光电检测原理与技术 张文明 pdf

一 填空题20分，每空1分

1波长在__________-的是红外辐射。通常分为_______、_______和远红外三部分

2辐射体的辐射强度在空间方向上的分布满足公式_________________,式中Ie0是面元

??也称为朗伯体。?dS沿其法线方向的辐射强度。符合上式规律的辐射体称为 2__________,2??E?P?J3光辐射普遍形式的波动方程????E???2?中，方程右边两02?t?t?t项分别由________与________引起。

4 KDP晶体沿z轴加电场时，由________变成了双轴晶体，折射率椭球的主轴绕________轴旋转了45度角，此转角与外加电场的大小______，其折射率变化与电场成_______。

5 KDP晶体横向运用条件下，光波通过晶体后的相位差包括两项：其中一项与外加电场无关，是由晶体本身__________引起的；另一项为电光效应_________。

6考虑到声束的宽度，当光波传播方向上声束的宽度L满足条件___________,会产生多级衍射，否则从多级衍射过渡到单级衍射。

7要用激光作为信息的载体，就必须解决如何将信息加到激光上去的问题，这种将信息加载于激光的过程称为调制，光

光电检测技术 实验指导书

电气工程学院

目 录

实验一 半导体激光器工作域值及输出功率特性的测量?????????????2

实验二 半导体激光器输出光谱特性曲线的测量????????????????9

实验三 光电探测原理及特性测试（综合性）?????????????????13

实验四* CCD输出特性及二值化处理实验???????????????????22

实验五 PSD位移传感器特性实验??????????????????????28

实验六 反射式光纤位移传感器原理及定标实验????????????????32

实验七 光电报警系统设计（设计性）????????????????????38

1

实验一 半导体激光器工作域值及输出功率特性的测量

一、实验目的

测试半导体激光器工作域值，测量输出功率－电流（P-I）特性曲线和输出功率的稳定性，从而对半导体激光器工作特性有个基本了解。

二、实验内容

1、测试YSLD3125型半导体激光器工作域值。

2、测试YSLD3125型半导体激光器输出功率与电流（P-I）特性曲线。

3、测试YSLD3125型半导体激光器注入电流为30mA时输出功

光电检测技术雷玉堂 主编第2版

Chap 1绪 论

1. 光电检测技术(光电检测系统)，是指对被测光学量或由非光学被测量转换成的光学量，通过光电变换和电路处理的方法进行检测的系统。

2. 光电检测系统的组成：光学变换、光电变换、电路处理。

3. 光电检测系统的分类：a.按几何光学变换的光电检测方法（辐射式、反射式、遮挡式、透射式）；b. 按物理光学变换的光电检测方法（干涉式、衍射式）。

Chap 2光电检测技术基础

1. 光电技术最基本的理论是光的波粒二象性。即光是以电磁波方式传播的粒子。光辐射仅仅是电磁波谱中的一小部分，它包括的波长区域从几纳米到几毫米，即10-9～10-3m的范围。在这个范围内，只有0.38～0.78μm的光才能引起人眼的视觉感，故称这部分光为可见光，其中0.55μm的光为人眼最敏感。 2. 光辐射的度量（书p20-24）：辐（射）能和光能、辐（射）通量和光通量、辐(射)出(射)度和光出(射)度、辐(射)强度和发光强度、辐(射)亮度和亮度、辐（射）照度和光照度、辐(射)效率与发光效率。

3. 人眼的光谱光视效率V(λ)=dP555/dPλ：人眼对波长为555nm的光的视见函数为1，其它波长的视见函数值都小于1，不可见区的

1、 光电器件的基本参数特性有哪些?

（响应特性 噪声特性 量子效率 线性度 工作温度）

@响应特性分为电压响应度 电流响应度 光谱响应度 积分响应度 响应时间 频率响应

@噪声分类： 热噪声 散粒噪声 产生-复合噪声 1/f噪声 信噪比S/N 噪声等效功率NEP

2、 光电信息技术是以什么为基础，以什么为主体，研究和发展光电信息的形成、传输、接收、变换、处理和应用。 （光电子学 光电子器件）

3、 光电检测系统通常由哪三部分组成 （光学变换 光电变换 电路处理） 4、 光电效应包括哪些 外光电效应和内光电效应）

外光电效应：物体受光照后向外发射电子——多发生于金属和金属氧化物。 内光电效应：物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部而不会逸出物体外部——多发生在半导体。

内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。

光电导效应：半导体受光照后，内部产生光生载流子，使半导体中载流子数显著增加而电阻减少的现象。

光生伏特效应：光照在半导体PN结或金属—半导体接触面上时，会在PN结或金属—半导体接触的两侧产生光生电动势。

5、 光电池是根据什么效应制成的将光能转换成电能的器件，按用途可分为哪几种？

（光生伏特效应 太阳能光电池和测量光

1、光电器件的基本参数特性有哪些?

（响应特性噪声特性量子效率线性度工作温度）

@响应特性分为电压响应度电流响应度光谱响应度积分响应度响应时间频率响应

@噪声分类：热噪声散粒噪声产生-复合噪声 1/f噪声信噪比S/N 噪声等效功率NEP

2、光电信息技术是以什么为基础，以什么为主体，研究和发展光电信息的

形成、传输、接收、变换、处理和应用。

（光电子学光电子器件）

3、光电检测系统通常由哪三部分组成

（光学变换光电变换电路处理）

4、光电效应包括哪些

外光电效应和内光电效应）

外光电效应：物体受光照后向外发射电子——多发生于金属和金属氧化物。

内光电效应：物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部而不会逸出物体外部——多发生在半导体。

内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。

光电导效应：半导体受光照后，内部产生光生载流子，使半导体中载流子数显著增加而电阻减少的现象。

光生伏特效应：光照在半导体PN结或金属—半导体接触面上时，会在PN结或金属—半导体接触的两侧产生光生电动势。

5、光电池是根据什么效应制成的将光能转换成电能的器件，按用途可分为

哪几种？

（光生伏特效应太阳能光电池和测量光电池）

6、激光的定义，产生激光的必要条件有什么？

（定义：激光是受激辐射的光放大粒子数反转光

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：

光电检测技术与应用课后答案

第1章

1、举例说明你说知道的检测系统的工作原理。

（1）光电检测技术在工业生产领域中的应用：在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位…（2）光电检测技术在日常生活中的应用：

家用电器——数码相机、数码摄像机：自动对焦---红外测距传感器自动感应灯：亮度检测---光敏电阻

空调、冰箱、电饭煲：温度检测---热敏电阻、热电偶遥控接收：红外检测---光敏二极管、光敏三极管可视对讲、可视电话：图像获取---面阵CCD

医疗卫生——数字体温计：接触式---热敏电阻，非接触式---红外传感器办公商务——扫描仪：文档扫描---线阵CCD

红外传输数据：红外检测---光敏二极管、光敏三极管（3）光电检测技术在军事上的应用：夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标光电检测技术应用实例简介点钞机

（1）激光检测—激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字，会使荧光字产生一定波长的激光，通过对此激光的检测可辨别钞票的真假。由于仿制困难，故用于辨伪很准确。（2）红外穿透检测—红外信号的检测红外穿透的工作原理是利用人民币的纸张比较坚固、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高，因而对红外信号的吸收能

卷号试学 准 标 院 学 子 电 与 理 物 名 姓 线 业 专 封 级 年 密

河南大学物理与电子学院200 -200 学年第 学期期末考试 光电检测技术题库试卷（一）参考答案 考试方式：闭卷 考试时间：120分钟 卷面总分：100分 题 号 一 二 三 四 总成绩 合分人 得 分 题 号 一 二 三 总成绩 合分人 一. 单项选择题（每题只有一个正确选项，每小题21. 分 分,共40分） 任何温度下对任何波长的入射辐射能的吸收比都等于1，称为（ A ）. A ．黑体分 B．灰体C．黑洞 D．绝对黑体 2．半导体中施主能级的位置位于（ A ）中. A. 禁带 B. 价带C. 导带 D. 满带

3．在给定λl～λ2波长范

卷号试学 准 标 院 学 子 电 与 理 物 名 姓 线 业 专 封 级 年 密

河南大学物理与电子学院200 -200 学年第 学期期末考试 光电检测技术题库试卷（一）参考答案 考试方式：闭卷 考试时间：120分钟 卷面总分：100分 题 号 一 二 三 四 总成绩 合分人 得 分 题 号 一 二 三 总成绩 合分人 一. 单项选择题（每题只有一个正确选项，每小题21. 分 分,共40分） 任何温度下对任何波长的入射辐射能的吸收比都等于1，称为（ A ）. A ．黑体分 B．灰体C．黑洞 D．绝对黑体 2．半导体中施主能级的位置位于（ A ）中. A. 禁带 B. 价带C. 导带 D. 满带

3．在给定λl～λ2波长范

学院 自动化工程学院 姓名 学号 任课老师 选课号/座位号

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电子科技大学二零 零九 至二零 一零 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 2010 年 6月29 日

课程成绩构成：平时 20 分， 期中 0 分， 实验 分， 期末 80 分

得分 签名 得 分 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 合计 复核人签名 一、计算（共28分，共3题）

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为f，求转轴的转速n（单位为r/min）。（8分）

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学院 自动化工程学院 姓名 学号 任课老师 选课号/座位号

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