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1、“光电技术简答题”复习资料一、回答问题：7、什么是朗伯辐射体？在任意发射方向上辐射亮度不变的表面，即对任何0角Le为恒定值（理想辐射表面）。 朗伯辐射表面在某方向上的辐射强度与该方向和表面法线之间夹角的余弦成正比。I = I cos 010、写出光源的基本特性参数。（1）辐射效率和发光效率（2）光谱功率分布（3）空间光强分布（4）光源的色温（5）光源的颜色11、光电探测器常用的光源有哪些？热辐射光源：太阳；白炽灯，卤钨灯；黑体辐射器（模拟黑体，动物活体）。气体放电光源：汞灯，钠灯，氙灯，荧光灯等。固体发光光源：场致发光灯，发光二极管等。激光器：气体激光器，固体激光器，染料激光器，半导体激光器等
2、。12、画出发光二极管的结构图并说明其工作原理。发光二极管的基本结构是半导体P-N结。铝电极图发光二极管的结构图工作原理：n型半导体中多数载流子是电 子，p型半导体中多数载流子是空穴。P-N结 未加电压时构成一定势垒。加正向偏压时，内 电场减弱，p区空穴和n区电子向对方区域的 扩散运动相对加强，构成少数载流子的注入， 从而p-n结附近产生导带电子和价带空穴的 复合，复合中产生的与材料性质有关的能量将 以热能和光能的形式释放。以光能形式释放的 能量就构成了发光二极管的光辐射。13、说明发光二极管的基本特性参数有哪些。（1）量子效率：1）内发光效率：PN结产生的光子数与通过器件的电子数的比例。2）
3、外发光效率：发射出来的光子数与通过器件的电子数的比例。（2）发光强度的空间分布：（3）发光强度与电流关系：电压低于开启电压时，没有电流，也不发光。电压高于开 启电压时显示出欧姆导通性。在额定电流范围内，发光强度与通过的电流成正比。（4）光谱特性：发射功率随光波波长（或频率）的变化关系。（5）响应时间：从注入电流到发光二极管稳定发光或停止电流到发光二极管熄灭所用 的时间。表达了发光二极管的频率特性。（6）寿命：亮度随时间的增加而减小。当亮度减小到初始值的e-1时所延续的时间。17、简述PN结光伏效应（分正偏、反偏、零偏三种情况）。是一种内光电效应，当光子产生时，能产生一个光生电动势，基于两种材料
4、相接触形 成的内建势垒，光子激发的光生载流子被内建电场扫向势垒两面三刀边，从而形成光生电 动势。18、简述光电发射效应（分金属与半导体两种情况）。当光照射物质时，若入射光子能量hv足够大，它和物质中的电子相互作用，使电子 吸收光子的能量而逸出物质表面。（1）第一定律：当入射辐射的光谱分布不变时，饱和光电流与入射的辐射量O成正 比。（2）第二定律：发射的光子最大动能随入射光子频率的增加而线性的增加，与入射 光强度无关。19、什么是负电子亲合势，它的工作原理、主要用途及优缺点。如果给半导体的表面做特殊处理，使表面区域能带弯曲，真空能级降到导带之下，从 而使有效的电子亲和势为负值，经过这种特殊处理的
5、阴极称作负电子亲和势光电阴极。特点：1）量子效率高2）光谱响应延伸到红外3）热电子发射小4）光电子的能量集中20、探测器噪声主要有哪几种？（1）热噪声：载流子在一定温度下做无规则热运动，载流子热运动引起的电流起伏或 电压起伏。（2）复合噪声：载流子产生复合瞬间有起伏。（3）散粒噪声：随机起伏所形成的噪声。（4）1/F噪声：噪声功率谱与频率与反比。主要由于材料表面态和内部缺陷引起电子 散射而产生。（5）温度噪声：由于器件本身吸收和传导的热交换，引起的温度起伏。21、写出电阻热噪声的电压、电流、功率表达式。22、何谓等效噪声带宽？23、何谓等效噪声功率？何谓探测率？何谓归一化等效噪声功率？如果入射
6、到探测器的辐通量按某一频率变化，当探测器输出信号电流Is等于噪声均 方根电流时，所对应的入射辐通量中e称为等效噪声功率NEP。等效噪声功率NEP的倒数 为探测率D。NEP常与探测器面积气和测量系统带宽V的乘积的平方根成正比。为比较探测器性能，需除去气和国的影响，用归一化参数表示。D *=DjAf24、何谓“白噪声”？何谓“ f噪声”？要降低电阻的热噪声应采取什么措施？25、说明光电导器件、PN结光电器件和光电发射器件的禁带宽度和截止波长之间的关 系。27、简述光电倍增管的工作原理。光电倍增管工作原理：1）光子透过入射窗口入射在光电阴极K上。2）光电阴极电子受光子激发，离开表面发射到真空中。3）
7、光电子通过电子加速和电子光学系统聚焦入射到第一倍增极D1上，倍增极将发射 出比入射电子数目更多的二次电子，入射电子经N级倍增极倍增后光电子就放大N次方倍。4）经过倍增后的二次电子由阳极P收集起来，形成阳极光电流，在负载Rl上产生信 号电压。35、说明光敏电阻的几种基本偏置电路。36、为什么结型光电器件在正向偏置时没有明显的光电效应？他们应工作在哪种偏置 状态？37、如果硅光电池的负载是七，画出它的等效电路图，写出流过负载七的电流方程 及Voc、ISC的表达式，说明其含义（图中标出电流方向）。38、硅光电池的开路电压为Voc，当照度增大到一定值后，为什么不再随入射照明的 增加而增大，只是接近0.
8、6V？在同一照度下，为什么加负载后输出电压总是小于开路电 压？39、硅光电池的开路电压VC为何随温度上升而下降？40、硅光电池的负载取何值时输出功率最大？如何确定？在什么条件下可将它看做恒 压源使用？41、ZDU型光电二极管设环极的目的是什么？画出正确的线路图。使用时环极不接是 否可用？为什么？42、一维光电位置探测器是如何测量光点位置的？写出测量方程。43、说明PIN管、雪崩光电二极管的工作原理和各自特点。并说明为什么它们的频率 特性比普通光电二极管好？54、说明CCD的特性参数（电荷转移效率、工作频率、电荷存储容量、噪声）。55、CCD器件为什么必须在动态下工作？其驱动脉冲上下限受到哪些条
9、件的限制？应 如何估算？56、简述光电二极管的电荷存储工作原理。它与连续工作方式相比有什么特点？60、什么是热探测器？它与其它光电器件相比具有哪些特性？61、已知一热探测器的热时间常数为*，热容C,，热导G,，求当调制辐射频率f变化时，探测器温升的相对变化规律。63、热释电效应应如何理解？为什么热释电效应只能探测调制辐射?66、常用的热探测器有哪几种？都是用什么原理工作的？（1）、热敏电阻与测辐射热计；（2）、热电偶与热电堆；（3）、热释电器件；（4）、高莱管。68、哪些光电器件应工作于平衡态？哪些光电器件只能在非平衡态下工作？为什么？70、什么是驰豫过程，光电驰豫过程的长短用什么来描述？驰豫
10、过程对光电器件的什 么特性影响最大？74、写出光照下PN结的电流方程。78、简述温差电偶的工作原理。80、为了减小背景光和杂散光的影响，需对进入光电接收系统的光进行滤波。试说明 对入射光进行空间滤波和光谱滤波的基本方法和作用。一、空间滤波的基本方法和作用（1）如果信号光的输入空间角有一定的大小，如远处的点光源，可以给接受光学系 统加遮光罩、减小视场光阑、减小通光孔径的方法，压缩进入光学系统的空间立体角。（2）当信号光源有一定的空间形状时，我们可以利用透镜的傅立叶变换，在其频谱 面上设置空间滤波器，只让信号光源的特定频谱通过，而将其他频谱挡住，就能将背景光 几乎全部滤除。（3）给接受光学系统加消
11、杂光光阑，可以最大限度的消除杂光的干扰。二、光谱滤波的基本方法和作用81、为了提高光电接收系统的信噪比，我们学习过哪些方法用来压制噪声？83、说明对光源选择的基本要求。二、计算题：4、一块半导体样品，时间常数为u =0.1囚，在弱光照下停止光照0.2rs后，光电子浓 度衰减为原来的多少倍？解：n (t) = n(0)e Wn (t) = e 2 nW=0.13546、设某种光电倍增管一共有10个倍增极，每个倍增极的二次电子发射系数均为c =4,阴极灵敏度Sk = 20rA/lm，阳极电流不得超过100 rA，试估算入射于阴极的光通量的上 限。解：阳极电流ia满足：ia=8Re，所以入射光通量。
12、=-L = 100 = 4.77x10-6 lmV 七 b n 20 x 4107、上题中，若阳极噪声电流4nA，求其噪声等效光通量？（颂=1HZ）解：题中未给出入射光的波长值，我们取波长为555 nm，则V（人）=1i4 x 10 -3一NEP=n= 2.79 x 10 -13 LmSkb nkV（人）20 x 410 x 6838、某光敏电阻的暗电阻为600kQ，在200lx光照下亮暗电阻比为1： 100，求该电阻 的光电导灵敏度。解：该光敏电阻的亮电阻为气=0.01%= 6 x 103。，光电导G = 1/R，所以光电导灵敏1111 =8.33 x 10-7S/Lxv R, R6 x 1
13、03 6 x 105S =21 =EE 2 E200 09、某光电导器件的特性曲线如右图，用该器件控制一继电器。使用30V直流电源， 电路在400lx的照度下有10mA电流即可使继电器吸合。试画出控制电路，计算所需串联 的电阻和暗电流。题9图光敏电阻的特性曲线光敏电阻控制继电器电路解：光敏电阻的光电导灵敏度为1111S=土=10001 X 105 = 1 x 10-6E E E 1000 121S/Lx在400Lx的光照下，光敏电阻的阻值为R。G。= R = SeE = 1 x 10-6 x 400 = 4 x 104S所以，R,=2500欧姆。使用30V直流电源，使继电器吸合需10mA电流。
14、这时回路电 阻应为R广30/0.010=3000 欧姆比光敏电阻的阻值要大，故需串联一个电阻R1，R1=RL-Rt=500欧姆。10、具有上题所示特性的光敏电阻， 所示的电路中。若光照度为E=(400+lx，求流过R2的微变电流有效值和气所号功率。解:设光照度变化频率3和电容量C 则电容交流短路。交流等效负载为R1和 值，R =2k Q。G ma厂 Sg S由上题，Go=4X10-4 S，获得的信用于右图 50sin & t)足够大，r2的并联直流工作点:I0 R0 + R11301+ 2.5k4.0 x 10-46.00x 10-3 (安)。光照度最大时总电流Imax3011 + R + 2
15、.5k G 114.5 x 10 - 4max=6.35x 10-3 (安)Emax=1.0X 10-6X450=4.5X 10-4所以交变电流的峰值电流是imax=6.35-6.00=0.35(mA)，通过R2的峰值电流是:i= 土i= x 0.35mA = 0.12mA2岫r + r max2.5k + 5k负载电阻R2所获得的信号功率为：P = 1R i2= 0.5x5x 103 x (0.12x 10-3)2 = 3.8x 10-5WS 22 2 max12、某光电二极管的结电容5pF，要求带宽10mh z，求允许的最大负载电阻是多少?若输出的信号电流为10X，在只考虑电阻热噪声的情况下，求T = 300K时信噪电流有效
