光電檢測(cè)原理與技術(shù)試題一

1、光電檢測(cè)原理與技術(shù)試題一一.單項(xiàng)選擇題（每題只有一個(gè)正確選項(xiàng)，每小題2分,共40分）1.任何溫度下對(duì)任何波長(zhǎng)的入射輻射能的吸收比都等于1，稱為（A）.A黑體B灰體C黑洞D絕對(duì)黑體2半導(dǎo)體中施主能級(jí)的位置位于（A）中.A.禁帶B.價(jià)帶C.導(dǎo)帶D.滿帶3在給定l2波長(zhǎng)范圍內(nèi)，某一輻射源發(fā)出的輻射通量與產(chǎn)生這些輻射通量所需的電功率之比，稱為（B）.A.輻射效率B.發(fā)光效率C.光譜功率D.空間光強(qiáng)4.熱效應(yīng)較大的光是（C）.A.紫光B.紅光C.紅外D.紫外5結(jié)型光電器件與三極管連接，保證放大，要接在(C).A.集射極間短路B.基集極間短路C.基射極間正偏D.基集極間反偏6.為了實(shí)現(xiàn)均勻倍增，雪崩光電二

2、極管襯底摻雜材料要求(A).A.濃度均勻B.濃度大C.濃度小D.濃度適中7.波長(zhǎng)為10m的光線屬（C）。A.近紅外線B.中紅外線C.遠(yuǎn)紅外線D.極遠(yuǎn)紅外線8光纖折射率纖芯n1、包層n2、外套n3的關(guān)系是（B）.A.n1n2n3B.n1n3n2C.n3n2n1D.n2n3n19波長(zhǎng)為1mm的波屬于（B）A.遠(yuǎn)紅外線B.太赫茲波C.可見光D.X射線10硅光電二極管與硅光電池比較，前者（A）A摻雜濃度低B電阻率低C零偏工作D光敏面積大11鹵鎢燈是一種(B).A.氣體光源B.熱光源C.冷光源D.激光光源12.下列光源中，最佳的彩色攝影用光源是（A）A氙燈B氫燈C汞燈D汞氙燈13.光的發(fā)射，屬于受激發(fā)射

3、的器件是（A）.A.LDB.LEDC.CCDD.PMT14在光電倍增管中，產(chǎn)生光電效應(yīng)的是(A).A陰極B.陽極C.倍增極D.玻璃窗15像管中（D）的出現(xiàn)和使用，成為了第一代像管出現(xiàn)的標(biāo)志性部件。A.負(fù)電子親和勢(shì)陰極；B.電子光學(xué)系統(tǒng)；C微通道板MCP；D.光纖面板 16半導(dǎo)體結(jié)中并不存在（D）A.PN結(jié)B.PIN結(jié)C.肖特基結(jié)D.光電結(jié)17光通量是輻射通量的（A）倍.A.683B.1/683C.863D.1/86318斯乃爾公式是（A）A222101sinnnncB212201sinnnncC222011sinnnncD202121sinnnnc19可產(chǎn)生太赫茲輻射的光源是（D）A.氙燈B.

4、CO2激光器C.氦氖激光器D.飛秒脈沖激光器20面陣CCD主要是通過（A）工作.A.電荷B.電壓C.電流D.電阻二、多項(xiàng)選擇題（每題2分，共10分）1.光電效應(yīng)有（ABCDE）。A.光電導(dǎo)效應(yīng)B.光生伏特效應(yīng)C.內(nèi)光電效應(yīng)D.丹培效應(yīng)E.光子牽引效應(yīng) 2.面陣CCD種類有(ABC).A.FTB.ILTC.FITD.FFE.II3.線陣CCD的組成包括（ABCDE）.A.ID B.IG C.OD D.OG E.MOS4.CCD的種類有（ABCDE）.A.紅外CCDB.可見光CCDC.X射線CCDD.紫外CCDE.微光CCD5.依熱效應(yīng)分，熱探測(cè)器種類有（ABCDE）.A.輻射熱計(jì)B.輻射熱電偶C

5、.輻射熱電堆D.熱釋電探測(cè)器E.高萊管三.填空題(每空1分,共10分)1.光電二極管的PN結(jié)工作在反偏狀態(tài)，它的反向電流會(huì)隨光照強(qiáng)度的增加而增加。2吸收量M與投射的輻射線量E的比率稱為吸收系數(shù).3斯忒藩-玻耳茲曼定律，某一溫度物體總輻出度為T4 4按光波在時(shí)間、空間上的相位特征,將光源分為相干和非相干光源.5半導(dǎo)體受光照后電流增加的現(xiàn)象，稱為光電導(dǎo)效應(yīng).6.S()U()/(），S()稱為光電器件的光譜靈敏度7.人眼按不同照度下的響應(yīng)可分為明視覺、暗視覺。四.簡(jiǎn)答計(jì)算題(共40分)1.什么是熱光源？（5）答：物體由于溫度較高而向周圍溫度較低環(huán)境發(fā)射熱量的形式稱為熱輻射，這種物體稱為熱輻射源。2.

6、簡(jiǎn)述LED的發(fā)光原理。（10分）答：光電二極管在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光。3.何謂“白噪聲”？何謂“1/f噪聲”？要降低電阻的熱噪聲應(yīng)采用什么措施？（10）答：功率譜大小與頻率無關(guān)，稱為白噪聲；功率譜與1/f成正比，稱為1/f噪聲。熱噪聲功率公式看出，熱噪聲與溫度、頻寬、電阻的倒數(shù)成正比，因此要降低溫度；常溫時(shí)，工作范圍要在1012Hz頻率以下。4.圖為一理想運(yùn)算放大器，對(duì)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U0=0.6V。在E=100lx的光照下，輸出電壓U

7、1=2.4V。求：（1）2CU2的暗電流；（2）2CU2的電流靈敏度。（15分）已知：U0=0.6V，E=100lx，U1=2.4V求ID和SE解：(1)根據(jù)運(yùn)算放大器虛短和虛斷原理，由于運(yùn)算放大器電阻很大，兩輸入端的信號(hào)差值很小，近似為零，估算2CU2中電流則流過R上的電流I0近似為流過2CU2的暗電流為IDI0IDU0/R0.6V/1.5M0.410-6A=0.4A(2)當(dāng)受到光照時(shí)，2CU2的電流IPU1/R2.4/1.51.6A又IPSEESEIP/E1.6A/100lx1.6108(A/lx)第1、溫度變化與自發(fā)極化強(qiáng)度有何關(guān)系？答：晶體的整體溫度的微小變化T產(chǎn)生自發(fā)極化強(qiáng)度Ps的變

8、化可表示為Ps=PT式中P為熱釋電系數(shù)矢量，一般有三個(gè)分量Pi（i=1.2，3）Pi=dPsidT(單位ck)在與電熱釋電晶體的自發(fā)極化強(qiáng)度Ps軸垂直的表面內(nèi)出現(xiàn)的束縛電荷面密度等于Ps，晶體內(nèi)部電荷中和束縛電荷的平均時(shí)間=r這里為晶體的介電常數(shù)，r為晶體的電導(dǎo)率，多數(shù)熱釋電晶體值在11000s之間。第2、熱電勢(shì)探測(cè)器能否測(cè)量直流信號(hào)？為什么？答：用于人體的熱釋電探測(cè)器，它的工作波長(zhǎng)為715m，人體輻射為9m，圖中被測(cè)物體（或人體）所輻射的紅外線經(jīng)過遮光盤的調(diào)制產(chǎn)生調(diào)制頻率為的紅外光照攝熱釋電晶體，當(dāng)1時(shí)，晶體內(nèi)自由電荷來不及中和表面束縛電荷的變化結(jié)果就使在垂直于極化強(qiáng)度Ps的兩端面間出現(xiàn)交流

9、電壓，在端面上敷以電極，并接上負(fù)載電阻就有電流通過，在負(fù)載R兩端就有交流電壓輸出，設(shè)溫度變化率為dTdt，極化強(qiáng)度Ps對(duì)時(shí)間的變化率為dPsdt，電極面積為A，則AdPsdt就相當(dāng)于電路上的電流，于是電壓輸出與溫度變化率成正比。第3、硅光電池為什么使用梳狀電池？答：梳狀電極：大面積光敏面采用梳狀電極可以減少光載流子的復(fù)合，從而提高轉(zhuǎn)換率，減少表面接觸電阻。第4、為什么有些光敏二極管在制作PN結(jié)的同時(shí)還做出一個(gè)環(huán)極？答：無光照時(shí)反向電阻很大（M級(jí)）只有打在PN結(jié)附近，使PN結(jié)空間電荷區(qū)（耗盡層）產(chǎn)生光生電子空穴對(duì)時(shí)它們與P區(qū)、N區(qū)的少數(shù)載流子一起在PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)的作用下做定向移動(dòng)形成光電流，此時(shí)它

10、的反向電阻大為降低，一般只有1K到幾百歐，當(dāng)負(fù)偏壓增加時(shí)耗盡層加寬使光電流增大，靈敏度提高，光電流與入射光照度成線性關(guān)系。光敏二極管的缺點(diǎn)：暗電流較大為了減少無光照時(shí)反向漏電流（暗電流）的影響有些光敏二極管（如2DU型）在制作PN結(jié)的同時(shí)還做出一個(gè)環(huán)形的擴(kuò)散層引出的電極稱為環(huán)極，如圖所示因環(huán)極電位比負(fù)極電位高所以反向漏電流（暗電流）直接從環(huán)極流過而不再經(jīng)過負(fù)極從而可以減少負(fù)極與正極之間的暗電流。第5、兩種高速的光電二極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和原理？（PIN、APD）答：PIN光電二極管結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：P層和N層之間增加了一層很厚的高電阻率的本征半導(dǎo)I增加I區(qū)優(yōu)點(diǎn)：（1）因?yàn)镮區(qū)相對(duì)的P區(qū)和N區(qū)是高阻，在反偏的

11、工作情況下，它承受極大部分電壓降，使耗盡區(qū)增大，這樣展寬了光電轉(zhuǎn)換有效工作區(qū)，使靈敏度增大 （2）又因?yàn)镻IN結(jié)光電二極管的工作電壓是很高的反偏電壓，使PIN結(jié)的耗盡層加寬，電場(chǎng)強(qiáng)光生電流加速因而大幅度減少了載流子在結(jié)構(gòu)內(nèi)漂移時(shí)間元件的響應(yīng)速度加快電路特點(diǎn)：反偏電壓高APD光電二極管結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：在光照時(shí)P+層受光子能量激發(fā)的電子從所帶電躍遷到導(dǎo)帶，在高電場(chǎng)作用下，電子從高速通過P層產(chǎn)生碰撞電離，形成大量新生電子空穴對(duì)，并且它們也從電場(chǎng)中獲得高能量與從P+層來的電子一起再次碰撞P區(qū)的其他原子，又產(chǎn)生大批新生電子第6、光纖傳感器種類？答：光纖傳感器一般可分為兩大類：一類是功能型傳感器，又稱FF型光纖

12、傳感器，它是利用光纖本身的特性，把光纖作為敏感元件，既感知信息又傳輸信息，所以又稱傳感型光纖傳感器。另一類是非功能型傳感器，又稱NF型光纖傳感器，它是利用其他敏感元件感受被測(cè)量的變化，光纖僅作為光的傳輸介質(zhì)，用以傳輸來自于遠(yuǎn)處或難以接近場(chǎng)所的光信號(hào)，因此，也稱為傳光型光纖傳感器。第7、硅光電池和硒光電池的結(jié)構(gòu)，適用的波長(zhǎng)范圍（光譜特性），適合何種光，在實(shí)際中應(yīng)用如何？答：硒光電池結(jié)構(gòu)：先在鋁片上覆蓋一層P型半導(dǎo)體硒，然后蒸發(fā)一層鎘，然后加熱生成N型硒化鎘，與原來P型硒形成一個(gè)大面積PN結(jié)，然后涂上半透明保護(hù)層，焊上電極，鋁片為正極，硒化鎘為負(fù)極。適用波長(zhǎng)0.30.7m。在實(shí)際應(yīng)用中，由于硒光電

13、池的光譜響應(yīng)曲線與V（）很相似，很適合做光度測(cè)量的檢測(cè)量。硅光電池結(jié)構(gòu)：它是用單晶硅組成的，在一塊N型硅片上擴(kuò)散P型雜質(zhì)（如硼），形成一個(gè)擴(kuò)散P+N結(jié)；或在P型硅片擴(kuò)散N型雜質(zhì)（如磷），形成N+P結(jié)；再焊上兩個(gè)電極。P端為光電池正極，N端為光電池負(fù)極，作光電檢測(cè)器在地面技術(shù)上使用的最多為P+N型。適用波長(zhǎng)0.51.0m在實(shí)際應(yīng)用中，把硅光電池單體經(jīng)串聯(lián)、并聯(lián)組成電池組，與鎳鎘蓄電池配合，可作為衛(wèi)星、微波站、野外燈塔、航標(biāo)燈和無人氣象站等無輸電線路地區(qū)的電源供給。第8、光電導(dǎo)效應(yīng)：在物質(zhì)受到輻射光的照射后，材料的電學(xué)性質(zhì)發(fā)生了變化（電導(dǎo)率改變、發(fā)射電子、產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等）的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。外光

14、電效應(yīng)：是指受到光輻射的作用后，產(chǎn)生電子發(fā)射的現(xiàn)象。內(nèi)光電效應(yīng)：是指受到光照射的物質(zhì)內(nèi)部電子能量狀態(tài)產(chǎn)生變化，但不存在表面發(fā)射電子的現(xiàn)象。光電導(dǎo)效應(yīng)：半導(dǎo)體受光照后，內(nèi)部產(chǎn)生光生載流子，使半導(dǎo)體中載流子顯著增加而電阻減小的現(xiàn)象。光生伏特效應(yīng)：光照在半導(dǎo)體PN結(jié)或金屬半導(dǎo)體接觸面上時(shí)，會(huì)在PN結(jié)或金屬半導(dǎo)體接觸的兩側(cè)產(chǎn)生光電動(dòng)勢(shì)。本征光電導(dǎo)效應(yīng)：只有光子能量m大于材料禁帶寬度Eq的入射光，才能激發(fā)出電子空穴對(duì)，使材料產(chǎn)生光電導(dǎo)效應(yīng)現(xiàn)象光熱效應(yīng)：某些物質(zhì)受到光照后，由于溫度變化而造成材料性質(zhì)發(fā)生變化的現(xiàn)象溫差電效應(yīng)：由兩種材料制成的結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)溫差而在兩結(jié)點(diǎn)間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)回路產(chǎn)生電流雜質(zhì)光電導(dǎo)效應(yīng)：是指

15、雜質(zhì)半導(dǎo)體中的施主或者受主吸收光子能量后電離，產(chǎn)生自由電子或空穴，從而增加材料電導(dǎo)率的現(xiàn)象第9、兩種高速的光電二極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，原理答：APD：在光照時(shí)，P+層受光子能量激發(fā)的電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，在高電場(chǎng)作用下，電子從高速通過P層并在P層產(chǎn)生碰撞電離形成大量新生電子空穴對(duì)，并且它們也從電廠中獲得高能量，與從P+層來的電子一起再次碰撞P區(qū)的其他電子，又產(chǎn)生大批新生中子PIN：P層和N層之間增加了一層很厚的高電阻率的本征半導(dǎo)體I第10、光電管、光電倍增管的光譜特性取決于什么、結(jié)構(gòu)和原理答：光電管：光譜特性陰極材料不同時(shí)，對(duì)不同波長(zhǎng)的光敏感度不同工作原理和結(jié)構(gòu)如圖。光電倍增管：光譜響應(yīng)寬特別是對(duì)紅

16、光和紅外光。工作原理：陰極在光照下發(fā)射出光電子，光電子受到電極間電場(chǎng)作用而獲得較大的能量，當(dāng)電子以足夠的速度打到倍增電極上時(shí)，倍增電極便會(huì)產(chǎn)生二次電子發(fā)射，使得向陽極方向運(yùn)動(dòng)的電子數(shù)目成倍的增加，經(jīng)過多極倍增，最后到達(dá)陽極被收集而形成陽極電流隨著光信號(hào)的變化、在倍增極不變的條件下，陽極電流也隨光信號(hào)而變化達(dá)到把小的光信號(hào)變成大的電信號(hào)的目的。結(jié)構(gòu)：光陽極K，倍增極D，陽極A第11、為什么功能型光纖傳感器在結(jié)構(gòu)上是連續(xù)的？答：功能型傳感器利用光纖本身的特性，把光纖作為敏感元件既感知信息又傳輸信息，光纖與被測(cè)對(duì)象相互作用時(shí)光纖本身的結(jié)構(gòu)參量（尺寸和形狀）發(fā)生變化，光纖的傳光特性發(fā)生相關(guān)變化，光纖中

17、的光波參量受到相應(yīng)控制即在光纖中傳輸?shù)墓獠ㄊ艿搅吮粶y(cè)對(duì)象的調(diào)制，空載波變?yōu)檎{(diào)制波，攜帶了被測(cè)對(duì)象的信息，另一層意思，光纖與被測(cè)對(duì)象作用時(shí)，光纖自身的結(jié)構(gòu)參量并不發(fā)生變化，而光纖中傳輸?shù)墓獠ㄗ陨戆l(fā)生了某種變化，攜帶了待測(cè)信息第12、APD光電二極管在結(jié)構(gòu)上有什么優(yōu)點(diǎn)，為什么？答：雪崩式光電二極管(APD)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：在光照時(shí)，P+層受光子能量激發(fā)的電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，在高電場(chǎng)作用下電子從高速通過P層產(chǎn)生碰撞電離形成的大量新生電子空穴對(duì)，并且它們也從電場(chǎng)中獲得高能量，與從P+層來的電子一起再次碰撞P區(qū)的其他原子，又產(chǎn)生大批新電子第13、PIN結(jié)光電二極管增加了一層I區(qū)有什么優(yōu)點(diǎn)？答：（1）因?yàn)镮區(qū)

18、相對(duì)于P區(qū)的高阻，在反偏的工作情況下，它承受極大部分電壓降使耗盡區(qū)增大，這樣展寬了光電轉(zhuǎn)換的有效工作區(qū)，使靈敏度增大（2）又因?yàn)镻IN結(jié)光電二極管的工作電壓是很高的反偏電壓，使PIN結(jié)的耗盡層加寬電場(chǎng)強(qiáng)光生電流加速，因而大幅度減少了載流子在結(jié)構(gòu)漂移時(shí)間，元件的響應(yīng)速度加快第14、為什么說光纖傳感器不受電磁場(chǎng)干擾？答：因?yàn)楣饫w傳感器是利用光波傳輸信息，而光纖是一種多層結(jié)構(gòu)的圓柱體，由石英玻璃或塑料制成的電絕緣耐腐蝕的傳輸媒質(zhì)，并且安全可靠第15、試畫出激光多普勒光纖測(cè)速系統(tǒng)的原理圖，說明其工作原理？答：圖中He-Ne激光器是經(jīng)穩(wěn)頻后的單模激光，分束鏡把激光分成兩路，在兩束光經(jīng)匯聚透鏡L1把它們匯聚成焦點(diǎn)，在焦點(diǎn)附近兩束光形成涉場(chǎng)、流體流經(jīng)這一范圍時(shí)，流體中的微小顆粒對(duì)光進(jìn)行散射聚焦透鏡L2把這些散射光聚焦在光電倍增管上，產(chǎn)生包含流速信息的光電信號(hào)，經(jīng)適當(dāng)?shù)碾娮泳€路處理可測(cè)出流體的流速第16、物質(zhì)、能量和信息是人類發(fā)展的三大基本要素。信息技術(shù)是一種綜合技術(shù)，