内容发布更新时间 : 2024/5/2 14:52:17星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

/ 2L0另一个 L0=10m，其对应的工作频率为： f 0= c / 2L 0＝1.5×10 HZ

二、简答题

1、在微弱辐射作用下，光电导材料的光电灵敏度是定值，输出光电流与入射光通量成正比， 即保持线性关系。

光敏电阻做成蛇形，一方面既可以保证有较大的受光面积，一方面减小电极之间的距离，从 而既可以减小载流子的有效极间渡越时间，也有利于提高灵敏度。

2、响应时间主要受光电导器件中载流子的平均寿命τ 有关，减小τ ，则频率响应提高；其 次，光电导器件的响应时间与运用状态也有光，例如，光照强度和温度的变化，因为它们都 影响载流子的寿命。

光伏特器件的工作频率高于光电导器件。

要改善光伏器件的频率响应，主要是减小响应时间，所以采取的措施主要有：

①减小负载电阻；②减小光伏特器件中的结电容，即减小光伏器件的受光面积；③适当增加 工作电压。

3、都属于共射极电路，

4、 、硅光电池的工作原理和等效电路为下图：

(4 分)

从图（b）中可以得到流过负载 RL 的电流方程为：

其中，SE 为光电池的光电灵敏度，E 为入射光照度，Is0 是反向饱和电流，是光电池加反向偏压后出现的暗电流。 (2 分)

当 i＝0 时，RL＝∞（开路） ，此时曲线与电压轴交点的电压通常称为光电池开路时两端 的开路电压，以 VOC 表示，由式（1）解得：

当 RL＝0（即特性曲线与电流轴的交点）时所得的电流称为光电流短路电流，以 Isc 表 示，所以 Isc＝Ip＝Se·E （3）。 。（4分） 从式（2）和（3）可知，光电池的短路光电流Isc与入射光照度成正比，而开路电压 VOC 与 光照度的对数成正比。

5、 光伏探测器的工作模式分为光电导工作模式和光伏特工作模式，它的工作模式则由外偏 压回路决定。在零偏压的开路状态，PN 结型光电器件产生光生伏特效应，这种工作原理成 光伏工作模式。当外回路采用反偏电压，即外加 P 端为负，N 端为正的电压时。无光照时的 电阻很大，电流很小；有光照时，电阻变小，电流就变大，而且流过它的光电流随照度变化 而变化。从外表看，PN 结光伏探测器与光敏电阻一样，同样也具有光电导工作模式，所以 称为光导工作模式。

主要区别：器件处于光伏工作模式时，器件内阻远低于负载电阻，相当于一个恒压源；在光 电导模式下，器件内阻远大于负载电阻，此时器件相当于恒流源。

三、论述题

而中频电流输出对应的电功率为： 所以，

这里的横线是对中频周期求平均。

从物理过程的观点看， 直接探测是光功率包络变换的检波过程； 而光频外差探测的光电 转换过程不是检波，而是一种“转换”过程，即把以 ω S 为载频的光频信息转换到以

，其中 R L 为光电探测器的负载电阻。

ω IF 为

载频的中频电流上，这一“转换”是本机振荡光波的作用，它使光外差探测天然地具有一种 转换增益。

为了衡量这种转换增益的量值，我们以直接探测为基准加以描述。为此令

把（1）和（2）式代入（3）中得到：

通常在实际应用中， PL >> PS 因此 M>>1, M 的大小和 PS 的量值有关。例如假定 PL = 0.5mw ，那么在不同的 PS 值下，M 值将发生明显变化。列举数值如表 1 所示：

从表 1 的数值举例中看出， 在强光信号下， 外差探测并没有多少好处， 在微弱光信号下， 外差探测器表现出十分高的转换增益。例如，在

也 就是说，外差探测的灵敏度比直接探测将高

量级时， 量级，所以我们可以

说，光外差探测方式具有天然的探测微弱信号的能力。

2、原理和工作过程：光源 1 发出的光经单色器 2 后成为单色光，该单色光的波长应选为待 测溶液的峰值吸收波长。将该光线用分束器 BS 分成两束，分别通过待测溶液 S2 和参比溶液 S1，并用两个性能一致的光电探测器接收。由于参比溶液对工作波长的光不产生吸收，而待测溶液对该波长的光有较强的吸收， 因此， 探测器 PD1 接收到的光强度 I1 即为入射光强度 I0， 而探测器 PD2 接收到的光强度 I2 取决于待测溶液的浓度。 系统输出电压为：

式中，C0 为比例常数； I φ 1 为 PD1 上产生的光电流； I φ 2 为 PD2 上产生的光电流；K1、K2 为 PD1 和 PD2 的灵敏度， φ1 、 φ 2 为到达 PD1 和 PD2 上的光通量。若 PD1 和 PD2 性能一致，则 K1＝K2， 故上式可变为：

由于在忽略反射和散射的情况下，I 1=I 2,故

可见，最后输出电压即为溶液的吸光度值，亦即反映了溶液的浓度。 （5 分）

二零零七 至二零零 八 学年第 一 学期期 末 考试

光电检测技术 课程考试题 A 卷 （120 分钟） 考试形式：开卷 考试日期 2009 年6 月 12 日

课程成绩构成：平时 20 分， 期中 分， 实验 分， 期末 80 分

一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 合计 一、填空题（每空一分，共15分）

1、光具有的一个基本性质是（ ）。

2、光电检测技术研究的主要内容是（ ）（ ）。

3、光源调制通常分为（ ）和（ ）。

4、激光的形成必须满足（ ）（ ）（ ）。 5、为了提高光电二极管的响应频率，应适当加大（ ）。 6、光敏电阻受（ ）影响大，通常工作在（ ）环境下。 7、光电检测技术是（ ）与（ ）相结合而产生的一门新兴检测技术，它是利用（ ）进行检测。

8、假设调制盘的转速为N转/分，得到调制光的频率为f，则调制盘的孔数为（ ）。

二、判断题（每题一分，共1０分）

1、相干长度只与光波单色性有关，而与其波长无关。 （ ） 2、温度越高，热辐射的波长就越短。 （ ） 3、雪崩管的工作偏压一般不超过10V。 （ ） 4、光电探测器件输出的信号只有比噪声大时，测量才能进行。 （ ） 5、光电探测器件的1/f噪声是一种低频噪声。 （ ） 6、光电池的频率特性很差。 （ ） 7、光电三极管的增益比光电二极管大，但其线性范围比光电二极管小。 （ ） 8、对光源进行调制即可消除光源波动及背景光干扰的影响。 （ ） 9、补偿法测量比差动法响应慢，但通常精度更高。 （ ）

10、倒置望远镜系统对激光束发散角有缩小的作用。 （ ）

三、简答：（每小题6分，共30分）

1、简述半导体激光器的工作原理，它有哪些特点？对工作电源有什么要求？

2、光源选择的基本要求有哪些?

3、光电倍增管的供电电路分为负高压供电与正高压供电，试说明这两种供电电

路的特点，举例说明它们分别适用于哪种情况?

4、在微弱辐射作用下，光电导材料的光电灵敏度有什么特点，？为什么要把光

敏电阻制造成蛇形？

5、为什么结型光电器件在正向偏置时，没有明显的光电效应？它必须在那种偏置状态？为什么？

四、论述题（45分）

1、论述光电检测系统的基本构成，并说明各部分的功能。（10分）

2、在“反向偏置”电路中，有两种取得输出电压U0的方法：一种是从负载电阻RL上取得电压U0，另一种是从二极管两端取得电压U0。叙述两种方法的特点及它们之间的联系。（10分） 3、如果硅光电池的负载为RL，画出它的等效电路图，写出流过负载IL的电流方程及Uoc、Isc的表达式，说明其含义（图中标出电流方向）。（12分） 4、阐述用补偿法检测溶液浓度的工作原理及工作过程。（13分）

答案：

一、填空题

1、光具有的性质（波粒二象性） 2、光电检测技术研究的内容（信息变换技术）、（电信号处理技术） 3、光源调制通常分为（机械调制）和（电调制或内调制）和（外调制） 4、激光的形成必须满足（粒子数反转）、（谐振腔共振）、（阈值条件） 5、为了提高光电二极管的响应频率，应适当加大（反向偏压） 6、光敏电阻受（温度）影响大、通常工作在（低温）环境下

7、光电技术是（光学）和（电子技术）相结合而产生的一门新兴检测技术、它是利用（光电子技术对光信息）进行检测 8、假设调制盘的转速是N转/分，得到调制光的频率为f，则调制盘的孔数是（60f/N）

二、判断题

相干长度只与光波但色性有关，与其波长无关（×） 1，（√）2（√）3（√）4（√）5（×）6（√）7（×）8（√） 倒置望远镜系统对激光束发射角有缩小的作用（√）

三、简答

1、简述半导体的工作原理，它有哪些特点？对工作电源有什么要求？