武漢理工大學(xué)光電技術(shù)考試試題紙A卷

1、武漢理工大學(xué)光電技術(shù)考試試題紙A卷課程名稱光電技術(shù)專業(yè)班級光信科05010503題號三四五六七八九十總分題分1515101010151510100備注：學(xué)生不得在試題紙上答題 （含填空題、選擇題等客觀題）、名詞解釋（每小題3分，總共15分）1. 坎德拉（Candela,cd） 2.外光電效應(yīng)3.量子效率4.象增強(qiáng)管5.本征光電導(dǎo)效應(yīng)、 填空題（每小題3分，總共15分）1. 光電信息變換的基本形式、 O2. 光電倍增管是一種真空光電器件，它主要由和組成3. 發(fā)光二極管（LED）是一種注入電致發(fā)光器件，他由P型和N型半導(dǎo)體組合而成。其發(fā)光機(jī)理可以分為和4. 產(chǎn)生激光的三個(gè)必要條件是5. 已知本征硅

2、的禁帶寬度為Eg，要使該材料有光電子產(chǎn)生，其入射光波的最大波長為-Ubb=12VRbRp三、如圖1所示的電路中，已知Rb=820廠 VDw去Q ,Re=3.3K Q , Uw=4V，光敏電阻為 Rp, 當(dāng)光照度為40lx時(shí)，輸出電壓為6V , 80lx是 圖1UoRe9V。設(shè)光敏電阻在 30100之間的丫值不變。試求：(1)輸出電壓為8V時(shí)的照度；(2)若Re增加到6 K Q,輸出電壓仍然為 8V,求此時(shí)的照度;(3)輸出電壓為8V時(shí)的電壓靈敏度。四、如果硅光電池的負(fù)載為Rl。(10分)(1) 、畫出其等效電路圖；(2) 、寫出流過負(fù)載的電流方程及開路電壓和短路電流；(3) 、標(biāo)出等效電路圖中

3、電流方向。五、簡述PIN光電二極管的工作原理。為什么 PIN管比普通光電二極管好？(10分)六、1200V負(fù)高壓供電，具有11級倍增的光電倍增管，若 倍增管的陰極靈敏度 SK為20uA/lm,陰極入射光的照度為 0.1Lx，陰極有效面積為 2cm2，各倍增極二次發(fā)射系數(shù)均相等（ =4），光電子的收集率為；。=0.98，各倍增極的電子收集率為；=0.95。（提示增益可以表示為 G = ；o（ = ）n）（15分）（1）計(jì)算光電倍增管的放大倍數(shù)和陽極電流。（2）設(shè)計(jì)前置放大電路，使輸出的信號電壓為 200mV，求 放大器的有關(guān)參數(shù)，并畫出原理圖。七、簡述CCD的兩種基本類型，畫出用線陣CCD測量微

4、小物體（小于100微米）原理簡圖，并分析測量原理。（15分）八、一 InGaAs APD管在倍增因子M=1，入射波長為1550nm時(shí)的量子效率 =60%,加偏置電壓工作時(shí)的倍 增因子M=12。（10分）1如果入射功率為20nW , APD管的光電流為多少？2倍增因子為12時(shí)，APD管的光譜響應(yīng)度為多少？光電技術(shù)A卷參考答案、名詞解釋1. 坎德拉（Candela,cd）:發(fā)光頻率為 540 x 10Hz的單色輻射，在給定方向上的輻射強(qiáng)度為1/683Wsr-1時(shí)，在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度為 1cd。2. 外光電效應(yīng)：當(dāng)光照射某種物質(zhì)時(shí)，若入射的光子能 量hv足夠大，它和物質(zhì)中的電子相互作用，致使電子逸

5、出物質(zhì)表面，這種現(xiàn)象稱為光電發(fā)射效應(yīng)， 又稱外光 電效應(yīng)。3. 量子效率：一定波長的光子入射到光電陰極時(shí)，該陰極所發(fā)射的光電子數(shù)與入射的光子數(shù)之比值。4. 象增強(qiáng)管：把微弱的輻射圖像增強(qiáng)到可使人直接觀察的真空光電成像器件。5. 本征光電導(dǎo)效應(yīng)：本征半導(dǎo)體價(jià)帶中的電子吸收光子能量躍入導(dǎo)帶，產(chǎn)生本征吸收，導(dǎo)帶中產(chǎn)生光生自由電 子，價(jià)帶中產(chǎn)生光生自由空穴， 使得材料的電導(dǎo)率發(fā)生 變化的現(xiàn)象。填空題1. 信息載荷于光源的方式 信息載荷于透明體的方式、 信 息載荷于反射光的方式、 信息載荷于遮擋光的方式、 信 息載荷于光學(xué)量化器的方式和光通信方式的信息變換。2. 光入射窗、光電陰極、 電子光學(xué)系統(tǒng)、倍增

6、極和陽極。3. PN結(jié)注入發(fā)光，異質(zhì)結(jié)注入發(fā)光。1 _ he4、2 口&四、根據(jù)圖示為恒流偏置電路，流過穩(wěn)壓管的電流滿足穩(wěn)壓管的工作條件(1) 當(dāng)兒4V時(shí)，*R亠-5 由得輸出電壓為6伏時(shí)電阻*1 6您),廠lgJAlg烏 輸出電壓為9伏時(shí)電阻覽3d，故=1;jflt-匕輸出電壓為8V時(shí)，光敏電阻的阻值為=4總，帶入 ，解得E=60lx(2) 與上面(1)中類似，求出照度 E=34lx亠十亠口“s = =i£=o，xv/fr)(3) 電路的電壓靈敏度牽效微變五、(1)光電池的等效電路圖(2) 流過負(fù)載電阻的電流方程-D短路電流的表達(dá)式'匕'f "tr

7、 I,»L = K-+D開路電壓的表達(dá)式(3) 電流方向如圖所示六、當(dāng)光照射p- n結(jié)，只要人射光子能量大于材料禁帶寬 度，就會在結(jié)區(qū)產(chǎn)生電子-空穴對。這些非平衡載流子在內(nèi) 建電場的作用下，空穴順電場方向運(yùn)動，電子逆電場方向運(yùn) 動，在開路狀態(tài)，最后在 n區(qū)邊界積累光電子，p區(qū)積累光 生空穴，產(chǎn)生一個(gè)與內(nèi)建電場方向相反的光生電場。光電二 極管在正偏置時(shí)，呈單向?qū)щ娦裕瑳]有光電效應(yīng)產(chǎn)生，只有 在反偏置或零偏置時(shí)，才產(chǎn)生明顯的光電效應(yīng)。其基本結(jié)構(gòu) 就是一個(gè)p-n結(jié)，屬于結(jié)型光生伏特效應(yīng)。當(dāng)光照射時(shí)， 滿足條件hv>Eg,則在結(jié)區(qū)產(chǎn)生的光生載流子將被內(nèi)建電場 拉開，于是在外電場的作用下

8、形成了以少數(shù)載流子漂移為主 的光電流，顯然，光電流比無光照射時(shí)的反向飽和電流大的 多，如果光照越強(qiáng)，表示在同樣條件下產(chǎn)生的光生載流子越 多，光電流就越大，反之，則光電流越小。對于PIN管，由于I層的存在，使擴(kuò)散區(qū)不會到達(dá)基區(qū)，從而減少了或根本 不存在少數(shù)載流子通過擴(kuò)散區(qū)的擴(kuò)散時(shí)間，而I層工作在反向，實(shí)際是一個(gè)強(qiáng)電場區(qū)，對少子起加速的作用。即使I層較厚，對少子的度越時(shí)間影響也不大，即提高了頻率響應(yīng)。同時(shí)，反偏下，耗盡層較無 I層時(shí)要大的多，從而使結(jié)電容 下降，也提高了頻率響應(yīng)。七、CCD有兩種基本類型：一種是電荷包存貯在半導(dǎo)體與絕緣體 之間的界面，并沿界面?zhèn)鬏?，這類器件稱為表面溝道電荷耦 合器件

9、（SCCD ;另一種是電荷包存貯在離半導(dǎo)體表面一定 深度的體內(nèi)，并在半導(dǎo)體內(nèi)沿一定方向傳輸，這類稱為體內(nèi) 溝道或埋溝道電荷耦合器件（BCCD。原理：當(dāng)滿足遠(yuǎn)場條件L>> d2/入時(shí)，根據(jù)夫瑯和費(fèi)衍射 公式可得到d=K入 /Sin 9 當(dāng)9很小時(shí)（即L足夠大時(shí)）Sin 9tg 9 = Xk/L代入 （1 ） 式得d=心="* =：.（2）S暗紋周期，S=X/K是相等的，則測細(xì)絲直徑d轉(zhuǎn)化為用CCD測S測量簡圖八(1) Solution The responsivity at M=1 in terms of thequantum efficiency isS(z)p(z) = (0.5 AIT _1)x (20 x 101 xlO1;xl *5xl0-5S(z) = g(z) = 0 6>he6.626x 10 " x3xlO'= 0.75JJJ-l3T (/)y _S(刃尿 j