光电检测技术b

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1、一、填空（每空1分，共20分）1.一光电材料的电子逸出功为W，使其产生光电子发射的入射光的最低频率υmin=W/h，若入射光的波长为λ，则发射的光电子的最大动能Emax=hc/λ-W。2.与光电二极管相比，光电三极管的输出光电流较大，线性较差，响应时间较长。3.常用的弱光信号检测技术包括锁相放大、取样积分和光子计数技术。4.半导体对光的吸收可分为本征吸收，杂质吸收和自由载流子吸收。5.光电测量的核心是光学变换和光电转换。6.按折射率不同，光纤可分为阶跃型和梯度型两种。7.光电效应主要包括外光电效应和内光电效应。8.常用的视频信号的二值化处理方法包括固定阈值法、

2、浮动阈值法和微分法。二、简答（每题5分，共10分）1.简述光电检测技术的主要特点。答：（1）高精度从地球到月球激光测距的精度达到1米。（2）高速度光速是最快的。（3）非接触式检测不改变被测物体性质的条件下进行测量。（4）远距离、大量程遥控、遥测和遥感。（5）寿命长光电检测中通常无机械运动部分，故测量装置寿命长，工作可靠、准确度高，对被测物无形状和大小要求。（6）数字化和智能化强的信息处理、运算和控制能力。2.简述激光器的组成，及激光的特性。答：激光器一般由工作物质、泵浦源、谐振腔组成。激光的基本特性如下：（1）强度高（2）单色性好（3）方向性好（4）相干性好三

3、、计算（共70分）1．已知CdS光敏电阻的暗电阻Rd=5MΩ，在照度E为200lx时亮电阻R=5kΩ，用此光敏电阻控制继电器J，电源电动势为10V，如图1所示，若继电器的线圈电阻为4kΩ，继电器的吸合电流为2mA，问：（1）照度E至少为多少才能使继电器吸合？（2）如果需要在2000lx时继电器才能吸合，则电路需如何改进？（10分）10VCdSJ图1解：（1）暗电导Gd=1/Rd=0.2μS照度E=200lx时，亮电导Gl=1/R=1/5×103=0.2mS，故光电导灵敏度Sg=(Gl-Gd)/E=1μS/lx继电器吸合时，光敏电阻R’=1×103Ω，则电导G=

4、1/1×103=1mS故，所需照度E=（G-Gd）/Sg=1000lx（2）设需要串联的电阻大小为Rx当照度E=2000lx时，光敏电阻的电导为G=Gd+E×Sg=2000.2μS，即电阻R’’=1/2000.2×10-6=0.5kΩ则，Rx=5000Ω2．有一光电二极管的电流灵敏度SI=0.4µA/µW，结间电导G=0.004µS，转折电压UM=5V，输入光通量Ф=（8+4sinωt）µW，其输入电路的电源电压Ub=40V，直流偏置电阻为Rb，负载为电阻RL，求：（1）要使负载RL功率最大，Rb和RL应为多少？（2）负载RL的峰值电压ULm、峰值电流ILm和

5、有效功率PL?（15分）解：3．有一光电检测输入电路的负载电阻RL=100KΩ，电路通频带Δf=100KHz，试计算：（1）室温（300K）工作时，负载电阻RL上的热噪声电压UT（玻尔兹曼常数k=1.38×10-23J/K）？（2）若要使热噪声电压UT不超过0.2µV，热噪声等效带宽Δfe应为多少？（3）需并联多大的电容？（4）该输入电路的时间常数τ和上限截至频率f上？（13分）解：（1）∵∴UT=(4kTRLΔf)1/2=1.29×10-10（105×105）1/2=12.9µV（2）Δfe=UT2/(4kTRL)=(0.2×10-6)2/(1.6×10-2

6、0×105)=25Hz(3)C=1/(4RLΔfe)=1/(4×105×25)=0.1µF(4)τ=RLC=0.01sf上=1/(2πτ)=1/(6.28×10-2)=15.9Hz4．有一光脉冲序列的幅度Фm=10-3lm、持续时间tu=10-4s、重复周期Tu=5×10-3s，若光电检测电路的电压灵敏度Sv=12V/lm，试求：（1）当电路时间常数τ1=10-5s时，输出电压的形式和幅度Ulm1？（2）当电路时间常数τ2=10-1s时，输出电压的形式和幅度Ulm2？（12分）解：（1）∵τ1<

7、m1=Sv×Фm=12mV。（2）∵τ2>>tu，∴输出信号不能再现输入光信号的形状，只能是检测信号的平均值，为直流信号。电压幅度Ulm2=Sv×Фm×tu/Tu=240µV。5．一光照度计如图2所示，已知光电池2CR21的电流灵敏度SI=10nA/lx·mm2，光敏面积Ad=20mm2，放大器为理想运算放大器。若用量程为10V的电压表作照度指示，试计算照度E分级为1000lx、100lx、10lx三档下的反馈电阻R1，R2，R3的大小？（10分）_+2CR21ARVR2R3R1图2解：∵光电流Ip通过反馈电阻Rf作负载，于是有UL=RfIp=Rf×SIФ=R

8、f×SIE对1000lx档：有10V=