1、精品文檔復習題1、光電檢測系統通常主要由 光學變換、光電轉換、電信號處理 三部分組 成。2、在環境亮度大于10cd/m2寸,最強的視覺響應在光譜藍綠區間的 555 nm處。3、光電倍增管由光窗、光電陰極、電子光學系統、電子倍增系統和陽極五個主要部分組成。由于其引入了電子倍增機構，因此具有靈敏度高、響應時間快等 特點，常被使用。4、FTCCD指的是幀轉移型 CCD5、發光二極管（LED）是一種注入電致發光器件，他由 P型和N型半導體組合而 成。其發光機理可以分為 PN結注入發光、異質結注入發光.。6、光電池的PN結工作在 零偏 狀態,它的開路電壓會隨光照強度的增加而 加。7、對于輻射源來說， 光

2、通量（光功率）定義為單位時間內向所有方向發射的可 見光能量。8、激光的形成必須具有 工作物質、泵浦源、光學諧振腔。9、入瞳位于無限遠，物方主光線平行于光軸的光學系統稱為物方遠心光路,此光路克服了調焦不準帶來的測量誤差，常用于瞄準、讀數和精密測量。10、短焦物鏡用于拍近距離物體，焦距越短，視場角越大，因此也稱為廣角物鏡。11、載光電耦合器件既具有 光電耦合 特性,又具有 隔離 特性12、三種典型光子效應是指光電發射效應、 光電導效應 和 光伏效應。13、光敏電阻的工作原理是光照產生 光生載流子、使其電阻值急劇 減小。14、CCD與其它器件相比，最突出的特點是它以 電荷 作為信號、而其他大多 數器

3、件是以 電流 或者 電壓 作為信號。15、依據噪聲產生的物理原因,光電探測器的噪聲可大致分為散粒噪聲、熱噪聲 和低頻噪聲三類。16、由于光源發光的 各向異性 、許多光源的發光強度在各個方向是不同的。若在光源輻射光的空間某一截面上， 將發光強度相同的點連線，得到該光源在該 截面的發光強度曲線，稱為配光曲線 。17、人眼按不同照度下的響應可分為明 視覺、 暗 視覺。18、 降壓使用 對于光電測量用的白熾燈光源十分重要， 因為燈泡壽命的延長 將使系統的調整次數大為減少，也提高了系統的可靠性。19、出瞳位于像方無限遠處，平行于光軸的像方主光線在無限遠處會聚于出瞳中 心的光路被稱為 像方遠心光路.它用于

4、大地測量中測距、能大大提高測距精度。20、集光鏡將光源成像到聚光鏡的前焦面上，孔徑光闌位于聚光鏡的物方焦面上，組成像方遠心光路，視場光闌被聚光鏡成像到物面上，稱為 遠心柯勒 照明。1、光子效應光子效應是指單個光子的性質對產生的光電子起直接作用的一類光電效應。探測器吸收光子后，直接引起原子或分子的內部電子狀態的改變。 光子能量的大 小，直接影響內部電子狀態改變的大小。因為光子能量是 h¥,其中h是普朗克常數，不是光波頻率，所以光子效應就對光波頻率表現出選擇性，在光子直接與 電子相互作用的情況下，其響應速度一般比較快。2、光視效能光視效能描述某一波長的單色光輻射通量可以產生多少相應的單色

5、光通量 即光視效能K,定義為同一波長下測得的光通量與輻射通量的比之，即K =二。單位：流明/瓦特（lm/W）。 e ,3、本征光電導效應本征半導體價帶中的電子吸收光子能量躍入導帶，產生本征吸收，導帶中產 生先生自由電子，價帶中產生先生自由空穴，使得材料的電導率發生變化的現象。4、響應度響應度也稱探測靈敏度，定義為光電器件輸出的方均根電壓（或電流）與入射 光通量（或光功率）之比。它描述了光電器件輸出的電信號和輸入的光信號之間 的關系。5、光伏效應半導體受光照，產生電子一空穴對，在結電場作用下，空穴流向P區，電子流向N區，在結區兩邊產生勢壘的效應。6、熱釋電效應熱釋電效應是非中心對稱的晶體，自然狀

6、態下，在某個方向上正負電荷中心 不重合。在晶體表面形成一定量的極化電荷。 但當晶體溫度變化時，極化程度下 降，其表面浮游電荷變化緩慢，再次達到極化的電平狀態前，晶體表面有多余浮 游電荷，這相當于釋放出一部分電荷，這種現象稱為熱釋電效應。1、說出 PIN 管、雪崩光電二極管的工作原理和各自特點，為什么 PIN 管的 頻率特性比普通光電二極管好？PIN快速光電二極管、消除在PN結外光生載流子的擴散運動時間，在P區與 N 區之間插入一層電阻率很大的 I 層、耗盡層厚度增加，增大了對光的吸收和光 電變換區域，提高了量子效率。結電容小，增加了對長波的吸收，提高了長波靈 敏度，可承受較高的反向偏壓，使線性

7、輸出范圍變寬。雪崩光電二極管摻雜濃度均勻，缺陷少，漏電流小，APD的結構設計，使它能 承受高的反向偏壓，從而在 PN結內部形成一個高電場區，結區產生的先生載流 子受強電場的加速， 將獲得很大的能量， 在與原子碰撞時可使原子電離， 產生新 的電子一空穴對，在往下的過程中重復此情況，使PN結的電流急劇增加。特點： APD能提供內部增益達一百到一千倍、0.5ns響應時間、噪聲功率10-15W 接近 反向擊穿。工作速度更高。PIN管由于增加了 I層，使結變寬，結電容減小，因而時間常數變小，f=1/2 冗RC所以頻率特性好。2、光敏電阻與結型光電器件有什么區別？（ 1）產生光電變換的部位不同。光敏電阻不

8、管哪一部分受光，受光部分的電導率就增大；而結型器件，只有照射到 PN結區或結區附近的光才能產生光電效應， 光在其他部位產生的非平衡載流子， 大部分在擴散中被復合掉， 只有少部分通過結區，但又被結電場所分離，因此對光電流基本上沒有貢獻。（ 2）光敏電阻沒有極性，工作時可任意外加電壓；而結型光電器件有確定的正負極性，但在沒有外加電壓下也可以把光信號轉換成電信號。（ 3）光敏電阻的光電導效應主要依賴于非平衡載流子的產生與復合運動，時間常數較大， 頻率響應較差； 結型器件的光電效應主要依賴于結區非平衡載流子中部分載流子的漂移運動， 電場主要加在結區， 弛豫過程的時間常數 （可用結電容和電阻之積表示）相

9、應較小，因此響應速度較快。（ 4）光敏電阻內增益大。有些結型光電器件，如光電三極管、雪崩光電二極管等有較大的內增益作用，因此靈敏度較高，也可以通過較大的電流。光電導器件 （光敏電阻） 和結型器件相比各有優缺點， 因此應用于不同場合。3、簡述光電探測器的選用原則（1）光電檢測器件必須和輻射信號源及光學系統在光譜特性上匹配。 （2）光電檢測器件的光電轉換特性必須和入射輻射能量相匹配。 （3） 光電檢測器件的響應特性必須和光信號的調制形式、 信號頻率及波形相匹配， 以保證得到沒有頻率失真和良好的時間響應。 （4） 光電檢測器件必須和輸入電路以及后續電路在電特性上相互匹配， 以保證最大的轉換系數、 線

10、性范圍、 信噪比以及快速的動態響應等。4、光源選擇的基本要求有哪些?源發光的光譜特性必須滿足檢測系統的要求。 按檢測的任務不同， 要求的光譜范圍也有所不同，如可見光區、紫外光區、紅外光區等等。有時要求連續光譜，有時又要求特定的光譜段。系統對光譜范圍的要求都應在選擇光源時加以滿 足。光對光源發光強度的要求。為確保光電測試系統的正常工作，對系統采用 的光源的發光強度應有一定的要求。 光源強度過低，系統獲得信號過小，以至無 法正常測試，光源強度過高，又會導致系統工作的非線性，有時還可能損壞系統、 待測物或光電探測器，同時還會導致不必要的能源消耗而造成浪費。 因此在設計 時，必須對探測器所需獲得的最大

11、、 最小光適量進行正確估計，并按估計來選擇 光源。對光源穩定性的要求。不同的光電測試系統對光源的穩定性有著不同的要 求。通常依不同的測試量來確定。穩定光源發光的方法很多，一般要求時，可采 用穩壓電源供電。當要求較高時，可采用穩流電源供電。所用的光源應該預先進 行月化處理。當有更高要求時，可對發出光進行采樣，然后再反饋控制光源的輸 出。對光源其他方面的要求。光電測試中光源除以上幾條基本要求外； 還有一 些具體的要求。如燈絲的結構和形狀；發光面積的大小和構成；燈泡玻殼的形狀 和均勻性；光源發光效率和空間分布等等，這些方面都應該根據測試系統的要求 給以滿足。5、論述光電檢測系統的基本構成，并說明各部

12、分的功能 光電檢測系統的基本構成框圖如下：存儲計算機(1)光源和照明光學系統：是光電檢測系統中必不可少的一部分。在許多 系統中按需要選擇一定輻射功率、一定光譜范圍和一定發光空間、分布的光源， 以此發出的光束作為載體攜帶被測信息。(2)被測對象及光學變換：這里所指的是上述光源所發出的光束在通過這 一環節時，利用各種光學效應，如反射、吸收、折射、干涉、衍射、偏振等，使 光束攜帶上被檢測對象的特征信息，形成待檢測的光信號。光學變換通常是用各 種光學元件和光學系統來實現的，實現將被測量轉換為光參量(振幅、頻率、相 位、偏振態、傳播方向變化等)。(3)光信號的匹配處理：這一工作環節的位置可以設置在被檢測

13、對象前面， 也可設在光學變換后面，應按實際要求來決定。光信號匹配處理的主要目的是為 了更好地獲得待測量的信息，以滿足光電轉換的需要。(4)光電轉換：該環節是實現光電檢測的核心部分。其主要作用是以光信 號為媒質，以光電探測器為手段，將各種經待測量調制的光信號轉換成電信號 (電 流、電壓或頻率)，以利于采用目前最為成熟的電子技術進行信號的放大、處理、測量和控制等。(5)電信號的放大與處理：這一部分主要是由各種電子線路所組成。光電 檢測系統中處理電路的任務主要是解決兩個問題：實現對微弱信號的檢測；實現光源的穩定化。(6)存儲、顯示與控制系統：許多光電檢測系統只要求給出待測量的具體 值，即將處理好的待

14、測量電信號直接經顯示系統顯示。1、如圖所示，光電倍增管的陰極積分靈敏度SK=30NA/lm ,陽極積分靈敏度Sk =10NA/lm ,陽極暗電流Id=4NA,輸入電路是電阻R = 105C和電容孰=0. aF的并聯，陰極面積A為80mm2,要求信號電流為Il =10"A ,計算陽極噪聲電流、負載電阻上的噪聲電壓和信噪比解：(1)等效噪聲帶寬和檢測電路的高頻截止頻率分別為51一三 2 25 Hz4 105 1012fHc = = fe =15.9Hz2 二 RC0 二(2)陽極散粒噪聲電流和負載上的噪聲電壓 散粒噪聲電流Ins =.,；扇1碗二二. 2 1.6 10,9 101 25：

15、 106 2.5 =2.58 104A，30 10熱噪聲電流InT =1.29 10，°、fe =2.0 10,2A總噪聲電流InInT ;/=2.58 10 4A負載上的噪聲電壓UN -INR -2.58 10" 105 = 2.58 1 0“V(3)信噪比SNRAIl I N10-2.58 10上= 0.38 104V2、已知某Si光電二極管的靈敏度為0.5NA/PW ,結間電導G = 0.01NS (微西)， 轉折電壓Uo=10V ,入射光功率從P"=15NW變到P'=25NW ,偏壓Ub = 50V求最大輸出功率時的最佳負載 Rl、輸出電流AI、輸

16、出電壓AU和輸出功率Pl解：初始電導c S SP 0.5 25 SG0 =G =0.01 =1.26SU010最大輸出時，負載電導U010,GL =G0=1.26 =0.315SUb -U050 -10最佳負載-1Rl =1/Gl = =3.175M'J0.315輸出電壓P -P25 -15U -S =0.5 =15.385VG Gl0.01 0.315電流I =GL U =0.315 15.385 =4.846A輸出功率PL =& AU = 4.846 父 15.385 =74.56 MW3、用Si光電二極管測緩變光輻射，伏安特性曲線如圖1所示，在入射光最大功 率為8W時，屈

17、膝電壓10V,反向偏置電壓為40V, Si光電二極管的靈敏度 S=0.5 仙 A/ nK 結電導為 0.005求：(1)畫出光電二極管的應用電路圖(2)計算二極管的臨界電導(3)計算最大線性輸出時的負載 R。解：1 R IL-i|-(2)根據公式 g'u"-gu" SP'',SP' gu" 0.5 8 0.005 10g' =- = = 0.405(均u"10(3)最大線性輸出下，負載線正好通過M點(V -u")Gl = g'u"- u"10Gl = g' = 0.40

18、5 =0.135V -u" 40 -101 6RL =7.4 106 c Gl4、圖為一理想運算放大器，對光電二極管2CU2的光電流進行線性放大，若光電二極管未受光照時，運放輸出電壓U0=0.6V；在E=100lx的光照下，輸出電壓U1 = 2.4V。求:(1) 2CU2的暗電流ID ；(2) 2CU 2的電流靈敏度Seo解：(1)根據運算放大器虛短和虛斷原理，由于運算放大器電阻很大，兩輸入端的信號差值很小，近似為零，則流過 R=1.5MC上的電流Io近似為流過2CU2的暗電流為IdID =U0/R =0.6/(1.5 106) -0.4 104A=0.4 口 A(2)當受到光照時，

19、2CU2的光電流I p =(Ui Uo)/R=1.2ASE=Ip/E=1.2 10-/100 =1.2 10-A/lx p1、熱效應較小的光是（ D ）A.紫光； B.紅光； C.紅外； D.紫外。2、對于目視瞄準，為了減輕人眼的疲勞，宜選用（ A ）光源;A.綠光；B.紅光；C.黃光；D.紫光。3、硅光電二極管與硅光電池比較,(B ).A.摻雜濃度低；C.反偏工作；4、照明系統的設計原則（BC)B.電阻率低；D.光敏面積小A.照度與距離的平方成反比；B.光孔轉接原則；C .照明系統的拉赫不變量應大于或等于物鏡的拉赫不變量。5、（ C ）是一個參考量，它可視為表征電子占據某能級 E的幾率標尺A

20、.真空能級；B.價帶底能級；C.費米能級。6、光電倍增管電子光學系統的作用是（ A B ）A.使下一級的收集率接近于1; B.渡越時間最小；C.產生高壓電場7、噪聲可以采用冷卻等方式降低，“以人為本”為避免在高壓下操作，光電倍 增管采用（C ）接地。A.陰極；B.倍增極；C.陽極； D.陰極和陽極。8、靈敏度最高的光電器件是（B ）.A.光電二極管；B.光敏電阻；C.光電三極管；D.硅光電池。9、下列紅外探測器，屬于熱探測器的是（ABCDE ）.A.測輻射熱計；B.測輻射熱電偶； C.測輻射熱電堆;D.熱釋電探測器；E.高萊管。10、光電效應有（ ABCDE ）。A.光電導效應；B.光生伏特效應；C.光電效應；D.光磁電效應；E.光子牽引效應。11、為了使雪崩光電二極管正常工作，應在其 P-N結上加（A ）。A.高反向偏壓； B.低正向偏壓；C.高正向偏壓；D.低反向偏壓。12、（ B ）的焦距可以在一定范圍內連續變化，對于一定距離的物體可以得 到不同放大倍率的像。通常通過軸向移動一個或多個子光組從而改變光學間隔來 改變焦距。A.廣角物鏡；B.變焦物鏡