计算题 - 光电检测技术期末整理

1、如图 1 所示，是转速测量系统，已知圆盘的孔数为 N，光电探测器输出的脉冲信号频率 、 所示，是转速测量系统， ， 测量系统 为 f，求转轴的转速 n（单位为 r/min）（8 分） ，

图 1 转速测量系统 已知本征硅材料禁带宽度 Eg＝1.2eV，求该半导体材料的本征吸收长波限；已知某种光 电器件的本征吸收长波限为 1.4um, 求该材料的禁带宽度。 （8分）

3、设被测距离最大范围为 10km,要求测距精度为 1，而各测尺的测量精度为 1‰，试给出 测尺的个数以及各测尺的长度和频率。 （12 分）

1、转轴的转速为：

2、 hν ≥Eg λ ≤ hc / Eg

则长波限为：1.03um， 材料的禁带宽度为：0.887ev

被测距离最大范围为：10KM，所以最大尺子的量程至少为：10KM，此尺子能精确测到： 10KM×1‰＝10m。

因为要求测距精度为 1cm，尺子的测量精度为 1‰，所以最小量程的尺子为：1cm/1‰＝10m 纵上述， 测量至少需要两把尺子： 一个 L0=10KM， 其对应的工作频率为：f 0= c / 2L0另一个 L0=10m，其对应的工作频率为： f 0= c / 2L 0＝1.5×10 HZ

五、计算分析题 1、（5分）假设将人体作为黑体，正常人体体温为36.5°C。计算（1）正常人体所发出的辐射出射度；（2）正常人体的峰值辐射波长。（斯忒藩-玻尔兹曼常数

??5.670?10?8(J/m2?s?K4)，维恩常数为2897.9?m ）

2、（7分）用Si光电二极管测缓变光辐射，伏安特性曲线如图1所示，在入射光最大功率为8μW时，屈膝电压10V，反向偏置电压为40V，Si光电二极管的灵敏度S=0.5μA/μW，结电导为0.005μS。

求（1）画出光电二极管的应用电路图 （2）计算二极管的临界电导

（3）计算最大线性输出时的负载RL。

图1 图2 3、（7分）与象限探测器相比PSD有什么特点？如何测试图中（如图2所示）光点A偏

离中心的位置？

4、(8分)依据图3提供的结构和脉冲电压图说明CCD电荷转移的过程。 ?1 ?2 ?3 t1 t2 t3 t4

图3

5 （7分）在晶体横向调制器中，应尽量消除自然双折射对调制光的影响，通常采用“组合调制器”的结构进行补偿。现有两块尺寸、性能完全相同的KDP晶体，其中一块晶体如图4放置，请问另一块晶体如何放置才能消除双折射影响？并说明其原理。（需标明加电压后晶体主轴x’,y’,z的方向和电压正负） KDP晶体 ＋

入射光偏振方向 － 图4 1、（5分）解：

（1） 人体正常的绝对温度T=36.5+273=309.5(K)，根据斯忒藩-玻尔兹曼辐射定律，正常人体所发出的辐射出射度为

z y’ x’ 4Meb??T4?5.67?10－8?（309.5）?520.3(W/m2) （3分）

（2） 由维恩位移定律，正常人体的峰值辐射波长为

?m?2897.92897.9??9.36(?m) （3分） T309.52、（7分）

解：根据公式

R 1分

g'u\?gu\?SP'' （2分）

g'?SP''?gu\0.5?8?0.005?10??0.405(?s) u\10（1分）

最大线性输出下，负载线正好通过M’点

(V?u\)GL?g'u\ (2

分)

GL?

u\10?g'??0.405?0.135

V?u\40?10RL?1?7.4?106? （1GL分）

3、（7分）

答：PSD是利用离子注入技术制成的一种可确定光的能量中心位置的结型光电器件，其特点是，(1)它对光斑的形状无严格要求，只与光的能量中心有关(2)光敏面上无须分割，消除了死区，可连续测量光斑位置，分辨率高。(3)可同时检测位置和光强，PSD器件输出总电流和入射光强有关，所以从总的电流可求得相应的入射光强。（3分）

工作原理：

当光束入射到PSD器件光敏层上距中心点的距离为xA时，在入射位置上产生与入射辐射成正比的信号电荷，此电荷形成的光电流通过电阻p型层分别由电极1与2输出。设p型层的电阻是均匀的，两电极间的距离为2L，流过两电极的电流分别为I1和I2，则流过n型层上电极的电流I0为I1和I2之和（I0= I1+I2）。

计算公式为

?L?xAI?I?102L?L?xA? ?I2?I02L??xA?I2?I1L?I2?I1?4、（7分）

（3分） 电光晶体 电光晶体

＋

y’ z z － y’ x’ 线偏光通过第一和第二块晶体两光束的相位差

4分

－ + -x’ ?????1???2

?2??2??ny'?nz?L?2???nz?ny'?L

132?13(no?nor63Ez?ne)?[ne?(no?nor63(?Ez))]?2?22?3 ?nor63Ez??2?3L?nor63V?d由自然双折射引起的相位的符号相反所以相互抵消（4分） 5、(8分)

(1)在t1时刻，φ1高电位，φ2、φ3低电位。此时φ1电极下的表面势最大，势阱最深。假设此时已有信号电荷（电子）注入，则电荷就被存储在φ1电极下的势阱中。

(2)t2时刻，φ1、φ2为高电位，φ3为低电位，则φ1、φ2下的两个势阱的空阱深度相同，但因φ1下面存储有电荷，则φ1势阱的实际深度比φ2电极下面的势阱浅，φ1下面的电荷将向φ2下转移，直到两个势阱中具有同样多的电荷。

(3)t3时刻，φ2仍为高电位，φ3仍为低电位，而φ1由高到低转变。此时φ1下的势阱逐渐变浅，使φ1下的剩余电荷继续向φ2下的势阱中转移。

(4)t4时刻，φ2为高电位，φ1、φ3为低电位，φ2下面的势阱最深，信号电荷都被转移到φ2下面的势阱中，这与t1时刻的情况相似，但电荷包向右移动了一个电极的位置。当经过一个时钟周期T后，电荷包将向右转移三个电极位置，即一个栅周期（也称一位）。因此，时钟的周期变化，就可使CCD中的电荷包在电极下被转移到输出端。

4.光敏电阻R与RL=2kΩ的负载电阻串联后接于Ub=12 V的直流电源上，无光照时负载上的输出电压为U1=20 mV，有光照时负载上的输出电压U2=2 V。求：

①光敏电阻的暗电阻和亮电阻值；

②若光敏电阻的光电导灵敏度Sg=6×10-6s／lx，求光敏电阻所受的照度。 (14分)

已知RL=2kΩ；Ub=12 V；U1=20 mV；U2=2 V 求1）R亮和R暗；2）求E＝？

解：1） 依公式U＝IR U1＝I1RL I1＝U1/RL＝20×10－3/2×103＝1×10－5

Ub-URL=URP=12-20×10-3

R暗=URP/ I1＝12-20×10-3/1×10－5＝1.2×106Ω＝1.2MΩ U2＝I2RL I2＝U2/RL＝2/2×103＝1×10－3 Ub-URL=URP=12-2＝10V R亮=URP/ I2＝10/1×10－3＝10×103Ω

2）依 Sg＝g/E 和g= 1/ R

E=g/ Sg=1/10×103/6 × 10-6=16.66 lx

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ilrt.html