光電技術(shù)(王慶有)習(xí)題參考答案(不包含題目)

1、 光電技術(shù)第一章參考答案輻射度量與光度量的根本區(qū)別是什么？為什么量子流速率的計(jì)算公式中不能出現(xiàn)光度量？答：為了定量分析光與物質(zhì)相互作用所產(chǎn)生的光電效應(yīng)，分析光電敏感器件的光電特性，以及用光電敏感器件進(jìn)行光譜、光度的定量計(jì)算，常需耍對(duì)光輻射給出相應(yīng)的計(jì)量參數(shù)和量綱。輻射度量與光度量是光輻射的兩種不同的度量方法。根本區(qū)別在丁：前者是物理（或客觀）的計(jì)量方法，稱為輻射度量學(xué)計(jì)量方法或輻射度參數(shù)，它適用于整個(gè)電磁輻射譜區(qū)，對(duì)輻射量進(jìn)行物理的計(jì)量；后者是生理（或主觀）的計(jì)量方法，是以人眼所能看見(jiàn)的光對(duì)大腦的刺激程度來(lái)對(duì)光進(jìn)行計(jì)算，稱為光度參數(shù)。因?yàn)楣舛葏?shù)只適用丁0.38T.78um的可見(jiàn)光譜區(qū)域，是對(duì)

2、光強(qiáng)度的主觀評(píng)價(jià)，超過(guò)這個(gè)譜區(qū)，光度參數(shù)沒(méi)有任何意義。而量子流是在整個(gè)電磁輻射，所以量子流速率的計(jì)算公式中不能出現(xiàn)光度量。光源在給定波長(zhǎng)入處，將入X+dX范圍內(nèi)發(fā)射的輻射通量dOe,除以該波長(zhǎng)入的光子能量hv,就得到光源在入處每秒發(fā)射的光子數(shù)，稱為光譜量子流速率。試寫(xiě)出0.、M。、1、厶等輻射度駅參數(shù)Z間的關(guān)系式，說(shuō)明它們與輻射源的關(guān)系。答：輻（射）能以輻射形式發(fā)射、傳播或接收的能量稱為輻（射）能，用符號(hào)2表示，其計(jì)量單位為焦耳（J）o輻（射）通量0:在單位時(shí)間內(nèi)，以輻射形式發(fā)射、傳播或接收的輻（射）能稱為輻（射）通量，以符號(hào)0表示，其計(jì)量單位是瓦（W）,即輻（射）出（射）度M,.：對(duì)而積為A

3、的有限面光源，表面某點(diǎn)處的面元向半球面空間內(nèi)發(fā)射的輻通量與該而元面積d4之比，定義為輻（射）出（射）度M,.,即M嚴(yán)%。其計(jì)量單位是瓦每平方米W/m2o輻（射）強(qiáng)度對(duì)點(diǎn)光源在給定方向的立體角元dG內(nèi)發(fā)射的輻射通量d0.,與該方向立體角元dG之比，定義為點(diǎn)光源在該方向的輻（射）強(qiáng)度即=%，輻射強(qiáng)度的計(jì)量單位是瓦特每球而度（W/sr）。輻射亮度乙：光源表面某一點(diǎn)處的面元在給定方向上的輻射強(qiáng)度，除以該面元在垂直于給定方向平面上的正投影面積，稱輻射亮度di滬0，式中，0為所給方向與面元法線間dAcos。dldAcos0的夾角。其計(jì)量單位是瓦特每球面度平方米W/（S1-.1112）。何謂余弦輻射體？余弦

4、輻射體的主要特性有哪些？答：一般輻射體的輻射強(qiáng)度與空間方向有關(guān)。但是有些輻射體的輻射強(qiáng)度在空間方向上的分布滿足dle=dIcQcos0式中b是面元dS沿其法線方向的輻射強(qiáng)度。符合上式規(guī)律的輻射體稱為余弦輻射體或朗伯體。黑體為理想的余弦輻射體。它滿足黑體輻射定律：普朗克輻射定律黑體表而向半球空間發(fā)射波長(zhǎng)為入的光譜，其輻射出射度是黑體溫度T和波長(zhǎng)入的函數(shù)，這就是普朗克輻射定律；嶄忒藩一玻爾茲曼定律黑體的總輻射出射度為對(duì)積分，得到其為維恩位移定律峰值光譜輻出度所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)與絕對(duì)溫度的乘積為常數(shù)。當(dāng)溫度升高時(shí)，峰值光譜輻射出射度所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)向短波長(zhǎng)方向移動(dòng)。試舉例說(shuō)明輻射出射度Me與輻射照度Ee是兩個(gè)

5、意義不同的物理量。答：略。試說(shuō)明K,”、心、Kr的意義及區(qū)別。答:K,”為人眼的明視覺(jué)最靈敏波長(zhǎng)心的光度參量對(duì)輻射度參量的轉(zhuǎn)換常數(shù)，稱為正常人眼的明視覺(jué)最大光譜光視效能。其值為6831m/W。K.對(duì)丁所謂輻射對(duì)人眼錐狀細(xì)胞或柱狀細(xì)胞的刺激程度，是從生理上評(píng)價(jià)所有的輻射參量與所有的光度參量X#的關(guān)系。對(duì)丁明視覺(jué)，刺激程度平衡條件為X”心汐亦令K（%）=XJKmxV（A）f稱為人眼的明視覺(jué)光譜光視效能。（其中定義才為正常人眼的明視覺(jué)光譜光視效率。無(wú)等于0.555um）定義一個(gè)熱輻射體發(fā)射的總光通量與總輻射通量0之比，為該輻射體的光視效能K,K=KmV,其中V為輻射體的光視效率。在光電信息變換技術(shù)領(lǐng)

6、域常用色溫為2856K的標(biāo)準(zhǔn)餌絲燈作為光源，測(cè)量硅、錯(cuò)等光電器件光的電流靈敏度等特性參數(shù)。定義標(biāo)準(zhǔn)鑄絲燈的光視效能為K,”，Km=17.1（lnVW）o（平而發(fā)散角為lnuad）解：（1）MM激光器輸出的光為光譜輻射，則輻射通量為0卩=3mW根據(jù)式（1-56）可計(jì)算出它發(fā)出的光通量為0V,=K”V（久城,乂K”,=6831m/W,5.6328=0.235,帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得如為0.4815lmo發(fā)光強(qiáng)度人以=久%,立體角為Q=2ti（1-（1-r2）1/2）,將光束平面發(fā)散角轉(zhuǎn)換a=lxl03xl80/（71）=0.057度則r=sin（a/2）=5xl04帶入公式得G=&17xl07sr所以發(fā)光

7、強(qiáng)度/從=必=0.4815/(8.17X107)=5.89xl05cd光出射度心=備“血W2)2)gx耐(2)激光投射到10m遠(yuǎn)處屏幕上，可得接受面半徑1-lOxtan40.0005=5.5xlO-3m,面積A=3=7.85xl05nr屏幕的光照度為瓦=%=6.13x1031x6.(平面發(fā)散角為0.02nuad)解：(1)氨氛激光器輸出的光為光譜輻射，則輻射通量為久彳=3mW根據(jù)式(1-56)可計(jì)算出它發(fā)出的光通量為畑=K”(兄協(xié)彳乂心=6831m/W,Vo6328=0.235,帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得久兄為0.4815lm。發(fā)光強(qiáng)度人產(chǎn)久%,由空間立體角的定義，將光束平面發(fā)散角轉(zhuǎn)換a=O.O2xlO*

8、3由丁這個(gè)角度很小，可以把其所對(duì)應(yīng)的球面度近似的看作錐面圓的面積，且半徑r=/?sinR,貝ijQ=-22R2所以發(fā)光強(qiáng)度人廠一04815一4.67x10,0.00000103光出射度=從o=0.4815/(7ix(0.001/2)2)=6.13xl05lxSY2丿(2)激光投射到10m遠(yuǎn)處屏幕上，可得接受面半徑r=10 xtanlxlO3+210 x+2lxlQ32=0.003366(/7?) # # # #面積A=2=3.56x105屏幕的光照度為瓦0.4815356xl(r=1.35x1041x # # 7.解：由題意有久丸=3mW,乂查表得V(0.5145um)=0.6082光通量0唄

9、=(觀彳=683x0.6082x3=1.246xl03lm,屏幕上的光照度瓦、認(rèn)=1.246xl03/(0.2X104)=6.23x1071x若屏幕的反射系數(shù)是0.8,則光出射度為M、,/=0.8x6.23x107=4.984x107lx設(shè)屏幕每分鐘接收的光子數(shù)目為N,則N/?%=x60(1-0.8)所以N=6OxO.2x3xO.5145xlO6/(3xl0sx6.63xl034)=9.31xl019個(gè)/分鐘8解：依題意，設(shè)光子流速率為N個(gè)/秒，則皿%=如乂0./=3OmW,X=0.632Sum所以N=%乂=9.54x10“個(gè)/秒9.解：依題意，兀=0.465um,由維恩位移定律，九=2898

10、/T,=6232.25K，乂M=1.3091汽10山計(jì)算得其峰值光譜輻射出射度=1.23x104“切廠廠10解：人體在正常體溫時(shí)T=36.5+273=309.5K由維恩位移定律，4=289%=9.36um當(dāng)發(fā)燒到38.5時(shí),T=38.5+273=311.5K,此時(shí)4=289=9.303um峰值光譜輻射出射度旳乍幾=l-309T5x10=3.84加W.c嚴(yán)m(xù)J解：依題意，由雜質(zhì)吸收條件，則雜質(zhì)吸收的長(zhǎng)波限心2冷所以雜質(zhì)電離能EW1=1.24/13=0.095ev解：光照靈敏度而輻射靈敏度S嚴(yán)%,乂標(biāo)準(zhǔn)鵠絲燈的輻射量與光度量的轉(zhuǎn)化關(guān)系為Kw=17.1(lm/W),所以S、K、,=Se，乂=200u

11、A/lm則其輻射靈敏度=200 x17.l=3.42niA/lnio13.解：依題意，輻射通量為100W,則它的輻射強(qiáng)度為龍=7.96cd對(duì)應(yīng)于0.2sr范圍的輻射通量為0.=lex0.2=7.96x0.2=1.5921V由K“.=%則對(duì)應(yīng)的光通量血=K“.x0.=17.1x1.592=27.223加所以100W的標(biāo)準(zhǔn)鑄絲燈在0.2sr范圍內(nèi)所發(fā)出的光通量為27.2231nio14.解：設(shè)甲廠生產(chǎn)的光電器件的光照靈敏度為幾,則有SV1KW=,S十=5/17.1=0.29%m，而乙廠光電器件的光照靈敏度是S”=0.4顯然5vlS.,所以乙廠光電器件靈敏度高。15解：依題意，Q=50uA,/札=3

12、00uA,ID=luA而PN結(jié)兩端的開(kāi)路電壓為.=ALin(_+i)q/d由于T不是定值，故只有當(dāng)T=273K條件下才有:50+1-IcRp=8.6V當(dāng)Rc=6KO時(shí)，Ie=0.55加4,1=1,Rp=6KG解得Rp=3.4KOU0=UM-IeRp=WVAC/8-6,(4)電路的電壓靈敏度S=0.1(v/x)AE60-4028解：選用光敏電阻MG45-7,其？值為06設(shè)計(jì)的電路圖如教材P41圖2-14所示，選擇2CW12型穩(wěn)壓二極管，其穩(wěn)定電壓值為6V,Rh=1KQ査表得當(dāng)光照為亮電阻ms由曇許得12100*103-lsT?06=50-lg100-5S人，輸出電壓的變化=Ucc_1cRc一Wc

13、c_；c)=(Jc2_C1)C-2,而石頁(yè))&,2,得&,HX)KQ2.9xxQx210解：在沒(méi)有光照的情況卜通過(guò)$的電流“1*106集電極電壓=%一1占3=12-5.3+10-6*220*103=10.83V在輻照度為lmw/c臚情況卜通過(guò)/?3的電流R30.2*106集電極電壓“2=Ucc-也=12-26.5IO6220*103=6.17VU=UU2=10.83-6.17=4.66V211解：Ulh=t=(心2+R)Cn(U比/J=(8.2+15)木10?*l*106111(12/6)=16.08ms212解：(a)通過(guò)光照調(diào)節(jié)Rp的電阻值從而動(dòng)態(tài)的控制集成運(yùn)放電路的放人倍數(shù)(b)通過(guò)光照

14、調(diào)節(jié)/?戶的電阻值從而動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)集成運(yùn)放同向輸入端的輸入電壓。光電技術(shù)第三章參考答案3.1試比較硅整流二極管與硅光電二極管的伏安特性曲線，說(shuō)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(dāng)沒(méi)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，硅光電二極管胸端所加正向電壓必須小丁0.7V,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(kāi)啟電壓Uh值。3.2寫(xiě)出硅光電二極管的全

15、電流方程，說(shuō)明各項(xiàng)的物理意義。答：硅光電二極管的全電流方程為式中，為光電材料的光電轉(zhuǎn)換效率，a為材料対光的吸收系數(shù)。光電流為無(wú)輻射時(shí)的電流為I=ID（ekT-1）為暗電流，為加在光電二極管兩端的電壓，T為器件的溫度，R為玻爾茲曼常熟，q為電子電荷量。3.3比較2CU型硅光電二極管和2DU型硅光電二極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，說(shuō)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)的一面擴(kuò)散三價(jià)尤素硼而生成重?fù)诫s卩+型層，卩+型層和n型硅相接觸形成p-n結(jié)，引出電極，在光敏面上涂上SiO?保護(hù)膜。2DU型硅光電二極管是以輕摻雜、高阻值的p型硅材料做基底，在p型基底上擴(kuò)散五價(jià)尤素磷，形成重?fù)?/p>

16、雜+型層，p型硅和”+型硅接觸形成p-n結(jié)，在區(qū)引出正極，并涂以透明的Si。?作為保護(hù)膜，基底鍍銀蒸鋁后引出負(fù)電極。在硅光電二極管的制造過(guò)程中，在光敏而上涂S/0,保護(hù)層的過(guò)程中，不可避免的會(huì)沾污一些雜質(zhì)正離子，通過(guò)靜電感應(yīng)引起表面漏電流，并進(jìn)而產(chǎn)生暗電流和散粒噪聲。因此，為了減少由SiO.中少屋正離子的靜電感應(yīng)所產(chǎn)生的表面漏電流，在氧化層中也擴(kuò)散一個(gè)壞形p-n結(jié)而將受光面包闈起來(lái)，即引入壞極，以增加高阻區(qū)寬度，避免邊緣過(guò)早擊穿。3.4影響光生伏特器件頻率響應(yīng)特性的主耍因素有哪些？為什么PN結(jié)型硅光電二極管的最高工作頻率小丁等T107Hz?答：影響光生伏特器件頻率響應(yīng)的主要因素有三點(diǎn)：（1）在

17、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J,.，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Tp,即擴(kuò)散時(shí)間；（3）由PN結(jié)電容（7八管芯電阻&及負(fù)載電阻構(gòu)成的RC延遲時(shí)間Nc對(duì)于PN結(jié)型硅光電二極管，光生載流子的擴(kuò)散時(shí)間J是限制硅光電二極管頻率響應(yīng)的主要因素。由丁光生載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)很慢，因此擴(kuò)散時(shí)間J很長(zhǎng),約為100ns,則其最高工作頻率/=丄105,故可將電路視為零伏偏置電路，則一0416曲Io0416貝lj,E=LxE=-xl00=0.69/1IV/c/w2563.9解：由題意，當(dāng)T=300K,$=100加W/c加彳時(shí),Uoc=55QmV,Isc=28/M,

18、則由J=11以及l(fā)sc=打=靛-嚴(yán))如qd丿”得I枇=Iscl=xI=x28=56mA以詛E“100I9Rx103而lD=,=1&244x10124=18.244x10mAuqUx550 x1()7eKT-1goo26_i則匕相對(duì)于非常小,U機(jī)-J=KT.1)*血56)in=0.026111q28丿=0.018V=18wV所以Uocl=U+0.08=56SmV則當(dāng)負(fù)載電阻為最佳負(fù)載電阻時(shí)，可取輸出電壓=0.6C/wl=340.8/hV而此時(shí)的輸出電流近似等于光電流，即=I機(jī)=56mA則獲得最大功率的最佳負(fù)載電阻代=竺=塑=6.08G56最大輸岀功率化=Umxlm=340.8x56x107=19

19、.08/nWxS19.08200 x1=9.54%3.10解:參見(jiàn)教材習(xí)題P77例323.11解：由題意，當(dāng)最高入射輻射功率為400uW時(shí)，拐點(diǎn)電壓為1.0V,則由Ip=，爪得Ip=400 x0.4=160wA,Ib=lp-ID=160-0.2=159.8mA由厶=(i+p)Ib=51x159.&山=8.15/hA乂u10/z=4x10-9(A)R=如_=640=1600MO14X10-94.16設(shè)入射到PMT光敏而上的最人光通歌,=8x10/?,當(dāng)采用GDB-239型倍增管作為光電探測(cè)入射時(shí)，已知GDB-239為11級(jí)的光電倍增管，陰極為AgOCs陰極，倍增極為AgMg合金材料，陰極靈敏度為

20、lOpA/lm.若耍求入射通歌在8xl0/m時(shí)的輸出幅度不低J：0.15V,試設(shè)計(jì)該P(yáng)MT的變換電路。若供電電壓穩(wěn)定度只能做到001%,試問(wèn)該P(yáng)MT變換電路輸出信號(hào)的穩(wěn)定度最高能達(dá)到多少？答：（1）計(jì)算供電電源的電壓根據(jù)題目的輸出電壓幅度要求和PMT的噪聲特性，可以選擇陽(yáng)極電阻Ra=75KG,陽(yáng)極電流應(yīng)不小于打還，因此anunU0.1575=2(/叢)入射光通最為8x10/77?時(shí)的陰極電流為Ik=SQ,=10 x10X8X106=80 x106(/zA)此時(shí)，PMT的増益為G=10/lam=GSr訕=2.5x104x10 x10 x8x106=2(/zA)am光電技術(shù)第六章參考答案6.1為什

21、么說(shuō)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(duì)丁PN結(jié)注入發(fā)光的發(fā)光二極管，當(dāng)PN結(jié)處J：平衡位置時(shí)，存在一定的勢(shì)壘區(qū)。當(dāng)加正向偏壓時(shí)，PN結(jié)區(qū)勢(shì)壘降低，從擴(kuò)散區(qū)注入的大最非平衡載流子不斷地復(fù)合發(fā)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卜，電子與空穴做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即電子由N區(qū)向P區(qū)運(yùn)動(dòng)，|flj空穴向N區(qū)運(yùn)動(dòng)。但由電子的遷移率“”比空穴的遷移率,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)。6.2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J: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(dòng)導(dǎo)

22、致復(fù)合發(fā)光，因此要求有非平衡載流子的和對(duì)運(yùn)動(dòng)，使電子由N區(qū)向P區(qū)運(yùn)動(dòng)，而空穴由P區(qū)向N區(qū)運(yùn)動(dòng)。在不加偏加或加反向偏壓的情況卜，PN結(jié)內(nèi)部的漂移運(yùn)動(dòng)占主要優(yōu)勢(shì)，而這種少子運(yùn)動(dòng)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)龜上也是很微弱的，不足以使LED發(fā)光。因此，要使LED發(fā)光，必須加正向偏壓。6.3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？答：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(wú)關(guān)。無(wú)論什么材料制成的LED,都有一個(gè)相對(duì)光強(qiáng)度最強(qiáng)處（光輸出最人）,與之相對(duì)應(yīng)有一個(gè)波長(zhǎng)，此波長(zhǎng)即為峰值波長(zhǎng)心,。在LED譜線的峰值兩側(cè)42處，存在

23、兩個(gè)光強(qiáng)等峰值一半的點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)幾-入,+%,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)。6.4產(chǎn)生激光的三個(gè)必耍條件是什么？答：產(chǎn)生激光的三個(gè)必耍條件是：（1）必須將處低能態(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）要有人鼠的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，使受激輻射足以II服損耗：（3）有一個(gè)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。6.5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TLED光？答：半導(dǎo)體激光器體積小，重量輕，效率高，壽命

24、長(zhǎng)，并可采用簡(jiǎn)單的注入電流的方式來(lái)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。由這些優(yōu)點(diǎn)，它廣泛應(yīng)用光通信、光學(xué)測(cè)屋、自動(dòng)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J-LD的發(fā)光過(guò)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。6.6粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的條件是什么？為什么LD必須有諧振腔？答：要使激光工作物質(zhì)的受激輻射占主導(dǎo)地位，就必須從外部給工作物質(zhì)提供能最，如光激勵(lì)或正向PN結(jié)注入等，使處激發(fā)態(tài)的載流子數(shù)遠(yuǎn)人卩處基態(tài)的載流子數(shù)，也就是把載流

25、子的正常分布倒轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。這也是產(chǎn)生激光的三個(gè)條件中Z-：要有泵浦源。在激光工作物質(zhì)發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)后，盡管增益有所提高，但還不足以使其產(chǎn)生激光。為使發(fā)射光束貝有激光的特點(diǎn)，還必須使其產(chǎn)生振蕩”以形成諧振。諧振腔的作用正在此當(dāng)腔內(nèi)的增益遠(yuǎn)超過(guò)損耗時(shí)，便可使光波產(chǎn)生諧振。6.7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(hào)傳輸功能的器件，即為光電耦合器件。由j: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(hào)傳輸速度、體積、抗干擾性等方面都貝有傳統(tǒng)器件所無(wú)法比擬

26、的優(yōu)勢(shì)。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r工業(yè)自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制、電信號(hào)的傳輸和處理及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等方而。光電耦合器件的主要特性有：（1）具有電隔離的功能：（2）信號(hào)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特性。6.8舉例說(shuō)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(dòng)控制、遙控遙測(cè)、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(jiàn)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I部件，將會(huì)大大提高傳輸

27、中的信噪比。6.9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J：1,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?答：光電耦合器件中發(fā)光二極管的發(fā)光電流為匚，接收器件光電二極管產(chǎn)生的光電流可用Ic=al,表示，其中是與發(fā)光二極管的發(fā)光效率、光電二極管的增益及二者之間距離等參數(shù)有關(guān)的系數(shù)，稱為光激發(fā)效率。0般比較低，所以b般要人J-IcO由丁-0為/q與你的比值，因此光電耦合器件在不加復(fù)合放人三極管時(shí)，其電流傳輸比0總小r1。而當(dāng)接收器件采用光電三極管時(shí)，由j:光電三極管本身具有電流放人作用，因此輸出光電流人r等j:發(fā)光電流，也即其電流傳輸比人j:等1。

28、（光電二極管輸出光電流在加數(shù)最級(jí)，而光電三極管的輸出光電流在mA數(shù)量級(jí)。）6.10用光電耦合器件構(gòu)成或門、或非門邏輯電路（要求畫(huà)出電路圖）。答：用光電耦合器件構(gòu)成的或門：用光電耦合器件構(gòu)成的或非門為:6.11光電耦合器件在電路中的信號(hào)傳輸作用與電容的隔直傳交作用有什么不同？答：首先，光電耦合器件的信號(hào)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(hào)不同；其次，光電耦合器件可以將輸入端的直流信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)進(jìn)行傳輸，而電容具有隔直作用，無(wú)法傳輸直流信號(hào)；再次，對(duì)交流信號(hào)，光電耦合器件將其調(diào)制為同頻率光信號(hào)傳輸，對(duì)不同頻率的信源均無(wú)過(guò)濾作用，而電容傳輸交流信號(hào)時(shí)會(huì)表現(xiàn)出隨頻率不同而變化的

29、阻抗（也即過(guò)濾），無(wú)法傳輸?shù)皖l信號(hào)；最后，在抗干擾和抑噪方面，光電耦合器件比電容要好。2光電技術(shù)第七章參考答案7.1答:根據(jù)信息載入光學(xué)信息的方式可以分為6種光電信息變換的基本形式，如卜：信息載荷于光源的方式；信息載荷透明體的方式；信息載荷反射光的形式；信息載荷遮擋光的形式；信息載荷光學(xué)堂化器的方式：光通信方式的信息變換。全輻射測(cè)溫屬于信息載荷于光源的方式的光電信息變換。由J：物體自身輻射通常是緩慢變化的，因此，經(jīng)光電傳感器獲得的電信號(hào)為緩變信號(hào)或直流信號(hào)。為克服直流放人器的零點(diǎn)漂移、壞境溫度影響和背景噪聲的干擾，在這種形式中常采用光學(xué)調(diào)制技術(shù)或電子斬波調(diào)制的方法將其變?yōu)榻涣餍盘?hào)，然后再解調(diào)出

30、被測(cè)信息。7.2答:常用光通過(guò)透明薄膜時(shí)光通最的損耗與入射通最及材料對(duì)光吸收的規(guī)律求解。即D=Doe_a/式中a為透明薄膜對(duì)光的吸收系數(shù)，它與透明薄膜介質(zhì)的濃度C成正比，即a=/iCo“為與透明薄膜介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)的系數(shù)，則“為常數(shù)，光通量的損耗與透明薄膜介質(zhì)的濃度C及透明薄膜介質(zhì)的厚度/有關(guān)，采用信息載荷J：透明體的變化方式，變換電路的輸出信號(hào)電壓為/=爐=0廠如。這時(shí)我們需要采用刈數(shù)放人器對(duì)方程兩邊取自然對(duì)數(shù)后得In=lnt/0-Z/C/，即將變換電路的輸出信號(hào)電壓，送入對(duì)數(shù)放人器后，便可得到與透明薄膜介質(zhì)的濃度C及透明薄膜介質(zhì)的厚度/有關(guān)的信號(hào)。利用此信號(hào),在透明薄膜介質(zhì)的濃度C確定的情況卜

31、,可以方便的得到透明薄膜介質(zhì)的厚度/。7.3答：測(cè)杲物體表而粗糙度及表面疵病可采用信息載荷反射光的光電信息變換方式。通過(guò)檢測(cè)漫反射系數(shù)可以檢測(cè)物體表面的粗糙度及表面疵病的性質(zhì)。在檢測(cè)產(chǎn)品外觀質(zhì)最時(shí),變換電路輸出的疵病信號(hào)電壓/=Eg-,式中E為被測(cè)表面的照度，/;為正品（無(wú)疵?。┍砻娴姆瓷湎禂?shù)，八為疵病表面的反射系數(shù)，為光電器件有效視場(chǎng)內(nèi)疵病所占的面積，g為光電變換系數(shù)。當(dāng)E、人和？已知時(shí)，輸出電壓、.為E和B的函數(shù)，因此，可以通過(guò)輸出電壓的幅度判斷表面疵病程度和面積。7.4答：例如，將物體長(zhǎng)度信息最厶經(jīng)光學(xué)最化后形成個(gè)條紋信號(hào)，駅化后的長(zhǎng)度信息厶為L(zhǎng)=qn,式中g(shù)稱為長(zhǎng)度的崑化單位，我們采用

32、光柵摩爾條紋變換器，最化單位g等J：光柵的截距，是微米鼠級(jí)的常數(shù)，就可以確定物體的長(zhǎng)度了。這屬是信息載荷J：光學(xué)最化器的光電信息變換方式，也可稱為模一數(shù)光電變換方式。模一數(shù)光電變換中的光電變換電路只要輸出“0”和“1（高、低電平）兩種狀態(tài)的脈沖即可。脈沖的頻率、間隔、寬度、相位等都可以載荷信息。因此這類光電變換電路的輸出信號(hào)不再是電流或電壓，而是數(shù)字信息鼠尸。它與被測(cè)信息量0的函數(shù)關(guān)系為F=f（Q）a顯然數(shù)字信息鼠F只取決光通屋變化的頻率、周期、相位和時(shí)間間隔等信息參數(shù)，與光強(qiáng)無(wú)關(guān)，也不受電源、光學(xué)系統(tǒng)及機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等外界因素的影響。而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的、高精度的模擬光電信息變換常常遇到許多技術(shù)方而的困難，必須采用各種措施解決這些困難，才能獲得高質(zhì)量的模擬光電信息變換。所以在能用模一數(shù)光電變換電路時(shí)決不采用模擬光電信息電路。7.5答：模一數(shù)光電變換電路中被測(cè)的非電最信息載荷J：光信息最傳送給光電器件之后，光