光电技术自测题

光电技术自测题

一 填空

1在光辐射能的测量中，建立了两套参量和单位。一套参量是 ，适用于整个电磁波谱；另一套参量是 ，适用于可见光波段。

2发光强度的单位是 ，光通量的单位是 ，光照度的单位是 。 3本征吸收的长波限表达式为 。非本征吸收有 、 、 、 、 等。半导体对光的吸收主要是 。

4半导体的光电效应主要有 、 、 。 5 PN结外加正偏电压时，耗尽区变 ，结电容变 ；PN结外加反偏电压时，耗尽区变 ，结电容变 。 6光子探测器输出光电流为Ip?e?M?0，其中M指 ，?指 。 h?7光电探测器噪声主要有 、 、 、 、 。

8光电探测器的积分灵敏度与采用的光源有关。通常测试光子探测器的积分灵敏度，辐射源采用 ；测试热探测器的积分灵敏度，辐射源采用 。 9激光器的基本组成包括三部分，分别为 、 、 。 10可见光波长范围 。紫外光波长范围 。红外光波长范围 。

11光电倍增管是一种真空光电器件，它主要由 、 、 、 和组成。 二 单项选择

1 克尔效应属于 （ ） A 电光效应 B 磁光效应 C 声光效应 D 以上都不是

2 海水可以视为灰体，300K的海水与同温度的黑体比较 （ ） A 峰值辐射波长相同 B 发射率相同 C 发射率随波长变化 D 都不能确定

3 下列探测器最适合于作为光度量测量的探测器 （ ） A 热电偶 B 红外光电二极管 C 2CR113蓝硅光电池 D 杂质光电导探测器 4 硅光二极管在适当偏置时，其光电流与入射辐射通量有良好的线性关系，且动态范围较大。适当偏置是 （ ）

A 恒流 B 自偏置 C 零伏偏置 D 反向偏置

5 为了描述显示器的每个局部面元在各个方向的辐射能力，最适合的辐射度量是（ ） A 辐射照度 B 辐射亮度 C 辐射出度 D 辐射强度

6 为了探测宽度为0.5us、重复频率为200kHz的激光脉冲信号，若要准确保证脉冲形状，检测电路带宽至少应该大于 （ ）

A 2MHz B 20MHz C 200MHz D 150MHz

7. 为了提高测辐射热计的电压响应率，下列方法中不正确的是 （ ） A 将辐射热计制冷 B 使灵敏面表面黑化 C 将辐射热计封装在一个真空的外壳里 D 采用较粗的信号导线

8. 光谱光视效率V(505nm)=0.40730，波长为505nm、1mW的辐射光，其光通量为（ ）

A 683lm B 0.683lm C 278.2 lm D 0.2782 lm 9直接探测系统中：（ ）

A探测器能响应光波的波动性质，输出的电信号间接表征光波的振幅、频率、相位 B探测器只响应入射至其上的平均光功率 C具有空间滤波能力 D具有光谱滤波能力

10 下列探测器的光－电响应时间，由少数载流子的寿命决定： （ ） A 线性光电导探测器 B 光电二极管

C 光电倍增管 D 热电偶和热电堆

11 下列光电器件, 哪种器件正常工作时需加100-200V的高反压 （ ） A Si光电二极管 B PIN光电二极管 C 雪崩光电二极管 D 光电三极管 12 有关半导体对光的吸收,下列说法正确的是 （ ） A 半导体对光的吸收主要是非本征吸收

B 本征半导体和杂质半导体内部都可能发生本征吸收 C 产生本征吸收的条件是入射光子的波长要大于波长阈值 D 产生本征吸收的条件是入射光子的频率要小于频率阈值 13. 在常温下，热探测器的 D*~108--109cm·Hz1/2/W ，而 D* 的极限值可达到1.8×1010cm·Hz1/2/W。实际热探测器的D*低于极限值的主要原因是下列因素难以忽略( ) A热辐射 B 热传导和热对流 C 热传导和热辐射 D 以上都不是 14 表中列出了几种国外硅APD的特性参数。

根据表中数据，要探测830nm的弱光信号，最为合适的器件是 （ ） A C30817E B C30916E C C30902E D C30902S

15 在相干探测系统中，下列说法不正确的是 （ ）

A 探测器能响应光波的波动性质, 输出的电信号间接表征光波的振幅、频率和相位 B 探测器只响应入射其上的平均光功率 C 具有空间滤波能力 D 具有光谱滤波能力

16 给光电探测器加合适的偏置电路，下列说法不正确的是 ( ) A 可以扩大探测器光谱响应范围 B 可以提高探测器灵敏度 C 可以降低探测器噪声 D 可以提高探测器响应速度 17 下列光源中哪一种光源，可作为光电探测器在可见光区的积分灵敏度测量标准光源： （ ） A 氘灯 B 低压汞灯 C 色温2856K的白炽灯 D 色温500K的黑体辐射器 18对于P型半导体来说，以下说法正确的是（ ）

A 电子是多子 B 空穴是少子C能带图中施主能级靠近导带底

D能带图中受主能级位于价带顶

19若要检测10-7s的光信号，最合适的光电探测器是（ ） A PIN型光电二极管 B 3DU型光电三极管 C PN结型光电二极管 D 2CR11型光电池 20对于光敏电阻，下列说法不正确的是（ ） A弱光照下，光电流与光照度有良好的线性关系 B光敏面做成蛇形，有利于提高灵敏度 C光敏电阻具有前历效应

D光敏电阻光谱特性的峰值波长，低温时向短波方向移动

21负电子亲和势阴极和正电子亲和势阴极相比有重要差别，其参与发射的电子是（ ） A 不是冷电子而是热电子 B不是热电子而是冷电子

C 既是冷电子又是热电子 D 既不是冷电子也不是热电子

22光电跟踪制导系统中为了实现对飞行目标的红外（中红外）和紫外探测辐射进行探测，最为合适的探测器是（ ）

A PMT和PC B PC和PMT C 热探测器和Si-PD D Si-PD和热探测器 23对于激光二极管和发光二极管来说，下列说法正确的是（ ）

A 激光二极管只能连续发光 B 发光二极管的单色性比激光二极管的单色性要好 C激光二极管内部没有谐振腔D发光二极管辐射光的波长决定于材料的禁带宽度 24对于N型半导体来说，下列说法正确的是（ ） A费米能级靠近导带底B空穴为多子 C电子为少子 D费米能级靠近于价带顶

25根据光电器件伏安特性，下列哪些器件不能视为恒流源（ ） A光电二极管 B光电三极管 C光电倍增管 D光电池

26硅光电二极管适当偏置时，其光电流与入射光通量有良好的线性关系，且动态范围较大，适当偏置是指（ ）

A恒流 B自偏置 C零伏偏置 D反向偏置 27光敏电阻的暗电导为2S（西门子），在200Lx的光照下亮暗电导之比为100：1，则光电导为（ ）

A 198S B 202S C 200S D 2S

28有关热探测器，下列说法不正确的是（ ） A光谱响应范围从红外到紫外有着相同的响应 B响应时间为mS量级

C器件吸收光子能量，使其中的非传导电子变为传导电子 D各种不同波长的辐射对于器件的响应都有贡献 29 CCD 摄像器件的信息是靠（ ）存储。

A 载流子 B 电荷 C 电子 D 光子 30利用光热效应制作的器件有（ ）

A 光电导探测器 B 光伏探测器 C 光磁电探测器 D 热电探测元件 三 简答题

1 解释名词：载流子、本征激发

2 画图表示放大器的En－In噪声模型。光电倍增管检测电路估算噪声时，为什么可以不考虑后接放大器的噪声模型参量En和In的影响？

3以三相CCD为例，说明电荷包转移过程中势阱深度的调节和势阱的耦合是如何实现的？ 4为什么光电二极管加正向电压时表现不出明显的光电效应？

5说明叫做 NEA？为什么 NEA 材料制成的光电阴极灵敏度极高？

6在理想情况下，只考虑信号光功率引起的散粒噪声，非相干探测和相干探测系统的信噪比分别为：

为什么说相干探测系统信噪比远高于非相干探测信噪比？ 7分别指明可见光谱区和中红外光谱区的范围。

8分别画出本征半导体和 N 型半导体的能带图，并简要解释施主能级的形成。 9用光敏电阻测量时，不宜用强光照射，为什么？

10同温度的黑体和灰体，它们的光谱辐射特性有何相同和相异？

11解释杂质光电导探测器：a 常用于中远红外探测；b 通常必须在低温条件下工作？ 12微通道板像增强器与级联式像增强器相比，具有哪些特点？为什么说微通道板像增强器具有自动防强光的优点？

13在 PMT 的高压供电电路中，第一个倍增极和阳极的电压要比中间几极的电压高，为什么？

14在光学上对光辐射的度量建立哪两套单位？它们分别适用于什么波谱范围？ 15热探测器与光子探测器的工作原理、光谱响应分别有什么不同？

16探测器的比探测率和哪些因素有关？一个探测器的灵敏度很高，是不是它的比探测率就一定很高？

17为什么光电探测器使用时要加偏置电路？画图说明光伏探测器的反向偏置电路。

18用金属材料和半导体材料做成的测辐射热计的电阻-温度系数有什么区别？举例说明它们的应用场合。

19什么是光电探测器的灵敏度？为什么测量光谱灵敏度的系统一般需要单色仪？ 20光学调制主要有哪两个作用？举例说明。

21试叙述半导体发光二极管和半导体激光器在结构上的差异，以及各自特性上的差异。 四 分析计算题

1下表中列出了几种国外硅APD的特性参数。

根据表中参数：（1）计算C30916E的D*值；（2）说明工作电压为什么要达到几百伏？如果低于或者超过工作电压，将会出现什么情况？

雪崩光电二极管是利用 PN 结在高反向电压下产生的雪崩效应来工作的。当外加电压较低时，器件没有电流倍增现象；当偏压增加到接近但略低于击穿电压 UB时，器件有很大的倍增；当偏压继续增加超过 UB以后，暗电流的雪崩电流急剧上升导致器件会发生击穿，因而器件输出很大的噪声电流。

2利用压频变换器可以产生调频光信号，如下图所示，图（a）为电路原理图，图（b）为V/F的频率-电压特性曲线。若输入Ui?Umsin(2?Ft),Um?0.5V,F?100Hz,求：

（1）调频信号的调制指数mf； （2）调频信号的带宽。

3如图所示为相干探测的原理示意图。相干探测是指信号光和参考光在满足波前匹配条件下在光电探测器上进行光学混频。探测系统中以光电二极管为探测器。

(1)指出波前匹配条件包括哪些条件？

(2)设参考光的辐通量为Φr，写出探测系统散粒噪声的表达式，并指出主要的散粒噪声源。 (3)证明：只考虑散粒噪声，其相干探测的信噪比SNRh为

式中，Φs为信号光的辐通量，η为量子效率，△f为探测器的带宽，hv为入射光子能量。答：波前匹配条件：在光混频器上要求信号光与本振光的偏振方向一致；必须保持信号光和本振光在空间上的角准直。

散粒噪声的表达式：由于 Φr>>Φs，可只考虑本振光对散粒噪声的贡献。于是，探测中散粒噪声的均方功率为

本振光对散粒噪声为主要的散粒噪声源 外差信号电流均方功率为

因此，其相干探测的信噪比 SNRh为

4下图为双频激光测长的原理图， （1）简述其工作原理；

（2）振动速度与光学差频的关系；

（3）若对差频信号的波数计数为N，则物体运动的位移为？

5某热探测器的探测面积Ad为5mm，吸收系数α=0.8，试计算该热探测器在温度T为77 K、带宽为1 Hz时的热导GR。（??5.67?10?122

W/(cm2?K4)）

6设某目标可视为灰体，平均发射率为0.85，温度为320K，其直径近似为5 m，计算目标的辐射出射度。

式中，Φs为信号光的辐通量，η为量子效率，△f为探测器的带宽，hv为入射光子能量。答：波前匹配条件：在光混频器上要求信号光与本振光的偏振方向一致；必须保持信号光和本振光在空间上的角准直。

散粒噪声的表达式：由于 Φr>>Φs，可只考虑本振光对散粒噪声的贡献。于是，探测中散粒噪声的均方功率为

本振光对散粒噪声为主要的散粒噪声源 外差信号电流均方功率为

因此，其相干探测的信噪比 SNRh为

4下图为双频激光测长的原理图， （1）简述其工作原理；

（2）振动速度与光学差频的关系；

（3）若对差频信号的波数计数为N，则物体运动的位移为？

5某热探测器的探测面积Ad为5mm，吸收系数α=0.8，试计算该热探测器在温度T为77 K、带宽为1 Hz时的热导GR。（??5.67?10?122

W/(cm2?K4)）

6设某目标可视为灰体，平均发射率为0.85，温度为320K，其直径近似为5 m，计算目标的辐射出射度。

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