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.PMT B.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）A、大B、小C、一樣D都有可能4、 CCD的暗電流與溫度有關(guān)，溫度越高，暗電流越大（J）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］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％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匕和L，則流過(guò)n型層上電極的電流/為I和/之和0=I+匕）。L—xI=I ^1 。2L計(jì)算公式為＜L+x計(jì)算公式為＜12=102LAx=上匕LA12+I]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?，F(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，畫出結(jié)構(gòu)示意圖，并說(shuō)明其工作原理。光束傳播方向光束傳播方向圖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。偏轉(zhuǎn)器5、試述CCD的結(jié)構(gòu)和工作原理。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。6、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？41 23答：CCD的英文全稱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)，所以稱為電荷耦合器件。41 23①1①2①3

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或三漠化格CrBr3）置于高頻線圈中。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。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：門1024x2=0.94nn=0.999969788...￡0=0.000030212???fL>121 匚為非平衡載流子的平均壽命fH<1/（21DIn￡0） 1D為CCD勢(shì)阱中電量因熱擴(kuò)散作用而衰減的時(shí)間常數(shù)14、如Aarclanla) b)例5?1如圖5-10a所示的電路中，設(shè)電源電壓?=9V,光敏二極管的伏安符性I田線心圖5-10b,光敏二極管上的光照度在0~1501x之間變化。若光照度在此范圍內(nèi)作正弦變化，要使輸出交變電壓的幅值為3V,如Aarclanla) b)解由圖5-lOb可以看出，光敏二極管的暗電流為2piA,光照度為1501x時(shí)的光電流為17mA,因此光電流變化量A/=（17-2）jiA=15jiA圖5-1（）光敏.二極管輸入電路及其伏安特性

圖5-1（）光敏.二極管輸入電路及其伏安特性

a）電路b）曲線3 - ―此所需負(fù)載電阻R= = U=4UVKAZA/7.5xIO*通過(guò)N點(diǎn)（9,0）作一條與U軸成a=tan”?角的直線，與/軸交于M點(diǎn)，則而|!|1為所求的負(fù)載線，。為電路的工作點(diǎn)。 >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，原理圖大致畫一下，能夠正確表達(dá)涵義即可）

16、（a）波長(zhǎng)為入=0.55.m的干涉儀，測(cè)得的光通量變化頻率為4X105ftz。求物體的運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)u。dx 人dN人u=——= =—dt 2dt 20.55x0.55x10-62x4x105=0.11m/s（b）波長(zhǎng)為入=0.55.m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：22.m）。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0.87Mm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，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0.86pm附近，溫度逐漸上升，T2是透過(guò)率截止波長(zhǎng)大約在0.89pm附近，進(jìn)一步上升，T3的透過(guò)率截止波長(zhǎng)大約在0.91pm附近，T3>T2>T1的吸收波長(zhǎng)邊沿分布如圖b所示，隨著溫度的上升，吸收波長(zhǎng)邊沿往長(zhǎng)波段移動(dòng)，所以光接收器接收到的光（圖中陰影部分）隨著溫度升高逐漸減小，與溫度有對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而達(dá)到測(cè)溫的目的。22、為什么光頻外差探測(cè)的探測(cè)精度較高？根據(jù)ppt自己整理。（1） 在t1時(shí)刻，（P1高電位，（P廣（P③低電位。此時(shí)？1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◎1電極下的勢(shì)阱中。（2） t2時(shí)刻，（p1、（p2為高電位，（p3為低電位，則？1、？2下的兩個(gè)勢(shì)阱的空阱深度相同，但因？1下面存儲(chǔ)有電荷，則◎1勢(shì)阱的實(shí)際深度比p2電極下面的勢(shì)阱淺，p1下面的電荷將向p2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，p2仍為高電位，p3仍為低電位，而p1由高到低轉(zhuǎn)變。此時(shí)p1下的勢(shì)阱逐漸變淺