1、河南大學(xué)物理與電子學(xué)院光電檢測(cè)技術(shù)期末考試光電檢測(cè)技術(shù)題庫(kù)試卷（二）參考答案一 單項(xiàng)選擇題（每小題2分,共40分）1光度量是輻射度量的（ C ）倍A.683 B. V（） C.683 V（） D . 1/683 V（）2波長(zhǎng)為500nm的波屬于（ C ）A. 遠(yuǎn)紅外線 B. 太赫茲波 C. 可見光 D. X射線3任何溫度下對(duì)任何波長(zhǎng)的入射輻射能的吸收比都小于1，稱為（ B ）.A黑體 B灰體C黑洞 D絕對(duì)黑體4半導(dǎo)體中受主能級(jí)的位置位于（ A ）中.A. 禁帶 B. 價(jià)帶C. 導(dǎo)帶 D. 滿帶5斯忒藩-玻耳茲曼定律為（ A ）。 A. T 4 B. T 2 C. TmB D. (,T)= (,

2、T)6. 熱敏電阻的種類不包括（ D ）.A. PTC B. NTC C. CTC D. ZTC7. 屬于相干光源的是（ C ）.A.氣體放電燈 B. 黑體輻射器 C. 固體激光器 D. 發(fā)光二極管8下列光源中，最佳的彩色攝影用光源是（ A ）A鹵鎢燈 B氘燈C汞燈 D汞氙燈9屬于成像的器件是（ C ）.A. LD B. LED C. CCD D. PMT10充氣鹵鎢燈是一種 ( B ).A.氣體光源 B. 熱光源C. 冷光源 D. 激光光源11TDICCD表示的是（ B ）CCD A. 增強(qiáng)型; B. 時(shí)間延遲型; C. 電子轟擊模式; D. 紅外12熱效應(yīng)較小的光是（ D ）.A. 紫光

3、B. 紅光C. 紅外 D. 紫外13在光電倍增管中，產(chǎn)生二次電子發(fā)射的是( C ).A陰極 B.陽極 C. 倍增極 D. 玻璃窗14光纖纖芯、包層、外套的折射率n 1、n 2、n 0的關(guān)系是（ D ）.A. n 1 n 2 n 0 B. n 2 n 0 n 1C. n 0 n 2 n 1 D. n 1 n 0 n 215光照一定，短路電流與入射光波長(zhǎng)的關(guān)系，屬光電池的( C )特性： A. 頻率; B. 伏安;C. 光譜; D. 溫度16 像管中（ C ）的出現(xiàn)和使用，成為了第二代像管出現(xiàn)的標(biāo)志性部件。A. 負(fù)電子親和勢(shì)陰極； B. 電子光學(xué)系統(tǒng)；C微通道板MCP； D. 光纖面板17充氣白熾

4、燈主要充入（ A ）.A. 氬氣 B.氙氣 C. 氖氣 D.氪氣18硅光電二極管與硅光電池比較，后者（ B ）A摻雜濃度低 B電阻率低C反偏工作 D光敏面積小19線陣CCD主要是通過（ A ）工作.A. 電荷 B. 電壓C. 電流 D. 電阻20彩色CCD有（ C ）種.A. 1 B. 2 C. 3 D. 4二、多項(xiàng)選擇題（每題2分，共10分）1固體發(fā)光器件有（ ABCDE ）。A. LCD B. PDP C. ECD D. EPD E. VFD2. 結(jié)型光電器件的特點(diǎn) ( ABCDE )：A. 有極性 B. 靈敏度與光源光譜有關(guān) C. 響應(yīng)速度決定于RCD. 參量與溫度有關(guān) E易受電磁場(chǎng)干擾

5、3光電池有（ABCD）種類。A. 硅光電池B. 硒光電池 C.鍺光電池D. 砷化鎵光電池 E. 鋰光電池4. 熱敏電阻的種類有（ ABC ）。A. PTC B. NTC C. CTC D. WTC E. ZTC5. 光電效應(yīng)有（ ABCDE ）。A.光電導(dǎo)效應(yīng) B.光生伏特效應(yīng) C. 光電效應(yīng)D.光磁電效應(yīng) E.光子牽引效應(yīng)三.填空題 (每空1分,共10分)1吸收比是物體吸收量與投射的 輻射能量 的比值.2FTCCD指的是 幀轉(zhuǎn)移型 CCD.3紫外光的熱輻射比紅外光 小 4. 光電池的PN結(jié)工作在 零偏 狀態(tài)，它的開路電壓會(huì)隨光照強(qiáng)度的增加而 增加 。5. S（）U（）/（），稱為光電器件的

6、光譜靈敏度 6. 在環(huán)境亮度大于10cd.m-時(shí),最強(qiáng)的視覺響應(yīng)在光譜藍(lán)綠區(qū)間的555 nm處。7光源單位時(shí)間內(nèi)向所有方向發(fā)射的能量，稱為輻功率（輻通量）8半導(dǎo)體受光照，在結(jié)區(qū)兩邊產(chǎn)生勢(shì)壘的現(xiàn)象稱 光生伏特效應(yīng) 9光在光纖內(nèi)形成駐波的光線組稱為 模 四.簡(jiǎn)答計(jì)算題 (共40分)1. 試述光電二極管與光電池的區(qū)別。（8分）區(qū)別有四：光電二極管電阻大、摻雜小、面積小、反偏工作；光電池電阻小、摻雜大、受光面積大、電阻小、無偏狀態(tài)工作。2. 什么是外光電效應(yīng)？（8分）外光電效應(yīng)是指，光照射在金屬上，金屬向外發(fā)射電子的效應(yīng)。3. 為什么結(jié)型光電器件在正向偏置時(shí)沒有明顯的光電效應(yīng)？必須工作在哪種偏置狀態(tài)？

7、（12分）1）正偏效果正向?qū)щ?，電?chǎng)電流IF較大；光照電流IP相對(duì)來說可以忽略，即有無光光照基本上不影響電流大??；正偏時(shí)起不到光電檢測(cè)效果。2）零偏置或反偏效果無光照時(shí)有暗電流，即反向飽和漏電流,其值很小，幾乎為零；有光照時(shí)，電子空穴對(duì)增加，光照電流較大，有無光照反差較大，可以作為檢測(cè)元件，進(jìn)行光電檢測(cè)。因此結(jié)型器件必須工作在零偏置或反偏工作狀態(tài)。4. 現(xiàn)有GDB423型光電倍增管的光電陰極面積為2 cm2，陰極靈敏度Sk為25A/lm，倍增系統(tǒng)的放大倍數(shù)為105，陽極額定電流為20 A，求允許的最大光照。（12分）已知 Sk=25A/lm Ak=2 cm2=210-4m2 M=105 IP=

8、20 A 求Emax=?解： 依公式 Sk= Ik / Ik = IP / M = Ik / Sk= IP / M Sk = 20 A/105/(25A/lm)=0.810-5 (lm) E=/S=0.810-5 (lm)/ 210-4m2=0.04 (lx) 最大光照度為0.04 lx。2009-2010-2光電檢測(cè)技術(shù)A卷試題及答案 一、計(jì)算（共 28 分，共 3 題） 1、如圖 1 所示，是轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)，已知圓盤的孔數(shù)為 N，光電探測(cè)器輸出的脈沖信號(hào)頻率 、 所示，是轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)， ， 測(cè)量系統(tǒng) 為 f，求轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速 n（單位為 r/min）（8 分） ， 圖 1 轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng) 已知本征

9、硅材料禁帶寬度 Eg1.2eV，求該半導(dǎo)體材料的本征吸收長(zhǎng)波限；已知某種光 電器件的本征吸收長(zhǎng)波限為 1.4um, 求該材料的禁帶寬度。 （8分）3、設(shè)被測(cè)距離最大范圍為 10km,要求測(cè)距精度為 1，而各測(cè)尺的測(cè)量精度為 1，試給出 測(cè)尺的個(gè)數(shù)以及各測(cè)尺的長(zhǎng)度和頻率。 （12 分） 三、簡(jiǎn)答題（共 46 分） 4、在微弱輻射作用下，光電導(dǎo)材料的光電靈敏度有什么特點(diǎn)？為什么要把光敏電阻造成蛇形？（8 分） 光電導(dǎo)器件的響應(yīng)時(shí)間（頻率特性）受哪些因素限制？光伏器件與光電導(dǎo)器件工作頻率 哪個(gè)高？實(shí)際使用時(shí)如何改善其工作頻率響應(yīng) ？（8 分） 6、 試問圖 2 (a) 和圖 2(b)分別屬哪一種類型

10、偏置電路？為什么？分別寫出輸出電壓 U0 的表達(dá)式。 （10 分） 如果硅光電池的負(fù)載為 RL，畫出它的等效電路圖，寫出流過負(fù)載RL 的電流 IL 方程及 Uoc、Isc 的表達(dá)式，說明其含義（圖中標(biāo)出電流方向）。（10 分） 光伏探測(cè)器的工作模式分為哪幾種？為什么（分類依據(jù)）？他們的主要區(qū)別？（10 分） 論述題（共 26 分）為什么說光外差檢測(cè)方式是具有天然檢測(cè)微弱信號(hào)的能力？（ 12分） 闡述用差動(dòng)法檢測(cè)溶液濃度的工作原理（同時(shí)畫出原理圖）及工作過程（必須寫出濃度表達(dá)式）（14 分） 答案：計(jì)算題 1、轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速為： 2、 h Eg hc / Eg 則長(zhǎng)波限為：1.03um， 材料的禁帶

11、寬度為：0.887ev 被測(cè)距離最大范圍為：10KM，所以最大尺子的量程至少為：10KM，此尺子能精確測(cè)到： 10KM110m。 因?yàn)橐鬁y(cè)距精度為 1cm，尺子的測(cè)量精度為 1，所以最小量程的尺子為：1cm/110m 縱上述， 測(cè)量至少需要兩把尺子： 一個(gè) L0=10KM， 其對(duì)應(yīng)的工作頻率為：f 0= c / 2L0另一個(gè) L0=10m，其對(duì)應(yīng)的工作頻率為： f 0= c / 2L 01.510 HZ 簡(jiǎn)答題 在微弱輻射作用下，光電導(dǎo)材料的光電靈敏度是定值，輸出光電流與入射光通量成正比， 即保持線性關(guān)系。 光敏電阻做成蛇形，一方面既可以保證有較大的受光面積，一方面減小電極之間的距離，從 而

12、既可以減小載流子的有效極間渡越時(shí)間，也有利于提高靈敏度。 2、響應(yīng)時(shí)間主要受光電導(dǎo)器件中載流子的平均壽命 有關(guān)，減小 ，則頻率響應(yīng)提高；其 次，光電導(dǎo)器件的響應(yīng)時(shí)間與運(yùn)用狀態(tài)也有光，例如，光照強(qiáng)度和溫度的變化，因?yàn)樗鼈兌?影響載流子的壽命。 光伏特器件的工作頻率高于光電導(dǎo)器件。 要改善光伏器件的頻率響應(yīng)，主要是減小響應(yīng)時(shí)間，所以采取的措施主要有： 減小負(fù)載電阻；減小光伏特器件中的結(jié)電容，即減小光伏器件的受光面積；適當(dāng)增加 工作電壓。 3、都屬于共射極電路， 、硅光電池的工作原理和等效電路為下圖： (4 分) 從圖（b）中可以得到流過負(fù)載 RL 的電流方程為：其中，SE 為光電池的光電靈敏度，E

13、 為入射光照度，Is0 是反向飽和電流，是光電池加反向偏壓后出現(xiàn)的暗電流。 (2 分) 當(dāng) i0 時(shí)，RL（開路） ，此時(shí)曲線與電壓軸交點(diǎn)的電壓通常稱為光電池開路時(shí)兩端 的開路電壓，以 VOC 表示，由式（1）解得： 當(dāng) RL0（即特性曲線與電流軸的交點(diǎn)）時(shí)所得的電流稱為光電流短路電流，以 Isc 表 示，所以 IscIpSeE （3）。 。（4分） 從式（2）和（3）可知，光電池的短路光電流Isc與入射光照度成正比，而開路電壓 VOC 與 光照度的對(duì)數(shù)成正比。 光伏探測(cè)器的工作模式分為光電導(dǎo)工作模式和光伏特工作模式，它的工作模式則由外偏 壓回路決定。在零偏壓的開路狀態(tài)，PN 結(jié)型光電器件產(chǎn)生

14、光生伏特效應(yīng)，這種工作原理成 光伏工作模式。當(dāng)外回路采用反偏電壓，即外加 P 端為負(fù)，N 端為正的電壓時(shí)。無光照時(shí)的 電阻很大，電流很小；有光照時(shí)，電阻變小，電流就變大，而且流過它的光電流隨照度變化 而變化。從外表看，PN 結(jié)光伏探測(cè)器與光敏電阻一樣，同樣也具有光電導(dǎo)工作模式，所以 稱為光導(dǎo)工作模式。 主要區(qū)別：器件處于光伏工作模式時(shí)，器件內(nèi)阻遠(yuǎn)低于負(fù)載電阻，相當(dāng)于一個(gè)恒壓源；在光 電導(dǎo)模式下，器件內(nèi)阻遠(yuǎn)大于負(fù)載電阻，此時(shí)器件相當(dāng)于恒流源。 三、論述題 而中頻電流輸出對(duì)應(yīng)的電功率為： ，其中 R L 為光電探測(cè)器的負(fù)載電阻。所以，這里的橫線是對(duì)中頻周期求平均。 從物理過程的觀點(diǎn)看， 直接探測(cè)是

15、光功率包絡(luò)變換的檢波過程； 而光頻外差探測(cè)的光電 轉(zhuǎn)換過程不是檢波，而是一種“轉(zhuǎn)換”過程，即把以 S 為載頻的光頻信息轉(zhuǎn)換到以 IF 為 載頻的中頻電流上，這一“轉(zhuǎn)換”是本機(jī)振蕩光波的作用，它使光外差探測(cè)天然地具有一種 轉(zhuǎn)換增益。 為了衡量這種轉(zhuǎn)換增益的量值，我們以直接探測(cè)為基準(zhǔn)加以描述。為此令 把（1）和（2）式代入（3）中得到： 通常在實(shí)際應(yīng)用中， PL PS 因此 M1, M 的大小和 PS 的量值有關(guān)。例如假定 PL = 0.5mw ，那么在不同的 PS 值下，M 值將發(fā)生明顯變化。列舉數(shù)值如表 1 所示：從表 1 的數(shù)值舉例中看出， 在強(qiáng)光信號(hào)下， 外差探測(cè)并沒有多少好處， 在微弱光信號(hào)下， 外差探測(cè)器表現(xiàn)出十分高的轉(zhuǎn)換增益。例如，在 量級(jí)時(shí)，也 就是說，外差探測(cè)的靈敏度比直接探測(cè)將高 量級(jí)，所以我們可以說，光外差探測(cè)方式具有天然的探測(cè)微弱信號(hào)的能力。 2、原理和工作過程：光源 1 發(fā)出的光經(jīng)單色器 2 后成為單色光，該單色光的波長(zhǎng)應(yīng)選為待 測(cè)溶液的峰值吸收波長(zhǎng)。將該光線用分束器 BS 分成兩束，分別通過待測(cè)溶液 S2 和參比溶液 S1，并用兩個(gè)性能一致的光電探測(cè)器接收。由于參比溶液對(duì)工作波長(zhǎng)的光不產(chǎn)生吸收，而待測(cè)溶液對(duì)該波長(zhǎng)的光有較強(qiáng)的吸收， 因此， 探測(cè)器 PD1 接收到的光強(qiáng)度