光电信息技术第一章规范标准答案有部分错误.docx
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光电信息技术第一章规范标准答案有部分错误
《光电技术》习题第一章
第一部分：
1.
已知表示光电导体的灵敏度的G（光电增益）=Bt/tL,式中B为量子产额；T
为光生载流子寿命；tL为载流子在光电导两极间的渡越时间，如果在光电导体中自由电子与空穴均参与导电，请推导：
G=B（Tnun+TPUP）U/l2
式中Tn和Tp分别为自由电子和空穴的寿命；un和up分别为自由电子和空穴的迁移率。
答:
G=3t/tL
tL=l/卩E=l2mU
G=Bt卩U/l2
G=B（Tnn+TPUp）U/I2
简答P型与N型半导体杂质能级区别
2.
答：
N型半导体掺有5价的杂质原子，如磷、砷。
杂质引进的额外的电子占有恰在导带下方的某些分立的能级；其距离可为十分之几电子伏特。
这些额外的电子容易被杂质原子释放出来并被激发至导带。
于是，激发电子对半导体的电导率有贡献。
P型半导体掺有3价的杂质原子，如硼、铝。
杂质引进空的分立能级，这些能级的位置很靠近价带顶。
因此，容易把价带中一些具有较高能量的电子激发到杂质能级上。
这个过程在价带中产生空态即空穴。
3.
t=T时，光电流上升
比较直线性光电导与抛物线性光电导的主要特性。
答：
在直线性光电导的弛豫中，光电流都按指数规律上升和下降。
在
11
到饱和值的（1-e），或下降到饱和值的-，上升和下降是对称的。
显然，直线性光电导
ee
的弛豫时间与光强无关。
在非线性光电导情况下，光电导的弛豫现象比较复杂。
它取决于复杂的复合机理，并且
上升和下降都不对称，我们可以用（
一1一错误!
未定义书签。
）1/2来表示弛豫时间。
光InaBb
照开始后，经过这段时间，光电导增加到定态值tanh1=0.75。
而光照停止后，光电导在
这段时间内减少到定态值的一半。
显然，抛物线性光电导的弛豫时间与光强有关。
光强越高，弛豫时间越短。
4.举一简例说明研究光电导的光谱分布有何实际应用。
答：
（1）做特定的光谱特性的传感器
（2）起节省滤光片的作用
5.简述光生伏特效应与热释电效应的原因及其应用。
答：
光生伏特效应：
由光照引起电动势的现象。
包括两种类型：
（1）发生在均匀半导体材料内
部；
（2）发生在半导体的界面。
pn结的空间电荷区的电场，称为自建电场。
光照产生的电子空穴对，在自建电场作用下的运动，是形成光生伏特效应的原因。
光生伏特效应的应用：
⑴太阳能电池；⑵光电探测器件。
热释电效应：
某些晶体的电极化强度随温度变化而变化，从而在晶体特定方向上引起表
面电荷变化的现象。
此效应只能发生在不具有中心对称的晶体中。
某些晶体内正负电荷
7.设在半径为Rc的圆盘中心法线上，距盘圆中心为10处有一个辐射强度为le的点源S，如图所示。
试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。
第1题图
*8.如图所示，设小面源的面积为
As，辐射亮度为Le，面源法线与10的夹角为S；被照面的面积为Ac，到面源As的距离为10。
若c为辐射在被照面Ac的入射角，试计算小面源在Ac上产生的辐射照度。
（选做题,参见讲稿§1.2.1光的有关概念与度量）
第2题图
*9.从黑体辐射曲线图可以看出，
温度T的升高而减小。
试由普朗克热辐射公式导出概念与度量）
不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长m随
（选做题,参见讲稿§1.2.1光的有关
mT常数
O
第二部分：
1.
虹；负透镜的共同特征是中心厚度比边缘
使像面浸没在折射率较高的介质中。
它的主
正透镜的共同特征是中心厚度比边缘厚度厚度薄。
2.单片正透镜是一个最简单的放大镜。
3.工作在物镜面附近的透镜称为场镜
4.探测器与浸没透镜平面间或胶合或光胶，
要作用是显著地减小探测器的光敏面积，提高信噪比。
5•阶梯透镜是有“阶梯”形不连续表面的透镜；“阶梯”由一系列同心圆环状带区构成，
故又称环带透镜。
优点:
厚度小，重量轻，光吸收损失小。
6•设球面曲率半径为R,则球面镜的焦距为R/2，这一数值与光的波长无关，也就是说球面镜不产生色差。
7
的作用。
.光锥为一种非成像的聚光亓件，可增加光照度或减小探测面积
8.光楔常用作光学测微器补偿器，禾H用光楔的移动或转动来测量或补偿微小的角量
或线量。
9•干涉滤光片主要功能是分割光谱带—，常见的有：
截止滤光片和带通滤光片。
答：
（1）利用电磁感应的机械调制中铁芯的一端经簧片后固定在基座上，流，则铁芯两端产生交变磁场，在永磁铁作用下挡片产生左右摆动，对光束进行调整，
制频率是激磁电流交变频率的两倍。
而其调制波形应与激磁电流的波形和强度、
的相对形状和大小有关。
（2）调制盘：
在圆形板上由透明和不透明相同的扇形区构成。
旋转时，通过盘的光脉冲周期性地变化。
光脉冲的形状：
决定于扇形尺寸和光源在盘上的像的大小和形状。
（3）受抑全反射调制器：
入射光在固定棱镜斜面处满足全反射条件。
在交变电压作用下，压电晶体周期性的变形，使入射光束分解为两束相互垂直的调制光。
12.光波在传播时被超声波衍射的现象叫做声光效应。
13.利用偏振光振动面旋转，实现光调制最简单的方法是用两块偏振器相对转动，按马吕
斯定理，输出光强为l=l0COS2a，式中10为两偏振器主平面一致时所通过的光强；a为
两偏振器主平面间的夹角。
14.克尔效应：
指的是某些各向同性的介质在电场作用下变成各向异性，光束通过将会产
生双折射现象。
15.实验表明，克尔效应的两束偏振光的折射率之差ne-n0与电场强度E成正比，而泡克
ne-no与所加
耳效应的两束偏振光的折射率之差ne-n0与所加所加电场E成正比。
16.何为磁光效应？
目前在磁光效应方面，主要是哪两种效应来获得光偏振调制？
“法拉第”旋光效应偏振光在磁场内偏振面旋转的角度表达式如何？
答：
磁光效应指的是介质或晶体在磁场作用下，其光学性质发生变化的各种现象。
主要利用“法拉第”旋光效应和科登-穆顿效应来获得光偏振调制。
法拉第”旋光效应指的是某些物质在磁场的作用下，能使通过该物质的偏振光振动面产
生旋转的现象。
在磁场内偏振面的旋转角度a=VBL
交变磁场B=Bosin3t
调制光强1=1ocos（0-BVLsin31）
18.波长调制有哪几种（至少举三种）？
下图为利用热色物质颜色变化的波长调制来检测液体温度的示意图，说明其检测原理。
答：
（1）利用热色物质的颜色变化进行波长调制检测原理：
白光进入热变色溶液，其反射光经收。
上图所示的热变色溶液，温度为200C时,
3）=lA3）|熔3
幅-
称为相-频特
誌（nnii
650nm和800nm的滤光片，由探测器接在500nm处有个吸收峰，溶液呈红色；升到750C时，在650nm处也有一个吸收峰，溶液呈绿色。
在波长为650nm时，光强随
温度变化最灵敏；在波长为800nm时，光强与温度无关。
因此，选这两个波长进行检测
（即波长检测）就能确定外界物理量。
（2）利用磷光（荧光）光谱的变化进行波长调制
（3）利用黑体辐射进行波长调制
（4）利用滤光器参数的变化进行波长调制
19.放大器的电压放大系数通常是频率的复函数，可以写成Au=Au（j
式中f是频率，3是角频率，|Au（j3）I表示放大器的放大量与频率的关系，称为频特性，0（3）表示放大器输出相对于输入的相位差与频率的关系性_，它们合称为放大器的频率特性，也称为频率响应。
21•上题的图b中，当输入为方波时，输出为尖脉冲波：
;图C中，当输入为方波时，输出为三角波，当输入为正弦波时，输出为余弦波;图d中，当输入为方波时，输出为方波,当输入为正弦波时，输出为正弦波。
22指出下面两图各何种滤波器，分别写出其传递函数及幅频特性表达式
Ui
Uo
Ui
答：
图一：
一阶有源滤波器传递函数：
o
Uo
Ui
频幅特性:
（1
Rf
R1）1jRC
图二：
一阶有源高通滤波器传递函数：
Uo
Rf
Uo
Ui
（1
Rf
Ui
频幅特性:
（1石>1jC
Rc）
U
Ui
（—）2
0
23.写出下图的传递函数
Uo
答:
Uoaf?
u
Af=1+Rf/Ri
UiUp
R
UpUUpUoR
1/jC
-——?
UPjRC
Uo
Ui
a
4/\2-2
1
（一）j-
o
-（3Af）o
1
RC
24下图所示为开关电容滤波器，画出其等效电路并写出其传递函数
答：
等效电路:
25下图为迟滞比较器电路，请写出其迟滞宽度
△U表达式.
（上门限电压UIH和下门限电压UIL之差）
十
输出电压的状态发生跳变。
答：
当U+=U-时,
UJVREF
亠Uo
R2RF
若UO=+Uz，
UI逐渐增大时，使UO由+UZ跳变为-UZ所需的门限电平UT+
若uo=Uz，
回差（门限宽度）
Ut
UI逐渐减小时,
Ut
Rf
R2
R；UrefWVZ
UO由Uz跳变为Uz所需的门限电平Ut-
Rf
R2
r2rfUrefR—Uz
Ut:
UtUtUt—2R2
R2
RfUz
28.下图为采样保持电路的原理图。
请简要分析其工作原理
答：
采样控制信号U为一矩形波，使运放工作在采样和保持两种状态。
在采样周期中，场效
应管VF导通，电容C迅速充电到Ui的数值；当采样信号结束处于保持周期时，VF截止，
电容C无放电通路，故保持采样结束时的电压值，直至下一采样周期的到来。
由于运算放大器接成同相跟随器，输出电压与电容电压相同，即UO=UC，输入U和输出UO的波形如下
-I
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