完整word版,光電檢測技術(shù)和應(yīng)用_郭培源_課后答案

1、范文范例參考光電檢測技術(shù)與應(yīng)用課后答案第1章1、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-紅外測距傳感器自動感應(yīng)燈：亮度檢測-光敏電阻空調(diào)、冰箱、電飯煲：溫度檢測 -熱敏電阻、熱電偶遙控接收：紅外檢測-光敏二極管、光敏三極管可視對講、可視電話：圖像獲取-面陣CCD 醫(yī)療衛(wèi)生數(shù)字體溫計(jì)：接觸式 -熱敏電阻，非接觸式-紅外傳感器辦公商務(wù)一 掃描儀：文檔掃描-線陣CCD 紅外傳輸數(shù)據(jù)：紅外檢測-光敏二極管、光敏三極管（3）光電檢測技術(shù)在軍事上

2、的 應(yīng)用：夜視瞄準(zhǔn)機(jī)系統(tǒng)：非冷卻紅外傳感器技術(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。由于仿制 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(jiān)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(shí)，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)?/p>

3、。（3）熒光反應(yīng)的檢測一熒光信號的檢測熒光檢測的工作原理是針對人民幣的紙質(zhì)進(jìn)行 檢測。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?jiān)谧贤饩€（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 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(shí)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(shí)間及電機(jī)的轉(zhuǎn)速來間接的計(jì)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

4、無卡紙等；同時(shí)也能根據(jù)鈔票的寬度判斷出其面值。（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(gè)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(gè)作用：一是對數(shù)字信號進(jìn)行進(jìn)一步處理 并

5、將信號輸出顯示、存儲和控制。二是管理測控系統(tǒng)的各個(gè)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(jì)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(jì)傳感器接口電路。3、影響檢測測量精度的主要因素有哪些，而其中哪幾個(gè)因素有時(shí)最基本而且需要特別 注意的？ 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(shí)的方法不得當(dāng)造成的誤差

6、。4、什么是噪聲和干擾？什么是有用信號?噪聲是來自元器件內(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(gè)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(cuò)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(shí)間尺度

7、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(gè)設(shè) 備時(shí)，而且工作電流較大時(shí)，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(jì)電路或畫 PCB時(shí)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

8、感對象。6、電子計(jì)數(shù)器如何實(shí)現(xiàn)既能測量頻率又能測量周期？為什么要通過測量周期的方法來 測量低頻信號的頻率？ 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(jì)數(shù)器法。數(shù)字頻率計(jì)測量頻率的原理：石英振蕩器1MHz標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號，經(jīng)過分頻器分頻為1Hz周期1s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(gè)秒信號觸發(fā)控制門打開，尖脈沖通過控制門，第二 個(gè)秒信號到來后控制門關(guān)閉，脈沖計(jì)數(shù)器記錄兩個(gè)秒信號間隔時(shí)間內(nèi)通過控制門的尖 脈沖個(gè)數(shù)就等于被測信號的頻率值

9、。數(shù)字頻率計(jì)測量周期的原理：采用上述方法測量 低頻信號時(shí)可能產(chǎn)生較大的誤差，因?yàn)榈谝粋€(gè)秒信號到來的時(shí)間是隨機(jī)的，計(jì)數(shù)器從 開啟到關(guān)閉可能多記一個(gè)或少記一個(gè)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(shí)間通過控制門，進(jìn) 入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，這樣計(jì)數(shù)器的值就等于一個(gè)被測電壓的周期內(nèi)有幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間脈 沖通過，相當(dāng)于一個(gè)周期等于幾個(gè)時(shí)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(shí)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

10、、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P111、簡述光電效應(yīng)的工作原理。什么是暗電流？什么是亮電流?2.2.1暗電流指的是在無光照時(shí)，由外電壓作用下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(shí)，阻值很大，電流（暗電流）很?。还庹諘r(shí)， 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。

11、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)速度？答：（1）光生伏特效應(yīng)的工作基礎(chǔ)是內(nèi)光電效應(yīng).當(dāng)用適當(dāng)波長的光照射 PN結(jié)時(shí)，由于內(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(gè)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?數(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。P153、簡述光熱效應(yīng)工作原理。熱電檢測器件有哪些特點(diǎn)?4、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(shí)，光電材料發(fā)射電子，或者其電 導(dǎo)率發(fā)

12、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由電子的相互作用所引起的。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)、光生伏特效應(yīng)、光子牽引效應(yīng)和光電磁效應(yīng)等。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）

13、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呤菬岱e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(jì)效應(yīng)等 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(shí)間響應(yīng)越長，靈敏度越高。解：在從第信號啟皤射下，將式 1-30）刊叫川_曠）代入（厲玖 并對其求導(dǎo)即可得半導(dǎo)休材料在弱輻射下的光電導(dǎo)靈敏g劌S廠爲(wèi)=無2）如知炯響應(yīng)眼靈迪姦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(shí)間常數(shù)是否相同？為什么？如果照度相同而溫度不同時(shí)

14、情況又會如何？為軍.同一型號的光敏電齟.在不同先照變下利不同的坤境蠱盛T 其光電導(dǎo)靈數(shù)虞利時(shí) 閭常數(shù)不相同-在職度相同而溫夏環(huán)同時(shí)，S光電辱靈甌度不相同和時(shí)司竄數(shù)也不下冃同. 史廟斛性區(qū)已經(jīng)一樣*只星決.寶了 的信一定.光購廈和環(huán)境蠱度不冋.則產(chǎn)生的光生電子 戟度和抑生邑二沫K各異*決寶了 值不同”呪屢相同決定光生電子濃虞相同”溫度不同決 定熱生電子灤度環(huán)同.同樣也塊寶了 潔不同.白（1-SS）和（-gfi）掛出光電靈融廢不相 虱 由 Z 和2-10推出S時(shí)刑常數(shù)不專冃司B3, 為什去結(jié)型光電器件在止冋«直旳，畏有附顯的光電或臉¥它必殖在哪種«直狀態(tài)為答因?yàn)镻 F

15、紿在外加正問偏壓旳，即伕役有光愿 電猱也隨者電壓指數(shù)級仕増加，所臥有 光電效應(yīng)不明顯-PF第必須在反冋偏后審扶態(tài)下，有明顯的尤電敢應(yīng)產(chǎn)生，這是 因?yàn)樗诜丛嶋妷合庐a(chǎn)生韻電筑妾飽和，朗以北照培了匚時(shí).得到田光生電流就會明顯増4在如圖3-TO所示的F?3明劉控嗣肚曙中得題3所給的CdS光馭電®用什元電傳悪器&在如右a所示的預(yù)明燈K機(jī)電路種，用ccis光敏電®用作光電傳感器，光®電® 最大功耗為30Qrr乳 光電尋靈敢度ST=O.mx 1Q-旳門x.喑電§ t0 = 0-若己知謎電 琴繞組的變阻為5kQ,速SS的吸合電流為 如b電沮R-lkf

16、i :試求；為tt樂 電器吸合所需萼的昶.專：©夢使維自髯存照S為3"時(shí)吸合應(yīng)如何調(diào)整電PER.（10 井）踴：.弋電禺闇代電溫*嚴(yán)»疋*亦璀先匡前札flsiVr甲Ti， TQiII卩-4*的便電電B科占附高對閘取満起k = 滬家 =甘皿 亦比戰(zhàn)電國JS t幼"3M nW.電河為匕時(shí)U £= mV-fw陽帀盂旦履戯水弘=欝二一d 二2&A7UM 嚴(yán)"巧k引哽侖從氣總氏n 133133V > 厲呼”.杠1達(dá)>（龍軌5昨啦1虹國向也“鶴嗎jvtJi盧直亀* 廊疋（6皚陰的樓蹴片,IMP甌恤就軸這久託的咆托.光«

17、;町険，損壞，即無論怎么調(diào)整電阻 R都不會使繼電器吸合。時(shí)間常數(shù)是否相同？為什么？如果照度相同而溫度不同時(shí)情況又會如何?3、為什么結(jié)型光電器件在正向偏置時(shí)，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(shí)，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(shí)，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(shí)，得到的光 生電流就會明顯增加。4、在如圖3-70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 5、光電導(dǎo)器件響應(yīng)時(shí)間（頻率特性）受哪些因素限制？光伏

18、器件與光電導(dǎo)器件工作頻 率哪個(gè)高？實(shí)際使用時(shí)如何改善其工作頻率響應(yīng)？響應(yīng)時(shí)間主要受光電導(dǎo)器件中載流子的平均壽命有關(guān)，減小 ，則頻率響應(yīng)提高其次，光電導(dǎo)器件的響應(yīng)時(shí)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(shí)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、硅光電池的開路電壓為什么隨著溫度的升高而下降？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(shí)，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

19、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Fermi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(shí)光電倍增管對光的響應(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

20、時(shí)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？P448、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。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

21、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。9、試判別下列結(jié)論，正確的在括號里填寫T,錯(cuò)誤的則填寫F:F)（1）光電導(dǎo)器件在方波輻射的作用下，其上升時(shí)間大于下降時(shí)間。（T)（2）光敏電阻的阻值與環(huán)境溫度有關(guān)，溫度升高時(shí)光敏電阻的阻值也隨之升高。（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(shí)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(shí)間。（T）10、簡述光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

22、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(jì)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(jì)原理圖橫逍I骯明燈n動腔制電略設(shè)訊總電辭岡如聞7和関 所4,它市電游電熾、光控電霸和K時(shí) 掙制電將r拖祥電童1外處屜電?毀婭電話擅制電谿囚部射刎威- 22（JV電壓豈過電池電將餉分進(jìn)野隆 笊、棣沆、濾陂加穩(wěn)斥為其官電路橇供i2¥的匿嚴(yán)工作電冋時(shí)通過光敏電;列、新盤輕狎電 釧外性感曙及時(shí)基集M15SSXR控制，fetl氏燈不亮，瘦間育人來前時(shí)跌燈門動點(diǎn)亮，人送 卡；咆時(shí)一國忖問h動煌滅，從血達(dá)鄴弋能的LI的"hf肉試控制康魏l

23、a保HI：的路在總常 15撫下mu匹檢控儲.fli* X1Bl ? fitaf用麗燈0誚控刮甩話腔W電躊和護(hù)打聲叫百門呦腫孫F解a 11 松時(shí)-“冷所吐1勺頌也熾$址晰肩 at電埠1鋁陣高. 魚電昌常嘰細(xì)遞乏霽御遷仁勺祈茴比書閩抵闍-"用逋先賓*1盯無7；武，活嚴(yán)遠(yuǎn)pf卄4帀f匹曲.q、弔-性a-竜'尉同L.用 宙曲 r 固討 臺:rd；s rv/r - ：了堆<-S.3啦具呻山釘E 3晰審弟岡'黒可術(shù)不電叩” Bi址戰(zhàn)啊H罔閔龜膻 骼竭:亂靑.（懇近F H W t£W）row.配疇譯®敏腫片S g,s x urr：畑.，電牛竜-D.齊心幻窒

24、電冷墟如賞*W剁旳呂皿.涎電 »*n.|«> 祁 t;切已 f 4 f完美Word格式整理版將仃記叭代入的農(nóng)達(dá)戍笄求丈+的一 E介9數(shù)*令先=0*求得最大幵路電用.由n,試分折圖3-y gx Cb）所示的收大吐賂中，光戦曲阻即 的fr用. 汁匚,石刪，IIIE ' >I 亠«即同柑反饋支路叫反饋電很大，輛出電壓吾.托駅爸尢污照時(shí)，即阻值很大，如J使得Rpj”使得同相反饋支餐阻佰誠小，輸出電打降0（b）無光愿時(shí).Rp詛喈很丈.輜人近佩開路.翔出電壓低"光強(qiáng)焙加f使得Rp/< 得輛人信號iSA.輔岀信號增丈.15. 為和么在尤團(tuán)陵増

25、人到一宦程廈£61尤電池的開路電壓不再駆人射呱匱的人而増 大？砰托電泡的最大開躋電ff灑務(wù)少？為什么fif芳電泡的有載輸出電總屮于相同照瞎下 的壓琴答答£當(dāng)光照撫度增>:和菜個(gè)特宦值時(shí)，硅光電池的P'Tl結(jié)產(chǎn)生的光生教流了數(shù)達(dá)別了 S大侑，闕I諛飽札再席大光照強(qiáng)麒其卅潞由樂不再隔Z#大.硅_trT 1光電池的幵路電用表達(dá)式為f/J幸一In（上+ 1）,+楡出電壓/ =打叫=1你-打也石=1）心，即包會了擴(kuò)散電SU”訐'和暗I您涼打的影響，便得陡光電池的右載輸岀電用總小+川路電爪U".1)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

26、的輸出功率最大？（ 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)載電阻出功率PmaxRopt,在最佳負(fù)載電阻情況下負(fù)載可以獲得最大的輸15、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(shí)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

27、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Ise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。Uth 值。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(shí)，二者 的伏安特性曲線是一樣的；當(dāng)有光輻射時(shí)，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0.7V，否則不

28、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 17、寫出硅光電二極管的全電流方程，說明各項(xiàng)的物理意義。W門一說)J十打怯告答：硅光電戰(zhàn)管的空電建為程為n-fhe式屮-為光電材料的光電轉(zhuǎn)換效率* 光電流対雖輸射時(shí)的電涼為i "時(shí)-1)丿為聊電說，苗加圧光1_機(jī)曽期諭;的電心 為賽打的溫Ji, t為披爾施曼竊熟，g18.比較26 型桂光I電一.極管科型硅光電二機(jī)管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，說明JI入環(huán) 扱的羸義.答* 2CU型陡光電 '極管是采川n型?材判出基底4 n區(qū)的一向擴(kuò)融仝價(jià)元素砌而生成 貳勇雜P，型層* p*型層和n型硅相接値冊成嚴(yán)

29、“F札引出電極，rr光墩商卜涂上保 護(hù). MDU型社叱曲-扱管赴以輕摻雜、為詛值的P型硅材料做嚴(yán)底，在P型壘底上擴(kuò)啟 五愉元索磷，形成S務(wù)雜F廠型已P型碓fn/T型硅播觸形血Ml結(jié)，廠區(qū)引出正瞰 井 灤以遴切的GO川;為探護(hù)膜”皐底健15燕憶看引岀負(fù)電虬在務(wù)光電械骨的制也過程也 和我約血上涂山q保護(hù)宗的過科中.不11薩做的克沾污一空黑質(zhì)貶離于.謖赴靜陽朋屁別 起表血湍Hi漁*井腔而產(chǎn)生晤電說和散粒噪聲.W圮 為r減少由于射6 4S正藹子的 諦電感應(yīng)所產(chǎn)生的志rfii漏電渝在転化拮屮也擴(kuò)敞一個(gè)光血包W起來.由 引入環(huán)將 以増加高陽區(qū)寬度，避免邊緣過早擊穿19、影響光生伏特器件頻率響應(yīng)特性的主要因

30、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107Hz?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)生的光生載流子渡越結(jié)區(qū)的時(shí)間T dr，即漂移時(shí)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(shí)間T P,即擴(kuò)散時(shí)間；3）由PN結(jié)電容Cj、管芯電阻Ri及負(fù)載電阻RL構(gòu)成 的RC延遲時(shí)間T RCo對于PN結(jié)型硅光電二極管，光生載流子的擴(kuò)散時(shí)間TP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(shí)間TP很長，約為100ns,則其最高工作頻率小于等于107Hz。（3）1 ）減小PN結(jié)面積；2）

31、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(jì)選用最佳負(fù)載阻值。PN結(jié)的P區(qū)？這與電子、空穴的遷移率有關(guān)嗎？ PN結(jié)處于平衡位置時(shí)，存在一定的勢壘區(qū)。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)20、為什么說發(fā)光二極管的發(fā)光區(qū)在 答：對于PN結(jié)注入發(fā)光的發(fā)光二極管，當(dāng) 當(dāng)加正向偏壓時(shí)，光，并主要發(fā)生在 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)

32、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)

33、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(gè)相對光強(qiáng)度最強(qiáng)處（光輸出最大），與之相對應(yīng)有一個(gè)波長，此波長即為峰值波長P 。在LED譜線的峰值兩側(cè)處, 存在兩個(gè)光強(qiáng)等于峰值一半的點(diǎn)，分別對應(yīng) P,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(gè)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(gè)必要條件是什么?答：產(chǎn)生激光的三個(gè)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(gè)諧振腔為出射光子提供正反饋

34、及高的增益，用以維持受激輻射的持續(xù)振蕩。LD光的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(shí)間和空間相干性。25、為什么需要將發(fā)

35、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(shí)，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(jì)算機(jī)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；（5）實(shí)用性強(qiáng)；（6）既具有耦合特性又具有隔離

36、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(jì)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(jì)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(jì)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、為什么由發(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 發(fā)光二極管與光電三極管構(gòu)成的光電耦合器件的電流傳輸比大于等于1 ？於；肥汁曙H中發(fā)花 嵌青的廈咒他瀝為打.接收黔竹兄電 我H產(chǎn)1附卷唯說叩H 良示*典巾等發(fā)址=根泮的發(fā)比效 匯電=雖憐的增益屋 音i問

37、帰離f 甥敵仃關(guān)的係血林為出戲發(fā)改申：疣 般比* i底噺以件丿陰人f人.曲f “為/W'j/, rrjiLtfi，佻皿1尤乜戰(zhàn)合盟付巾乩下加父合啟人 磺竹時(shí).兀電渝傳愉就“總小匚血 T按攻畧幷I託川尤電計(jì)吃W附，山于尤業(yè)許本口H fl電漓人那用，N此輸幽t電流人 廠F r投X.電溢.也燦兒電淡傳幡吃人JJ U供衛(wèi)瀚岀址電iWia 訣跖級的亂氓=梯詢購輸出朮電池fl卄M垃吊憋1聃川M汕用訂藉I訃卜弋止'詼T畢1必路 我扣刖氏的圖,川尤qi關(guān)仔Kf1構(gòu)說的如E門Xnaft.H FfM.熾合F山1糾心怙匕傳循fl川+舊卉山旳門 口 I川fj十汛fHt tv先.比電鍬舎為fl rm応號

38、傳輔是以九的仍代迅行的，迄與I社齊利州電丫血戎電樂傳 軸冊號仆同2 K次.尤世W汁揣n訶以將輸入端伯血協(xié)轉(zhuǎn)換九吃仁J：返帝罠*乩 血電容 具#彳隅曲作用冉次的f 乂;釘;.咒屯懼合器竹相応諂釗為同砂宰 .世殆丐衛(wèi)-輸*時(shí) 小“換率的怡淋均吒爼測卄3，ifQiJ!客傳#立漁話4時(shí);?崔現(xiàn)出fty細(xì)宰下冋 而玄比的罰抗（也訊；計(jì)海人 無汎K輸?shù)娃泵?/F： |；.心抗丁擾別神矇加皿 比山,WH專 件比咆容耍茁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)體激光器是依靠注入載流子工作的，發(fā)射激光必須具備三個(gè)基本條件：（ 要產(chǎn)生足夠的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，即高能態(tài)粒子數(shù)足夠的大于處于低能態(tài)的粒

39、子數(shù)；（ 有一個(gè)合適的諧振腔能夠起到反饋?zhàn)饔茫故芗ぽ椛涔庾釉錾?，從而產(chǎn)生激光震蕩；（3）要滿足一定的閥值條件，以使光子增益等于或大于光子的損耗。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)（即利用電子）在能帶間躍遷發(fā) 光，用半導(dǎo)體晶體的解理面形成兩個(gè)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。3K給出了用光電耦合器件隔離的一種高壓穩(wěn)定電路，說明其工作原理尺對該光電耦 吉器的W占0為本電舊是低壓控制高壓輸出裝置，a VU 復(fù)合笥組咸變壓帔放大電跖 由光電耦合器組成低壓控制高壓的光控器中，由取樣電阻(R取血

40、.R5)比較放大 電路¥3和基準(zhǔn)電壓ydja成穩(wěn)壓控制町筑亠當(dāng)負(fù)載上州h上升，上卅 復(fù)合管的JXHH Ik減少，由于QP 瓦故光耦合作用減小，光耦合三極管DCM)的h減小，復(fù)合管V2的IL減 小.其ZC隨之矽卜復(fù)合管Y1的 吐升'其Ml隨之上升.負(fù)載電流應(yīng)上珀 其電壓也隨之上升.反之則反、從而實(shí)現(xiàn)了低壓控高壓的g的T (具中抽電阻提 供編B電壓，R2作為基準(zhǔn)電IS作降壓用，氐作為限流電阻 作反饋用，VD作対基 準(zhǔn)電壓管廠32 X熱福射轉(zhuǎn)捌器誦帝分為邨兩個(gè)陽啓？哪個(gè)酚段能踴產(chǎn)牛熱電效應(yīng)？第=階段匕器件吸收光輻射能量而使a身渥度發(fā)生變化，第二階段，器件依恢某神逞度歌懇持性把羯射引

41、的溫慶殳優(yōu)轉(zhuǎn)化芍利應(yīng)的包信冷而達(dá)到 光輻期採渕B豹.第二階段盤夠產(chǎn)主熱電敢應(yīng)3-3J熱釋電效應(yīng)應(yīng)如何理解？ ft電檢測S為什么貝能檢測交變輻射信號？ 熱釋電敦應(yīng)J熱璋電晶休吸收戲輻辭焉度改變，溫度的變化引起了熱電晶體的自發(fā)極化強(qiáng) 度的變化，從而在晶休的特定方向上引起表面電荷的變化，這就是熱»電效應(yīng)*ftjs熱釋電效應(yīng)，釋電探«器的電癥和溫度茁變化満足】-如果鹽射光是恒定ffl,£/r那么溫«丁«恒定IT電溢為零所以抄電探測翼是一種交溢器杵.34、簡述熱電偶工作原理？熱電檢測器為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

42、組成閉合回路，當(dāng)兩端存在溫度梯 度時(shí)，回路中就會有電流通過，此時(shí)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)(Seebeckeffect )。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、氧化鉆、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)體性質(zhì)，完全類似于 鍺、硅晶體材料，體內(nèi)的載流子(電子和空穴)數(shù)目少，電

43、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(jì)算法和解析計(jì)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(jì)算法和解析計(jì)算法。b所示。2:如圖所示電路中，設(shè)電源電壓源為Ub=9V光敏二極管的伏安特性曲線如圖光敏二極管上的光通量在 0150 口 Im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。烈財(cái)打如傅陽乘的電瞎中.謖用則b二爭譏 兀戦二14普的伏空特忤歯線圖慟）朮敏二樓管卜的 ftlffigO-lSOnlinN間燮ft一騎尤塾S在tt范W山柞B雖

44、逼此*嬰住»出理變Ft：除的«|怕為iW取怖需的負(fù) 喪電砒血-卉帝宙載哉一p7?inlii；-嘰-S、闖 |£L VmF囲I光戦二番憤人生型具伏安特11Wt Miffiti口著州*吒®一橫管的昭為iSU plnV忡的址剋視片17|tA憫tfc比電溺Slt« 為山=17- J = ISM空奄瓷41蠱的kjiUm T.siiji.謂此爾畫ctr曲蜜M 弓兇 3亍aJfill fife tallfl HtO后rtS3過h慮図作糸耳u Mifio s airtanfn塑 勺(軸空M點(diǎn)，W MN即為所 求卻.QjtLrSffjrfTA3已知某琴i光電二彊

45、営的靈耿度為叱;”給間電導(dǎo)&=0訃£ （孤西），特折電壓 L0=Un,入射光功聲從pJlMH變到P "=；5 inv,偏壓Lb=5UV .衣験大輔出功罟時(shí)的 竜隹罰報(bào)如、輸哉電渝Al、籀出電壓AL和輔出功牢PL。7 P1O9T3J1JUI I&知光電-楹詩前理殖矍為05 iA/mW.轄問電尋石=0.01曲儼啊h貲折庖床 = 10V. ttJt功事從嚴(yán)三ISwW變f«P=¥3uW”側(cè)圧三5啊點(diǎn)最大輸出勸辱時(shí)的Stt負(fù)fUL 愉皿電眾M*輸 附電斥心0»«弗功車鳧Ht初妬電導(dǎo)SP' &+ =%= l.Z&#

46、171; K 旳=0315(15(4 -必50-1。Al - I/Cl -百看-34苗卅fl愉山電IK右+仏0.C3 4 0.315加=GiAV ="少£X tS.395 =鼻IM* #戰(zhàn)功宰f = matf = 4.846 X 15.4B5 = 7<5 卻種(P3OTH) CtoX St址電一*»的55戟廢丹11£ i»A/ev. #阿用#打- (MU A儼畫"戟祈電用細(xì)» ruv. A«Jtfl(jTVJ> = 5 + 3stijwt tiiWb «壓(4 =啊譏 試鴉 電幻號海出送1毆大

47、盼時(shí)-戢得最玄功宰喲電 Rlb曠故去的入電魁童上丄圧(ft送制St大JB的更斥段旳事«Ct由皓定條什町確邃用味助光功宰値為壓-3 皿 ft - 5 pW&大功事憎出Bh且瀝5樂#"$幅+2 陽葉"如 OlSx(3 + ZkS) + 2x(1(Hx10 廠2 x(4O- 10)r“i _ H 、" r -一一« 0,112 IlkSAm » l/Cfc,-01929 MO% = Gt + G m2 七 0.01 = 0.122 pS電阻局 * 1/0422 0J97 MO4単Wqj?=尤電信増骨«首電路如困斗22所示.

48、兀電倍増管的即極積分靈敏廢SKNOn丄伽.陽 AS祖分靈歟度Si»-gllra.陽0暗電渝W-4叮.輸入電踏是電和電容cw-o.l陰報(bào)白和為aOiniQ,燮農(nóng)41號申福UL=h)-©,計(jì)算ffl極嗓蘆電痂，負(fù)戦電阻 上的噪聲電壓和信噪比-GIP1M昭師S 3斷和 北電f咅碉ISiH分貝（毆 =30注Zlm陽摂取疑6班5* = 110 AAm.陽歳 屠麵譴& =4mA.矗人電踴是樞ERP = IMC細(xì)社畔q = 0 $ M的朕.隔踱而印為” ezY中社探 yji - I曠怙.計(jì)埠槌咲電爲(wèi)*員醍電諷耳的*爲(wèi)電耳和加峰出尊郭I聲帶寬和住a電W在眉Tft代鎮(zhèn)F井呦A斬僥寂禽

49、W如h（哥用fSHV 口峨聲電謹(jǐn)柵魚嗾1詡嚨由啓E轉(zhuǎn)*円社悔曲A = Jdq円XabR =X 1.6022XO.jZiSx IWJx 1.5 X J5 = 2.5«Z X IP" A = 2占1£3 k 1叮妙式叩敵文罹&M -= 10/30' = 0333 M. f上= 100，蹟昇締醪*11収2 5ft蛭戶底瀛/.T =X lOE = 1 藥何喬 X ?薩中=ZJ40 X l(r H A = 2JM9 X IO-*(4AJm 3 jiU + 臨-虹=2 Sa3 H 10- uA如ft電(H上的/為咆“標(biāo)嶺 S 如 fr 三 2.631 X 10

50、" K 0 1 = Z5H3 X lO * V巧陽町上= 1M/£SB3 X= Wl x la*】tHPio9茁斶述琢蛙大a嗥頁系ft達(dá)劉就小to的ifeft 書：ftSGt大戸桌毆F t X 蛍,JpH*V s 1 X -4 - AkT&f：1| = 0 命背0 =出=&fttts敬大罵噪由隕ft達(dá)Wfid*值睪ft遷裁電期垮t我丈轟廩Aill/k與鎖金電«的憶值貼.fiU尺廠r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?二-必Ua才 d(f)2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

51、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(shí)，1/f噪聲起主導(dǎo)

52、作用；當(dāng)頻率達(dá)到中間范圍頻率時(shí)，產(chǎn)生一一復(fù)合噪聲比較顯著；當(dāng)頻率較高，甚至于截至 頻率時(shí)，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1/f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，使信噪比（ S/N）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。軌

53、=2"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(shí)，此時(shí)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(gè)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(shí)當(dāng)很大時(shí)，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

54、離?3. r接探渭方法的基4：原H是什么？對！點(diǎn)探甜光電垂統(tǒng).1樣矗；5索躱的柞用和答：頁接探«®將詩檢測的光們號a接入射判北探«器的光®面h桿光探測辟«光強(qiáng)仁號rt接轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電淹或電用、般據(jù)不御蝌撓的炎求.再牲扃徴電蹤處理I：如故大，池波或其種口號變換哂路兒晟弊獲得有iju的人；號電覺髙點(diǎn)撫測兌電媒統(tǒng)的作用即高引以從以卜兒介方發(fā)射系統(tǒng)的羊恆立體們的劈村功輒 把光:源戻射光話眾選在大9U范關(guān)內(nèi).探#«僉作訂冶 禰帶構(gòu)耳寸允許的情配C嫌大光學(xué)嫌紙的IU冷常電第六章1:試從工作原理和系統(tǒng)性能兩個(gè)方面比較直接檢測系統(tǒng)和光外差檢測系統(tǒng)的特

55、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)入射到光混頻器上的本

56、振光功率PL=10mVV光混頻器的量子效率n =0.5，入射的信號光波長入=1 口 m負(fù)載電阻RL=50Q，試求該光 外差探測系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換增益PIF/PS=?2.右以光于探«»站用當(dāng)塑干探測.ffi遜人科疊光混樺SS L的木播光功書pXOmw. 此滋期®的*子%畔1-0.5”入射的f；l,Mliim*戲歆電齟R聲son.誡承諫Jt蚱就捉測癮tfc的披稅能益P討巧"解 * 怖/冷=玄（的/h¥尸料lW *m <）7*Q4 02-1（1"3:試述S：現(xiàn)外差樓必須寤足吊親杵“箸：1）琴妝冬干聞顓的信號卅和本振吒應(yīng)昂畏袒相干的皀顓單模州，

57、琴有穩(wěn)T的掠蕩顓 率Mfe. 2）在托雇頻號上信號光與本振光S求偏振方向一致。打信號光與本振光g 求空間満前匹配.即夢康¥間調(diào)準(zhǔn)（準(zhǔn)育，#輔兒 波面刪"iV垂育人射于許揭頡表面。二訐 束入射斜。應(yīng)漳足關(guān)系a<xok其中W是本振刪長丄是進(jìn)電探測器光敏面尺寸。4：窗尤害壽相干槪測稈輯出以載尺I3S的峰慎信號勸李S.求光¥莖擔(dān)下探測茁輸出負(fù)載班端口號功率光零磐相干探測瞬時(shí)中頻電床為v,pAARi麟時(shí)功率Rr=wVRL邙“A冷他）ip丹Ri英屮Pi'Ps分別為本振光和儘耳光的功奉.5試述轍光干¥«長的基本原理-答：UJ國斯示#朝瓠履取顓瀚

58、光干淞代的甌理示爲(wèi)因“宙悵裁為206ilini的全內(nèi)腔H養(yǎng)M隸戰(zhàn)¥發(fā)出一垃互相垂縱険娛餛擦光.愼il同ffi 為也（貳中杠妁托進(jìn).i為俯哥腔枚.阿為空氣折口軍.冥僵豹經(jīng)帝 霄$澤®耶沈程頻匡號.迸行嗎軽頡.K象光束再經(jīng)忻光£電反躬反遇射.反射的一対正交線® 孫光作均勢看倡號.渥速軌、偏振片產(chǎn)生抬頻曙號.為光電接收器按收.遺射光經(jīng)光擴(kuò)屣器 淮直擴(kuò)束后.為偏義分光詵分光，ZK平分»新向涮館雄淡，垂直分射向固芷甬儺険兩 路光返回宕經(jīng)速ft* «撮片產(chǎn)生柏頻.當(dāng)測«儷在時(shí)佃f內(nèi)以速廈廠移訪一距S時(shí)，0多&勒改應(yīng)而引起麺蠶變化#*這樣駿購後慶信.Silt干返回光束4 井為光狀接收器按收,51 可再荔i說運(yùn)動距與袖啦差變憶的矢殺式根僵測鏡迄動引遠(yuǎn)的多習(xí)勒農(nóng)應(yīng)與相位