光電檢測技術(shù)與應(yīng)用_郭培源_課后答案

1、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：家用電器數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機：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：接觸式-熱敏電阻，非接觸式-紅外傳感器辦公商務(wù)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)在軍事上的應(yīng)用：夜視瞄準機系統(tǒng)：非冷卻

2、紅外傳感器技術(shù)激光測距儀：可精確的定位目標光電檢測技術(shù)應(yīng)用實例簡介點鈔機（1）激光檢測激光光源的應(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)魏軠蚀_。（2）紅外穿透檢測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，可以實現(xiàn)辨?zhèn)?。?）熒光反應(yīng)的檢測熒光信號的檢測熒光檢測的工作

3、原理是針對人民幣的紙質(zhì)進行檢測。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行制造，經(jīng)漂白處理后的紙張在紫外線（波長為365nm的藍光）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的藍光），人民幣則沒有熒光反應(yīng)。所以，用紫外光源對運動鈔票進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的轉(zhuǎn)速來間接的計算出鈔票的寬度，并對機器的運行狀態(tài)進行判斷，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。（5）喂鈔臺、接鈔

4、臺傳感器紅外對管的應(yīng)用在點鈔機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、如何實現(xiàn)非電量的測量？為實現(xiàn)非電量的電測量，首先要實現(xiàn)從非電量到電量的變換，這一變換是靠傳感器來實現(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)字信號進行進一步處理并將信號輸出顯示、存儲和控制。二是管理測控系統(tǒng)的各個部分以實現(xiàn)測控系統(tǒng)的智能化，

5、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，而其中哪幾個因素有時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的方法不得當造成的誤差。4、什么是噪聲和干擾？什么是有用信號？噪聲是來自元器件內(nèi)部粒子；而干擾是指其他的有害信號，

6、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

7、說數(shù)字電路正負邏輯的轉(zhuǎn)換導致的電磁場干擾，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（串擾和回損），因為高頻電路能產(chǎn)生強電磁場，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)動作會導致嚴重的高頻噪聲。（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。總之干擾無處不在，在設(shè)計電路或畫PCB時可以考慮從3點處理，即屏蔽干擾源、切斷耦合通道、保護敏感對象。6、電子計數(shù)器如何實現(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

8、步測量技術(shù)，這種測量方法實際上是對信號周期進行測量，信號的頻率是經(jīng)過倒數(shù)運算求出來的。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1MHz標準脈沖信號，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，因為第一個秒信號到來的時間是隨機的，計數(shù)器從開啟到關(guān)閉

9、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，讓標準時間通過控制門，進入計數(shù)器進行計數(shù)，這樣計數(shù)器的值就等于一個被測電壓的周期內(nèi)有幾個標準時間脈沖通過，相當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。P6組成：（1）光學變換時域變換：調(diào)制振幅、頻率、相位、脈寬空域變換：光學掃描光學參量調(diào)制：光強、波長、相位、偏振形成能被光電探測器接收，便于后續(xù)電學處理的光學信息。（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)

10、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？P112.2.1暗電流指的是在無光照時，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，阻值很大，電流（暗電流）很??；光照時，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)當用適當波長的光照射PN結(jié)時，由于內(nèi)建場的作用（不加外電場

11、），光生電子拉向n區(qū)，光生空穴拉向p區(qū)，相當于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，因為少數(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？P154、比較光電效應(yīng)和熱電效應(yīng)在作用機理、性能及應(yīng)用特點等方面的差異。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

12、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\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)。因為溫度升高是熱積累的作用，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

13、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：在徹弱信號的輻射下，將式（1-S03=）代入H-83L并對其求導即可得半導刪料在弱輻射下的光電導靈敏直対鼻=諾=醬1_嚴）.由此可知時間t響應(yīng)越長.靈敢度越貳2、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.在不同光取度下和不同的環(huán)境溟度下.其光電導靈敏度和時間常數(shù)不相同。在閭度相同而逼度不同曰匚其光電導靈敏度不相同和時閭常數(shù)也不相同:苴刪料卅

14、質(zhì)已4樣只是決定了的值一定.光昵度和環(huán)境蠱度不同.則產(chǎn)生的光生電子濃虞和熱主電二濃度各異.決定了值不同嵋度相同決定光生電子濃度相同.溫度不同決定熱牛邑子濃度開同.同樣也決宇了值本同.由H-E5）和（l-S8推岀光電靈敏度不相同：由如）和刊1）推岀其時間常數(shù)不相同*3.為什么結(jié)型托電器tr在止問偏直時，役有明顯的充電皺應(yīng)？它必須在郵料佃這伏態(tài)？為什么¥答;因拘PF結(jié)在外加正問偏壓時,即使沒有光，照,電謊也隨著電壓指數(shù)級在增加,所認有比損時.九七戒辿不明云，p-n結(jié)心狽仕反向詬丘的實心下，坷明顯的元勺欣應(yīng)產(chǎn)生，這是也.為匚"石住.乂詬電土卜生刃電吩妾泡和，片以尢煦塔兀1：衣得到

15、酌元二冃流祝舍明顯壇冬仕如圖3-70所示的照明燈控制電路巾.將題3所給的CdS充敏電阻用什充電傳感器&在如右團所示的現(xiàn)明燈手訓電路種.cds光敏電皚用作光電傳感器，光敏電阻最大功耗為30M,光電尋靈致度沁=0待X10-陽門恥定電#g0=0.若已知繼電器繞組的電阻為SkQ,繼電器的吸舎電流為沁電阻R=1MK試求：為使繼電器吸合所需要的照度：要使繼電器在照度為3lx時吸臺，應(yīng)如何調(diào)整電IS肌（10）ft.帽牝電亀的克瞰鬲t土易戸甘淮弱光朋時Kya=l.n.Arttit電冒朝件晦啟的腫厘腐足Q=滬己tniv=2mA|!比址電魁曼咒功札為弭0RL就電和兒m時,U£3M/2-150V即

16、耦M斟帆.盞=器=加加伽咂廈？時吸命，収（也二帶二總2“皿12220V,無沈地斟總久高的電臨另一商地斥竹33劇囲嚴超"一出克堆電1泗川便覽這劉這么岳的電總也敏阿隠損壞，即無論怎么調(diào)整電阻R，都不會使繼電器吸合。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？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：因為p-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，有明顯的光電效應(yīng)產(chǎn)生，這是因為p-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

17、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？光伏器件與光電導器件工作頻率哪個高？實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，光電導器件的響應(yīng)時間與運用狀態(tài)也有光，例如，光照強度和溫度的變化，因為它們都影響載流子的壽命。光伏特器件的工作頻率高于光電導器件。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；適當增加工作電壓。6、硅光電池的開路電壓

18、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，半導體的導電性將發(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，半導體Fermi能級就越靠近禁帶中央（即趨于本征化），則兩邊半導體的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。無光時光電倍增管對光

19、的響應(yīng)度更趨于平穩(wěn)，使實驗數(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)。二者的結(jié)構(gòu)上是

20、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。9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）光電導器件在方波輻射的作用下，其上升時間大于下降時間。（F）（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合需要很長時間，而且，隨著復合的進行，光生電子與空穴的濃度與復合幾率不斷減小，使得光敏電阻恢復被照前的阻值需要很長時間。（T）10、簡述光電耦合器件的工作

21、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，通過光線實現(xiàn)耦合構(gòu)成電光和光電的轉(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)計原理圖機逍照明燈仆動控制電路設(shè)計卷電豁圖如圖”隅m所水它朮電淋電路、充控電黯和埜時掙制書略、寒釋電幻外虜閔電路以紀電話控制電牌四暫扮削威，2M訊取圧經(jīng)討電沁電寤部分琲行降拆、整流、濾酸及橢尿后為具它電眸提供MV的直流工作電捱：冋射通甦:it敏電魁、新塑熱秤電紅外砌篠徘及時基集共同控制鍥白天燈茄亮，夜同有人來的時候燈門動點亮，人走炳砸時毆時間門動

22、塩頁，從而達利竹能的II的.恵強還加卜.f審話掾制葢統(tǒng)說保還電採在界常情況FFT堺竝程控帛h團7換道照明紆直動控別電話控制更谿i阿謝凰町燈ti動護制11賂.耳tit膛*節(jié)r師址壞靖無戰(zhàn)鞅昭時心*龍臨屈的審«由吐-ttt«K的像41電不瞬帰舟T作審売Mb與仙與太小的由音封點押覽時開親丁加連他燈氐特過一宅時間G點un檸追時卅吳RKEI兩斷幷.n«x3|P67T4teffilfr的輒Iif所朮電)A中.3址議電魁冊嶽龍電衿牌聯(lián)+龍輸電MrdirKuomw.=osx10*s/ti.鼠牡孕知弓乩齊亡知進電期罐謝門吐出治咗8*趙電JJHKMi恍時打訂虬甘輛曙t*i12、試分折

23、圖3-72(a),(b)所示的欣大電路嘰光耿蟲阻即的件用.h孫SM&曲奇尢比照利Rp阻叵很兀即曰利貝謨支往叩貝謨電片艮丸輸出氐土畐。托卿加J使得Rp4使得同相反饋支路阻值減小,輸出電壓F降.M無光頤時.卸阻值很丈.輸人近佩開跖輸出電壓保光強増加X使得便得輛人信號進人.輸岀信號增大1氛為什久在光矍庭増犬到一定程庸氐硅光電池的開躋電壓不再隨入射昭度的増大而増±?硅光電池的最大開踣電壓為參少？齒什么硅光琨池的有載輸出電壓總小于相同履度下的JT路電壓？備答:當光照換度増人到慕個輅速值時，睦光電池的p-n產(chǎn)生的光生載涼了數(shù)達創(chuàng)了凰大徐即川觀幗利.苒t曾大光照強度.其幵躋中JR不禪隨2塔

24、大”硅將/代入hu光電池的幵路電壓表達或為t/=ln(-+l)rq打dU的表達戌并求關(guān)子的一階導數(shù)，令飛=°,求得最大開路電壓。由ffgjgfr于輸出電壓匕"/產(chǎn)14-gw77-1)|&即悩含丁擴散電臨，百和踴電流的影響，悝得硅光電池的有載輸川電壓總小于JI路迅壓UMn14、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，存在著最佳負載電阻Ropt，在最佳負載電阻情況下負載可以獲得最大的輸出功率Pmax。15、光生伏特器件有幾種偏置電路?各有什么特點?(1) 光生伏特器件有反向偏置電路，零偏置電

25、路，自偏置電路。(2) 特點：自偏置電路的特點是光生伏特器件在自偏置電路中具有輸出功率，且當負載為最佳負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

26、明它們的差異。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：當沒有光輻射時，二者的伏安特性曲線是一樣的；當有光輻射時，則硅光電二極管的全電流為負值，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，否則不能產(chǎn)生光電效應(yīng)。該值通常為負，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。17、寫出硅光電二極管的全電流方程，說明各項的物理意義。答：硅光電漲管的士電說J5朝為he式申，為光電封料的光電轉(zhuǎn)換效率.為材料對光的啜收系數(shù).光電流対無輛射時的電

27、啟為i(廬-1)打，為暗電汛，匕為加在光也極管兩端的也丿k,敗眾件的溫JL*為玻爾融住常點，q18、L匕較2CU型硅光電：扱倉和2DU電舉桂的結(jié)構(gòu)特點，說明引入環(huán)極的羸義*答t2CU型硅光電二極管是采川T1型硅材料作基底，在n區(qū)的一面擴散三價元素闕而生城亟播雜曠型訃廠型層和n型莊相按他殆成F-H為引由電極，在光蟻南卜餘I-SiO2保護賂2DU型璉光由極管足映輕膠飛的p厘柱材料做勘色在P凰基底丄擴敢五價元索磷理誡重擦朵r廠型壊*pm和獷型睚接觸形成結(jié).在汩區(qū)引出正扱.井涂以透刎的SiO為保護腰，垂底懶錄蘇姑后引出億電楓*在硅光電二極管的制造過程屮，在班敏如上涂川門工保擴圧躺訊程不可盅免閣會嵌一坐

28、雜展疋離于.辿時靜赳區(qū)檢引起表血海電廨，井毘而產(chǎn)生晤電濂報散粒嗥聲.因此，角了減歩由于瞬0衛(wèi)屮少理正岡子的薛電感倉所產(chǎn)生的表麗湍由流，在氧化層屮也獷歌一個環(huán)靈p-Tl蠟麗將受光血包甬息來.即引入環(huán)極，以増加喬陰區(qū)寬度，避免邊緣過早蒂穿口19、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：1）在PN結(jié)區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的光生載流子渡越結(jié)區(qū)的時間Tdr,即漂移時間；2）在PN結(jié)區(qū)夕卜產(chǎn)生的光生載流子擴散到PN結(jié)區(qū)內(nèi)所需的時間Tp,即擴散時間；3）由PN結(jié)電容Cj、管芯電

29、阻Ri及負載電阻RL構(gòu)成的RC延遲時間tRC。對于PN結(jié)型硅光電二極管，光生載流子的擴散時間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散運動很慢，因此擴散時間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）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PN結(jié)處于平衡位置時，存在一定的勢壘區(qū)。當加正向偏壓時，PN

30、結(jié)區(qū)勢壘降低，從擴散區(qū)注入的大量非平衡載流子不斷地復合發(fā)光，并主要發(fā)生在P區(qū)。這是因為發(fā)光二極管在正向電壓的作用下，電子與空穴做相對運動，即電子由N區(qū)向P區(qū)運動，而空穴向N區(qū)運動。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)光機理是非平衡載流子即電子與空穴的擴散運動導致復合發(fā)光，因此要求有非平衡載流子的相對運動，使電子由N區(qū)向P區(qū)運動，而空穴由P區(qū)向N區(qū)運動。在不加偏加或加反向偏壓的情況下，PN結(jié)內(nèi)部的漂移運動占主要優(yōu)勢，而這種少子運動

31、的結(jié)果是電子與空穴的復合幾率小，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)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，都有一個相對光強度最強處（光輸出最大），與之相對應(yīng)有一個波長，此波長即為峰值波長p。在LED譜線的峰值兩側(cè)處，存在兩個光強等于峰值一半的點，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

32、、產(chǎn)生激光的三個必要條件是什么？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、半導體激光器有什么特點？LD與LED發(fā)光機理的根本區(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GHz的頻率直接進行電流調(diào)制以獲得高速調(diào)制的激光輸出。由于這些優(yōu)點，它廣泛應(yīng)用于光

33、通信、光學測量、自動控制等方面。LD的發(fā)光機理是激光工作物質(zhì)的受激輻射，而LED發(fā)光的機理是非平衡載流子的復合發(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，在實際應(yīng)用中它具有許多優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動檢測、自動控制、電信號的

34、傳輸和處理及計算機系統(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）實用性強；（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)用實例可參見教材6.5小節(jié)所述。在計算機主體運算部分與輸入、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1，

35、而由發(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？沬比電IX存紂fl咐發(fā)允，極皆的健光電流為J廠接收藩FI光魁一概愉產(chǎn)生的光電液町出JT人聲川p空是U炭光極譏的發(fā)光超序*it'll枇冷的増益&丹之問甜離筲霧數(shù)布關(guān)拘亦碌為比激發(fā)歿仁a般比戕RL歷以樸，燉豎人于心由丁7?為/艸J仃的止伉.規(guī)此比電禍詮簡f"不辦I縱育股人展的時.山電流傳制t“總小1.Fflj艸摟收益卄輕川覽電上槻鴿的由尸允電三侵背本身具脊電流旗人作川因此諭出比電渝人干尊于發(fā)JL曲SL也即英電渝傳輸比大于籌于】（泄曲械怯輸出光狀擁徑/rt數(shù)議經(jīng)，而）t換三極饋的輸出址電魏"mA故

36、詒級“如6.11）覽朮韭鵝合冊fl海城風門、礎(chǔ)門邏御地路墾炭醪出樂歸圏sthiit電禍命粽m砌砸的戍門:川丸堪網(wǎng)合窘耕輸戒的醺非門為:29*&1IJt電謂舍醴仲祖電路中加信專件輸作用9電粹的陋IT4童作川晦卄么牢冋F檸首光比電耦含器件的俏號ft綸矣段光倍總的胎我譴行的.這與電容利用屯械或電樂傳輸佶號不同：菽次"處電耦合臘?。嚎梢詫⑤斎胩傻拇蚵眯盘栟D(zhuǎn)換為光信號進FM軸ft.而電容幾有純山作料，無怨機輸宜泌佶號I再次"對于婦t佶號*光電耦吉翻件將具IW制邊周載率光怖號怙馨.對不同鎖率的仙均無i謝柞ML而電界倍輸龍流悄號時會表現(xiàn)出廉噸率芋同而噓化的阻抗也即過泄人無汕世榆他

37、傾仃；用肩.抗丁擾利恂喘ZZ麗比迫耦仔痔耕比熏辭要好°30、簡述半導體激光器的工作原理。它有哪些特點？原理：半導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基本條件：（1）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)的粒子數(shù)；（2）有一個合適的諧振腔能夠起到反饋作用，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，以使光子增益等于或大于光子的損耗。半導體激光器工作原理是激勵方式，利用半導體物質(zhì)（即利用電子）在能帶間躍遷發(fā)光，用半導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：體積

38、小、重量輕、運轉(zhuǎn)可靠、耗電少、效率高等。31=2、給出了用光電耦合器件隔熹的一種高壓穩(wěn)定電路！說明其工作限理及對該光電網(wǎng)合器的要點¥解，本電是低圧控制高壓輸出裝置.由仁、門負合管.組咸變壓電流放大電路.田光電耦合器組成低壓控制高壓的光控器中宙取樣電阻（跆、zR5）比較腹犬電器V3和基誰邑壓3艮或穩(wěn)壓控制電當負載上升，吃上升，3_上弁，宦合管V扌的Ut上升，Ik拡少，由于k故1£拡卜光耦合作用堿小，光耦合三極管DC30的扛減小，復合管V2的息減小，蔑ZC隨之被小，復合管VI的吐升。其S也隨之上珀負載電濟張上升夕苴電壓匚城也隨之上升。反之則反，從而實現(xiàn)了低壓控高壓的目的

39、6;（其中R1電阻提供編置電氐R2作為基準電陰作降壓用。珞作為限流電阻，作反饋用，VD作為基準電壓管）-3尊熱輻射檢瀏器通常分為哪兩亍階段辛哪亍階段能載嚴生熱咳應(yīng)？第一階段：器件吸收光輻目I談量而便自號溫度發(fā)生變化,弟二階段：器件依賴某種溫度敏感技性把輻射引起的溫度變憂轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號而達到光韜射探測目的，第二階段能碾產(chǎn)生熱電鼓應(yīng)33、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？趟釋電沁熱釋電晶體吸收光輻射溫度改變，塩夏的變化引起了熱電畐體時自發(fā)極化強度的變化，從而在晶休的特定方向上引起表面電荷的變化，這就是熱釋電效應(yīng)*很據(jù)熱釋電效陸熱釋電採測器的電涼和溫段的變代満足

40、i-如果照射尤是恒走撻，dz那么溫度T杲恒定恒電流為零.所以熱電探測器是一種交癇器件。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)導體組成閉合回路，當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熱電動勢，這就是所謂的塞貝克效應(yīng)（Seebeckeffect）。35、為什么半導體材料常具有負溫度系數(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溫度系數(shù)(NTC)熱敏電熱敏電阻器阻器。負溫度系數(shù)熱敏電阻是以氧化錳、氧

41、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Ub=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0150plm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,求所需的負載電阻RL,并作出負載線。

42、護土貯理氏1圖】所不外皚絹屮設(shè)電曲電尿=9匕元敏二檢論的供史耕件自線見阿掃齊光懐二概符I.的光通&O-】EE)uhnN瀏涎比一若無勿疑"ft転闡出庠4眩基応.£：慢愉訊盤童電缶蚪紳伉料理+求貯謁的巾工AID冊1光救二換管綸人電S3及冀伏安特性輪A電躋；【即試安將性Vh皿國燉氐若出*弼戰(zhàn)陽話封屈唱謹2(M”瓷莊坯為SOgltn射的逐電直沖】7屮.慟世牴電31號任審空暫光曲蠱前細ff匯"二爭04世偌更命的由*ffL=47=1負找找如陽i忖肅示関過1<戍帥)作一條與u抽誠口=也垃叱的社勢與丨m點.斟血卸為所求的陸戕找.口為電略骼工杵點3：只知某創(chuàng)兀電二根簣

43、的靈敏度為0.5IXA/HW鉛間班導G=O.OWs(微西).轉(zhuǎn)折電圧K0=L0YlA射吒功率從p+,=15kw到F'=25偏壓匸UWDV。衣最大輸占功率吋的最佳呦載RL、輸出電流AL“輸出電壓匸和輸出功率PLo"P1泊T3)U>a杲勺憂電一協(xié)管的靈敢哎為0.5nA/|Jw-站的電Eg=601#劌微刈h轉(zhuǎn)折»tH0=10V+Aft-W*K=isuw®到p=25pw*=sovjkr輸出型事時的屜催蛍栽叫、療出電私匚錯出電功事吒-Ki初始戰(zhàn)異務(wù)10寸S亦寸曲皿MAF-PSS-15&/-ULhV-015w1E.39&-占.抉1£凹%

44、-電刖料a'5.W5-"J邙稱(P1MT4IJ如臬51兄電二械帯凱I風戟疫溝U.5兇訕¥,席聞電導左二tKHQi炭也料折電氐Dm二iDY，人射光妙宰從P=E+ZSfnwiftJtUi,=4CV.試求=(tl忙號縊舟送飆故丈胖時.敗褂用尢血耶鈉電凰図沖、加大辱的愉入電審松也腔集運到啟大i»的電斥覽功率.解山皓迄條件可確定出脈祜光功率他為民=3pWfi>=5nW最大功節(jié)愉出附FI捷說置吐辱耳金*2昭*軸葉05X(3+ZK5)+2>0Ma10石勵u_7T=5"0H2IAS電剛SfcJtB的軸入電爭<7ld=Cm+ti-0-112+0.

45、01二0.122電魁局二VCU二1/0,122士8.197MQ幡入電用眸曲%-2鈿"2*0.也"1唧輸入功率有灶值5：光電倍増管偏首電路如圖4-22示“光電倍増管的陰極積分靈敏廃駅=3啦伽.陽極視分濱敏廈弘TOAUm陽極暗電療10=41輸人電路是電阻R=ios0n電容AF的陰極面積為80mm2,要求信EUIL=10-4A(計算陽極噪聲電號，負載電阻上的噪聲電壓和信噪比*gfPJOPM期帶:?所護.光班稱埔怦的陰段眾侍臭紋毆二弧nA/hi.闌極頼對臭Ift啤A/Ihk陽蠅Fna=4A.=iowiwa.1pP#)jt<r明證而印的血曲了為.軽燦號電流-io-*A.計浮陽軽

46、晝聲電廉，恆!電膽H品卷聲牡耳和們曉比*齢譏冋牧噪胡帶竟馭監(jiān)匪電齬奩除宰故止羯甲井増人緘二阿.餐社山耳i弓霧山口隅怨融順邨聲電渡10顯蝦卜.豹曉聲咆用ttmteSE如、MJ5麗匸而忑=/2Xr.6022xw1*M0.3：?3X10()M2.5X?S=2.582XID*1A=2.5H：iH101uA式=Sa/Sk-1D/3O=0333M,sfts100nA-媛泡瀟僵同于“址土序搭囉由電溉*=t.2Aji7/iMl&_h0=129/25/10H50n=氐(MoX10"IJA«2jCH0XltT*汕£嗦聲電頑M=払忑*-2.5B3x垃7力戟電融I.的址聲電用Ux

47、=Jitff-2.611X1OJKU1=Z58X1OSV3Htt曙ItUNRh=Wh=100/(158iM10-1)=3.S71XW1w幗皿呵簡述誹畫皺究腫妒瘠數(shù)達到昴小他的殺憶菩H諉置就大舒址由窠融”El涇略r"1T4JkTfl.A/4iTAf敵開適敏丈就址閔抵戰(zhàn)達常廉小沆第糸It繪魏電禺尊J凹丈斟噪由電樂耳聯(lián)也電涯的比他卅即第五章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？'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：第一項為直流項。若光檢測器輸出端

48、有隔直流電容，則輸出光電流只包含第二項，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際的光電探測器中，由于光電轉(zhuǎn)換機理不同，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，1/f噪聲起主導作用；當頻率達到中間范圍頻率時，產(chǎn)生復合噪聲比較顯著；當頻率較高，甚至于截至頻率時，只有白噪聲占主導地位，其它噪聲影響很

49、小。很明顯，探測器應(yīng)當工作在1/f噪聲小、產(chǎn)生-復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-復合噪聲。采用半導體制冷、杜瓦瓶液態(tài)氣體制冷或?qū)Ｓ弥评錂C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。答：當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

50、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：當光檢測器存在內(nèi)增益（如：光電倍增管）時當很大時，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：對于點檢測光電系統(tǒng)，怎樣提高系統(tǒng)的作用距離？3.直接探測方沫的基本區(qū)醴是什久丁對！點探測光電斂匕怎樣涯島索址的作川和i§5?菩；n接探鴻是將待檢測的光忙號it接入射判光探測罄的地敏商n為光探測盎將

51、光強門號茂接轉(zhuǎn)代為栢應(yīng)的電茄裁電床.眼據(jù)不同桑統(tǒng)妁耍戍.弭經(jīng)后緇電路處理如放尢、連潼或希種們號妾換電踣人最舞師有用的苗號*提高點探測光電系址飾作用曲離吋以從以KJLT方商謝3：提孫發(fā)射系軌的玳俺立體殆的輻村功率.把光瀬炭射光譜進選在大窗蒞隔內(nèi)探碑停作U標.鋰結(jié)構(gòu)尺寸允許的情況F，增大光郢媒蜥的U徑軸弧第六章1：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)和光外差檢測系統(tǒng)的特點。答江作原理上：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，在光電探測器上進行光學混頻，探測器

52、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)復雜，對光外差兩輸入信號有嚴格的空間條件和頻率條件，但檢測距離遠，檢測精度高，靈敏度高，是天然檢測微弱信號的方法。2:有一光子探測器運用于相干探測。假設(shè)入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=05，入射的信號光波長A=lym,負載電阻RL=50Q,試求該光外差探測系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換增益PIF/PS=?2.自以比子揮啷:B運用與恕1鍥#h佬視人時到呃淘癲理匕的木拋光功鞘PiMOmW.光混

53、頰罄的邑子裁率4=0島入射的門弓光波也A=Him.煲戟電Rson.試壊込此外師矗喲媒紐的轉(zhuǎn)換垢益P./P5-?Wfnr7l=2Ccn/hv）2PLRt-1-r*1O*1OJ*5O=4.O2*1CU<&?*10Mr3:試述實現(xiàn)外差檢測必須滿足的采fN笞：0夢靈參干沅舸曲佶號瀘;F本扳卅丙是理瑪冊干的皀顓羊模討.夢有隕卡的扳蕩顓率和相位，對往光總披器上乍號托三本抿光要采嗚五萬向一致uI信號光mt振托更求寧間沂子口配.即夢求寧間詣唯（誰官、鼻軸-波百毆肓直盲人刖干訐握顓丟百。二十朿/.肘角烷斜a應(yīng)溝是矢糸y®：其卞w是本粧光波長丄是光電探測豈托敏可尺寸、4:求北零弄相干檢測齊

54、輸出負載殆轄的峰1W佶號功率5-求光零罡想干探測在轍出員栽&尉的峰值們號功率光零差相干探測惱時屮頻電斥為僦盧$抵如址:瞬時功率Kf=V|F1/Rl邙5%號=4便“何勺丹肌英中Pl.在分別為木振光和荷號論的功率5試述激光干涉謂長的基本原理°帚如囪乎示啟羽別桓羽頻淵說干淤心甲|耳幵示負.因.潢小篙1由長疸為2O5tnni的全內(nèi)腔HiXe激光密發(fā)出一對互相垂直間取縱模耀怕攥光.模廁隔対Al=r2HL（式中匚崗光連丄為譜振腔牧山那空氣折射軍.甚值閔7毎MHJ.經(jīng)布條持窗取出程頻信號*選行熱穩(wěn)頻具余光束再經(jīng)析光磁躬及選射.反射閉一對正交線扇乘光作為勞薄倩號經(jīng)選瑣、隔撮片嚴主招頻倨號*為

55、光電櫻收囂按煦"謹射無經(jīng)光擴濮鑫滾負擴束后.為尿更分此琥分光以爭分蚩期向剩於吊牝琥.垂亙分豎射向固定吊除備兩霜光返國后經(jīng)造謊、隔振片產(chǎn)生抱奴當攔量說在時間f內(nèi)以遊度廠移動一距高時因多茜蜀效應(yīng)而引起頻墨吏化殲.迄樣裱挪慢胚信皂戟于返回光率中.井為光是擺收器犢收*JI壬上亠跆可牌濟址債運動距為與相也姜芟化飾關(guān)系式4*咆據(jù)測量價運動引記的多昔勒澈極那與相位的矢祭有；50=2jT1?因而*工厶莎L=f牛dffdt垃竽-“V可見在惑略了測貝程中呆第不穩(wěn)忑11彩響及鬲斯光束干涉附加項的變化影響閉情況T,只賽對瘵童憶運韻過理申務(wù)需號與聲番倨號的相位董變化開周明數(shù).即可號得所需測武長匿晁廉*6:如何

56、實現(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)器進行可逆計數(shù)，即可得出測量鏡的真正位移量。7：試述多普勒測速原理。當光（激光）照

57、射運動物體或流體時，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）與本振光進行混頻可測得物體或流體的速度。第七章：第七章：1：用射線理論簡述光纖的導波工作原理。WjSS卩=禺sinic=%sinOc=TZjsinw=%Jl-Ln卩=g屜nnsinG©=J/i；兀=AG4NA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，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。單模光纖的有點是沒有模式散射，可利用波導色散抵消材料色散，以得到零色