光电子技术测验卷答案

1、光电子技术测验卷（二）一、填空题（20 分）1、在设计热探测器时，为改善对缓变信号的探测能力，需增大 其热容量 H,减少 其热导G，而要改善对快速光信号的响应特性，则需减少 其热 容量H.增大其热导G。2、光电探测器中主要的固有噪声有热噪声、散粒噪声、产生-复合噪 声、1f噪声、温度噪声 。3、请将下列光电探测器按响应时间由快到慢的顺序依次排列：光电二极 管；PIN管；热电偶；热敏电阻；光电池。（写序号）、 、。（热敏电阻型探测器的响应时间在110ms之间，比光电探测器差。热电 偶型探测器响应时间达3050ms,响应时间更长。）4、0.5mW的光通量相当于0.3415流明，当这一光通量全部入射

2、至H2cm2的光电池上，光电池接受的照度为1707.5 勒克斯。(0 (九)=683V(九)4 (九)ve二、判断题（8分）1、F2、F3、R4、R三、简答题（30分）1、写出归一化探测率D*的表达式，并说明其物理意义。（P.70）答:D*答:D*nEp_ (A Af )1/2 S d* : 4 D (A Af )1/2d它表示面积为1cm2的探测器上有1W的入射功率，并用1Hz带宽的放 大器测量时，探测器输出的信噪比。2、比较光子探测器和光热探测器在作用机理、性能及应用特点等方面的 差异。答：光子效应是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

3、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改变的大小。因为，光子能量是 hv，h是普朗克常数,v是光波频率，所以，光子效应就对光波频率表现 出选择性，在光子直接与电子相互作用的情况下，其响应速度一般比较快。光热效应和光子效应完全不同。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。所以，光热效应与单光子能量 hv的大小没有直接关 系。原则上，光热效应对光波频率没有选择性。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

4、易受环境温度变化的 影响。值得注意的是，以后将要介绍一种所谓热释电效应是响应于材料的 温度变化率，比其他光热效应的响应速度要快得多，并已获得日益广泛的 应用。3、选用光电探测器的一般原则。 答：用于测光的光源光谱特性必须与光电探测器的光谱响应特性匹配；考 虑时间响应特性；考虑光电探测器的线性特性。4、光电耦合器件应有哪三个工作环节，举例说明。（P.114） 答：光电耦合器由一光发射管（发光二极管）和光接收管（光电二极管或 光电三极管）组成。（1）在光发射管（输入端）加上信号，使得光发射管发光；（2）光接收管接收光辐射，从而在输出端输出信号（当然还需要外 电路）；（3）使信号能够通过耦合器，而输

5、入与输出端没有任何电、磁的联 系，起到信号隔离作用。由于发射管与接受管之间保持有足够 的电气距离，其隔离电压可以做得很高，一般在2kV以上，通 过光导纤维隔离的耦合器理论上隔离电压可以做到无穷大。5、说明PIN管的频率特性为什么比普通光电二极管好。（P.95）答：PIN光电二极管在参杂浓度很高的P型半导体和N型半导体间夹着一 层较厚的本征半导体I。又由于工作在反偏状态，随着反偏电压的增大， 结电容变得更小，从而提高了 PIN光电二极管的频率响应。6、简述PbO视像管的基本结构和功能。（P.130）答：基本结构为光电靶和电子枪。基本功能：光电变换、光电信号存储、 扫描输出。（1）光电靶的一侧为光

6、敏层。由三层很薄的半导体材料组成Pb0靶具 有PIN光电二极管的结构。可以完成内光电效应。（2）工作时，光电二极管结构处于反向偏压状态。图像使得光电靶上各 点照度不同，在光电二极管内产生不同数量的电子-空穴对。在反 向电场的作用下到达靶的两侧，使得靶扫描面上的电位升高，形成 与图像明暗对应的正点位图像，这就是图像的存储。（3）图像信号的扫描输出有电子枪发射扫描电子束来完成。像素（光电 二极管结构）的光电流由P到N,流过负载，产生负极性图像电压 信号（信号阅读），同时扫描电子束使P层扫描面降至阴极电位（图 像信号擦出）。四、计算题（42分）1.3.2节例题3.11某测辐射热记的热导Gt=6*10

7、-6W/K，吸收系数耳=0.8，求吸收5卩W辐射功率后产生的温升。若电阻温度系数a =-0.04K-i,求吸收辐射所引起的电阻相对变化率。AT0meAT0me0G0.8 5 10-66 -10-6二 0.67KAR= -AT=-0.04-0.67=-0.0268 R T2、3. 1节例题 3.9探测器的D*=10iicmHzi/2/W,探测器光敏面直径0.5cm,用于Af =5*10sHz的光电仪器中,它能探测的最小辐射功率为多少？解：1NEP=D23(解：1NEP=D23(0.5 /2)25103*D*1011=9.8.10 -13 W3、3.3（1）例题 3.14用Cds光敏电阻控制继电器

8、。灵敏度s =2* 10-S/lx,继电器线圈电阻d是4K0,吸合电流是2mA，使继电器吸合所需的最小照度是多少？若 使继电器在200lx时吸和，则需改变线圈电阻，问此时继电器电阻最 大为多少？（弱光照射条件）。解：(1)Ip=Sg U L 代入数值得 2-10-3= (2-10-6)-U - L Uk= (2 10-3)(4 10-3)=8VkU=12-Uk=4V，带入式得，L = 2 -10-3 = 250lxk2 -10-6 - 4可得，R=3500QI I 二 S - U - 可得，R=3500Q(2) 5 pgU 二 12 - (2 10-3) R4、3.3(1)例题 3.15光敏电

9、阻可做光控继电器。下图光敏电阻为CdS器件。晶体管的卩值为50,继电器K的吸合电流是10mA, Re=100。.考虑弱光照情况，继 电器吸合需多大照度？（光敏电阻的灵敏度Sg=2*10-7S/lx, Ub=12V）。解：G=10-8, G?=2 10解：G=10-8, G?=2 10-5吸合时,Ic=10mA,_ F PRe得到sg=竺=AL 100=210 -7( s / lx)1010-350=210 -(A)I= (1+B) IB=51 (2 10-4)=1.02 10-2 (A) eBUk=Ub Ub -U =12-0.6-100 (1.02 10-2)=10.38 (V) k b b由 Ip=IB =Sg U L 可得 L= A = 96.3 (lx )SUg5、3.3 (3)例题 3.33GDB-423型光电倍增管的光电阴极面积为2cm2，阴极灵敏度S为k25 pA/lm，倍增系统的放大倍数为105，阳级额定电流为20 A，求允许的最大光照？IS解：电流增益M也是电压的函数，m=105 = a = sakk代入 M，Sk，可得 SA=2.5A/lmLmaxALmaxA