光电技术与实验 习题 试卷 答案 复习资料 - 图文 下载本文

状态的改变,而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量,引起探测元件温度上升,温度上升的结果又使探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化。所以,光热效应与单光子能量

h?的大小没有直接关系。原则上,光热效应对光波频率没有选择性。只是在红外波段上,

材料吸收率高,光热效应也就更强烈,所以广泛用于对红外线辐射的探测。因为温度升高是热积累的作用,所以光热效应的响应速度一般比较慢,而且容易受环境温度变化的影响。值得注意的是,以后将要介绍一种所谓热释电效应是响应于材料的温度变化率,比其他光热效应的响应速度要快得多,并已获得日益广泛的应用。

3请简要说出InSb和PbS光敏电阻的特性。(得分点:每种光敏电阻有1分,写出光敏电阻的主要参数得4分,本题总分6分) (1)PbS

近红外辐射探测器

波长响应范围在1~3.4μm,峰值响应波长为2μm 内阻(暗阻)大约为1MΩ 响应时间约200μs (2)InSb

在77k下,噪声性能大大改善 峰值响应波长为5μm 响应时间短(大约50×10-9s)

4为什么说光电池的频率特性不是很好?(得分点:2个因素,每一个得分3分,本题总分6分)

答:光电池总的来说频率特性不是很好,这是由于两个方面的原因:

第一,光电池的光敏面一般做的较大,因而极间电容较大;第二,光电池工作在第四象限,有较小的正偏压存在,所以光电池的内阻较低,而且随入射光功率变差,因此光电池的频率特性不好.

5 直接光电探测器的平方律特性表现在哪两个方面? 答:直接探测器的平方律特性表现在: 三 推导证明,共10分,每题5分

1 已知热电晶体极板面积为A,热电系数为β,负载电阻为RL,热敏元件的吸收系

i?t数为α,热导为G,且温度变化规律为T。证明热释电探测器的电压??T??Te0A??R?L灵敏度为R。(教材P148-150) ?u2222G1??????c1H????2已知光电二极管的反偏压V及最大入射光功率P,器件的暗电导为g,临界电

?g?SPV?1??g'???g'?导为g’,器件光点转换灵敏度为S,证明合理的负载电阻为:RL??。SP(画出线性化处理后的伏安特性曲线)

证明过程略(教材P138-139)(得分点:分析,包括绘出线性处理后的伏安特性曲线示意图2分,证明过程,应在伏安特性曲线图上表示出各个参量,2分,结论1分,本题总分5分)

四 计算题,共40分,每题10分

1 已知热敏器件的受光面为100mm2,频率响应范围为1HZ,器件初始温度为300K,发射率为ε为100%,试推导并估算此热敏探测器的最小可探测光功率。(σ=5.67×10-12J/cm2K4,kB=1.38×10-23J/K)(得分点:分析3分,过程5,结论2分,本题总分10分)(P148)

2输入信号Uin经过二极管整流后,输出信号为Uou=KUin,现有一按正弦规律变化的经过隔直处理后的调幅输入信号为:Uin=(1+msinΩt)sinωt,其中的m为调制度,Ω为调制频率,ω为载波频率,经过二极管整形后并按傅里叶级数展开,得到:

???21mm????????U?K1?msin?t?cos2nt?sin2n??t?sin2n??t ??ou?2??224n?1??1??????问:(1)分析上式,并说出上式中那部分是我们需要提取的信号?为什么。 (2)为了提取出需要的信号,需要采取什么电路来提取?最后提取出的信号表达式是什么,并画出电路图。 (3)根据右图的调制波形绘出整流后的波形,并绘出经过滤波后的信号波形简图。

(得分点:每一个小问题各占3分,绘出信号处理过程示意图1分,本题总分10分)

t 班级:姓名密 : 学 号

解答:1 需要提取的信号为Uin=(1+msinΩt) 3分 2为了提取上述信号,首先采用二极管半波整流电路(1分),提取出信号的正半周期(电路图1分),因为我们需要的信号与经过处理的信号相比为低频信号,因此,通常可采用RC低通滤波器过滤掉高频,剩下的就是需要的低频信号(2分)。 3 略。(3分)

3 一目标经红外成像系统成像后供人眼观察,在某一特征频率时,目标对比度为0.5,大气的MTF为0.9,探测器的MTF为0.5,电路的MTF为0.95,CRT的MTF为0.5,则在这一特征频率下,光学系统的MTF至少要多大?(得分点:分析8分,过程1,结论1分,本题总分10分)

要求:按平时作业的计算题要求,写出解答的理论基础,对0.026这个参数要说明是什么。

答: 0.5?0.9?0.5?0.95?0.5?MTFo?0.02 得到:MTFo?0.24 4 已知某硅光电二极管的灵敏度S?0.5?A?W,结电导g?0.005?s,屈膝电

压u''?10V,入射光信号功率P?5?3sin?t??W?,反偏压V?40V。求:电信号输出送到放大器时,取得最大功率的电阻RP及放大器的输出电压Ri。(得分点:分析3分,过程5,结论2分,本题总分10分)

解答略(教材P141)

广东海洋大学2007 —— 2008学年第 一 学期B

一 填空题

20分,每空1分

1 为了表示一个热辐射光源所发出光的光色性质,常用到( )这个量,单位为K。这个量是指在规定两波长具有与热辐射光源的( )相同的黑体的温度。

2 光波在声光晶体里传播,按照声波频率的( )以及声波和光波( )的不同,声光相互作用可分为( )和( )两种衍射类型。

3 纵向电光调制器具有结构简单、工作稳定、不存在( )的影响。缺点是()太高。

4 光频外差探测是一种全息探测技术,这种探测技术可以探测光频电场的( )、( )和( )所携带的信息。

5 CCD与其它器件相比,最突出的特点是它以( )作为信号,而其他大多数器件是以( )或者( )作为信号。

6 电荷耦合器件的基本功能就是电荷存储和( )。CCD的工作过程就是信号电荷的( )、( )、( )和检测的过程。

7 红外成像系统性能的综合量度是( )和( )。 二 简答题,共30分,每题6分

1 在光度单位体系中,基本单位是如何定义的。 2 大气湍流效应对光束传播的影响有哪些方面。

3 什么是半波电压?对比KDP晶体的横向、纵向应用的特点。 4 说明光子效应和光热效应各自特点。 5 红外光学系统的特点 三 推导证明,共10分,每题5分

1 推导光电转换定律

2光电池等效电路如图1所示,据此请推导短路电流和开路电压的表达式。 四 计算题,共40分,每题10分

图1

1若取vs=616m/s,n=2.35, fs=10MHz,?0=0.6328?m,试估算发生拉曼-纳斯衍射所允许的最大晶体长度Lmax。

2用PbMoO4晶体做成一个声光扫描器,取n=2.48,M2=37.75?10-15s3/kg,换能器宽度H=0.5mm。声波沿光轴方向传播,声频fs=150MHz,声速vs=3.99?105cm/s,光束宽度d=0.85cm,光波长?=0.5?m。

⑴ 证明此扫描器只能产生正常布喇格衍射;

⑵ 为获得100%的衍射效率,声功Ps率应为多大? ⑶ 若布喇格带宽?f=125MHz,衍射效率降低多少?

3一目标经红外成像系统成像后供人眼观察,在某一特征频率时,目标对比度为0.5,大气的MTF为0.9,探测器的MTF为0.5,电路的MTF为0.95,CRT的MTF为0.5,则在这一特征频率下,光学系统的MTF至少要多大?

4 已知某硅光电二极管的灵敏度S,结电导g??0.5?A?W0.005?s,屈膝电''??压u?10,反偏压V?。求:电信号输V,入射光信号功率P40V?5?3sin?t?W出送到放大器时,取得最大功率的电阻RP及放大器的输出电压Ri。

补充题:输入信号Uin经过二极管整流后,输出信号为Uou=KUin,

现有一按正弦规律变化的经过隔直处理后的调幅输入信号为:Uin=(1+msinΩt)sinωt,其中的m为调制度,Ω为调制频率,ω为载波频率,经过二极管整形后并按傅里叶级数展开,得到:

???21mm????????U?K1?msin?t?cos2nt?sin2n??t?sin2n??t??ou?2??224n?1??1??????问:1 分析上式,并说出上式中那部分是我们需要提取的信号?为什么。