光电技术(A卷)试卷

RpReRbVDWUbb=12VUo图1武汉理工大学考试试题纸（A卷）课程名称光电技术一、名词解释(每小题3分，总共15分)1.坎德拉(Candela,cd)2.外光电效应3.量子效率4.象增强管5.本征光电导效应二、填空题(每小题3分，总共15分)1.光电信息变换的基本形式、、、、、。2.光电倍增管是一种真空光电器件，它主要由、、、和组成。3.发光二极管(LED)是一种注入电致发光器件，他由P型和N型半导体组合而成。其发光机理可以分为和。4.产生激光的三个必要条件是。5.已知本征硅的禁带宽度为gE，要使该材料有光电子产生，其入射光波的最大波长为。三、如图1所示的电路中，已知Rb=820Ω,Re=3.3KΩ,UW=4V，光敏电阻为Rp,当光照度为40lx时，输出电压为6V，80lx是为9V。设光敏电阻在30~100之间的γ值不变。试求：(1)输出电压为8V时的照度；（2）若eR增加到6KΩ，输出电压仍然为8V，求此时的照度；(3)输出电压为8V时的电压灵敏度。四、如果硅光电池的负载为RL。(10分)(1)、画出其等效电路图；(2)、写出流过负载的电流方程及开路电压和短路电流；(3)、标出等效电路图中电流方向。五、简述PIN光电二极管的工作原理。为什么PIN管比普通光电二极管好？(10分)六、1200V负高压供电，具有11级倍增的光电倍增管，若倍增管的阴极灵敏度SK为20uA/lm，阴极入射光的照度为0.1Lx，阴极有效面积为2cm2，各倍增极二次发射系数均相等(4)，光电子的收集率为98.00，各倍增极的电子收集率为95.0。(提示增益可以表示为NG)(0)(15分)(1)计算光电倍增管的放大倍数和阳极电流。(2)设计前置放大电路，使输出的信号电压为200mV，求放大器的有关参数，并画出原理图。七、简述CCD的两种基本类型，画出用线阵CCD测量微小物体(小于100微米)原理简图，并分析测量原理。(15分)八、一InGaAsAPD管在倍增因子M=1，入射波长为1550nm时的量子效率＝60％，加偏置电压工作时的倍增因子M=12。(10分)1.如果入射功率为20nW，APD管的光电流为多少？2.倍增因子为12时，APD管的光谱响应度为多少？光电技术A卷参考答案一、名词解释1.坎德拉(Candela,cd)：发光频率为540×10Hz的单色辐射，在给定方向上的辐射强度为1/683Wsr-1时，在该方向上的发光强度为1cd。2.外光电效应：当光照射某种物质时，若入射的光子能量hv足够大，它和物质中的电子相互作用，致使电子逸出物质表面，这种现象称为光电发射效应，又称外光电效应。3.量子效率：一定波长的光子入射到光电阴极时，该阴极所发射的光电子数与入射的光子数之比值。4.象增强管：把微弱的辐射图像增强到可使人直接观察的真空光电成像器件。5.本征光电导效应：本征半导体价带中的电子吸收光子能量跃入导带，产生本征吸收，导带中产生光生自由电子，价带中产生光生自由空穴，使得材料的电导率发生变化的现象。二、填空题1.信息载荷于光源的方式信息载荷于透明体的方式、信息载荷于反射光的方式、信息载荷于遮挡光的方式、信息载荷于光学量化器的方式和光通信方式的信息变换。2.光入射窗、光电阴极、电子光学系统、倍增极和阳极。3.PN结注入发光，异质结注入发光。4.Wmvh2215.gEhc三、根据图示为恒流偏置电路，流过稳压管的电流mARUUIbwbbw8.98208满足稳压管的工作条件(1)当wU4V时，mARUUIebewe110*3.37.043由ebbpIUUR0得输出电压为6伏时电阻1R6K，输出电压为9伏时电阻2R3K，故1221lglglglgRRrEE=1；输出电压为8V时，光敏电阻的阻值为ebbpIUUR0=4K，带入1221lglglglgRRrEE，解得E=60lx（2）与上面（1）中类似，求出照度E=34lx(3)电路的电压灵敏度)/(1.0406068lxvEUSv四、(1)光电池的等效电路图(2)流过负载电阻的电流方程)1(/0kTqVpDpLeIIIII短路电流的表达式ESIIEpsc开路电压的表达式)1ln(0IIqkTVpoc(3)电流方向如图所示五、当光照射p－n结，只要人射光子能量大于材料禁带宽度，就会在结区产生电子－空穴对。这些非平衡载流子在内建电场的作用下，空穴顺电场方向运动，电子逆电场方向运动，在开路状态，最后在n区边界积累光电子，p区积累光生空穴，产生一个与内建电场方向相反的光生电场。光电二极管在正偏置时，呈单向导电性，没有光电效应产生，只有在反偏置或零偏置时，才产生明显的光电效应。其基本结构就是一个p-n结，属于结型光生伏特效应。当光照射时，满足条件hvEg,则在结区产生的光生载流子将被内建电场拉开，于是在外电场的作用下形成了以少数载流子漂移为主的光电流，显然，光电流比无光照射时的反向饱和电流大的多，如果光照越强，表示在同样条件下产生的光生载流子越多，光电流就越大，反之，则光电流越小。对于PIN管，由于I层的存在，使扩散区不会到达基区，从而减少了或根本不存在少数载流子通过扩散区的扩散时间，而I层工作在反向，实际是一个强电场区，对少子起加速的作用。即使I层较厚，对少子的度越时间影响也不大，即提高了频率响应。同时，反偏下，耗尽层较无I层时要大的多，从而使结电容下降，也提高了频率响应。六（1）放大倍数G=0()n=0.98*(0.95*4)11=2.34*106G＝KPIIIP＝GIKSK＝KIIK＝SK＝20uA/1m*(0.1*2*10-4)=4*10-4uAIP=GIK=9.35*102uA等效微变电路ipRsRLRshCf(2)V0=RfIPRf=ppIIV3010*2002.14*102七、CCD有两种基本类型：一种是电荷包存贮在半导体与绝缘体之间的界面，并沿界面传输，这类器件称为表面沟道电荷耦合器件（SCCD）；另一种是电荷包存贮在离半导体表面一定深度的体内，并在半导体内沿一定方向传输，这类称为体内沟道或埋沟道电荷耦合器件（BCCD）。原理：当满足远场条件L﹥﹥d2/λ时，根据夫琅和费衍射公式可得到d=Kλ/Sinθ(1)当θ很小时（即L足够大时）Sinθ≈tgθ=Xk/L代入（1）式得d=KXLK=KXLK/=SL…………..(2)S——暗纹周期，S=XK/K是相等的，则测细丝直径d转化为用CCD测S测量简图八、PMT1IPRfCfV-+He-Ne信号读出信号处理时钟发生控制器计数显示器透镜细丝线阵CCDL(1)SolutionTheresponsivityatM=1intermsofthequantumefficiencyis(2)IfIphoistheprimaryphotocurrentand0istheincidentopticalpowerthenbydefinition0phoISsothatehcSheINNQepe)(/)(/)()()()(183461975.010310626.61055.1106.16.0)()(AWhceQS1'0.975.012)()()()(AWMSMIISphophAWAWSIISphopho891105.1)1020()75.0()()()()(AMIIphoph71080.1