光電檢測(cè)技術(shù)與應(yīng)用重點(diǎn)計(jì)算題

1、計(jì)算題1、假設(shè)將人體作為黑體，正常人體體溫為36.5C。計(jì)算（1）正常人體所發(fā)出的輻射出射度；（2）正常人體的峰值輻射波長(zhǎng)。（斯忒藩-玻爾茲曼常數(shù) ，維恩常數(shù)為2897.9mm ）（1） 人體正常的絕對(duì)溫度T=36.5+273=309.5(K)，根據(jù)斯忒藩-玻爾茲曼輻射定律，正常人體所發(fā)出的輻射出射度為 （2） 由維恩位移定律，正常人體的峰值輻射波長(zhǎng)為 2、用Si光電二極管測(cè)緩變光輻射，伏安特性曲線如圖1所示，在入射光最大功率為8W時(shí)，電壓10V，反向偏置電壓為40V，Si光電二極管的靈敏度S=0.5A/W，結(jié)電導(dǎo)為0.005S，求（1）畫出光電二極管的應(yīng)用電路圖（2）計(jì)算二極管的臨界電導(dǎo)（3

2、）計(jì)算最大線性輸出時(shí)的負(fù)載RL。 解：根據(jù)公式 R （最大線性輸出下，負(fù)載線正好通過M點(diǎn) 3. 答：PSD是利用離子注入技術(shù)制成的一種可確定光的能量中心位置的結(jié)型光電器件，其特點(diǎn)是，(1)它對(duì)光斑的形狀無嚴(yán)格要求，只與光的能量中心有關(guān)(2)光敏面上無須分割，消除了死區(qū)，可連續(xù)測(cè)量光斑位置，分辨率高。(3)可同時(shí)檢測(cè)位置和光強(qiáng)，PSD器件輸出總電流和入射光強(qiáng)有關(guān)，所以從總的電流可求得相應(yīng)的入射光強(qiáng).工作原理：當(dāng)光束入射到PSD器件光敏層上距中心點(diǎn)的距離為xA時(shí)，在入射位置上產(chǎn)生與入射輻射成正比的信號(hào)電荷，此電荷形成的光電流通過電阻p型層分別由電極1與2輸出。設(shè)p型層的電阻是均勻的，兩電極間的距離

3、為2L，流過兩電極的電流分別為I1和I2，則流過n型層上電極的電流I0為I1和I2之和（I0= I1+I2）。 計(jì)算公式為 t1 t2 t3 t4 4.(1)在t1時(shí)刻，1高電位，2、3低電位。此時(shí)1電極下的表面勢(shì)最大，勢(shì)阱最深。假設(shè)此時(shí)已有信號(hào)電荷（電子）注入，則電荷就被存儲(chǔ)在1電極下的勢(shì)阱中。(2)t2時(shí)刻，1、2為高電位，3為低電位，則1、2下的兩個(gè)勢(shì)阱的空阱深度相同，但因1下面存儲(chǔ)有電荷，則1勢(shì)阱的實(shí)際深度比2電極下面的勢(shì)阱淺，1下面的電荷將向2下轉(zhuǎn)移，直到兩個(gè)勢(shì)阱中具有同樣多的電荷。(3)t3時(shí)刻，2仍為高電位，3仍為低電位，而1由高到低轉(zhuǎn)變。此時(shí)1下的勢(shì)阱逐漸變淺，使1下的剩余電荷

4、繼續(xù)向2下的勢(shì)阱中轉(zhuǎn)移。(4)t4時(shí)刻，2為高電位，1、3為低電位，2下面的勢(shì)阱最深，信號(hào)電荷都被轉(zhuǎn)移到2下面的勢(shì)阱中，這與t1時(shí)刻的情況相似，但電荷包向右移動(dòng)了一個(gè)電極的位置。當(dāng)經(jīng)過一個(gè)時(shí)鐘周期T后，電荷包將向右轉(zhuǎn)移三個(gè)電極位置，即一個(gè)柵周期（也稱一位）。因此，時(shí)鐘的周期變化，就可使CCD中的電荷包在電極下被轉(zhuǎn)移到輸出端。5、在晶體橫向調(diào)制器中，應(yīng)盡量消除自然雙折射對(duì)調(diào)制光的影響，通常采用“組合調(diào)制器”的結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)償?，F(xiàn)有兩塊尺寸、性能完全相同的KDP晶體，其中一塊晶體如圖4放置，請(qǐng)問另一塊晶體如何放置才能消除雙折射影響？并說明其原理。（需標(biāo)明加電壓后晶體主軸x,y,z的方向和電壓正負(fù)）xy

5、KDP晶體z入射光偏振方向圖4xy電光晶體z電光晶體z-xy+線偏光通過第一和第二塊晶體兩光束的相位差 由自然雙折射引起的相位的符號(hào)相反所以相互抵消6、設(shè)在半徑為Rc的圓盤中心法線上，距盤圓中心為l0處有一個(gè)輻射強(qiáng)度為Ie的點(diǎn)源S，如圖所示。試計(jì)算該點(diǎn)源發(fā)射到圓盤的輻射功率。l0SRc第1.1題圖解：因?yàn)椋?且 所以 7、已知從鋁金屬逸出一個(gè)電子至少需要A = 4.2 eV的能量，若用可見光投射到鋁的表面，能否產(chǎn)生光電效應(yīng)？為什么？(普朗克常量h =6.6310-34 Js，基本電荷e =1.6010-19 C)答：不能產(chǎn)生光電效應(yīng)因?yàn)椋轰X金屬的光電效應(yīng)紅限波長(zhǎng) 0=hc/A ,而A=4.2e

6、V=6.72*10-19J 所以 0=296nm而可見光的波長(zhǎng)范圍 400nm-760nm0 所以不能產(chǎn)生光電效應(yīng)8、在兩個(gè)激光放大器之間，通常加入隔離器，使光束只沿一個(gè)方向傳播。現(xiàn)有一45法拉第旋轉(zhuǎn)器，偏振片若干，運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，在如圖3所示的光路中設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的磁光隔離器，畫出結(jié)構(gòu)示意圖，并說明其工作原理。激 光放大器激 光放大器光束傳播方向 圖8答：如圖所示,磁光隔離器主要由起偏器、45法拉第旋轉(zhuǎn)器和檢偏器構(gòu)成. 起偏器和檢偏器光軸間夾角為45。來自起偏器的線偏振光,經(jīng)45法拉第旋轉(zhuǎn)器之后,由于磁光效應(yīng)， 振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)45,正好與檢偏器的光軸平行,能通過檢偏器傳播。若傳播的光受到反射,反射

7、的光再度通過45法拉第旋轉(zhuǎn)器,振動(dòng)面又旋轉(zhuǎn)45,正好與起偏器的光軸垂直,從而被擋住,避免了反射光進(jìn)入作為光源的激光器而影響光源的穩(wěn)定性，這樣可以起到隔離的作用。起偏器檢偏器450法拉第偏轉(zhuǎn)器450激光450激 光 放大器激 光 放大器 9、判斷圖9中所示為哪種探測(cè)器，寫出圖中所標(biāo)注的a、b、c的電極名稱，并簡(jiǎn)述該探測(cè)器的組成和工作原理。bca入射光答：光電倍增管a，陰極b，柵網(wǎng)c，陽極光電倍增管由光入射窗，光電陰極，電子學(xué)系統(tǒng)，倍增管和陽極等部分組成光電倍增管由光窗，光電陰極，電子學(xué)系統(tǒng)，光電倍增系統(tǒng)和陽極五個(gè)部分組成，光電倍增管的工作原理（1）光子透過入射窗口入射到光電陰極（2）光電陰極的電子受光子激發(fā)，離開表面發(fā)射到真空中，（3）光電子通過電場(chǎng)加速和電子光學(xué)系統(tǒng)聚焦入射到第一倍增極D1上，倍增極發(fā)射出比入射電子數(shù)目更多的二次電子。入射電子徑N極管倍增極倍增后，光電子就放大N次。(4)經(jīng)過倍增后的二次電子由陽極收集起來，形成陽極光電流，在負(fù)載上產(chǎn)