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(jí)光信科05010503題號(hào)一二三四五六七八九十總分題分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 、 、 、 、 、 。2.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

2、。4. 產(chǎn)生激光的三個(gè)必要條件是 。RpReRbRpReRbVDWUbb=12VUo圖1 三、如圖1所示的電路中，已知Rb=820,Re=3.3K,UW=4V，光敏電阻為Rp,當(dāng)光照度為40lx時(shí)，輸出電壓為6V，80lx是為9V。設(shè)光敏電阻在30100之間的值不變。試求：(1) 輸出電壓為8V時(shí)的照度； （2）若增加到6 K，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。如果硅光電池的負(fù)載為RL。(10分)(1)、畫(huà)出其等效電路圖；(2)、寫(xiě)出流過(guò)負(fù)載的電流方程及開(kāi)路電壓和短路電流；(3)、標(biāo)出等效電路圖中電流方向。簡(jiǎn)述PIN光電二極管的工作原理。為什么PIN管比

3、普通光電二極管好？ (10分)1200V負(fù)高壓供電，具有11級(jí)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()，光電子的收集率為，各倍增極的電子收集率為。(提示增益可以表示為) (15分) 計(jì)算光電倍增管的放大倍數(shù)和陽(yáng)極電流。設(shè)計(jì)前置放大電路，使輸出的信號(hào)電壓為200mV，求放大器的有關(guān)參數(shù)，并畫(huà)出原理圖。簡(jiǎn)述CCD的兩種基本類型，畫(huà)出用線陣CCD測(cè)量微小物體(小于100微米)原理簡(jiǎn)圖，并分析測(cè)量原理。(15分)一InGaAs APD 管在倍增因子M=1，入射波長(zhǎng)為1550nm時(shí)的量子效率60，加偏

4、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卷參考答案一、 名詞解釋1. 坎德拉(Candela,cd)：發(fā)光頻率為54010Hz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(zhǎng)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：

5、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。二、 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)、倍增極和陽(yáng)極。3. PN結(jié)注入發(fā)光，異質(zhì)結(jié)注入發(fā)光。4、 5、四、根據(jù)圖示為恒流偏置電路，流過(guò)穩(wěn)壓管的電流 滿足穩(wěn)壓管的工作條件(1) 當(dāng)4V時(shí)，由得輸出電壓為6伏時(shí)電阻6K，輸出電

6、壓為9伏時(shí)電阻3K，故=1；輸出電壓為8V時(shí)，光敏電阻的阻值為=4K，帶入，解得E=60lx（2）與上面（1）中類似，求出照度E=34lx(3) 電路的電壓靈敏度五、(1) 光電池的等效電路圖(2) 流過(guò)負(fù)載電阻的電流方程短路電流的表達(dá)式開(kāi)路電壓的表達(dá)式 (3) 電流方向如圖所示六、當(dāng)光照射pn結(jié)，只要人射光子能量大于材料禁帶寬度，就會(huì)在結(jié)區(qū)產(chǎn)生電子空穴對(duì)。這些非平衡載流子在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，空穴順電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，電子逆電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，在開(kāi)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(chǎng)方向相反的光生電場(chǎng)。光電二極管在正偏置時(shí)，呈單向?qū)щ娦裕瑳](méi)有光電效應(yīng)產(chǎn)生，只有在反偏置或零

7、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hvEg,則在結(jié)區(qū)產(chǎn)生的光生載流子將被內(nèi)建電場(chǎng)拉開(kāi)，于是在外電場(chǎng)的作用下形成了以少數(shù)載流子漂移為主的光電流，顯然，光電流比無(wú)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(duì)于PIN管，由于I層的存在，使擴(kuò)散區(qū)不會(huì)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(guò)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(chǎng)區(qū)，對(duì)少子起加速的作用。即使I層較厚，對(duì)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(wú)I層時(shí)要大

8、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)鬏敚@類器件稱為表面溝道電荷耦合器件（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(chǎng)條件Ld2/時(shí)，根據(jù)夫瑯和費(fèi)衍射公式可得到d=K/Sin (1)當(dāng)很小時(shí)（即L足夠大時(shí)）Sintg= Xk/L代入（1）式得 d= .(2)S暗紋周期，S=XK/K是相等的，則測(cè)細(xì)絲直徑d轉(zhuǎn)化為用CCD測(cè)S測(cè)量簡(jiǎn)圖八(1) Solution The responsivity at M=1 in terms of t