光电复习题.docx
《光电复习题.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光电复习题.docx（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
光电复习题
任何温度下对任何波长的入射辐射能的吸收比都等于1，称为（A）.
A．黑体B．灰体C．黑洞D．绝对黑体
半导体中施主能级的位置位于（A）中.
A.禁带B.价带C.导带D.满带
热效应较大的光是（C）.
A.紫光B.红光C.红外D.紫外
为了实现均匀倍增，雪崩光电二极管衬底掺杂材料要求（A）.
A. 浓度均匀B.浓度大
C.浓度小D.浓度适中
光纤折射率纤芯n1、包层n2、外套n3的关系是（B）.
A.n1>n2>n3B.n1>n3>n2
C.n3>n2>n1D.n2>n3>n1
硅光电二极管与硅光电池比较，前者（A）．
A．掺杂浓度低B．电阻率低
C．零偏工作D．光敏面积大
卤钨灯是一种（B）.
A. 气体光源B.热光源
C.冷光源D.激光光源
在光电倍增管中，产生光电效应的是（A）.
A．阴极B.阳极C.倍增极D.玻璃窗
像管中（D）的出现和使用，成为了第一代像管出现的标志性部件。
A. 负电子亲和势阴极；B. 电子光学系统；
C． 微通道板MCP；D. 光纤面板
半导体结中并不存在（D）．
A.PN结B.PIN结
C.肖特基结D.光电结
光通量是辐射通量的（A）倍.
A.683B.1/683
C.863D.1/863
面阵CCD主要是通过（A）工作.
A.电荷B.电压
C.电流D.电阻
光度量是辐射度量的（C）倍．
A.683B.V（λ）C.683V（λ）D.1/683V（λ）
任何温度下对任何波长的入射辐射能的吸收比都小于1，称为（B）.
A．黑体B．灰体C．黑洞D．绝对黑体
半导体中受主能级的位置位于（A）中.
A.禁带B.价带C.导带D.满带
属于成像的器件是（C）.
A.LDB.LEDC.CCDD.PMT
充气卤钨灯是一种（B）.
A. 气体光源B.热光源C.冷光源D.激光光源
热效应较小的光是（D）.
A.紫光B.红光C.红外D.紫外
在光电倍增管中，产生二次电子发射的是（C）.
A．阴极B.阳极C.倍增极D.玻璃窗
光纤纤芯、包层、外套的折射率n1、n2、n0的关系是（D）.
A.n1>n2>n0B.n2>n0>n1
C.n0>n2>n1D.n1>n0>n2
光照一定，短路电流与入射光波长的关系，属光电池的（C）特性：
A.频率;B.伏安;C.光谱;D.温度．
像管中（C）的出现和使用，成为了第二代像管出现的标志性部件。
A. 负电子亲和势阴极；B. 电子光学系统；
C． 微通道板MCP；D. 光纤面板
充气白炽灯主要充入（A）.
A.氩气B.氙气C.氖气D.氪气
．线阵CCD主要是通过（A）工作.
A.电荷B.电压C.电流D.电阻
有两块材料制成的热敏电阻，A为半导体材料，B为白金，当温度升高，则两种材料的电阻将（C）
A、RA变小；RB变小B、RA变大；RB变大
C、RA变小；RB变大D、RA变大；RB变小
光电倍增管中，产生光电效应的是（A）
A、阴极B、阳极C、二次倍增极D、玻璃窗
关于人眼的光谱光视效率，以下说法正确的是：
（D）
（A）对各种波长的入射光，只要它们的光谱辐射通量相等，则人眼感到的主观亮度相等；
（B）光源的亮度对人眼的光谱光视效率没有影响；
（C）对波长为840nm的入射光，人眼亮视觉的光谱光视效率小于人眼暗视觉的光谱光视效率；
（D）对波长为589nm的入射光，人眼亮视觉的光谱光视效率大于人眼暗视觉的光谱光视效率。
在光电技术中，对光源的主要要求有：
（D）
（A）发光强度要大，发光效率要高；
（B）光辐射通量要大，光源稳定性要好；
（C）光源方向性好，便于调制；
（D）光源的光谱功率分布应与光电探测器件光谱响应相匹配。
关于光电倍增管，下列说法正确的是：
（B）
（A）光电倍增管主要由光电阴极、电子光学系统、电子倍增极、阳极、电源等组成；
B）电子光学系统的作用是使光电阴极发射的光电子尽可能多的汇集到第一倍增极，并使光电子的渡越时间尽可能相等；
（C）光电倍增管的增益由外加的总电压决定，与阳极电压无关；
（D）阴极灵敏度由阴极材料决定，与窗口材料无关。
光电探测器的主要噪声有：
（C）
（A）热噪声，白噪声，产生—复合噪声；
（B）热噪声，白噪声，产生—复合噪声；1/f噪声；
（C）热噪声，散粒噪声，产生—复合噪声，1/f噪声，温度噪声；
（D）热噪声，散粒噪声，1/f噪声，温度噪声。
对半导体光电导器件，以下说法中正确的是：
（C）
（A）光电导器件只能测量交变光照，不需要加偏压即可工作；
（B）光电导器件只能测量稳定的光照，必须加偏压才能工作；
（C）光电导器件可以测量交变光照，必须加偏压才能工作；
（D）光电导器件只能测量稳定的光照，不需要加偏压即可工作；
热敏电阻与入射光的关系有：
（D）
（A）其响应取决于入射光辐射通量，与光照度无关；
（B）其响应取决于光照度，与入射光辐射通量无关；
（C）其响应取决于光照度，与入射光波长无关；
（D）其响应取决于入射光辐射通量，与入射光波长无关。
光敏电阻与入射光的关系有：
（A）（A）其响应取决于入射光辐射通量，与光照度无关；
（B）其响应取决于光照度，与入射光辐射通量无关
（C）其响应取决于光照度，与入射光波长无关
（D）其响应取决于入射光辐射通量，与入射光波长无关。
常用的快速光电探测器件有：
（B）
（A）光敏电阻，光电池，光电二极管等；
（B）PIN光电二极管，雪崩光电二极管，光电倍增管等；
（C）热敏电阻，热释电器件，光电倍增管等；
（D）CCD，热释电器件，光电倍增管等
关于半导体光伏器件，以下说法正确的是：
（D）
（A）光电二极管通常工作在其伏安特性曲线的第一象限；
（B）光电二极管通常工作在其伏安特性曲线的第四象限
（C）光电池通常工作在其伏安特性曲线的第一象限；
（D）光电池通常工作在其伏安特性曲线的第四象限；
减小光电二极管时间常数的基本方法是：
（D）
（A）减小光电二极管的接受光的区域的面积；
（B）减小光电二极管的P—N结的厚度；
（C）减小后级电路的负载电阻的阻值；
（D）给光电二极管加较大的反向偏置电压。
在光电技术中使用的探测器经常需要在低温下工作，这是为了：
（C）
（A）减小电路中温度噪声的影响；
（B）减小电路中f/1噪声的影响；
（C）减小电阻热噪声的影响；
（D）减小电路中产生-复合噪声的影响。
提高一个光电探测器的探测率最有效的方法是：
（A）
（A）降低光电探测器的温度，减小电路系统的通频带宽度；
（B）降低光电探测器的温度，减小电路系统的等效电阻；
（C）提高光电探测器的温度，增大电路系统的通频带宽度；
（D）提高光电探测器的温度，增大电路系统的等效电阻；
使用经过致冷的光电探测器，可以使：
（C）
（A）光电探测器中的电子的速度减小；
（B）光电探测器中的电阻的阻值减小；
（C）光电探测器中的电阻的热噪声减小；
（D）光电探测器的通频带的宽度减小。
在以下各种说法中，正确的是：
（D）
（A）CCD是通过势阱存储电荷的，但不能通过势阱变化把电荷转移出去；
（B）CCD是通过P-N结存储电荷的，可以通过势阱变化把电荷转移出去；
（C）光电二极管可以通过P-N结存储电荷，可以通过势阱变化把电荷转移出去；
（D）光电二极管可以通过P-N结存储电荷，可以通过曝光的办法把电荷泄放掉。
在以下各种说法中，正确的是：
（D）
（A）光电位置传感器是通过光伏效应来测量的，不能同时测量光点的位置和强度；
（B）光电位置传感器是通过光电导效应来测量的，不能同时测量光点的大小和强度；
（C）光电位置传感器是通过光伏效应来测量的，可以同时测量光点的大小和强度；
（D）光电位置传感器是通过光电导效应来测量的，可以同时测量光点的位置和强度；
使用热电偶测量光照的优点是：
（A）
（A）输出电压与光的波长无关；
（B）输出电流与波的强度无关；
（C）输出功率与波的强度成正比；
（D）测量噪声与背景光强无关。
在内光电效应材料中：
（D）
（A）入射光波长越长，光吸收系数越大，量子效率越高；
（B）入射光波长越长，光吸收系数越小，量子效率越低；
（C）入射光波长越短，光吸收系数越大，量子效率越高；
（D）随着入射光波长由长变短，光吸收系数越来越大，但量子效率则由低到高后，又随波长变短而越来越低；
下列各物体哪个是绝对黑体：
（B）
（A）不辐射任何光线的物体
（B）不能反射任何光线的物体
（C）不能反射可见光的物体
（D）不辐射可见光的物体
为什么发光二极管的PN结要加正向电压才能发光？
而光电二极管要零偏或反偏才能有光生伏特效应？
答：
1.p-n结在外加正向偏压时,外加电压削弱内建电场,使空间电荷区变窄,载流子的扩散运动加强,构成少数载流子的注入,从而在p-n结附近产生导带电子和价带空穴的复合。
一个电子和一个空穴的一次复合将释放出与材料性质有关的一定复合能量，这些能量会以热能、光能或部分热能和部分光能的形式辐射出来，产生电致发光现象，这就是LED的发光机理。
因为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。
发光二极管的优点
（1）属于低电压、小电流器件，在室温下即可得到足够的亮度，一般为3000cd/m2以上
（2）发光响应速度极快，时间常数约为l0-6~10-9s
（3）性能稳定，寿命长
（4）驱动简单，易于和集成电路匹配
（5）单色性好，发光脉冲的半宽度为几十纳米
（6）重量轻，体积小，耐冲击
光电探测器的合理选择
（1）根据待测光信号的大小，确定探测器能输出多大的电信号，即探测器的动态范围。
（2）探测器的光谱响应范围是否同待测光信号的相对光谱功率分布一致。
即探测器和光源的光谱匹配。
（3）对某种探测器，它能探测的极限功率或最小分辨率是多少—需要知道探测器的等效噪声功率；需要知道所产生电信号的信噪比。
（4）当测量调制或脉冲光信号时，要考虑探测器的响应时间或频率响应范围。
（5）当测量的光信号幅值变化时，探测器输出的信号的线性程度。
除了上述几个问题外，还要考虑探测器的稳定性，测量精度，测量方式等因素。
气体放电原理：
制作时在灯中充入发光用的气体，如氦、氖、氙、氪，或金属蒸汽（汞、钠、铊、镝），这些元素的原子在电场作用下电离出电子和离子。
当离子向阴极、电子向阳极运动时，从电场中得到加速，当它们与气体原子或分子高速碰撞时会激励出新的电子和离子。
在碰撞过程中有些电子会跃迁到高能级，引起原子的激发。
受激电子回到低能级时会发射出相应的辐射，如此不断进行，实现气体持续放电、发光。
简述光电池、光电二极管的工作原理及区别？
答：
光电池和光电二极管都是基于光伏特效应的原理进行工作,只不过光电池可以工作在零偏状态下,是光伏工作模式,器件内阻远低于负载电阻,相当于一个恒压源;而光电二极管必须在反偏电压下才能工作,是光电导工作模式,器件内阻远大于负载电阻,此时器件相当于一个恒流源.
光生伏特效应
上图为PN结光伏器件的结构图，通常在基片（假定为N型）的表面形成一层薄薄的P型层，P型层上做一小的电极，N型底面为另一电极。
光投向P区时，在近表面层内激发出电子-空穴对.其中电子将扩散到PN结区并被结电场拉到N区；同时空穴也将依赖扩散及结电场的作用进入P区。
为了使P型层内产生的电子能全部被拉到N区，P层的厚度应小于电子的扩散长度。
这样一来，光子也可能穿透P区到达N区，在那里激发出电子-空穴对;这些光生载流子被结电场分离后，空穴流入P区，电子流入N区，在结区两边产生势垒。
这就是光生伏特效应。
硅光电二极管的结构和工作原理与硅光电池相似，不同的地方是：
①就制作衬底材料的掺杂浓度而言，光电池较高，约为1016～1019原子数／厘米3，而硅光电二极管掺杂浓度约为1012～1013原子数／厘米3；
②光电池的电阻率低，约为0.1～0.01欧姆／厘米，而硅光电二极管则为1000欧姆／厘米，
③光电池在零偏置下工作，而硅光电二极管在反向偏置下工作；
④一般说来光电池的光敏面面积都比硅光电二极管的光敏面大得多，因此硅光电二极管的光电流小得多，通常在微安级。
PIN光电二极管因有较厚的I层，因此具有以下四点优点:
a）.使PN结的结间距离拉大，结电容变小。
目前PIN光电二极管的结电容一般为零点几到几个微微法，响应时间tr＝1～3ns，最高达0.1ns。
b）.由于内建电场基本上全集中于I层中，使耗尽层厚度增加，增大了对光的吸收和光电变换区域，量子效率提高了。
c）增加了对长波的吸收，提高了长波灵敏度，其响应波长范围可以从0.4～1.1µm。
d）可承受较高的反向偏压，使线性输出范围变宽。
光敏电阻的特点
（1）产生光电变换的部位不同。
光敏电阻不管那一部份受光，受光部份的电导率就增大；
（2）光敏电阻没有极性，工作时可任意外加电压。
（3）光敏电阻的光电导效应主要依赖于非平衡载流子的产生与复合运动，时间常数较大，频率响应较差；
（4）有些结型光电器件，如光电三极管、雪崩光电二极管等有较大的内增益作用，因此灵敏度较高，也可以通过较大的电流。
光敏电阻在使用时的注意事项：
1）当用于模拟量测量时，因光照指数γ与光照强弱有关，只有在弱光照下光电流
与入射光通量成线性关系；
2）用于光度量测试仪器时，必须对光谱特性曲线进行修正，保证其与人眼的光谱
光视效率曲线符合；
3）光敏电阻的光谱特性与温度有关，温度低时，灵敏范围和峰值波长都向长波方
向移动，可采取冷却灵敏面的办法来提高光敏电阻在长波区的灵敏度。
4）光敏电阻的温度特性很复杂，电阻温度系数有正有负。
5）光敏电阻频带宽度都比较窄，在室温下只有少数品种能超过1000Hz。
6）设计负载电阻时，应考虑到光敏电阻的额定功耗，负载电阻值不能很小。
7）进行动态设计时，应意识到光敏电阻的前历效应。
.光电倍增管的工作原理
如下图所示：
①光子透过入射窗口入射在光电阴极K上；
②光电阴极受光照激发，表面发射光电子；
③光电子被电子光学系统加速和聚焦后入射到第一倍增极D1上，倍增极将发射出比入射电子数目更多的二次电子。
入射电子经N级倍增极倍增后，光电子数就放大N次。
④经过倍增后的二次电子由阳极P收集起来，形成阳极光电流Ip，在负载RL上产生信号电压V0。
光电三极管工作原理分析
.
摄像管的作用及分类
摄像管是把按空间光强分布的光学图像记录并转换成视频信号的成像装置。
按光电变换形式摄像管基本上分为两类：
一类是利用外光电效应进行光电转换的摄像管，称光电发射型摄像管，也简称摄像管，如下图所示。
这一类摄像管有：
二次电子导电摄像管和硅靶摄像管等。
光电发射型摄像管属于微光摄像，其增益和灵敏度很高，可工作在亮度较低的场合。
另一类是利用内光电效应进行光电转换的摄像管，统称为光电导型摄像管，也称为视像管，如下图所示。
视像管按光导靶的结构又可分为光电导（注入）型和PN结（阻挡）型两种。
光电导型采用光电导材料，如硫化锑（Sb2S3）管；PN结型管采用结型材料，有氧化铅（PbO）管、硅靶管和异质结靶管等等。
与真空摄像器件相比固体成像器件有以下优点：
（1）体积小，重量轻，功耗低；耐冲击，可靠性高，寿命长；
（2）无象元烧伤、扭曲，不受电磁场干扰；
（3）SSPD的光谱响应范围从0.25～1.1µm；对近红外线也敏感；CCD也可做成红外敏感型；
（4）象元尺寸精度优于1µm,分辨率高；
（5）可进行非接触位移测量；
（6）基本上不保留残象（真空摄像管有15%～20%的残象）。
（7）视频信号与微机接口容易。
固定阈值法二值化处理电路
图9-3为典型的固定阈值法二值化处理电路。
图中电压比较器的“－”输入端接能够调整的固定电位Uth。
由电压比较器的特性可知，当输入光电信号的幅值高于固定电位Uth时，比较器的输出为高电平，即为1；当光电信号的幅值低于阈值电位Uth时，不管其值如何接近于Uth，其输出都为低电平，即为0。
受光源的不稳定影响较大，需要对光源进行稳定处理，或应用在控制精度要求较低的场合。
初始化将程序所用的内存地址空间及数据格式等内容确定，软件中用计算机允许的用户地址编写同步控制器的有关指令。
如用2F1H地址设置A/D数据采集系统处于初始状态，2F3H写系统所要采集的数据量，2F5H判断N个数据的转换工作是否已经完成？
完成，程序将向下执行，用2F4H读取N个8位数。
读完后程序结束或返回
用C语言程编写单元光电信号A/D数据采集系统的序如下：
#include
#include
main（）
{
intready=0;
unsignedcharresult＝0;
outportb（0x2F3,20）;//设定N=20
inportb（0x2F1）；//启动AD，完成采集系统的复位
while
（1）
{
ready＝inportb（0x2F5）;
ready=ready&0x01;
if（ready＝＝1）
break;
//查询AD转换完否
}
result=inportb（0x2F4）;//读数据
printf（“\nresult:
％d”，result）;
}
微分法实现的二值化处理方法
图9-12所示为边沿送数法二值化数据采集计算机接口电路的原理方框图。
工作脉冲波形如图9-13所示。
如果硅光电池的负载为RL，画出它的等效电路图，写出流过负载IL的电流方程及Uoc、Isc的表达式，说明其含义（图中标出电流方向）。
硅光电池的工作原理和等效电路为下图：
（a）光电池工作原理图（b）光电池等效电路图（c）进一步简化
从图（b）中可以得到流过负载RL的电流方程为：
（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，是光电池加反向偏压后出现的暗电流。
当i＝0时，RL＝∞（开路），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
（1）解得：
（2）
当Ip》Io时，
当RL＝0（即特性曲线与电流轴的交点）时所得的电流称为光电流短路电流，以Isc表示，所以
Isc＝Ip＝Se·E（3）
从式
（2）和（3）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Voc与光照度的对数成正比。
光敏电阻的原理图，Rp为光敏电阻，Rl为负载电阻，Ub为偏置电压，U为光敏电阻两端电压。
（p94）
负号的物理意义，是指电阻值随光照度的增加而减小
光敏电阻的伏安特性曲线（p94）
补偿式轴径检测装置
该装置利用光量变化对轴径进行补偿式检测。
其工作原理如图8-12所示。
其中放大器输出电压U0为
式中，K为放大器的放大倍数。
系统的信噪比、视场角和通频带宽度
1、直接探测系统的信噪比（灵敏度）
1）模拟系统信噪比
（1）模拟系统信噪比
信号为已知波形:
信号为随机变量:
依据图提供的结构和脉冲电压图说明CCD电荷转移的过程。
图
3
（1）在t1时刻，φ1高电位，φ2、φ3低电位。
此时φ1电极下的表面势最大，势阱最深。
假设此时已有信号电荷（电子）注入，则电荷就被存储在φ1电极下的势阱中。
（2）t2时刻，φ1、φ2为高电位，φ3为低电位，则φ1、φ2下的两个势阱的空阱深度相同，但因φ1下面存储有电荷，则φ1势阱的实际深度比φ2电极下面的势阱浅，φ1下面的电荷将向φ2下转移，直到两个势阱中具有同样多的电荷。
（3）t3时刻，φ2仍为高电位，φ3仍为低电位，而φ1由高到低转变。
此时φ1下的势阱逐渐变浅，使φ1下的剩余电荷继续向φ2下的势阱中转移。
（4）t4时刻，φ2为高电位，φ1、φ3为低电位，φ2下面的势阱最深，信号电荷都被转移到φ2下面的势阱中，这与t1时刻的情况相似，但电荷包向右移动了一个电极的位置。
当经过一个时钟周期T后，电荷包将向右转移三个电极位置，即一个栅周期（也称一位）。
因此，时钟的周期变化，就可使CCD中的电荷包在电极下被转移到输出端。
图为一理想运算放大器，对光电二极管2CU2的光电流进行线性放大，若光电二极管未受光照时，运放输出电压U0=0.6V。
在E=100lx的光照下，输出电压U1=2.4V。
求：
（1）2CU2的暗电流；
（2）2CU2的电流灵敏度。
已知：
U0=0.6V，E=100lx，U1=2.4V求ID和SE
解：
（1）根据运算放大器虚短和虚断原理，由于运算放大器电阻很大，两输入端的信号差值很小，近似为零，估算2CU2中电流
则流过R上的电流I0近似为流过2CU2的暗电流为ID
I0＝ID＝U0/R＝0.6V/1.5MΩ＝0.4×10-6A=0.4μA
（2）当受到光照时，2CU2的电流
IP＝U1/R＝2.4/1.5＝1.6μA
又IP＝SEE
∴SE＝IP/E＝1.6μA/100lx＝1.6×10－8（A/lx）
现有GDB－423型光电倍增管的光电阴极面积为2cm2，阴极灵敏度Sk为25μA/lm，倍增系统的放大倍数为105，阳极额定电流为20μA，求允许的最大光照。
（p123）
已知Sk=25μA/lmAk=2cm2=2×10-4m2M=105IP=20μA求Emax=?
解：
依公式Sk=Ik/ΦIk=IP/M
Φ=Ik/Sk=IP/MSk=20μA/105/（25μA/lm）=0.8×10-5（lm）
E=Φ/S=0.8×10-5（lm）/2×10-4m2=0.04（lx）
最大光照度为0.04lx。
升级会员 