光电子技术测验卷(二)答案

一、填空题（20分）

1、在设计热探测器时，为改善对缓变信号的探测能力，需 增大 其热容量H, 减少 其热导G，而要改善对快速光信号的响应特性，则需 减少 其热容量H, 增大 其热导G。

2、光电探测器中主要的固有噪声有 热噪声 、 散粒噪声 、 产生-复合噪声 、 1/f噪声 、 温度噪声 。

3、请将下列光电探测器按响应时间由快到慢的顺序依次排列：①光电二极管；②PIN管；③热电偶；④热敏电阻；⑤光电池。（写序号） ②、①、⑤、 ④、③ 。

（热敏电阻型探测器的响应时间在1～10ms之间，比光电探测器差。热电偶型探测器响应时间达30～50ms，响应时间更长。）

2

4、0.5mW的光通量相当于 0.3415 流明，当这一光通量全部入射到2cm的光电池上，光电池接受的照度为 1707.5 勒克斯。（v()683V()e()）

二、判断题（8分）

1、F 2、F 3、R 4、R 三、简答题（30分）

*

1、 写出归一化探测率D的表达式，并说明其物理意义。（P.70）

(Adf)1/2SI11/2D(Af)答：D d*2NEPi*n 它表示面积为1cm的探测器上有1W的入射功率，并用1Hz带宽的放

大器测量时，探测器输出的信噪比。

2、 比较光子探测器和光热探测器在作用机理、性能及应用特点等方面的

差异。

答：①光子效应是指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应。探测器吸收光子后，直接引起原子或分子的内部电子状态的改变。光子能量的大小，直接影响内部电子状态改变的大小。因为，光子能量是hv ，h是普朗克常数,v是光波频率，所以，光子效应就对光波频率表现出选择性，在光子直接与电子相互作用的情况下，其响应速度一般比较快。②光热效应和光子效应完全不同。探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测元件温度上升,温度上升的结果又使探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化。所以，光热效应与单光子能量 h v的大小没有直接关系。原则上，光热效应对光波频率没有选择性。因为温度升高是热积累的作用，所以光热效应的响应速度一般比较慢，而且容易受环境温度变化的

1

2

影响。值得注意的是，以后将要介绍一种所谓热释电效应是响应于材料的温度变化率，比其他光热效应的响应速度要快得多，并已获得日益广泛的应用。

3、 选用光电探测器的一般原则。

答：用于测光的光源光谱特性必须与光电探测器的光谱响应特性匹配；考虑时间响应特性；考虑光电探测器的线性特性。 4、 光电耦合器件应有哪三个工作环节，举例说明。（P.114）

答：光电耦合器由一光发射管（发光二极管）和光接收管（光电二极管或光电三极管）组成。

（1） 在光发射管（输入端）加上信号，使得光发射管发光；

（2） 光接收管接收光辐射，从而在输出端输出信号（当然还需要外

电路）；

（3） 使信号能够通过耦合器，而输入与输出端没有任何电、磁的联

系，起到信号隔离作用。由于发射管与接受管之间保持有足够的电气距离，其隔离电压可以做得很高，一般在2kV以上，通过光导纤维隔离的耦合器理论上隔离电压可以做到无穷大。

5、 说明PIN管的频率特性为什么比普通光电二极管好。（P.95）

答：PIN光电二极管在参杂浓度很高的P型半导体和N型半导体间夹着一层较厚的本征半导体I。又由于工作在反偏状态，随着反偏电压的增大，结电容变得更小，从而提高了PIN光电二极管的频率响应。 6、 简述PbO视像管的基本结构和功能。（P.130）

答：基本结构为光电靶和电子枪。基本功能：光电变换、光电信号存储、扫描输出。

（1） 光电靶的一侧为光敏层。由三层很薄的半导体材料组成。PbO靶具

有PIN光电二极管的结构。可以完成内光电效应。

（2） 工作时，光电二极管结构处于反向偏压状态。图像使得光电靶上各

点照度不同，在光电二极管内产生不同数量的电子-空穴对。在反向电场的作用下到达靶的两侧，使得靶扫描面上的电位升高，形成与图像明暗对应的正点位图像，这就是图像的存储。

（3） 图像信号的扫描输出有电子枪发射扫描电子束来完成。像素（光电

二极管结构）的光电流由P到N，流过负载，产生负极性图像电压信号（信号阅读），同时扫描电子束使P层扫描面降至阴极电位（图像信号擦出）。

四、计算题（42分）

1. 3.2节例题 3.11某测辐射热记的热导Gt=6*10W/K，吸收系数

-6

=0.8，求吸收5W辐射功率后产生的温升。若电阻温度系数

2

T=-0.04K-1，求吸收辐射所引起的电阻相对变化率。 T00Gt0.851060.67K 6610RTT=-0.040.67=-0.0268 R

2、3.1节例题 3.9

探测器的D=10cmHz/W，探测器光敏面直径0.5cm，用于f=5*10Hz的光电仪 器中，它能探测的最小辐射功率为多少？ 解： ADf(0.5/2)25103113NEP=9.810W *11DD10

3、3.3（1）例题 3.14

用Cds光敏电阻控制继电器。灵敏度sd=2*10S/lx，继电器线圈电阻是4K，吸合电流是2mA，使继电器吸合所需的最小照度是多少？若使继电器在200lx时吸和，则需改变线圈电阻，问此时继电器电阻最大为多少？（弱光照射条件）。

-6

*

11

1/2

3

CdSK

解：（1）IP=Sg·U·L 代入数值得2·10-3=（2·10-6）·U·L ①

Uk= （2·10-3）·（4·10-3）=8V

2103 U=12-Uk=4V，带入①式得， L250lx21064 3

（2）IpSgUL 可得，R=3500Ω 3U12(210)R4、3.3（1）例题 3.15

光敏电阻可做光控继电器。下图光敏电阻为CdS器件。晶体管的值为50，继电器K的吸合电流是10mA，Re=100.考虑弱光照情况，继电器吸合需多大照度？（光敏电阻的灵敏度Sg=2*10-7S/lx，Ub=12V）。

RGK+UbRe

解：G1=10-8，G2=2·10-5 得到 Sg=GG2G12107(s/lx)L100

Ic101034IB=210（A）吸合时，Ic=10mA，  50

Ie=（1+ß）·IB=51·（2·10-4）=1.02·10-2（A）

U

k=Ub–Ube

-Ue=12-0.6-100·（1.02·10-2）=10.38（V）

L=IB96.3（lx）SgU由Ip=IB=Sg·U·L 可得

5、3.3（3）例题 3.33

2

GDB-423型光电倍增管的光电阴极面积为2cm，阴极灵敏度Sk为

25A/lm，倍增系统的放大倍数为10，阳级额定电流为20A，求

5

允许的最大光照？

解：电流增益M也是电压的函数， M=10=5

代入M，Sk，可得SA=2.5A/lm I A IA 所以

SASL

IASAIkSkLmaxIA201062410（lx）4SSA2102.54

-5

6、4.6某双列两相2048像元线阵CCD，其转移损失率为10，计算其电荷转移效率和电荷传输效率（Q(n)/Q(0)）. 解：10.99999

转移次数n2m4096  Q(n)Q(0)n(0.99999)409696005