光電檢測習(xí)題解答

1、11、舉例說明你說知道的檢測系統(tǒng)的工作原理。（1） 光電檢測技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用：在線檢測：零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝配定位“ ·（2） 光電檢測技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用：家用電器一一數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)：自動對焦一紅外測距傳感器自動感應(yīng)燈：亮度檢測一光敏電阻空調(diào)、冰箱、電飯煲：溫度檢測一熱敏電阻、熱電偶遙控接收：紅外檢測一光敏二極管、光敏三極管可視對講、可視電話：圖像獲取一面陣CCD醫(yī)療衛(wèi)生一一數(shù)字體溫計：接觸式一熱敏電阻，非接觸式一紅外傳感器辦公商務(wù)一一掃描儀：文檔掃描一線陣CCD紅外傳輸數(shù)據(jù)紅外檢測一光敏二極管、光敏三極管（3） 光電檢測技術(shù)在軍事上的應(yīng)用：夜視瞄準(zhǔn)機(jī)系統(tǒng)：非冷

2、卻紅外傳感器技術(shù)激光測距儀：可精確的定位目標(biāo)光電檢測技術(shù)應(yīng)用實(shí)例簡介點(diǎn)鈔機(jī)（1） 激光檢測一激光光源的應(yīng)用用一定波長的紅外激光照射第五版人民幣上的熒光字，會使熒光字產(chǎn)生一定波長的激光，通過對此激光的檢測可辨別鈔票的真假。山于仿制困難，故用于辨?zhèn)魏軠?zhǔn)確。（2） 紅外穿透檢測一紅外信號的檢測紅外穿透的工作原理是利用人民幣的紙張比較堅固、密度較高以及用凹印技術(shù)印刷的油墨厚度較高，因而對紅外信號的吸收能力較強(qiáng)來辨別鈔票的真假。人民幣的紙質(zhì)特征與假鈔的紙質(zhì)特征有一定的差異，用紅外信號對鈔票進(jìn)行穿透檢測時，它們對紅外信號的吸收能力將會不同，利用這一原理，可以實(shí)現(xiàn)辨?zhèn)?。?） 熒光反應(yīng)的檢測一熒光信號的檢測

3、熒光檢測的工作原理是針對人民幣的紙質(zhì)進(jìn)行檢測。一一人民幣采用專用紙張制造（含85以上的優(yōu)質(zhì)棉花）假鈔通常采用經(jīng)漂白處理后的普通紙進(jìn)行制造，經(jīng)漂白處理后的紙張在紫外線（波長為365nm的藍(lán)光）的照射下會出現(xiàn)熒光反應(yīng)（在紫外線的激發(fā)下衍射出波長為420一460nm的藍(lán)光），人民幣則沒有熒光反應(yīng)。所以，用紫外光源對運(yùn)動鈔票進(jìn)行照射并同時用硅光電池檢測鈔票的熒光反映，可判別鈔票真假。（4） 紙寬的檢測一紅外發(fā)光二極管及接收二極管的應(yīng)用主要是用于根據(jù)鈔票經(jīng)過此紅外發(fā)光及接收二極管所用的時間及電機(jī)的轉(zhuǎn)速來間接的計算出鈔票的寬度，并對機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，比如有無卡紙等；同時也能根據(jù)鈔票的寬度判斷出其面值

4、。（5） 喂鈔臺、接鈔臺傳感器一紅外對管的應(yīng)用在點(diǎn)鈔機(jī)的喂鈔臺和取鈔臺部分分別有一個作為有無鈔票的發(fā)射接收紅外對管，用來檢測是否有鈔票放入或取出。2、 如何實(shí)現(xiàn)非電量的測量？為實(shí)現(xiàn)非電量的電測量，首先要實(shí)現(xiàn)從非電量到電量的變換，這一變換是靠傳感器來實(shí)現(xiàn)的。傳感器接口電路是為了與傳感器配合將傳感器輸出信號轉(zhuǎn)換成低輸出電阻的電壓信號以方便后續(xù)電路的處理。一般說來，信號都需要進(jìn)一步放大并濾除噪聲。放大后的信號經(jīng)模擬/ 數(shù)字變換后得到數(shù)字信號，以便于微處理器或微控制器。微處理器或微控制器是測控系統(tǒng)的核心，它主要有兩個作用·一是對數(shù)字信號進(jìn)行進(jìn)一步處理并將信號輸出顯示、存儲和控制。一是管理測控

5、系統(tǒng)的各個部分以實(shí)現(xiàn)測控系統(tǒng)的智能化，即根據(jù)信號和測量條件的變化，自動地改變放大器的增益、濾波器的參數(shù)及其它的電路參數(shù)。在選用合適的傳感器之后，就要設(shè)計傳感器的接口電路。從電子學(xué)的角度來看，不同的傳感器具有不同的電特性和需要不同的驅(qū)動信號（也有的傳感器不需要驅(qū)動信號），為取得更高的精度和最佳的性能，需要設(shè)計傳感器接口電路。3、 影響檢測測量精度的主要因素有哪些，而葺中哪幾個因素有時最基本而且需要特別注意測量器具本身存在的誤差。環(huán)境因素，如氣溫，氣壓，干燥程度，震動，磁場等。人為因素，如視覺誤差等等。還有使用測量器具時的方法不得當(dāng)造成的誤差。4、 什么是噪聲和干擾？什么是有用信號？噪聲是來自元器

6、件內(nèi)部粒子；而干擾是指其他的有害信號，有系統(tǒng)外部的，也可以有內(nèi)部的。有用信號指傳遞用戶所需信息的信號，或是用來讓接收設(shè)備收到信號后產(chǎn)生一個預(yù)先設(shè)定的動作的信號。從物理角度看，噪聲是由聲源作無規(guī)則和非周期性振動產(chǎn)生的聲音。噪聲為電子系統(tǒng)中任何不需要的信號。噪聲會導(dǎo)致信號質(zhì)量下降以及精確測量方面的錯誤。噪聲包括固有噪聲及外部噪聲，這兩種基本類型的噪聲均會影響電子電路的性能。外部噪聲來自外部噪聲源，固有噪聲由電路元件本身生成，最常見的例子包括寬帶噪聲、熱噪聲以及閃爍噪聲等。干擾分3 部分，干擾源、耦合通道和敏感對象。在不同空間和時間尺度上偶然發(fā)生，不可預(yù)知。5、 如何判斷干擾？如何避免干擾？常見的信

7、號的干擾有：（1）器件工作的噪聲干擾，比如說數(shù)字電路正負(fù)邏輯的轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的電磁場干擾，電搜索壓電流變化產(chǎn)生的電磁場干擾。（2）高頻信號噪聲干擾（串?dāng)_和回?fù)p），因?yàn)楦哳l電路能產(chǎn)生強(qiáng)電磁場，產(chǎn)生感應(yīng)信號。（3）電源噪聲干擾，現(xiàn)在大部分電源系統(tǒng)采用的都是開關(guān)電源，開關(guān)電路的高頻開關(guān)動作會導(dǎo)致嚴(yán)重的高頻噪聲。（4）地線噪聲干擾，都知道只要是線就會存在電阻，當(dāng)一條地線上掛有多個設(shè)備時，而且工作電流較大時，小電阻也會產(chǎn)生電位差，從而影響設(shè)備?？傊蓴_無處不在，在設(shè)計電路或畫PCB時可以考慮從3點(diǎn)處理，即屏蔽干擾源、切斷耦合通道、保護(hù)敏感對象。6、 電子計數(shù)器如何實(shí)現(xiàn)既能測量頻率又能測量周期？為什么要通過測量

8、周期的方法來測量低頻信號的頻率？00采用多周期同步測量技術(shù)，這種測量方法實(shí)際上是對信號周期進(jìn)行測量信號的頻率是經(jīng)過倒數(shù)運(yùn)算求出來的。因而，從測頻的角度，上述測量方法也稱為倒數(shù)計數(shù)器法。數(shù)字頻率計測量頻率的原理：石英振蕩器IMHz標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號，經(jīng)過分頻器分頻為IHz周期 Is的尖波信號接到控制門的控制端，被測信號通過放大整形變?yōu)檎氩饷}沖信號，接到控制器的信號端；第一個秒信號觸發(fā)控制門打開，尖脈沖通過控制門，第二個秒信號到來后控制門關(guān)閉，脈沖計數(shù)器記錄兩個秒信號間隔時間內(nèi)通過控制門的尖脈沖個數(shù)就等于被測信號的頻率值。數(shù)字頻率計測量周期的原理：采用上述方法測量低頻信號時可能產(chǎn)生較大的誤差，因?yàn)榈?/p>

9、一個秒信號到來的時間是隨機(jī)的，計數(shù)器從開啟到關(guān)閉可能多記一個或少記一個數(shù)；因此，為了保證低頻信號測量的精度，可以用周期測量法：即用被測信號脈沖去控制門電路的開啟，讓標(biāo)準(zhǔn)時間通過控制門，進(jìn)入計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)，這樣計數(shù)器的值就等于一個被測電壓的周期內(nèi)有幾個標(biāo)準(zhǔn)時間脈沖通過，相當(dāng)于一個周期等于幾個時間單位。這就是為什么要通過測量周期來測定低頻型號的頻率搜索的原因。8、試敘述光電檢測系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)。P6 組成：（1） 光學(xué)變換時域變換：調(diào)制振幅、頻率、相位、脈寬空域變換：光學(xué)掃描光學(xué)參量調(diào)制：光強(qiáng)、波長、相位、偏振形成能被光電探測器接收，便于后續(xù)電學(xué)處理的光學(xué)信息。（2） 光電變換光電/熱電器件（傳感

10、器）、變換電路、前置放大將信息變?yōu)槟軌蝌?qū)動電路處理系統(tǒng)的電信息（電信號的放大和處理）。（3） 電路處理放大、濾波、調(diào)制、解調(diào)、A/D、D/A、微機(jī)與接口、控制。第2章1、 簡述光電效應(yīng)的工作原理。什么是暗電流？什么是亮電流？P11 221 暗電流指的是在無光照時，山外電壓作用下p·N結(jié)內(nèi)流過的單向電流。光敏電阻兩端加電壓（直流或交流）。無光照時，阻值很大，電流（暗電流）很?。汗庹諘r，光生載流子迅速增加，阻值急劇減少，在外場作用下，光生載流子沿一定方向運(yùn)動，形成亮電流。2、 簡述光生伏特效應(yīng)的工作原理。為什么光伏效應(yīng)器件比光電導(dǎo)效應(yīng)器件有更快的響應(yīng)速答：（1）光生伏特效應(yīng)的工作基礎(chǔ)是內(nèi)

11、光電效應(yīng)，當(dāng)用適當(dāng)波長的光照射PN結(jié)時，山于內(nèi)建場的作用（不加外電場），光生電子拉向n區(qū)，光生空穴拉向p區(qū)，相當(dāng)于PN結(jié)上加一個正電壓。（2）光伏效應(yīng)中，與光照相聯(lián)系的是少數(shù)載流子的行為，因?yàn)樯贁?shù)載流子的壽命通常很短，所以以光伏效應(yīng)為基礎(chǔ)的檢測器件比以光電導(dǎo)效應(yīng)為基礎(chǔ)的檢測器件有更快的響應(yīng)速度。3、 簡述光熱效應(yīng)工作原理。熱電檢測器件有哪些特點(diǎn)？P154、 比較光電效應(yīng)和熱電效應(yīng)在作用機(jī)理、性能及應(yīng)用特點(diǎn)等方面的差異。答：所謂光電效應(yīng)是指，光輻射入射到光電材料上時，光電材料發(fā)射電子，或者其電導(dǎo)率發(fā)生變化，或者產(chǎn)生感生電動勢的現(xiàn)象。光電效應(yīng)實(shí)質(zhì)上是入射光輻射與物質(zhì)中束縛于晶格的電子或自山電子的相

12、互作用所引起的。光電效應(yīng)就對光波頻率（或波長）表現(xiàn)出選擇性。在光子直接與電子相互作用的情況下，其響應(yīng)速度一般比較快。按照是否發(fā)射電子，光電效應(yīng)又分為內(nèi)光電效應(yīng)和外光電效應(yīng)。具體有光電子發(fā)射效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)、一一光生伏特效應(yīng)、光子牽引效應(yīng)和光電磁效應(yīng)等。 1 光熱效應(yīng)的實(shí)質(zhì)是探測元件吸收光輻射能量后，并不直接引起內(nèi)部電子狀態(tài)的改變，而是把吸收的光能變?yōu)榫Ц竦臒徇\(yùn)動能量，引起探測元件溫度上升，溫度上升的結(jié)果又使探測元件與溫度有關(guān)的電學(xué)性質(zhì)或其他物理性質(zhì)發(fā)生變化。原則上，光熱效應(yīng)對光波頻率（或波長）沒有選擇性，因而物質(zhì)溫度的變化僅決定于光功率（或其變化率），而與入射光輻射的光譜成分無關(guān)。因?yàn)闇囟壬呤?/p>

13、熱積累的作用，所以光熱效應(yīng)的響應(yīng)速度一般比較慢，而且容易受環(huán)境溫度變化的影響。光熱效應(yīng)包括熱釋電效應(yīng)、溫差電效應(yīng)和測熱輻射計效應(yīng)等第3章1、 試說明為什么本征光電導(dǎo)器件在越微弱的輻射作用下，時間響應(yīng)越長，靈敏度越高解，在微弱信號的輻射下，將式0一8的VI一躉1）代入（1 83），并對其求導(dǎo)即可得半導(dǎo)體材料在弱輻射T的光電導(dǎo)靈敏度為S2 0一0），由此可知時間t響應(yīng)越長，靈敦度越高。2、 對于同一種型號的光敏電阻來講，在不同光照度和不同環(huán)境溫度下，其光電導(dǎo)靈敏度與時間常數(shù)是否相同？為什么？如果照度相同而溫度不同時情況又會如何？解：同一型號的光敏電阻，在不同光照度下和不同的環(huán)境溫度下，其光電導(dǎo)靈敏

14、度和時閭鏘數(shù)不相同。在照度相同而溫度不同時，其光電導(dǎo)靈度不相同和時間常數(shù)也不相同。其材料性質(zhì)已經(jīng)一枷只是決定了的值0定，光照度和環(huán)境溫度不同，則產(chǎn)生的光生電子濃度和熱生電子濃度各異決定了值不同，照度相同決定光生電子濃度相同，溫度不同決定熱生電子濃度不同，同樣也決定了值才同，由（1 85）和（1 88）推出光電靈敏度不相同，由0巧）和(2-11)推出其時間常數(shù)不相同。3、 為什么結(jié)型光電器件在正向偏置時，沒有明顯的光電效應(yīng)？它必須在哪種偏置狀態(tài)？為什么？答：因?yàn)閜-n結(jié)在外加正向偏壓時，即使沒有光照，電流也隨著電壓指數(shù)級在增加，所以有光照時，光電效應(yīng)不明顯。p-n結(jié)必須在反向偏壓的狀態(tài)下，有明顯

15、的光電效應(yīng)產(chǎn)生，這是因?yàn)閜-n結(jié)在反偏電壓下產(chǎn)生的電流要飽和，所以光照增加時，得到的光生電流就會明顯增加。4、 在如圖3一70所示的照明燈控制電路中，將題3所給的Cds光敏電阻用作光電傳感器&在如右圖所示的照明燈控制電路種，用Cds光敏電阻用作光電傳感器，光敏電阻最大功耗為300m光電導(dǎo)靈敏度Sg=0.一5 × 10一6S/ Ix，暗電導(dǎo)go一0，若已知繼電器繞組的電阻為5k0繼電器的吸合電流為2，電阻R=1kQ：試求：0為使繼電器吸合所需要的照度；0要使繼電器在照度為3 Ix時吸合，應(yīng)如何調(diào)整電阻R.（10分）光電阻照接時的光電已弱光射下0 = 歐的0為使鼷山敏電即所盂照0

16、照度為22吖，無屮光敏電的隕電陌團(tuán)v.即使催這到這么的電兆敏可能拙壞園無論怎么整電衲，都不會使鼷電器吸5、 光電導(dǎo)器件響應(yīng)時間（頻率特性）受哪些因素限制？光伏器件與光電導(dǎo)器件工作頻率哪個咼？實(shí)際使用時如何改善其工作頻率響應(yīng)？響應(yīng)時間主要受光電導(dǎo)器件中載流子的平均壽命有關(guān)，減小0則頻率響應(yīng)提高；其次，光電導(dǎo)器件的響應(yīng)時間與運(yùn)用狀態(tài)也有光，例如，光照強(qiáng)度和溫度的變化，因?yàn)樗鼈兌加绊戄d流子的壽命。光伏特器件的工作頻率高于光電導(dǎo)器件。要改善光伏器件的頻率響應(yīng)，主要是減小響應(yīng)時間，所以采取的措施主要有：減小負(fù)載電阻；減小光伏特器件中的結(jié)電容，即減小光伏器件的受光面積；適當(dāng)增加工作電壓。6、 硅光電池的開

17、路電壓為什么隨著溫度的升咼而下降？影響光電倍增管工作的環(huán)境因素有哪些？如何減少這些因素的影響？溫度升高時，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性將發(fā)生一定的變化，即少數(shù)載流子濃度隨著溫度的升高而指數(shù)式增大，相對來說多數(shù)載流子所占據(jù)的比例即越來越小，這就使得多數(shù)載流子往對方擴(kuò)散的作用減弱，從而起阻擋作用的p-n結(jié)勢壘高度也就降低。從Fermi能級的變化上來理解：溫度越高，半導(dǎo)體Ferm能級就越靠近禁帶中央（即趨于本征化），則兩邊半導(dǎo)體的Fermi能級之差也就越小，所以p-n結(jié)勢壘高度也就越低，也就是開壓降低。光電倍增管的響應(yīng)度受多方面的因素影響，比如：偏置電壓的高低、環(huán)境光和溫度變化等多方面因素的影響。無光時光電倍增管

18、對光的響應(yīng)度更趨于平穩(wěn)，使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也更具有可靠性。因此，無光環(huán)境是決定光電倍增管對微弱光信號的檢測能力的重要因素之一。光電倍增管工作時由于陰極材料發(fā)熱，這樣對光電倍增管的響應(yīng)度產(chǎn)生較大的影響，因此不穩(wěn)定的工作溫度對光電倍增管的響應(yīng)度也會帶來不同程度的影響。降低光電倍增管的使用環(huán)境溫度可以減少熱電子發(fā)射，從而降低暗電流。另外，光電倍增管的靈敏度也會受到溫度的影響。7、 分析光電信號輸出電路工作原理。試以光電導(dǎo)器件為例，說明為什么光電檢測器件的工作波長越長，工作溫度就越低？8、 簡述發(fā)光二極管的發(fā)光原理及半導(dǎo)體激光器的工作原理。P44 它們的結(jié)構(gòu)簡單說就是三明治的夾心結(jié)構(gòu)，中間的夾心是有源區(qū)。二者

19、的結(jié)構(gòu)上是相似的，但是LED沒有諧振腔，LD有諧振腔。LD工作原理是基于受激輻射、LED是基于自發(fā)輻射。LD發(fā)射功率較高、光譜較窄、直接調(diào)制帶寬較寬，而LED發(fā)射功率較小、光譜較寬、直接調(diào)制帶寬較窄。 0 09、 試判別下列結(jié)論，正確的在括號里填寫T,錯誤的則填寫F:（1） 光電導(dǎo)器件在方波輻射的作用下，其上升時間大于下降時間。（2） 光敏電阻的阻值與環(huán)境溫度有關(guān)，溫度升高時光敏電阻的阻值也隨之升高。（T）（3）光敏電阻的是由于被光照后所產(chǎn)生的光生電子與空穴的復(fù)合需要很長時間，而且，隨著復(fù)合的進(jìn)行，光生電子與空穴的濃度與復(fù)合幾率不斷減小，使得光敏電阻恢復(fù)被照前的阻值需要很長時間。10、 簡述光

20、電耦合器件的工作原理？P51光電偶合器件（簡稱光耦）是把發(fā)光器件（如發(fā)光二極體）和光敏器件（如光敏三極管）組裝在一起，通過光線實(shí)現(xiàn)耦合構(gòu)成電一光和光一電的轉(zhuǎn)換器件。11、 利用光敏電阻等器件設(shè)計樓梯內(nèi)的節(jié)能燈控制電路及測量應(yīng)用中的自動增益控制電路。2樓道照明燈自動控制電路設(shè)計原理圖褸道照明燈0動控制電路設(shè)計總電路圖如7和圖10所示，它由電電路、光控電路和延時控制電路、熱釋電紅外感應(yīng)電路以及電話控制電路四部份組成。220v電壓經(jīng)過電源電路部分進(jìn)行降壓、整流、漣波及穩(wěn)壓0為其它電路提供12V的直流工作電壓。同時通過光敏電阻、新型熱釋電紅外傳感器及時基集成電路N巧55共同控旀使白天燈不亮，夜間有人來

21、的時候燈白動走亮，人走后延時一段時悶白動熄滅/從而達(dá)到能的的。電路還扉上一個電話控制系統(tǒng)以保證電路在異常情況下可以遠(yuǎn)程控制。就閣7樓道照明燈自動控制電話控制電路2但2刀照明燈自動控制電路，其工作原理：當(dāng)燈所處環(huán)境光線較時，儲s光敏電殂的值很臠，電器K的組電流變得很小，不能雄特工作卣關(guān)閉當(dāng)有適當(dāng)大小的音時·聲控延時開關(guān)K連通，燈亮·特過一定時伺后·聲控迂時開關(guān)Ti自動斷卅，燈熄滅·3伊67如圖2所示的照明燈所不電路中，s光敏電用做光電傳感0 “光敏電最大功耗為3闐mW光電導(dǎo)巭敏度、=曬× 10“丷派，哈電導(dǎo)g。=伍著己知慧電器繞粗的電為5

22、83;塑電12、 試分析圖72 (a), (b)所示的放大電路中，光敏電阻Rp的作用。答：(a)無光照時，Rp阻值很大，即同相反饋支路的反饋電阻很大，輸出電壓高。光強(qiáng)增加嚇使得Rp 0使得同相反饋支路阻值減小，輸出電壓下降。(b)無光照時，Rp阻值很大，輸入近似開路，輸出電壓低。光強(qiáng)增加0使得Rp 0使得輸入信號進(jìn)入，一輸出信號增大。13、 為什么在光照度增大到一定程度后，硅光電池的開路電壓不再隨入射照度的增大而增大？硅光電池的最大開路電壓為多少？為什么硅光電池的有載輸出電壓總小于相同照度下的開路電壓？答：答：當(dāng)光照強(qiáng)度增大到某個特定值時，硅光電池的p-n結(jié)產(chǎn)生的光生載流子數(shù)達(dá)到了最大值，即出

23、現(xiàn)飽和，再增大光照強(qiáng)度，其丌路電壓不再隨之增大、硅光電池的丌路電壓表達(dá)式為0“一 一(l 產(chǎn)）巾代入dU的表達(dá)式并求關(guān)十的一階導(dǎo)數(shù)，鋈一0，求得最大開路電壓，由十輪出電壓0：0&翎0一0百一的。即包含了擴(kuò)散電流/ “和暗電流 7。的影響，使得硅光電池的有載輸出電壓總小于開路電壓0。14、硅光電池的內(nèi)阻與哪些因素有關(guān)？在什么條件下硅光電池的輸出功率最大？（1）極電容，串接電阻，串接電阻越小越好。（2）顯然，存在著最佳負(fù)載電阻Ropt，在最佳負(fù)載電阻情況下負(fù)載可以獲得最大的輸出功率Pmaxo15、光生伏特器件有幾種偏置電路？各有什么特點(diǎn)？（1)光生伏特器件有反向偏置電路，零偏置電路，自偏置

24、電路。（2）特點(diǎn)：自偏置電路的特點(diǎn)是光生伏特器件在自偏置電路中具有輸出功率，且當(dāng)負(fù)載為最佳負(fù)載電阻時具有最大的輸出功率，但是自偏置電路的輸出電流或輸出電壓與入射輻射間的線性關(guān)系很差，因此在測量電路中好少采用自偏置電路。反向偏置電路：光生伏特器件在反向偏置狀態(tài)，PN結(jié)勢壘區(qū)加寬，有利于光生載流子的漂移運(yùn)動，使光生伏特器件的線性范圍加寬，因此反向偏置電路被廣泛應(yīng)用到大范圍的線性光電檢測與光電變換中。零偏置電路：光生伏特器件在零伏偏置下，輸出的短路電流Isc與入射輻射量（如照度）或線性關(guān)系變化，因此零伏偏置電路是理想的電流放大電路。16、試比較硅整流二極管與硅光電二極管的伏安特性曲線，說明它們的差異

25、。答比較硅整流二極管與硅光電二極管的伏安特性曲線可知：當(dāng)沒有光輻射時，二者的伏安特性曲線是一樣的；當(dāng)有光輻射時，則硅光電二極管的全電流為負(fù)值，特性曲線向下平移，且向下平移的程度隨輻照度的不同而變化。但是硅整流二極管的伏安特性曲線不受光照的影響。此外，正常工作狀態(tài)下，硅光電二極管兩端所加正向電壓必須小于07v，否則不能產(chǎn)生光電效應(yīng)。該值通常為負(fù)，即處于反偏狀態(tài)；硅整流二極管兩端所加偏壓須為正，且要大于開啟電壓Uth值。、寫出硅光電二極管的全電流方程，說明各項(xiàng)的物理意義。答：硅光電二極管的仝電流方程為式中，為光電材料的光電為材料對光的吸收系數(shù)“轉(zhuǎn)換效率，光電流為比較2CU型硅光電二極管和(1)U型

26、硅光電二極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，說明引入環(huán)極的意義·答，2CU型硅光電二極管是采用n型硅材料作基底，在n區(qū)的一曲擴(kuò)肷二價元素硼而生成重?fù)诫s型層，尹型層和n型硅相接觸彬成p-n鮚，引出電極0在光敏曲上涂上&堡保鏟膜：。2DU型硅光電0極管是輕0雜、高陰值帥p型硅材料做基底，在p型基底上擴(kuò)五價元紊，形成質(zhì)摻雜的型層，p型硅和的型硅接觸形成到結(jié)，在區(qū)引出正極，涂以透明的&堡作為保護(hù)膜，基底鍍鎳蒸鋁后引出負(fù)電極：在硅光電0極管的制造過程中，在光敏面上涂&02區(qū)護(hù)層的過程中，不可避免的會沾污一些雜質(zhì)正離子，通過靜電感、應(yīng)引，起表面電流，亓進(jìn)而產(chǎn)生隋電流和散粒噪聲、：因此，為了減

27、少由干&中少量正鬲子的靜電感應(yīng)所產(chǎn)生的表面漏電流，在氧化層中也獷散一個環(huán)形p、n結(jié)而將受光面包圍起來，即引入環(huán)極，以增加高阻區(qū)寬度，避免邊緣過曱“擊穿419、影響光生伏特器件頻率響應(yīng)特性的主要因素有哪些？為什么PN結(jié)型硅光電二極管的最高工作頻率小于等于107？怎樣提高硅光電二極管的頻率響應(yīng)？（1)影響光生伏特器件頻率響應(yīng)的主要因素有三點(diǎn)：1）在PN結(jié)區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的光生載流了渡越結(jié)區(qū)的時間T dr，即漂移時間；2）在PN結(jié)區(qū)外產(chǎn)生的光生載流子擴(kuò)散到PN結(jié)區(qū)內(nèi)所需的時間T p,即擴(kuò)散時間；3）由PN結(jié)電容q、管芯電阻Ri及負(fù)載電阻RL構(gòu)成的RC延遲時間T RCO（2）對于PN結(jié)型硅光電二極管，

28、光生載流子的擴(kuò)散時間T p是限制硅光電二極管頻率響應(yīng)的主要因素。由于光生載流子的擴(kuò)散運(yùn)動很慢，因此擴(kuò)散時間T p很長，約為100nS，則其最高工作頻率小于等于107砌（3月）減小PN結(jié)面積；2）增加勢壘區(qū)寬度，提高材料體電阻率和增加結(jié)深；3）適當(dāng)增加工作電壓；4）盡量減少結(jié)構(gòu)造成的分布電容；5）增加PN結(jié)深，減小串聯(lián)電阻；6）設(shè)計選用最佳負(fù)載阻值。20、 為什么說發(fā)光二極管的發(fā)光區(qū)在PN結(jié)的p區(qū)？這與電子、空穴的遷移率有關(guān)嗎？答：對于PN結(jié)注入發(fā)光的發(fā)光二極管，當(dāng)PN結(jié)處于平衡位置時，存在一定的勢壘區(qū)。當(dāng)加正向偏壓時，PN結(jié)區(qū)勢壘降低，從擴(kuò)散區(qū)注入的大量非平衡載流子不斷地復(fù)合發(fā)光，并主要發(fā)生在

29、P區(qū)。這是因?yàn)榘l(fā)光二極管在正向電壓的作用下，電子與空穴做相對運(yùn)動，即電子由N區(qū)向p區(qū)運(yùn)動，而空穴向N區(qū)運(yùn)動。但由于電子的遷移率？N比空穴的遷移率？p 高20倍左右，電子很快從N區(qū)遷移到p區(qū)，因而復(fù)合發(fā)光主要發(fā)生在p區(qū)。21、 為什么發(fā)光二極管必須在正向電壓下才能發(fā)光？反向偏置的發(fā)光二極管能發(fā)光嗎？答：由于LED的發(fā)光機(jī)理是非平衡載流子即電子與空穴的擴(kuò)散運(yùn)動導(dǎo)致復(fù)合發(fā)光，因此要求有非平衡載流子的相對運(yùn)動，使電子由N區(qū)向p區(qū)運(yùn)動，而空穴由p區(qū)向N區(qū)運(yùn)動。在不加偏加或加反向偏壓的情況下，PN結(jié)內(nèi)部的漂移運(yùn)動占主要優(yōu)勢，而這種少子運(yùn)動的結(jié)果是電子與空穴的復(fù)合幾率小，而且表現(xiàn)在數(shù)量上也是很微弱的，不足以

30、使LED發(fā)光。因此，要使LED發(fā)光，必須加正向偏壓。22、 發(fā)光二極管的發(fā)光光譜由哪些因素決定？光譜的半寬度有何意義？發(fā)光二極管的發(fā)光光譜由材料的種類、性質(zhì)及發(fā)光中心的結(jié)構(gòu)決定，而與器件的幾何形狀和封裝方式無關(guān)。無論什么材料制成的LED,都有一個相對光強(qiáng)度最強(qiáng)處（光輸出最大），與之相對應(yīng)有冖個波長，此波長即為峰值波長旯p。在LED譜線的峰值兩側(cè)±AZ處，存在兩個光強(qiáng)等于峰值一半的點(diǎn)，分別對應(yīng)旯一不旯+ A旯，它們之間的寬度即為半譜線寬度，也稱半功率寬度，它是一個反映LED單色性的參數(shù)。半寬度越小，則發(fā)光光譜單色性越好，發(fā)光功率集中于半譜線寬度內(nèi)。 23、產(chǎn)生激光的三個必要條件是什么？

31、答·產(chǎn)生激光的三個必要條件是：（1）必須將處于低能態(tài)的電子激發(fā)或泵浦到較高能態(tài)上去，為此需要泵浦源；（2）要有大量的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，使受激輻射足以口服損耗；（3）有一個諧振腔為出射光子提供正反饋及高的增益，用以維持受激輻射的持續(xù)振蕩。24、 半導(dǎo)體激光器有什么特點(diǎn)？LD與LED發(fā)光機(jī)理的根本區(qū)別是什么？為什么LD光的相干性要好于LED光？答：半導(dǎo)體激光器體積小，重量輕，效率高，壽命長，并可采用簡單的注入電流的方式來泵浦。其工作電壓和電流與集成電路兼容，因而可以與之單片集成，并且還可用高達(dá)GHz的頻率直接進(jìn)行電流調(diào)制以獲得高速調(diào)制的激光輸出。由于這些優(yōu)點(diǎn)，它廣泛應(yīng)用于光通信、光學(xué)測量、自動

32、控制等方面。LD的發(fā)光機(jī)理是激光工作物質(zhì)的受激輻射，而LED發(fā)光的機(jī)理是非平衡載流子的復(fù)合發(fā)光。由于LD的發(fā)光過程是受激輻射，單色性好，發(fā)射角小，因此有很好的時間和空間相干性。25、 為什么需要將發(fā)光二極管與光電二極管封裝在一起構(gòu)成光電耦合器件？光電耦合器件的主要特性有哪些？答：將發(fā)光器件與光電接收器件組合成一體，制成的具有信號傳輸功能的器件，即為光電耦合器件。由于光電耦合器件的發(fā)送端與接收端是電、磁絕緣的，只有光信息相連。同時，它在信號傳輸速度、體積、抗干擾性等方面都具有傳統(tǒng)器件所無法比擬的優(yōu)勢。因此，在實(shí)際應(yīng)用中它具有許多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動檢測、自動控制、電信號的傳輸和處理及計算機(jī)

33、系統(tǒng)等方面。光電耦合器件的主要特性有：（1）具有電隔離的功能；（2）信號傳輸具有單向性；（3）具有抗電磁干擾和噪聲的能力；（4）響應(yīng)速度快；巧）實(shí)用性強(qiáng)；（6）既具有耦合特性又具有隔離特性。26、 舉例說明光電耦合器件可以用在哪些方面？為什么計算機(jī)系統(tǒng)常采用光電耦合器件？答：光電耦合器件目前在自動控制、遙控遙測、航空技術(shù)、電子計算機(jī)和其它光電、電子技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用。其具體應(yīng)用實(shí)例可參見教材6，5小節(jié)所述。在計算機(jī)主體運(yùn)算部分與輸入、輸出之間，用光電耦合器件作為接口部件，將會大大提高傳輸中的信噪比。27、 為什么山發(fā)光二極管與光電二極管構(gòu)成的光電耦合器件的電流傳輸比小于1，而山發(fā)光二極管與

34、光電三極管構(gòu)成的光電耦合器件的電流傳輸比大于等于1？答：光電隅合器0中發(fā)光。棧管的發(fā)光電流為在，接收門光電二極臥產(chǎn)生的光電流可用 0亠，表示，其中女是與發(fā)光一極管的發(fā)光效、光電0管的增及一者之向距離等參數(shù)有關(guān)的系數(shù)，稱為光激發(fā)效率，“比較所以搬要丿、于在，巾于乃為/ 與的比值，因此光電耦合器胃在不加復(fù)合放丿、三極管時，其電傳牲比總小于l .而當(dāng)接收器采用光電三極管時的'，光電三極管本身Jl有電流放丿作用·四此輸出光電流人于等于發(fā)光電流，也即其電流輸比丿0于等于0光電一極營輸出光電流在數(shù)量級，而光電三極的輸出光電流在”數(shù)量級028、006.10用光電隅器們谷；用光電耦。用光電耦

35、合器()l構(gòu)成的或非門為：。生 0 就過鬮 0 0 到的 的到韉 湖 的00-，·一還 到訓(xùn)短00000000就 河到的到到雨0到到 0000000 到到 的到 到到到到過到0 00的到 000 0 河00艸的的00 0到到到00苤到到 的的到團(tuán)到0 到00曰到到 00的· 孬 0 的一 0 到 0到一的- 到 0 的到孬到- 豇的 0 思 0 到 000到 0 到到后的0 到到 000 的00 -還的0 0湖000 到到到00000 壓000000到的 0 陋0 過到到過0苤的 0的 00到的到00000000 的 到加 的 00到到000過的的 的的 到到0 到禰的能0

36、0 過的苤到到壘到過 0000的的 00了光屯耦器們在電路中的俗叼輸作用與電容的隔出戔作用有桿么，不向0'。一'0 答首先，光電耦合器件的信號傳輸是以光信息的形式進(jìn)行的，這與電容利用電流或電壓傳輸信號不同；其次，光電耦合器們可以將輸入端的直流信號轉(zhuǎn)換為光信號進(jìn)行傳輸，而電容具有隔直作用，無法傳輸直流信號：再次，對于交流信號，光電耦合器們將其調(diào)制為同鎖率光信號傳輸，對不同頻率的信源均無過濾作川，而電容傳輸交流信號時會表現(xiàn)出隨頻率不同而變化的阻抗（也即過濾），無法傳輸?shù)皖l信號；最后，在抗T和抑噪方面，光電耦合器件比電容要好過30、簡述半導(dǎo)體激光器的工作原理。它有哪些特點(diǎn)？原理：半導(dǎo)

37、體激光器是依靠注入載流了工作的，發(fā)射激光必須具備三個基本條件：（1） 要產(chǎn)生足夠的粒了數(shù)反轉(zhuǎn)分布，即高能態(tài)粒了數(shù)足夠的大于處于低能態(tài)的粒了數(shù)；（2） 有一個合適的諧振腔能夠起到反饋?zhàn)饔?，使受激輻射光子增生，從而產(chǎn)生激光震蕩：（3） 要滿足一定的閥值條件，以使光了增益等于或大于光了的損耗。半導(dǎo)體激光器工作原理是激勵方式，利用半導(dǎo)體物質(zhì)（即利用電了）在能帶間躍遷發(fā)光，用半導(dǎo)體晶體的解理面形成兩個平行反射鏡面作為反射鏡，組成諧振腔，使光振蕩、反饋，產(chǎn)生光的輻射放大，輸出激光。特點(diǎn)：體積小、重量輕、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、耗電少、效率高等。2、給出了用光電耦合件隔離的一種高壓穩(wěn)定電路，說明苴工作原理及對該光電耦合器

38、的要點(diǎn)'？解：，本各是低壓控制高壓輸出裝置，由VI、V2復(fù)合管，組成變壓電毓放大電路，由光電耦合器組成低壓控制高壓的光控器中，由取樣電阻（R4、）比較放大電路V3和基準(zhǔn)電壓乁豉組成穩(wěn)壓控制各。當(dāng)負(fù)載&上升，上升，UL上升，復(fù)合管V3的上升，近減少，由于阝故減刂、，光耦合作用堿小，、光耦合三極管DC3/0的堿小復(fù)合管V2的 小，苴zc隨之0卜，復(fù)合管VI的飛上升。其迤也隨之上升。負(fù)載電流玩上升。其電壓U也隨之上升。反之則反，、從而實(shí)現(xiàn)了低壓控高壓的目的。（其中RI電阻供編置電壓作為基準(zhǔn)電阻作降壓用。&作為限流電阻，作反饋用作為基準(zhǔn)電壓管032、熱輻射檢測器通常分為哪兩個階

39、段？哪個階段能夠產(chǎn)生熱電效應(yīng)？第一階段：器件吸收光輻射能量而使自身溫度發(fā)生變化，第二階段：器件依賴某種溫度敏感特性把輻射引起的溫度變化轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號，而達(dá)到光輻射探測目的，第二階段能夠產(chǎn)生熱電效應(yīng)3·33熱釋電效應(yīng)應(yīng)如何理解？熱電檢測器為什么只能檢測交變輻射信號？熟釋電應(yīng)：熟釋電晶體吸收光輻射溫度改變，韞度的變化引起了熱電晶體的自發(fā)極化強(qiáng)庶的變化，從而在晶體的特定方向上引起表面電荷的變化，這就是熱釋電效應(yīng)。dT根據(jù)熱釋電效應(yīng)，熱釋電則器的電流和溫度的變化滿足2，如果射光是恒定的，那么溫度T是叵定值，電流為零，所以熱電探測器是一種交流器件。？34、 簡述熱電偶工作原理？熱電檢測器為

40、什么只能檢測變幅射信號熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路，當(dāng)兩端存在溫度梯度時，回路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在電動勢一一熱電動勢，這就是所謂的塞貝克效應(yīng)(Seebeck effect) 35、 為什么半導(dǎo)體材料常具有負(fù)溫度系數(shù)？熱敏電阻是指電阻值隨溫度變化而變化的敏感元件。在工作溫度范圍內(nèi)，電阻值隨溫度上升而增加的是正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻器；電阻值隨溫度上升而減小的是負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電熱敏電阻器阻器。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻是以氧化錳、氧化鈷、氧化鎳、氧化銅和氧化鋁等金屬氧化物為主要原料，采用陶瓷工藝制造而成。這些金屬氧化物材料都具有半導(dǎo)體跬質(zhì)，完全類似

41、于鍺、硅晶體材料，體內(nèi)的載流子（電子和空穴）數(shù)目少，電阻較高；溫度升高，體內(nèi)載流子數(shù)目增加，自然電阻值降低。第四章1：總結(jié)不同類型光電檢測器確定靜態(tài)工作點(diǎn)的方法主要有圖解計算法和解析計算法。答：不同類型光電檢測器確定靜態(tài)工作點(diǎn)的方法主要有圖解計算法和解析計算法。2：如圖所示電路中，設(shè)電源電壓源為U 9V，光敏二極管的伏安特性曲線如圖b所示。光敏二極管上的光通量在0、15叩1m變化。若光通量在此范圍內(nèi)做正弦變化，要是輸出交變電壓的幅值為3V,求所需的負(fù)載電阻RL，并作出負(fù)載線。1俯T2如1聽示的電路中·謾電說電9譏就教二極的伏安性曲見傳卜驍墩二管卜的光通量巧0 m之何亞化光通量在此0內(nèi)

42、作正殳化，要使輸出交變電壓的值為求所需的負(fù)電烈，并怍出負(fù)載01咣敬二薈人電及其伏安性o鞴入電路，囫伏安持性解，山可以看出，光敏二喔針的流2 ，光劃量為。時的光思流為17，因此光哐變化=負(fù)如圖1所求的負(fù)能· 0為電的T作點(diǎn)3：己知某Si光電二極管的靈敏度為0· 5p A/g w,結(jié)間電導(dǎo)0· 01p s（微西），轉(zhuǎn)折電壓 U0：10v，入射光功率從p"=15p w變到p：25# w,偏壓U 50v求最大輸出功率時的最佳負(fù)載RL、輸出電流 L、輸出電壓 U和輸出功率PL不09羽）己知某&先電0管的靈敏度為0S gA/gW,結(jié)間電導(dǎo)看= 0.01 馓轉(zhuǎn)

43、折電爍 = 10v，人酎光功甲從=巧w變到e這25，偏壓= V，求最大輸出功卒時的雖佳魚庵、輸出電流圍、喻出電壓厶U和輸出功率解：初始電導(dǎo)最大輸出時，負(fù)電導(dǎo)1MO輸出電卡然一巧西巧，3 Vo思1 + 0315加= = O15 154肟= 4噁46輸出功生484區(qū)巧、48雪。74豸雛W伊1的“己知某皇光電二管的鱖度丿昶叾gA/gW.悶電G。0、“斡瀲湖，轉(zhuǎn)折電。10v，入射光功率從：5 + 30n以，催爍= 40v試電信號輸出送到畝大器時，取得大功率的電川、大思的輸入電能以及輸送到大器的電壓及功幸、解：山條什可定以動光率值為5：光電倍增管偏置電路如圖22所示。光電倍增管的陰極積分靈敏度S 3叩A(chǔ)

44、/lm,陽極積分靈敏度SA=10A/Im,陽極暗電流Id=4p A,輸入電路是電阻R：1050和電容c 0· 1 p F的并聯(lián)，陰極面積為80mm2，要求信號電流IL=10-4A,計算陽極噪聲電流，負(fù)載電阻上的噪聲電壓和信噪比。彐巧洳圖2所示·光電增筲的陰和分靈軟度= 30，一陽服分巭鞠ISA = 10 A/lm,如極叼電4 ，輸人電痔是電阻= 10，0陽電容烏的亓嵌，例而和 m為求的號史流為在。10“小計#陽哏電流、負(fù)攸電上的叫聲電卡和0比011等效聲錄和崆電醬辭驥平戳止纏率分趼為11= 254RCe 4 × 04區(qū)0112一。15，91612澀烏到皸綬嘬聲電流

45、猻負(fù)h的噪聲電壓敝粒噪聲電流''''''點(diǎn)一孬祈訁一孬蒙i 5五交'正 ；'；i；云一？麗2 × “ A一2還x 10 式中大粼巛M = / 10/30。0333M，。在。加0 ·噪聲增張因子0取23呱聲電流：1皇9、瓦礦：1是9楫0/ix 10一。2040 × 10 A =應(yīng)040風(fēng)10 聲電。藝到姹聲眭1。2區(qū)1儼，V0信的比=。1 /（凸田1礦0 = 3田過×1儼伊1俯徇簡還的置大器噪聲數(shù)達(dá)到最小值的下一1 +第五章1：直接檢測系統(tǒng)的基本原理是什么？為什么說直接檢測又稱為包絡(luò)檢測？2犭

46、2 + 2（t)所謂光電直接檢測是將待測光信號直接入射到光檢測器光敏面上，光檢測器響應(yīng)于光輻射強(qiáng)度（幅度）而輸出相應(yīng)的電流或電壓信號。光檢測器輸出的電流為：式中：第一項(xiàng)為直流項(xiàng)。若光檢測器輸出端有隔直流電容，則輸出光電流只包含第二項(xiàng)，這就是包絡(luò)檢測的意思。2：對直接檢測系統(tǒng)來說，如何提高輸入信噪比？答：對于光電檢測系統(tǒng)來說，其噪聲主要有三類：（1）光子噪聲包括：A信號輻射產(chǎn)生的噪聲；B，背景輻射產(chǎn)生的噪聲。（2）探測器噪聲包括：熱噪聲；散粒噪聲；產(chǎn)生一復(fù)合噪聲， 1 /f噪聲；溫度噪聲。（3）信號放大及處理電路噪聲在實(shí)際的光電探測器中，由于光電轉(zhuǎn)換機(jī)理不同，各種噪聲的作用大小亦各不相同。若綜合

47、上述各種噪聲源，其功率譜分布可用下圖表示。由圖可見：在頻率很低時，l/f噪聲起主導(dǎo)作用；當(dāng)頻率達(dá)到中間范圍頻率時，產(chǎn)生一一一復(fù)合噪聲比較顯著；當(dāng)頻率較高，甚至于截至頻率時，只有白噪聲占主導(dǎo)地位，其它噪聲影響很小。很明顯，探測器應(yīng)當(dāng)工作在1f噪聲小、產(chǎn)生復(fù)合噪聲為主要噪聲的頻段上。因此，對于直接探測系統(tǒng)，提高輸入信噪比的措施有：（1）利用信號調(diào)制及選頻技術(shù)可抑制噪聲的引入白噪聲的大小與電路的頻帶寬度成正比，因此放大器應(yīng)采用帶寬盡可能窄的選頻放大器或鎖相放大器。（2）將器件制冷，減小熱發(fā)射，降低產(chǎn)生復(fù)合噪聲。采用半導(dǎo)體制冷、杜瓦瓶液態(tài)氣體制冷或?qū)Ｓ弥评錂C(jī)制冷。（3）采用最佳條件下的偏置電路，使信噪

48、比( SIN)最大3：什么是直接檢測系統(tǒng)的量子極限？說明其物理意義。 00答·當(dāng)入射信號光波所引起的散粒噪聲為主要噪聲，其他噪聲可忽略時，此時信噪比為：該式為直接檢測理論上的極限信噪比。也稱為直接檢測系統(tǒng)的量子極限。量子極限檢測為檢測的理想狀態(tài)。4：試根據(jù)信噪比分析具有內(nèi)增益光電檢測器的直接測量系統(tǒng)為什么存在一個最佳倍增系數(shù)。（參考）答·當(dāng)光檢測器存在內(nèi)增益（如：光電倍增管）時當(dāng)很大時，熱噪聲可忽略。若光電倍增管加致冷、屏蔽等措施以減小暗電流和背景噪聲，則可達(dá)到散粒噪聲極限。在直接檢測中，光電倍增管、雪崩管的檢測能力高于光電導(dǎo)器件，采用有內(nèi)增益的檢測器是直接檢測系統(tǒng)可能趨近

49、檢測極限的唯一途徑。5：對于點(diǎn)檢測光電系統(tǒng)，怎樣提高系統(tǒng)的作用距離？3、直接探漚方法的基本原理是什么？對于厶探光電系統(tǒng)·怎樣提高系統(tǒng)的作用距答：直接揼是將待棱瀝的光號直接入射到光嶸器的光敏而h，有光探將光強(qiáng)信號直接轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電流或電壓根不同系統(tǒng)的要求，再經(jīng)后續(xù)電路處理（如放大、濾波或種信號變換電路最終獲得有用的信號·高點(diǎn)探測光電系銃的作用距離·可以從以下丿I個方面考虐t提高發(fā)射系統(tǒng)的單位立體的射功率，把光發(fā)射光定選在大氣窗凵范圍內(nèi)，探測合作凵標(biāo)，在詰構(gòu)尺寸允許的況下，嗜大光學(xué)系統(tǒng)的凵徑等·001：試從工作原理和系統(tǒng)性能兩個方面比較直接檢測系統(tǒng)和光外差檢

50、測系統(tǒng)的特點(diǎn)。答，工作原理上·直接探測系統(tǒng)是將攜帶有待測量的光信號直接入射到探測器光敏面上光探測器響應(yīng)的是光輻射強(qiáng)度而輸出相應(yīng)的電流和電壓；光外差檢測是利用兩束頻率不同的相干光在滿足波前匹配條件下，在光電探測器上進(jìn)行光學(xué)混頻，探測器輸出的信號是兩光波頻差的拍頻信號，該信號包含有調(diào)制信號的振幅、頻率和相位特征。系統(tǒng)性能上·直接探測系統(tǒng)檢測方法簡單，易于實(shí)現(xiàn)，可靠性高，但是不能改善輸入信噪比，不適宜檢測微弱信號；光外差檢測系統(tǒng)復(fù)雜，對光外差兩輸入信號有嚴(yán)格的空間條件和頻率條件，但檢測距離遠(yuǎn)，檢測精度高，靈敏度高，是天然檢測微弱信號的方法。2：有一光子探測器運(yùn)用于相干探測。假設(shè)入

51、射到光混頻器上的本振光功率PL=10mW，光混頻器的量子效率n：0· 5，入射的信號光波長入=lp m,負(fù)載電阻RL：500，試求該光外差探測系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換增益 PIF/PS=?2，有以光子探器運(yùn)用與干裸認(rèn)，假設(shè)入射到光混頒器上的本振光功甲光混器的量子效幸n 5 入射的俗號光波長1帥負(fù)我電5，試求該光外插抨的系統(tǒng)的驊增益P*/Ps-?。2后到0一0的00 “ 1儼10亠50以.02'10解生/（叫和v p趴3：試述實(shí)現(xiàn)外差檢測必須滿足的條件。答：1）要求參于混頻的信號光和本振光應(yīng)是理想相干的單頻單模光，要有穩(wěn)定的振蕩頻率和相位。2）在光混頻器上信號光與本振光要求偏振方向一致。3）

52、信號光與本振光要求空間波前匹配，即要求空間調(diào)準(zhǔn)（準(zhǔn)直、共軸），波面吻合垂直入射于光混頻表面。二光束入射角偏斜9應(yīng)滿足關(guān)系9 <入OIL,其中入0是本振光波長，L是光電探測器光敏面尺寸。4：求光零差相干檢測在輸出負(fù)載RI端的峰值信號功率§、求光零差想干探測在輸負(fù)載&端的瞵俗號功率光零差相干探測瞬時中頻電壓為阝A瞬時功率PIF= 2爾：阝AA RF4(en/hv)ZPLPsRL其中ps分別為本振光和信號光的功率： 5試述激光干涉測長的基本原理。答：如圖所示是雙縱模雙頻激光干涉儀的原理示意圖。器206mrn的He入發(fā)出由長度為至門腔e九管測堡角誆攬對互相垂亙的雙縱振光，貘間隔

53、為，= 02硭（式中（為光£為詣?wù)襻情L、為0氣折射翠，冥值約7俱經(jīng)市儒犄而取出梘頻信號，進(jìn)行熱穩(wěn)·余九束再經(jīng)祈無反射及躬，反的一對正交偏振作為0考號，經(jīng)透攬、偏振片產(chǎn)生祀頻信號，為光電接收器拚收生達(dá)光經(jīng)光擴(kuò)展器箍曠束后，力岳振分無鏡分光，水干分過射問到角誰驏垂苴分鬟射向固定角錐驍，兩跖糞返回后經(jīng)透境、倔振片產(chǎn)生蕉頻。當(dāng)湖過鏡在時閭t內(nèi)以度0移動一距高時，因多勒效應(yīng)而引起頻差變化，這樣被渭長度信息載于返回光束中，#為光電接收掹收“可得量運(yùn)動距高與相位差化的矢糸式4 02丆！亻 因而；釔=可見在忽略了過過中糸統(tǒng)不梘定性靶響及高斯束干剛加項(xiàng)的化影的偕況下，只對蔭量境運(yùn)動過程中量信

54、號與0考信號的相位差化的周期數(shù)，即可獲所需禱量長度結(jié)果·6：如何實(shí)現(xiàn)干涉信號的方向判別與計數(shù)。由于測量反射鏡在測量過程中可能需要進(jìn)行正、反兩個方向的移動，或在測量過程中由于各種干擾因素的影響，可能使測量鏡在正向移動過程中產(chǎn)生一些偶然的反射移動。（正、反方向移動均使干涉信號產(chǎn)生明、暗的變化）若測量系統(tǒng)中沒有判向能力，則由光電檢測器接收信號后，由計數(shù)器所顯示的計數(shù)值是測量鏡正反移動的總和，而不是真正的被測長度。測量系統(tǒng)的電路中必須設(shè)計有方向判別部分，把計數(shù)脈沖分為加、減兩種脈沖。當(dāng)測量鏡正向移動時所產(chǎn)生的脈沖為加脈沖，則測量鏡反向移動時所產(chǎn)生的脈沖為減脈沖。這兩種脈沖送入可逆計數(shù)器進(jìn)行可

55、逆計數(shù)，即可得出測量鏡的真正位移量。7：試述多普勒測速原理。當(dāng)光（激光）照射運(yùn)動物體或流體時，其反射光或散射光將產(chǎn)生多普勒頻移，用它（即反射光或散射光）與本振光進(jìn)行混頻可測得物體或流體的速度。第七章1：用射線理論簡述光纖的導(dǎo)波工作原理。Acosp=nznrsmtc=nznosmO：sm一1COS00NA一定義為光纖的數(shù)值孔徑”，為衡量光纖集光性能的主要參數(shù)。在光纖端面，只有入射角小于的光才能在光纖中傳輸。2：試述傳光型和功能型光纖傳感器的基本含義。功能型傳感器（即FF型光纖傳感器、傳感型光纖傳感器。）：是利用光纖本身的特性，把光纖作為敏感元件，即光纖與被測對象相互作用，使得光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生變化

56、，使其傳光特性發(fā)生相關(guān)變化非功能型傳感器（即NF型光纖傳感器、傳光型光纖傳感器）：是利用其他敏感元件感受被測量的變化，光纖僅作為光的傳輸介質(zhì)。3：什么是單模光纖？成為單模光纖的基本條件是什么？單模光纖只能傳輸一種模式，纖芯直徑僅幾個微米，接近波長。單模光纖的有點(diǎn)是沒有模式散射，可利用波導(dǎo)色散抵消材料色散，以得到零色散。同時，信息容量極大，可進(jìn)行理論預(yù)測，可利用光的相位等。但缺點(diǎn)是，芯徑很小，因而使用不變。4：舉例說明光纖中光波的各種調(diào)制技術(shù)。光調(diào)制分為：強(qiáng)度調(diào)制、相位調(diào)制、偏振調(diào)制、 頻率調(diào)制和光譜調(diào)制等。5：分光式光纖傳感器有哪些特點(diǎn)？分布式光纖傳感器：是將傳感光纖沿場排布，并采用獨(dú)特的檢測技術(shù)，對沿光纖傳輸路徑上場的空間分布和隨時間變化的信息進(jìn)行測量或監(jiān)控。分布式光纖傳感器能同時測量空間多個點(diǎn)的環(huán)境參數(shù)，甚至能測量空間連續(xù)分布的環(huán)境參數(shù)。6：構(gòu)成分布式光纖傳感器的主要技術(shù)有哪些？、反射法：即利用光纖在外部擾動作用下產(chǎn)生的瑞利散射、拉曼散射、布里淵散射等效應(yīng)進(jìn)行測量的方法。、波長掃描(WLS)法：用白光照射保偏光纖，運(yùn)用快速付里葉算法來確定模式耦合系數(shù)的分布，當(dāng)高雙折射保偏光纖受到外部擾動作用時，會引起相位匹配的模式耦合，即光由一種模式轉(zhuǎn)換為另一種模式