光电技术期末复习题目总结

光电技术综合习题解答一、选择最适当的填入括号中（只填写其中之一的符号）①在光电倍增管中，产生光电效应的是（A）。A．阴极B．阳极C．二次发射极D．光窗②光电二极管的工作条件是（C）。A．加热B．加正向偏压C．加反向偏压D．零偏压③在光电倍增管变换电路中，要想获得理想的信噪比（压低噪声），较小的暗电流，适应的灵敏度和较高的稳定度，可以适当地（B）。A．增加末三级并联电容的容量B．降压电源电压C．减小末级倍增极与阳极间的电压D．增加阴极与第一倍增极间的电阻阻值④硅光电池在（D）偏置时，其光电流与入射辐射通量有良好的线性关系，且动态范围较大。A．开路B．自偏置C．零伏偏置D．反向偏置⑤硅光电池在（B）情况下有最大的功率输出。A．开路B．自偏置C．零伏偏置D．反向偏置⑥辐射通量，光通量，发光强度，光照度的单位分别为（A）。(A)瓦特，流明，坎德拉，勒克司(B)瓦特，坎德拉，勒克司，流明(C)流明，瓦特，瓦特每球面度，瓦特每平方米(D)流明，瓦特，勒克司，坎德拉⑦在入射光辐射下，半导体的电导率增加的现象属于（C）。(A)外光电效应(B)光热效应(C)光电导效应(D)光生伏特效应③在光电倍增管变换电路中，要想获得理想的信噪比（压低噪声），较小的暗电流，适应的灵敏度和较高的稳定度，可以适当地（B）。A．增加末三级并联电容的容量B．降压电源电压C．减小末级倍增极与阳极间的电压D．增加阴极与第一倍增极间的电阻阻值④硅光电池在（D）偏置时，其光电流与入射辐射通量有良好的线性关系，且动态范围较大。A．开路B．自偏置C．零伏偏置D．反向偏置⑤硅光电池在（B）情况下有最大的功率输出。A．开路B．自偏置C．零伏偏置D．反向偏置二填空题1描述光电探测器光电转化能力的是量子效率。2任何物质，只要温度高于绝对零度，都具有发射辐射的能力。3利用温差热效应制成的红外探测器为热电偶。4热释电探测器只能适用于交变光信号的探测和局里温度以下。5CCD的基本功能为电荷存储和电荷转移。6光电技术最基本的理论是光的波粒二象性。7光伏器件有光伏工作模式和光导工作模式两种工作模式。三简答题1光子探测器与热探测器的区别。分别列举三种以上常见光探测器以及热探测器。2辐射度量与光度量的区别是什么。一句话回答。3光电发射器件与内光电器件的区别。4光电导器件与光生伏特器件的区别。5光电系统一般都是围绕光电探测器的性能进行设计的。由你目前的学习，回答光电探测器的性能参数有哪些。6热辐射探测器通常分哪两个阶段。补充：热释电探测器的原理什么是塞贝克效应什么是汤姆逊效应热敏电阻的分类以及应用三简答题7光电倍增管由哪几部分组成。补充：光电倍增管的短波限和长波限分别由什么决定？电子光学系统的作用。光电倍增管的倍增极有哪几种结构？各有什么特点。光电倍增管的暗电流有哪些，阴极接地或者阳极接地哪种暗电流更小？8写出硅光电二极管的全电流方程，说明各项的物理意义。9光生伏特器件有几种偏置电路？补充：PIN光电二极管和雪崩光电二极管分别是为了提高光电二极管的什么性能参数？10黑体的定义，简述一种黑体模型的制作方法。11光调制的目的是什么？有哪些方法。12为什么光照度增加到一定强度以后，光电池的开路电压不再随光强增大13光电系统由哪些部分构成，简述每部分的作用。第一章第1题、在距离标准钨丝灯2m远处放置一个照度计探头，已知探头的光敏面积为0.5cm2，若照度计测得的最大照度为100(lx)，试求1、标准钨丝灯在该方向的发光强度为多少？2、钨丝灯所发出总的光通量为多少？解：首先计算光电探头对标准钨丝灯所张的立体角再计算光电探头所接收的光通量φv=EvS=100×0.5cm2=5.0×10-3(lm)因而可以计算出灯在该方向上的发光强度IvIv=φv/Ω=5.0×10-3/1.25×10-5=400(cd))sr(1025.12105.05242rA标准钨丝灯在整个球面空间各向同性发光，因此，灯所发出的光通量为)lm(50001025.14100.5453vvAEΦ第一章第2题、某输出功率为6mW的氦氖激光器，发出波长为0.6328μm的光束，均匀地投射到0.8cm2的白色屏幕上。已知屏幕的反射系数为0.96，设光速C=3108m/s，普朗克常数h=6.62610-34j·s，氦氖激光的视见函数V(6328)=0.268，试求：（1）幕的光照度为多少lx？（2）幕的反射出射度为多少lx？（3）幕每秒钟接收多少个光子？解：先将氦氖激光器输出单色辐射的辐射功率转换为光通量φvφv=KmV(λ)φe=683×0.268×6×10-3=1.098(lm)白色屏幕上的光照度应为Ev=φv/S=1.098/0.8×10-4=1.37×104(lx)幕的反射光照度为Evr=rEv=0.96×1.37×104=1.32×104(lx)幕每秒钟接收的光子为1683436ee1091.110310626.6106106328.0hcΦhΦN（个/秒）第一章第3题、今测得某液态金属辐射体的光谱辐射峰值波长λm=0.7245μm，试求该液态金属的温度T、峰值光谱辐射出射度Me，S，λm和总辐射出射度Me各为多少？解：根据维恩位移定律，有λm=2898/T因此得到液态金属的温度T为T=2898/0.7245=4000(K)再根据斯忑潘-波尔兹曼定律得到液态金属的峰值光谱辐射出射度Me，S，λm和总辐射出射度Me分别为Me,s,λm=1.309×10-18T5=1.34(Wcm-2nm-1)Me=σT4=5.67×10-12×40004=1.45×103(W/cm2)例题例2-1在如图2-13所示的恒流偏置电路中，已知电源电压为12V，Rb为820Ω，Re为3.3kΩ，三极管的放大倍率不小于80，稳压二极管的输出电压为4V，光照度为40lx时输出电压为6V，80lx时为8V。（设光敏电阻在30到100lx之间的值不变）试求：（1）输出电压为7伏的照度为多少勒克司？（2）该电路的电压灵敏度（V/lx）。解根据已知条件，流过稳压管DW的电流mA6.91wbbRUUIW满足稳压二极管的工作条件（1）根据题目给的条件，可得到不同光照下光敏电阻的阻值K6IV6ebb1URPK4IV8ebb2URP将Re1与Re2值代入γ值计算公式，得到光照度在40~80lx之间的γ值59.0lg40lg80lg4lg6输出为7V时光敏电阻的阻值应为K5IV7ebb3URP此时的光照度可由γ值计算公式获得59.0lg40lgElg5lg63736.1lg400.59lg5lg6lg3VEE3=54.45（lx）（2）电路的电压灵敏度SV(V/lx)069.04045.5467SVEU例2-2在如图2-14所示的恒压偏置电路中，已知DW为2CW12型稳压二极管，其稳定电压值为6V，设Rb=1kΩ，RC=510Ω,三极管的电流放大倍率不小于80，电源电压Ubb=12V，当CdS光敏电阻光敏面上的照度为150lx时恒压偏置电路的输出电压为10V,照度为450lx时输出电压为8V,试计算输出电压为9V时的照度（设光敏电阻在100~500lx间的γ值不变）为多少lx？照度到500lx时的输出电压为多少？解分析电路可知，流过稳压二极管的电流满足2CW12的稳定工作条件，三极管的基极被稳定在6V。设光照度为150lx时的输出电流为I1，与光敏电阻的阻值R1，则)mA(92.3510101210cbb1RUIk4.192.37.067.01W1IUR同样,照度为300lx时流过光敏电阻的电流I2与电阻R2为7.8(mA)8Icbb2RUR2=680Ω由于光敏电阻在500到100lx间的γ值不变，因此该光敏电阻的γ值应为66.0lglglglg1221EERR当输出电压为9V时，设流过光敏电阻的电流为I3，阻值为R3，则(mA)88.59cbb3RUIR3=900Ω代入γ值的计算公式便可以计算出输出电压为9V时的入射照度E366.0lglglglg2332EERR292.20.66lglglglg3223RREEE3=196(lx)由γ值的计算公式可以找到500lx时的阻值R4及三极管的输出电流I4为R4=214ΩI4=24.7(mA)而此时的输出电压UO为UO=Ubb－I4R4=6.7(V)即，在500lx的照度下恒压偏置电路的输出电压为6.7V。例2-3、在如图所示的电路中，已知Re=3.3kΩ，UW=4V，Ubb=12V；光敏电阻为RP，当光照度为30lx时输出电压为6V，80lx时为9V。（设该光敏电阻在30到100lx之间的值不变）第2章光敏电阻试求：输出电压为8V时的照度为多少lx？解：首先看稳压二极管是否工作在稳压状态，DWRRRUUbbbe09.8(mA)820412bwbbwRUUI稳压二极管工作在稳压区；再求流过恒流偏置的光敏电阻的电流Ip,Ip=Ie=(Uw－Ube)/Re=1(mA)计算在不同照度下光敏电阻的阻值光照度为30lx时,R1=(Ubb－Uo1)/Ip=6(kΩ);光照度为80lx时,R2=(Ubb－Uo2)/Ip=3(kΩ);光照度为E3时,R3=(Ubb－Uo3)/Ip=4(kΩ);7.0lglglglg1221EERR由于且，光敏电阻在30到100lx之间的值不变lgE3=(lg3-lg4)/0.7+lg80=1.7246E3=53（lx）第三章光电子发射探测器例3-1设入射到PMT上的最大光通量为φv=12×10-6lm左右，阳极电阻Ra=82kΩ，当采用GDB-235型倍增管为光电探测器，已知它的倍增级数为8级，阴极为SbCs材料，倍增极也为SbCs材料，SK=40μA/lm，若要求入射光通量在6×10-6lm时的输出电压幅度不低于0.2V，试设计该PMT的变换电路。若供电电压的稳定度只能做到0.01%，试问该PMT变换电路输出信号的稳定度最高能达到多少？解(1)首先计算供电电源的电压根据题目对输出电压幅度的要求和PMT的噪声特性，阳极电流应不小于Iamin，因此Iamin=UO/Ra=0.2V/82kΩ=2.439μA入射光通量为0.6×10-6lm时的阴极电流为IK=SKφv=40×10-6×0.6×10-6=24×10-6μA此时，PMT的增益G应为56min1002.11024439.2KaIIG由于，N=8，因此，每一级的增益δ=4.227，另外，SbCs倍增极材料的增益δ与极间电压UDD有，，可以计算出δ=4.227时的极间电压UDD0.7DD)(2.0UV782.07.0DDU总电源电压Ubb为Ubb=（N+1.5）UDD=741VNG(2)计算偏置电路电阻链的阻值设流过电阻链的电流为IRi，流过阳极电阻Ra的最大电流为Iam=GSKφvm=1.02×105×40×10-6×12×10-6=48.96μA取IRi≥10Iam，则IRi=500μA因此，电阻链的阻值Ri=UDD/IRi=156kΩ取Ri=120kΩ，R1=1.5Ri=180kΩ。(3)计算偏置根据式（4-35）输出信号电压的稳定度最高为%056.0%01.087.07.0bbbbUUnUU例3-2某种光电发射材料的光电发射长波限为680nm,试求该光电发射材料的光电发射阈值解由光电发射长波限为则即该光电发射材料的光电发射域值为1.82电子伏特。􄆩􄆩􄆩􄆩􄆩􄆩􄆩􄆩􄆩􄆩􄆩􄆩􄆩􄆩􄆩􄆩􄆩nmWWhcc1240evWL82.168012401240光电倍增管GDB44F的阴极光照灵敏度为0.5μA/lm，阳极灵敏度为50A/lm，要求长期使用时阳极允许电流限制在2μA以内。求（