光電測試技術(shù)復(fù)習(xí)資料匯編

1、PPT中簡答題匯總1. 價(jià)帶、導(dǎo)帶、禁帶的定義及它們之間的關(guān)系。施主能級(jí)和受主能級(jí)的定義及符號(hào)。答：價(jià)帶：原子中最外層電子稱為價(jià)電子，與價(jià)電子能級(jí)相對應(yīng)的能帶稱為價(jià)帶；EV(valence)導(dǎo)帶：價(jià)帶以上能量最低的允許帶稱為導(dǎo)帶；EC(conduction)禁帶：導(dǎo)帶與價(jià)帶之間的能量間隔稱為禁帶。Eg(gap)施主能級(jí)：易釋放電子的原子稱為施主，施主束縛電子的能量狀態(tài)。ED(donor)受主能級(jí)：容易獲取電子的原子稱為受主，受主獲取電子的能量狀態(tài)。EA(acceptor)2. 半導(dǎo)體對光的吸收主要表現(xiàn)為什么？它產(chǎn)生的條件及其定義。半導(dǎo)體對光的吸收主要表現(xiàn)為本征吸收。半導(dǎo)體吸收光子的能量使價(jià)帶中

2、的電子激發(fā)到導(dǎo)帶，在價(jià)帶中留下空穴，產(chǎn)生等量的電子與空穴，這種吸收過程叫本征吸收。產(chǎn)生本征吸收的條件：入射光子的能量(hV要大于等于材料的禁帶寬度Eg擴(kuò)散長度的定義。擴(kuò)散系數(shù)和遷移率的愛因斯坦關(guān)系式。多子和少子在擴(kuò)散和漂移中的作用。擴(kuò)散長度：表示非平衡載流子復(fù)合前在半導(dǎo)體中擴(kuò)散的平均深度。擴(kuò)散系數(shù)D(表示擴(kuò)散的難易)與遷移率卩(表示遷移的快慢)的愛因斯坦關(guān)系式：D=(kT/q)卩kT/q為比例系數(shù)漂移主要是多子的貢獻(xiàn)，擴(kuò)散主要是少子的貢獻(xiàn)。3. 敘述p-n結(jié)光伏效應(yīng)原理。當(dāng)P-N結(jié)受光照時(shí)，多子(P區(qū)的空穴，N區(qū)的電子)被勢壘擋住而不能過結(jié)，只有少子(P區(qū)的電子和N區(qū)的空穴和結(jié)區(qū)的電子空穴對)

3、在內(nèi)建電場作用下漂移過結(jié),這導(dǎo)致在N區(qū)有光生電子積累，在P區(qū)有光生空穴積累，產(chǎn)生一個(gè)與內(nèi)建電場方向相反的光生電場，其方向由P區(qū)指向N區(qū)。4. 熱釋電效應(yīng)應(yīng)怎樣解釋？熱釋電探測器為什么只能探測調(diào)制輻射？在某些絕緣物質(zhì)中，由于溫度的變化引起極化狀態(tài)改變的現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)。因?yàn)樵诤愣ü廨椛渥饔孟绿綔y器的輸出信號(hào)電壓為零，既熱釋電探測器對未經(jīng)調(diào)制的光輻射不會(huì)有響應(yīng)。5. 簡述紅外變象管和象增強(qiáng)器的基本工作原理。紅外變象管：紅外光通過光電導(dǎo)技術(shù)成象到光電導(dǎo)靶面上，形成電勢分布圖象，利用調(diào)制的電子流使熒光面發(fā)光。象增強(qiáng)器：光電陰極發(fā)射的電子圖像經(jīng)電子透鏡聚焦在微通道板上，電子圖像倍增后在均勻電場作用下投

4、射到熒光屏上。6. 簡述光導(dǎo)型攝像管的基本結(jié)構(gòu)和工作過程基本結(jié)構(gòu)包括兩大部分：光電靶和電子槍。工作過程：通過光電靶將光學(xué)圖象轉(zhuǎn)變成電學(xué)圖象，電子槍發(fā)出的電子束對光電靶進(jìn)行掃描，將電學(xué)圖象轉(zhuǎn)換成僅隨時(shí)間變化的電信號(hào)(視頻信號(hào))傳送出去。7. 簡述一維CCD攝像器件的基本結(jié)構(gòu)和工作過程。基本結(jié)構(gòu)：光電二極管陣列，CCD移位存儲(chǔ)器，輸出機(jī)構(gòu)。然后光生電荷工作過程：光電二極管陣列通過光電變換作用和光電存儲(chǔ)作用積累光生電荷,并行地流入CCD移位寄存器，通過輸出機(jī)構(gòu)串行地轉(zhuǎn)移出去。8. 敘述半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管的發(fā)光原理半導(dǎo)體激光器發(fā)光原理：PN結(jié)正偏時(shí)結(jié)區(qū)發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，導(dǎo)帶中的電子產(chǎn)生自發(fā)輻射和受

5、激輻射，在諧振腔中形成了光振蕩，從諧振腔兩端發(fā)射出激光。發(fā)光二極管的發(fā)光原理：發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的火光。9. 敘述電光調(diào)制器克爾盒的工作原理當(dāng)非偏振光經(jīng)過起偏器后變?yōu)槠矫嫫窆?，?dāng)給克爾盒加電壓時(shí)，通過它的平面偏振光改變其振動(dòng)方向，在檢偏器光軸方向上產(chǎn)生光振動(dòng)的分量。s克爾效應(yīng)的光學(xué)介質(zhì)P>4光源試述聲光偏轉(zhuǎn)器的工作原理。激光束入射到超聲媒質(zhì)中產(chǎn)生衍射，此衍射光強(qiáng)度和方向隨超聲波強(qiáng)度和頻率的改變而變化，因超聲波與光的相互作用產(chǎn)生的聲光效應(yīng)，就是聲光偏轉(zhuǎn)器的工作原理。PPT中計(jì)

6、算題匯總1一支氦氖激光器（波長632.8nm）發(fā)出激光的功率為2mw。該激光束的平面發(fā)散角為Imrad,激光器的放電毛細(xì)管直徑為1mm。求出該激光束的光通量、發(fā)光強(qiáng)度、光亮度、光出射度。(A)=(Z)-683x0,265x2x101=0.362/m”f/Q_AQA52Rhr3尹電皿一03622;r(I-cos&)2(1-cos0.001)-=lr46xlOh<Y/:yTr'cusO=4.6xltf/iw/m22.計(jì)算出300K溫度下?lián)饺?015/cm3硼原子的硅片中電子和空穴的濃度及費(fèi)米能級(jí)，畫出其能帶圖。（當(dāng)300K時(shí)，ni=i.5x1010/cm；Eg=1.12eV）

7、。（k:波耳茲曼常數(shù)，1.38X103j/k,1C約相當(dāng)于6.25X10人1個(gè)電子的電量。）為P型半導(dǎo)體，則空穴濃度為p=Na=1015/cm3電子濃度為n=n白Na=2.25x105/cm3Na費(fèi)米能級(jí)為EfP:-EikTIn-=Ei-0.29ev3.(a)求在300K時(shí)，本征硅的電導(dǎo)率；(b)倘若每108硅原子中摻入一淺能級(jí)施主雜質(zhì)原子，求出電導(dǎo)率。(硅的原子數(shù)為5x1022322個(gè)/cm，遷移率由=1350cm/(Vs),®=480cm/(Vs)基本電荷e=1.6X10A-19庫侖4.解：(a)300K時(shí).本征硅的電導(dǎo)率©-網(wǎng)*+因事戟厲2.+»J13>

8、;101«IM1'0(LJ50+4804.4M10"(/cm(b)摻雜率10*,則摻入的施主嵌度為沖，=八C池=,小'u|04nJjI|JX10Jf頃以*flN5h10tp-_!4_SX1.0p5«(0U<r=nq“t-pgfi=(S*|fimIJ50+4,5*10*4R011x(.-6xl(>'=0.Iftft(/-D-rtw)4. （a）具有11級(jí)倍增極的光電倍增管均勻分壓,陰極入射光的照度為0.1lx，陰極有效面積為電子的收集率為0.98,倍增極的電子收集率為（b）設(shè)計(jì)前置放大電路，使輸出的信號(hào)電壓為5. （a）具有11級(jí)

9、倍增極的光電倍增管均勻分壓,陰極入射光的照度為0.1lx，陰極有效面積為電子的收集率為0.98,倍增極的電子收集率為（b）設(shè)計(jì)前置放大電路，使輸出的信號(hào)電壓為負(fù)高壓1200V供電。陰極靈敏度為20pA/Im,2cm2，各倍增極二次發(fā)射系數(shù)均相等為4,光0.95,試計(jì)算倍增系統(tǒng)的放大倍數(shù)和陽極電流。200mV,求放大器的有關(guān)參數(shù)，并畫出原理圖G=0.98x(0.95x4)11=2338x1(/陰極電流上=SkEA=20xlQ*«2xl04x0.1=4x10A陽極業(yè)流；=G7X-2,33Sx10hx4x1010J=OMmAkathode(陰極),anticathode邙日極)如圏麗示前昇

10、放大此路Rf=Af）=213Q根期常用電陰陰值選用200JI電陽有一光電倍增管的光電陰極面積為2cm2,陰極靈敏度為25pA/lm，倍增系統(tǒng)的放大倍數(shù)為105,陽極額定電流為200吩，求允許的最大光照解：陰極額定電流為最大允許光通董均<p=Zi.=2xlO-4=8x11U1允許的星大光穆為£=Sx10_ft.t-=-lxlfl-2hS/2k105. 光敏電阻R與FL=2KQ的負(fù)載電阻串聯(lián)后接于V=12V的直流電源上，無光照時(shí)負(fù)載上的輸出電壓為V=20mV有光照時(shí)負(fù)載上的輸出電壓為V2=2V。求（1）光敏電阻的暗電阻和亮電阻值。（2）若光敏電阻的光電導(dǎo)靈敏度Sg=6x10-6s/

11、lx,求光敏電阻所受的照度?無光照時(shí)|負(fù)載上的電壓廠|=20mV負(fù)載上的電流片劉1""1-10-因此光敏電阻的暗電Si無光照時(shí)|負(fù)載上的電壓廠|=20mV負(fù)載上的電流片劉1""1-10-因此光敏電阻的暗電Si有光照時(shí)，員載上的電壓r>2v*負(fù)皺上的電流f7；=J1場*因此光敏電阻的亮電吧ft丄-%=-'-2=iokn/.1tn-?-光敏電阻的光電導(dǎo)，考慮暗電流時(shí)*光敏電陰所受的照度6*107已知光敏電阻的暗電阻FD=10MQ，在照度為100IX時(shí)亮電阻R=5kQ，用此光敏電阻控制繼電器，其原理電路如圖所示，如果繼電器的線圈電阻為4kQ,繼電

12、器的吸合電流為2mA,問需要多少照度時(shí)才能使繼電器吸合？如果需要在400IX時(shí)繼電器才能吸合，則此電路需作如何改進(jìn)?光皺電阻的光削導(dǎo)著暑堪霑電汛時(shí)gf服度為10%時(shí)光敏電阻的光電導(dǎo)靈敏度p=-=!r=i.w*ia'*%'KRjJI-HJID-LU*rJLH吸合時(shí)的光蛾電阻阻值為*迦合時(shí)光敏電電的光電煒為CfrXit*ir-jL*p'北電汙戻敬甘與尸壇勒阻村料有靈*所以糜合時(shí)祈需產(chǎn)度尙叫'07h+打才吸合.貝;時(shí)揚(yáng)光電尋為用,-£r£-7W.fi*10J光救電阻的租價(jià)<=1450?*累求負(fù)議的配値孔丈*4對9町Jft-10.71kA的屯阮

13、8下圖是用硒光電池制作照度計(jì)的原理圖，已知硒光電池在100lx照度下，最佳功率輸出時(shí)的Vm=o.3V,m=1.5mA,如果選用100uA表頭作照度指標(biāo)，表頭內(nèi)阻為1kQ,指針滿刻度值為100lx，試計(jì)算電阻Ri和R?值。1W)lx:V=0.3,/=L5wt4,A=100x10-*m7m71Ix+I2=II2=lAmA£(©+&)十=2山&二人"廠214。9下圖為一理想運(yùn)算放大器，對光電二極管2CU2的光電流進(jìn)行線性放大，若光電二極管未受光照時(shí)，運(yùn)放輸出電壓Vo=0.6V。在E=100lx的光照下，輸出電壓Vi=2.4V。求（1）2CU2的暗電流；（

14、2）2CU2的電流靈敏度。1,8*I»=F；=0.6/1.5x10*=0.4x10"*E=lWh-I=I-ID=-=i.2tiASe=/,(/E=L2xI04/L00=1.2xl0_,jl/fr10.已知一熱釋電探測器的D*=1x109cm.Hz1/2W-1、NEP=1x101°w（取fRHz）,能否決定其光敏面面積？5.解：因?yàn)闅w一化探測率二也竺，所以NET探測器光敏兀自i積A-（£»'褲F）1-（I*10*xIn10_Uf）1«1-k10'CHI211.二相驅(qū)動(dòng)CCD象元數(shù)N=1024，若要求最后位仍有50%的電荷

15、輸出，求電荷轉(zhuǎn)移損失率£=解-ccd,電極數(shù)：n=2/n=2048職傳移效年：=(1£)"焦1一nc0,5所以=0-5=1二0.0244%2048409610. 用2CU1型光電二極管接受輻射信號(hào)，如圖所示，已知2CU1的靈敏度S=0.4A/W,暗電流小于0.2uA,3DG6C的B=50,當(dāng)最大輻射功率為400uW時(shí)的拐點(diǎn)電壓Vm=10V,求獲得最大電壓輸出時(shí)的Re值。若入射輻射功率由400uW減小到350uW時(shí)，輸出電壓的變化量為多少？10.用2CU1型光亀祓管按收輻射信也如題(511樹所示已柯2CU1的靈敏度匚OJA/W*暗審流小于0加仏mGfiC的/?=50

16、.當(dāng)最大帳射功率為400MW時(shí)的拐點(diǎn)電用口=nvt求決得最大電川輸出吋的嘰值。若入射誦肘功率由41WW減小fij350pW時(shí)，愉出電圧的變化呈毘多少T解土由于晟大光削済匚叫=鼻眄皿=04*4(1】=斶J1A遠(yuǎn)大于倍電流：0一2且人所以暗電流可以忽略.a) 歳大輔射功率溝40UpW時(shí)，犧空電斥=ioV.這時(shí)輸出電壓U.殲-tJu>IS-0.7-10-?.3V由于%*/*(#小地>.孔SfUR二仏2±w+l)S(SO+l)x0.4x400XWb) 當(dāng)輻射功率從400J1W小到350pW時(shí)，At/oB氏冉匚=(/?+=5ft*1)xn4sc50*W6kW5il91V11. 光電

17、二極管2CU2E,其光電靈敏度S=0.5uA/uW,結(jié)間電導(dǎo)G=0.005S,拐點(diǎn)電壓Vm=10V輸入輻射功率P=(5+3sin®t)uW偏置電壓Vb=40V信號(hào)由放大器接收，求取得最大功率時(shí)的負(fù)載電阻Rc和放大器的輸入電阻Ri的值，以及輸入給放大器的電流，電壓和功率值。iu由A*.應(yīng)由直紀(jì)負(fù)藝電阻.來鵜足直流工惟點(diǎn)*放犬器箱入電狙.與直澹負(fù)戟m阻r畀罪共同蹭慶此電二槻螢的處海城鞍.從檢劉電貉和父顯尊效電幡如國怖町學(xué)習(xí)一好資料=+StEf=卩”5閃在交流情況下.應(yīng)冇-rwXGt+Gr+G.=££疋”0取馮彊大輸出功率的情況下，應(yīng)有6-G6+Gr,以上三式聯(lián)立求解，得;所以:0.5*1*M+2*i）+x0.005x102）輸入給放大器的電流為IiS.Esina*»