光电成像光调制,光电检测电路

一、判断、选择与填空。1、 用光电法测量某高速转轴的转速时，选用最合适的的光电器件是（D）.A.PMT B.CdS光敏电阻C.2CR42硅光电池 D,3DU型光电三极管2、 以激光为载体，将信息加载到激光的过程，称为调制.3、 一般CCD驱动脉冲频率越高，电荷转移损失率越（A）A、大B、小C、一样D都有可能4、 CCD的暗电流与温度有关，温度越高，暗电流越大（J）5、 CCD的工作过程就是信号电荷的电荷产生、电荷存储、电荷转移和电荷检测31、产生布喇格声光衍射的条件是声波频率较高射、声光作用长度］较大和 光束与声波波面间以一定的角度斜入。二、计算与简答2、与象限探测器相比PSD有什么特点？如何测试图中光点A偏离中心的位置？答：答：PSD是利用离子注入技术制成的一种可确定光的能量中心位置的结型光电器件，其特点是，（1）它对光斑的形状无严格要求，只与光的能量中心有关（2）光敏面上无须分割，消除了死区，可连续测量光斑位置，分辨率高。（3）可同时检测位置和光强，PSD器件输出总电流和入射光强有关，所以从总的电流可求得相应的入射光强。工作原理：当光束入射到PSD器件光敏层上距中心点的距离为％时，在入射位置上产生与入射辐射成正比的信号电荷，此电荷形成的光电流通过电阻p型层分别由电极1与2输出。设p型层的电阻是均匀的，两电极间的距离为2L，流过两电极的电流分别为匕和L，则流过n型层上电极的电流/为I和/之和0=I+匕）。L—xI=I ^1 。2L计算公式为＜L+x计算公式为＜12=102LAx=上匕LA12+I]3、 简述光频外差探测的特点。答：（1）高的转换增益。（2）良好的滤波性能。（3）良好的空间和偏振鉴别能力。（4）小的信噪比损失；有利于微弱光信号的探测。（5）探测灵敏度高（或具有极限灵敏度）。4、 在两个激光放大器之间，通常加入隔离器，使光束只沿一个方向传播。现有一45°法拉第旋转器，偏振片若干，运用所学的知识，在如图3所示的光路中设计一个简单的磁光隔离器，画出结构示意图，并说明其工作原理。光束传播方向光束传播方向图3答：如图所示,磁光隔离器主要由起偏器、45。法拉第旋转器和检偏器构成.起偏器和检偏器光轴间夹角为45°。来自起偏器的线偏振光，经45°法拉第旋转器之后，由于磁光效应，振动面旋转45°，正好与检偏器的光轴平行，能通过检偏器传播。若传播的光受到反射，反射的光再度通过45。法拉第旋转器,振动面又旋转45°，正好与起偏器的光轴垂直，从而被挡住，避免了反射光进入作为光源的激光器而影响光源的稳定性，这样可以起到隔离的作用。偏转器5、试述CCD的结构和工作原理。CCD工作过程的主要是信号电荷的产生、存储、传输（耦合）和检测。CCD工作时，在设定的积分时间内，光敏元对光信号进行采样，将光的强弱转换为各光敏元的电荷量。取样结束后，各光敏元的电荷在转移栅信号驱动下，转移到CCD内部的移位寄存器相应单元中。移位寄存器在驱动时钟的作用下，将信号电荷顺次转移到输出端。输出信号可接到示波器、图像显示器或其它信号存储、处理设备中，可对信号再现或进行存储处理。6、为什么CCD叫电荷耦合器件？它是如何使信号电荷转移的？41 23答：CCD的英文全称chargedcoupleddevice，CCD的突出特点是以电荷作为信号，实现电荷的存储与转移，而不同于其它大多数器件是以电流或者电压为信号，所以称为电荷耦合器件。41 23①1①2①3

9、 说明电光调制器、声光调制器和磁光调制器的工作原理。答：电光调制原理：电光调制器最重要的部分是电光晶体。电光晶体放在两片正交偏振片之间。当光通过时，加在晶体上的交变电压使折射率发生变化，通过晶体的偏振光发生相位差，引起出射光强度变化。这样，只要将电信号加到电光晶体上，光便被调制成载有信息的调制光。声光调制原理：声光调制是利用声光效应将信息加载于光频载波上的一种物理过程。调制信号是以电信号（调辐）形式作用于电-声换能器上，电-声换能器将相应的电信号转化为变化的超声场，当光波通过声光介质时，由于声光作用，使光载波受到调制而成为“携带”信息的强度调制波。磁光调制原理：一束平面偏振光通过磁场作用下的磁光晶体时，其偏振面受到正比于外加磁场的作用而发生偏转。将磁光介质（铁钇石榴石Y3Fe5O12或三漠化格CrBr3）置于高频线圈中。在它的左右两边，各加一个偏振片。安装时，使它们的光轴彼此垂直。没有磁场时，自然光通过起偏振片变为平偏光通过磁光介质。到达检偏振片时，因振动面没有发生旋转，光因其振动方向与检偏振片的光轴垂直而被阻挡，检偏振片无光输出。有磁场时，入射于检偏振片的偏振光因振动面发生旋转，检偏振片有光输出。光输出的强弱与磁致旋转角。有关。10、 要实现光的强度调制、频率调制和光隔离分别选用哪种光调制器件？答：电光、声光和磁光11、 若两相线阵CCD的像敏单元为1024个，器件的总转移率为0.94,试计算每个转移单元的最低转移效率是多少？CCD的时钟频率上下限如何选择？解：门1024x2=0.94nn=0.999969788...£0=0.000030212・•・fL>121 匚为非平衡载流子的平均寿命fH<1/（21DIn£0） 1D为CCD势阱中电量因热扩散作用而衰减的时间常数14、如Aarclanla) b)例5・1如图5-10a所示的电路中，设电源电压«=9V,光敏二极管的伏安符性I田线心图5-10b,光敏二极管上的光照度在0~1501x之间变化。若光照度在此范围内作正弦变化，要使输出交变电压的幅值为3V,如Aarclanla) b)解由图5-lOb可以看出，光敏二极管的暗电流为2piA,光照度为1501x时的光电流为17mA,因此光电流变化量A/=（17-2）jiA=15jiA图5-1（）光敏.二极管输入电路及其伏安特性

图5-1（）光敏.二极管输入电路及其伏安特性

a）电路b）曲线3 - ―此所需负载电阻R= = U=4UVKAZA/7.5xIO*通过N点（9,0）作一条与U轴成a=tan”?角的直线，与/轴交于M点，则而|!|1为所求的负载线，。为电路的工作点。 >15、设计一套测量材料透过率的光电测试自动装置，要求消除光源的不稳定性因素的影响。⑴绘出工作原理图。（2）说明工作原理。（答案请ppt内自己整理，原理图大致画一下，能够正确表达涵义即可）

16、（a）波长为入=0.55.m的干涉仪，测得的光通量变化频率为4X105ftz。求物体的运动速度应u。dx 人dN人u=——= =—dt 2dt 20.55x0.55x10-62x4x105=0.11m/s（b）波长为入=0.55.m的干涉仪，测得的光通量变化了40次。求物体的运动距离（对照ppt自己计算，答案：22.m）。16题图 20题图17、设计一台有合作目标的光电测距装置。说明工作原理、画出原理框图。（答案请ppt内自己整理）18光学目标是什么？（答案请ppt内自己整理）19、 简述PSD的工作原理。（答案请ppt内自己整理）20、 根据磁光开关示意图解释其工作原理（具体内容见光调制那一节ppt自己整理）21、根据下图，解释半导体光纤温度计的测温原理。（a） （b）答：图a中LED光源发射的光其光谱分布如图b所示，峰值波长大约在0.87Mm附近，光纤在这里起到了传光的作用，光纤本身不作为传感器，对温度敏感的是光纤中间的半导体器件。如果中间没有半导体温度传感器，那么光接收器接收到的光线，光谱分布与LED光源发射光的光谱分布一致。加入半导体温度传感器后，半导体温度传感器的长波段透过率比较高，短波段透过率较低，温度为T1时，其透过率的截止波长大约在0.86pm附近，温度逐渐上升，T2是透过率截止波长大约在0.89pm附近，进一步上升，T3的透过率截止波长大约在0.91pm附近，T3>T2>T1的吸收波长边沿分布如图b所示，随着温度的上升，吸收波长边沿往长波段移动，所以光接收器接收到的光（图中阴影部分）随着温度升高逐渐减小，与温度有对应关系，从而达到测温的目的。22、为什么光频外差探测的探测精度较高？根据ppt自己整理。（1） 在t1时刻，（P1高电位，（P广（P③低电位。此时？1电极下的表面势最大，势阱最深。假设此时已有信号电荷（电子）注入，则电荷就被存储在◎1电极下的势阱中。（2） t2时刻，（p1、（p2为高电位，（p3为低电位，则？1、？2下的两个势阱的空阱深度相同，但因？1下面存储有电荷，则◎1势阱的实际深度比p2电极下面的势阱浅，p1下面的电荷将向p2下转移，直到两个势阱中具有同样多的电荷。（3）t3时刻，p2仍为高电位，p3仍为低电位，而p1由高到低转变。此时p1下的势阱逐渐变浅