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1、光敏电阻的应用1. 举例说明光敏电阻的应用 路灯自动点熄控制 由两部分组成：电阻R、电容C和二极管D组成半波整流滤波电路；RCds光敏电阻和继电器组成光控继电器。路灯接在继电器常闭触点上，由光控继电器来控制路灯的点燃和熄灭光暗时，光敏电阻的阻值很高，继电器关，灯亮；光亮时，光敏电阻的阻值降低，继电器开，灯灭。 2. 硅光电池的工作原理和等效电路为下图： 光电池工作原理图 光电池等效电路图 进一步简化 从图中可以得到流过负载RL的电流方程为： I=IpID=Ip-Is0(eqV/KT-1)=SEE-Is0(eqV/KT-1) 其中，SE为光电池的光电灵敏度，E为入射光照度，Is0是反向饱和电流，
2、是光电池加反向偏压后出现的暗电流。 当IL0时，RL，此时曲线与电压轴交点的电压通常称为光电池开路时两端的开路电压，以VOC表示，由式解得： kTIp UOC=ln+1qI0当IpIo时，U(kT/q)ln(I/I) OCp0当RL0时所得的电流称为光电流短路电流，以Isc表示，所以 IscIpSeE 从上两式可知，光电池的短路光电流Isc与入射光照度成正比，而开路电压Uoc与光照度的对数成正比。 1 3. 光外差检测只有在下列条件下才可能得到满足： 信号光波和本征光波必须具有相同的模式结构，这意味着所用激光器应该单频基模运转。 信号光和本振光束在光混频面上必须相互重合，为了提供最大信噪比，它
3、们的光斑直径最好相等，因为不重合的部分对中频信号无贡献，只贡献噪声。 信号光波和本振光波的能流矢量必须尽可能保持同一方向，这意味着两束光必须保持空间上的角准直。 在角准直，即传播方向一致的情况下，两束光的波前面还必须曲率匹配，即或者是平面，或者有相同曲率的曲面。 在上述条件都得到满足时，有效的光混频还要求两光波必须同偏振，因为在光混频面上它们是矢量相加。 4.光电检测系统的定义：是指对待测光学量或由非光学待测物理量转换成的光学量，通过光电变换和电路处理的方法进行检测的系统。 光电检测系统的构成：光源，照明光学系统，被测对象，光学变换，光信号匹配处理，光电转换，电信号的放大与处理，计算机，控制，
4、存储和显示等部分。 5.在微弱辐射作用下，光电导材料的光电灵敏度有什么特点？为什么把光敏电阻造成蛇形？ 在微弱辐射作用下，光电导材料的光电灵敏度是定值，输出光电流与入射光通量成正比，即保持线性关系。 光敏电阻做成蛇形，一方面既可以保证有较大的受光面积，一方面减小电极之间的距离，从而既可以减小载流子的有效极间渡越时间，提高载流子的平均寿命，增大增益，也有利于提高灵敏度。 6.写出硅光电二极管的全电流方程，说明各项物理意义。 无光照流过PN结的电流方程： I=I(eds0qU/KT-1) 有光照反偏压流过PN结的电流方程： I=Is0(eqU/KT-1)- Ip 是正向暗电流； 是反向饱和电流；
5、是电子电荷量； 是结端偏置电压； 是玻尔兹曼常数； 是热力学温度； 是光生电流。 7.为什么结型光电器件在正向偏置时没有明显的光电效应？需在哪种偏置状态？为什么？ p-n结在外加正向偏压时，即使没有光照，电流也随着电压指数级在增加，所以有光照时，光电效应不明显。p-n结必须在零偏和反向偏压的状态下，有明显的光电效应产生，这是因为p-n结在反偏电压下产生的电流要饱和，所以光照增加时，得到的光生电流就会明显增加。 2 8.光电倍增管的供电电路分为负高压供电与正高压供电，试说明两种供电电路的特点。 阳极接地，负高压供电: 可消除外部信号输出电路与阳极之间的电位差。后面可通过一个低电压耦合电容与交流放
6、大器相接，也可以直接与直流放大器相接 由于靠近管子玻壳的金属支架或磁屏蔽筒接地，它们与阴极和倍增极之间存在比较高的电位差，结果使某些光电子打到玻壳上产生噪声； 如果靠近光电阴极的端面或玻壳接地，具有高负电位的阴极与地之间就会产生漏电流。 阴极接地，正高压供电： 光、磁、电的屏蔽罩可以跟阴极靠得近些，屏蔽效果好，暗电流小，噪声低。 阳极处于正高压，会导致寄生电容大，匹配电缆连接复杂，特别是后面若接直流放大其，整个放大器都处于高电压，不利于安全操作。 后接交流放大器，使用耐高压的耦合电容来输出信号，也可将外部信号电路与阳极高压电源隔开。 只适用于交流或脉冲信号测量系统。 1.分析主动红外报警电路的
7、工作原理。 该主动红外报警电路分为发送端和接收端，发送端由发光二极管产生红外辐射，入射到光电三极管中，在经过光电变换及电路处理获得信息。当有人通过时，随人的移动进一步转换为交变的电信号输出。电信号经放大，鉴别后，控制警灯，警铃等装置进行报警。同时也可以利用报警信号其他处理的控制，如关门，摄像，开高压等。 2，叙述激光干涉测长的原理，画出原理图。 3 2.利用psd位置传感器如何测量光点偏离中心的位置？ I1I0RR1 ，I2I0RR2 I1I0RR1=(2L-x ) /2L I2I0RR2=x/2L x=L(1-(I1-I2)/(I1+I2) 则入射光点M的坐标为x=L(I1-I2)/(I1+
8、I2) 4.PSD用于液面位置变化测量的示意图 Dh=xcosq I1I0RR1 ，I2I0RR2 I1I0RR1=(2L-x ) /2L I2I0RR2=x/2L x=L(1-(I1-I2)/(I1+I2) 则入射光点M的坐标为x=L(I1-I2)/(I1+I2) 4 5.以双光束干涉为例，分析相干检测的基本原理：设两相干平面波的振动 E1(x,y)和E2(x,y)分别为： E1(x,y)=a1exp-jw1t+j1(x,y)E2(x,y)=a2exp-jw2t+j2(x,y) 两束光合成时，所形成干涉条纹的强度分布I(x,y)可表示为： 2I(x,y)=a12+a2+2a1a2cosDwt
9、+j(x,y) =A(x,y)1+g(x,y)cosDwt+j(x,y) 22A(x,y)=a+a12式中，是条纹光强的直流分量； 2g(x,y)=2a1a2/(a12+a2)是条纹的对比度； Dw=w1-w2 是光频差； j(x,y)=j1(x,y)-j2(x,y) 相位差。 当两束频率相同的光相干时，有w1=w2 ，即 Dw=0，此时 I(x,y)=A(x,y)1+g(x,y)cosj(x,y) 当两束光的频率不同，干涉条纹将以 Dw的角频率随时间波动，形成光学拍频信号，也叫外差干涉信号。如果两束光的频率相差较大，超过光电检测器件的频响范围，将观察不到干涉条纹。在两束光的频率相差不大( D
10、w较小)的情况下，采用光电检测器件可以探测到干涉条纹信号，并且可以通过电信号处理直接测量拍频信号的频差及相位等参数，从而能以极高的灵敏度测量出相干光束本本身的特征参量，形成外差检测技术。 实际上，干涉条纹的强度取决于相干光的相位差，而相位差又取决于光传输介质的折射率n对光的传播距离ds的线积分，即 j=2pnds0Ll0对于均匀介质，上式可简化为：j=2pnL/l0 对上式中的变量L和n作全微分可得到相位变化量 Dj=2pl0(LDn+nDL)5 6.溶液浓度的测量 原理和工作过程：光源1发出的光经单色器2后成为单色光，该单色光的波长应选为待测溶液的峰值吸收波长。将该光线用分束器BS分成两束，
11、分别通过待测溶液S2和参比溶液S1，并用两个性能一致的光电探测器接收。由于参比溶液对工作波长的光不产生吸收，而待测溶液对该波长的光有较强的吸收，因此，探测器PD1接收到的光强度I1即为入射光强度I0，而探测器PD2接收到的光强度I2取决于待测溶液的浓度。 系统输出电压为：U0=C0(lgIj1-lgIj2)R2/R1=C0Ij1R2K1j1lgR1K2j2 Ij2式中，C0为比例常数;为PD1上产生的光电流; 为PD2上产生的光电流；K1、K2为PD1和PD2的灵敏度， 、 为到达PD1和PD2上的光通量。j1j2RjRIU0=C02lg1=C2lg1R1j2R1I2 若PD1和PD2性能一致
12、，则K1K2，故上式可变为：由于在忽略反射和散射的情况下，I1=I2,故 U0=KlgI0I2 可见，最后输出电压即为溶液的吸光度值，亦即反映了溶液的浓度。 6 7.分析干涉条纹光强检测法，画出原理图。 在干涉场中确定的位置上用光电元件直接检测干涉条纹的光强变化称为条纹光强检测法。下图给出了一维干涉测长的实例。为了获得最佳的光电信号，要求有最大的交变信号幅值和信噪比，这需要光学装置和光电检测器确保最佳工作条件，尽可能地提高两束光的相干度和光电转换的混频效率。 单频光相干时，合成信号的瞬时光强为： I(x,y,t)=a12+a22+2a1a2cosf(t) I=I01+dcos(2pnDLl)7 8 供电电源电压和偏置电路电阻的阻值。 9 10 11 12
