光電成像光調(diào)制,光電檢測(cè)電路

/一、判斷、選擇與填空。1、用光電法測(cè)量某高速轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速時(shí),選用最合適的的光電器件是（D)。A。ＰMTB。CdS光敏電阻C。2CＲ42硅光電池D.３DＵ型光電三極管２、以激光為載體，將信息加載到激光的過(guò)程,稱(chēng)為調(diào)制．３、一般CCD驅(qū)動(dòng)脈沖頻率越高，電荷轉(zhuǎn)移損失率越（A)大B、小C、一樣D都有可能CCD的暗電流與溫度有關(guān),溫度越高，暗電流越大(√)5、CCD的工作過(guò)程就是信號(hào)電荷的電荷產(chǎn)生、電荷存儲(chǔ)、電荷轉(zhuǎn)移和電荷檢測(cè)。31、產(chǎn)生布喇格聲光衍射的條件是聲波頻率較高射、聲光作用長(zhǎng)度L較大和光束與聲波波面間以一定的角度斜入.二、計(jì)算與簡(jiǎn)答2、與象限探測(cè)器相比PSD有什么特點(diǎn)？如何測(cè)試圖中光點(diǎn)A偏離中心的位置?答:答:PＳD是利用離子注入技術(shù)制成的一種可確定光的能量中心位置的結(jié)型光電器件,其特點(diǎn)是,（1）它對(duì)光斑的形狀無(wú)嚴(yán)格要求,只與光的能量中心有關(guān)（2）光敏面上無(wú)須分割，消除了死區(qū)，可連續(xù)測(cè)量光斑位置，分辨率高.(３)可同時(shí)檢測(cè)位置和光強(qiáng),PSD器件輸出總電流和入射光強(qiáng)有關(guān)，所以從總的電流可求得相應(yīng)的入射光強(qiáng)。工作原理:當(dāng)光束入射到ＰSＤ器件光敏層上距中心點(diǎn)的距離為xA時(shí)，在入射位置上產(chǎn)生與入射輻射成正比的信號(hào)電荷，此電荷形成的光電流通過(guò)電阻ｐ型層分別由電極1與２輸出.設(shè)p型層的電阻是均勻的,兩電極間的距離為2L，流過(guò)兩電極的電流分別為I１和I2,則流過(guò)ｎ型層上電極的電流Ｉ0為I1和I2之和(I０＝I1＋Ｉ2)計(jì)算公式為3、簡(jiǎn)述光頻外差探測(cè)的特點(diǎn)。答:（1)高的轉(zhuǎn)換增益。(2）良好的濾波性能。（3）良好的空間和偏振鑒別能力。（4）小的信噪比損失;有利于微弱光信號(hào)的探測(cè)。（５）探測(cè)靈敏度高(或具有極限靈敏度）。4、在兩個(gè)激光放大器之間，通常加入隔離器,使光束只沿一個(gè)方向傳播.現(xiàn)有一4５°法拉第旋轉(zhuǎn)器,偏振片若干，運(yùn)用所學(xué)的知識(shí),在如圖3所示的光路中設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的磁光隔離器，畫(huà)出結(jié)構(gòu)示意圖，并說(shuō)明其工作原理。激光激光放大器激光放大器光束傳播方向圖３答：如圖所示,磁光隔離器主要由起偏器、４５°法拉第旋轉(zhuǎn)器和檢偏器構(gòu)成．起偏器和檢偏器光軸間夾角為45°。來(lái)自起偏器的線(xiàn)偏振光,經(jīng)45°法拉第旋轉(zhuǎn)器之后，由于磁光效應(yīng)，振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)４５°，正好與檢偏器的光軸平行,能通過(guò)檢偏器傳播。若傳播的光受到反射，反射的光再度通過(guò)4５°法拉第旋轉(zhuǎn)器,振動(dòng)面又旋轉(zhuǎn)45°，正好與起偏器的光軸垂直，從而被擋住，避免了反射光進(jìn)入作為光源的激光器而影響光源的穩(wěn)定性,這樣可以起到隔離的作用。起偏器起偏器檢偏器450法拉第偏轉(zhuǎn)器450激光450激光放大器激光放大器試述CCＤ的結(jié)構(gòu)和工作原理。答：ＣCD工作過(guò)程的主要是信號(hào)電荷的產(chǎn)生、存儲(chǔ)、傳輸（耦合）和檢測(cè)。CCD工作時(shí),在設(shè)定的積分時(shí)間內(nèi)，光敏元對(duì)光信號(hào)進(jìn)行采樣，將光的強(qiáng)弱轉(zhuǎn)換為各光敏元的電荷量。取樣結(jié)束后，各光敏元的電荷在轉(zhuǎn)移柵信號(hào)驅(qū)動(dòng)下，轉(zhuǎn)移到CCD內(nèi)部的移位寄存器相應(yīng)單元中.移位寄存器在驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘的作用下，將信號(hào)電荷順次轉(zhuǎn)移到輸出端。輸出信號(hào)可接到示波器、圖像顯示器或其它信號(hào)存儲(chǔ)、處理設(shè)備中，可對(duì)信號(hào)再現(xiàn)或進(jìn)行存儲(chǔ)處理。為什么CCD叫電荷耦合器件?它是如何使信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移的？答:ＣCD的英文全稱(chēng)cｈargedcouplｅdｄevice，ＣＣD的突出特點(diǎn)是以電荷作為信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電荷的存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)移,而不同于其它大多數(shù)器件是以電流或者電壓為信號(hào),所以稱(chēng)為電荷耦合器件。tt1t2t3t4圖３(1）在t1時(shí)刻,φ1高電位,φ2、φ３低電位。此時(shí)φ1電極下的表面勢(shì)最大，勢(shì)阱最深。假設(shè)此時(shí)已有信號(hào)電荷（電子)注入，則電荷就被存儲(chǔ)在φ1電極下的勢(shì)阱中。(2)t2時(shí)刻，φ1、φ2為高電位，φ3為低電位，則φ1、φ２下的兩個(gè)勢(shì)阱的空阱深度相同,但因φ1下面存儲(chǔ)有電荷，則φ1勢(shì)阱的實(shí)際深度比φ2電極下面的勢(shì)阱淺,φ1下面的電荷將向φ2下轉(zhuǎn)移，直到兩個(gè)勢(shì)阱中具有同樣多的電荷。(3）t3時(shí)刻，φ2仍為高電位，φ３仍為低電位,而φ1由高到低轉(zhuǎn)變。此時(shí)φ1下的勢(shì)阱逐漸變淺,使φ１下的剩余電荷繼續(xù)向φ２下的勢(shì)阱中轉(zhuǎn)移。（4)t４時(shí)刻，φ２為高電位,φ１、φ３為低電位，φ2下面的勢(shì)阱最深,信號(hào)電荷都被轉(zhuǎn)移到φ２下面的勢(shì)阱中，這與t1時(shí)刻的情況相似，但電荷包向右移動(dòng)了一個(gè)電極的位置。當(dāng)經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)鐘周期T后，電荷包將向右轉(zhuǎn)移三個(gè)電極位置,即一個(gè)柵周期（也稱(chēng)一位）。因此，時(shí)鐘的周期變化，就可使CCD中的電荷包在電極下被轉(zhuǎn)移到輸出端。9、說(shuō)明電光調(diào)制器、聲光調(diào)制器和磁光調(diào)制器的工作原理。答:電光調(diào)制原理:電光調(diào)制器最重要的部分是電光晶體。電光晶體放在兩片正交偏振片之間。當(dāng)光通過(guò)時(shí),加在晶體上的交變電壓使折射率發(fā)生變化,通過(guò)晶體的偏振光發(fā)生相位差,引起出射光強(qiáng)度變化。這樣,只要將電信號(hào)加到電光晶體上，光便被調(diào)制成載有信息的調(diào)制光。聲光調(diào)制原理：聲光調(diào)制是利用聲光效應(yīng)將信息加載于光頻載波上的一種物理過(guò)程。調(diào)制信號(hào)是以電信號(hào)（調(diào)輻）形式作用于電-聲換能器上，電-聲換能器將相應(yīng)的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為變化的超聲場(chǎng)，當(dāng)光波通過(guò)聲光介質(zhì)時(shí),由于聲光作用，使光載波受到調(diào)制而成為“攜帶"信息的強(qiáng)度調(diào)制波。磁光調(diào)制原理：一束平面偏振光通過(guò)磁場(chǎng)作用下的磁光晶體時(shí)，其偏振面受到正比于外加磁場(chǎng)的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn).將磁光介質(zhì)（鐵釔石榴石Y3Ｆe5O12或三溴化鉻CrBｒ3）置于高頻線(xiàn)圈中.在它的左右兩邊，各加一個(gè)偏振片。安裝時(shí)，使它們的光軸彼此垂直.沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)，自然光通過(guò)起偏振片變?yōu)槠狡馔ㄟ^(guò)磁光介質(zhì)。到達(dá)檢偏振片時(shí),因振動(dòng)面沒(méi)有發(fā)生旋轉(zhuǎn),光因其振動(dòng)方向與檢偏振片的光軸垂直而被阻擋,檢偏振片無(wú)光輸出.有磁場(chǎng)時(shí),入射于檢偏振片的偏振光因振動(dòng)面發(fā)生旋轉(zhuǎn),檢偏振片有光輸出.光輸出的強(qiáng)弱與磁致旋轉(zhuǎn)角θ有關(guān)。１0、要實(shí)現(xiàn)光的強(qiáng)度調(diào)制、頻率調(diào)制和光隔離分別選用哪種光調(diào)制器件?答：電光、聲光和磁光１１、若兩相線(xiàn)陣CＣＤ的像敏單元為1024個(gè),器件的總轉(zhuǎn)移率為0．94,試計(jì)算每個(gè)轉(zhuǎn)移單元的最低轉(zhuǎn)移效率是多少？ＣCD的時(shí)鐘頻率上下限如何選擇？解：∴ε０＝0。000０30212∴∴14、15、設(shè)計(jì)一套測(cè)量材料透過(guò)率的光電測(cè)試自動(dòng)裝置，要求消除光源的不穩(wěn)定性因素的影響。⑴繪出工作原理圖。（２）說(shuō)明工作原理。（答案請(qǐng)ｐpt內(nèi)自己整理，原理圖大致畫(huà)一下，能夠正確表達(dá)涵義即可）1６、（ａ）波長(zhǎng)為λ=0。55μm的干涉儀，測(cè)得的光通量變化頻率為4×1０5Hz。求物體的運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)υ.答：（b）波長(zhǎng)為λ=０。５5μm的干涉儀，測(cè)得的光通量變化了40次。求物體的運(yùn)動(dòng)距離(對(duì)照ppt自己計(jì)算,答案：2２μm）。1６題圖2０題圖17、設(shè)計(jì)一臺(tái)有合作目標(biāo)的光電測(cè)距裝置.說(shuō)明工作原理、畫(huà)出原理框圖。（答案請(qǐng)ppｔ內(nèi)自己整理)1８光學(xué)目標(biāo)是什么?（答案請(qǐng)ppt內(nèi)自己整理)１９、簡(jiǎn)述PSD的工作原理。（答案請(qǐng)pｐt內(nèi)自己整理）20、根據(jù)磁光開(kāi)關(guān)示意圖解釋其工作原理（具體內(nèi)容見(jiàn)光調(diào)制那一節(jié)ｐpt自己整理)2１、根據(jù)下圖，解釋半導(dǎo)體光纖溫度計(jì)的測(cè)溫原理.(a)(b)答：圖a中LED光源發(fā)射的光其光譜分布如圖b所示，峰值波長(zhǎng)大約在0.8７μm附近，光纖在這里起到了傳光的作用,光纖本身不作為傳感器,對(duì)溫度敏感的是光纖中間的半導(dǎo)體器件。如果中間沒(méi)有半導(dǎo)體溫度傳感器，那么光接收器接收到的光線(xiàn)，光譜分布與LED光源發(fā)射光的光譜分布一致。加入半導(dǎo)體溫度傳感器后,半導(dǎo)體溫度傳感器的長(zhǎng)波段透過(guò)率比較高,短波段透過(guò)率較低，溫度為Ｔ１時(shí),其透過(guò)率的截止波長(zhǎng)大約在０．８6μｍ附近，溫度逐漸上升，T2是透過(guò)率截止波長(zhǎng)大約在