应于 0.2eV。这与用其他方法测出的金锗中形成多重能级的电离能是一致的。 7.设在半径为Rc的圆盘中心法线上，距盘圆中心为10处有一个辐射强度为Ie的点源S, 如图所示。试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。 2 2 答: d en Rcn Rc 1 e=c, d Q = , d e

6、=I eF2 d QIo lo *8.如图所示，设小面源的面积为，辐射亮度为 Le,面源法线与10的夹角为 巧; 被照面的面积为AAc,到面源 As的距离为10。若H为辐射在被照面 Ac的入射角，试计 算小面源在 Ac上产生的辐射照度。（选做题,参见讲稿 1.2.1光的有关概念与度量） 第2题图 腹有诗书气自华 did 用定义Le业一和E- e求解。 Ar cos tdA *9.从黑体辐射曲线图可以看出，不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长m随 温度T的升高而减小。试由普朗克热辐射公式导出（选做题，参见讲稿 1.2.1光的有关 概念与度量） mT二常数 。 这一关系式称为维恩位移定律，其中

7、常数为 2.898 10-3mK。 第二部分： 1正透镜的共同特征是中心厚度比边缘厚度_厚_ ;负透镜的共同特征是中心厚度比边缘 厚度薄。 2 .单片正透镜是一个最简单的放大镜。 3. 工作在物镜面附近的透镜称为场镜 4. 探测器与浸没透镜平面间或胶合或光胶，使像面浸没在折射率较高的介质中。它的主 要作用是显著地减小探测器的光敏面积，提高信噪比。 5 阶梯透镜是有“阶梯”形不连续表面的透镜；“阶梯”由一系列 同心圆环状带区构成， 故又称环带透镜。优点: 厚度小，重量轻，光吸收损失小。 6 设球面曲率半径为 R,则球面镜的焦距为 R/2，这一数值与光的波长无关，也就是说 球面镜不产生色差 。 7

8、 .光锥为一种 非成像的 聚光元件，可 增加光照度 或 减小探测面积 的作用。 图d中，当输入为方波时，输出为 方波, 当输入为正弦波时，输出为正弦波。 22指出下面两图各何种滤波器，分别写出其传递函数及幅频特性表达式 * Uo Rf Ui 答：图一：一阶有源滤波器 传递函数： Uo Ui 频幅特性: Uo Ui 图二：一阶有源高通滤波器 传递函数： U orf1 P=(l4) UiR 1 jc 频幅特性： Co 1 RC 23.写出下图的传递函数 Rf U o 答: U。=Af UAf=1+Rf/Ri * U i - U p Up-U 亠 Up-Uo R R 1/ j C 1 jcoC U

9、p 1 j RC :-=丄(3 _厲) 1 RC U：A 2 . 2 - U i 1-()j: 。国。 24下图所示为开关电容滤波器，画出其等效电路并写出其传递函数 答：等效电路: 25下图为迟滞比较器电路，请写出其迟滞宽度 U表达式. （上门限电压UIH 和下门限电压UIL之差） 答：Uref 当U+ = U-时，输出电压的状态发生跳变。 Rf RRf u ref R2 Rf 若UO = +Uz，当Ui逐渐增大时，使Uo由+Uz跳变为-Uz所需的门限电平 Ut+ REF R2 R2 Rf Uz 若Uo= -Uz，当ui逐渐减小时，使Uo由-Uz跳变为，Uz所需的门限电平 U Rf R2RFUREF 回差（门限宽度）.Ut:厶Ut二Ut.-Ut2RUz R2 + Rf 28.下图为采样保持电路的原理图。请简要分析其工作原理 答：采样控制信号u为一矩形波，使运放工