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根据图1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。

t 的辐射通量，若??20?5sin?t(?W)e?附加题：用2CU光点二极管探测激光输出的调制信号

已知电源电压为15V，2CU的光电灵敏度为Si=0.5μA/μW，结电容为CJ=3pF,引线分布电容Ci=7pF，

试求负载电阻RL=2MΩ时该电路的偏置电阻RB，并计算输出信号电压最大值情况下的最高截至频率。

解答：首先求出入射辐射通量的峰值：Φm=20+5=25μW 再求出2CU的最大输出光电流：IM=SIΦm=12.5μA

设输出信号电压最大时的偏置电阻为RB,则与负载电阻并联后的等效电阻为

U R//R??1.2M?BLIm进而可得出RB=3MΩ

则输出电压最大值时的最高截至频率为：

RR1L?Bf???83KHBz

??RRCCLBj?i?光电检测原理与技术考试题B答案 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（色温）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（辐射比率）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（大小）以及声波和光波（作用长度 ）的不同，声光相互作用可分为（拉曼-纳斯）和（布拉格）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（ 自然双折射 ）的影响。缺点是（ 半波电压 ）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（振幅）、（频率）和（相位）所携带的信息。

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

6 CCD的基本功能就是电荷存储和（电荷转移）。CCD的工作过程就是信号电

荷的（产生）、（存储）、（转移）和检测的过程。

7红外成像系统性能的综合量度是（空间分辨率）和（温度分辨率）。 二 简答题，共30分，每题6分（要求对涉及到的名词概念简单解释） 1在光度单位体系中，基本单位是如何定义的。什么是光视效能？

在光度体系中，被选作基本单位的不是光量或光通量，而是发光强度，其单位是坎德拉（1分）。

12定义为一个光源发出频率为540的单色辐射，如果在一给定方向上的辐?10Hz射强度为

1W，则该光源在该方向上的发光强度为1坎德拉（2分）。 sr683??光度量和辐射度量之间可以用光是效能与光视效率联系起来。光视效能描述某一波长的单色光辐射通量可以产生多少相应的单色光通量。即光视效能K?定义为同一波长下测得的光通量与辐射通量的比之，即K???v?单位：流明/瓦特（lm/W）。 ?e?2 大气湍流效应对光束传播的影响有哪些方面，分别加以简单说明。（得分点：回答什么是湍流效应得1分，湍流效应的具体表现每回答一个得1分，共4分，对具体表现有简单解释得1分，本题总分6分）

是一种无规则的漩涡流动，流体质点的运动轨迹十分复杂，既有横向运动，又有纵向运动，空间每一点的运动速度围绕某一平均值随机起伏。这种湍流状态将使激光辐射在传播过程中随机地改变其光波参量，使光束质量受到严重影响，出现所谓光束截面内的强度闪烁、光束的弯曲和漂移（亦称方向抖动）、光束弥散畸变以及空间相干性退化等现象，统称为大气湍流效应。

光束强度在时间和空间上随机起伏，光强忽大忽小，即所谓光束强度闪烁。波长短，闪烁强，波长长，闪烁小。然而，理论和实验都表明，当湍流强度增强到一定程度或传输距离增大到一定限度时，闪烁方差就不再按上述规律继续增大，却略有减小而呈现饱和，故称之为闪烁的饱和效应。

接收平面上，光束中心投射点（即光斑位置）以某个统计平均位置为中心，发生快速的随机性跳动（其频率可由数赫到数十赫），此现象称为光束漂移。若将光束视为一体，经过若干分钟会发现，其平均方向明显变化，这种慢漂移亦称为光束弯曲。

如果不是用靶面接收，而是在透镜的焦平面上接收，就会发现像点抖动。 3 什么是半波电压？对比KDP晶体的横向、纵向应用的特点。

当光波的两个垂直分量Ex?，Ey?的光程差为半个波长（相应的相位差为?）时所需要加的电压，称为半波电压。（2分）

横向运用时，存在自然双折射产生的固有相位延迟，它们和外加电场无关。表明在没有外加电场时，入射光的两个偏振分量通过晶后其偏振面已转过了一个角度，这对光调制器等应用不利，应设法消除。（2分）

横向运用时，无论采用那种方式，总的相位延迟不仅与所加电压成正比，而且晶体的长宽比(L/d)有关。而纵向应用时相位差只和V=EzL有关。因此，增大L或减小d就可大大降低半波电压。（2分）

4 说明光子效应和光热效应各自特点。

1. 光子效应：指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应。探测器吸收光子后，直接引起原子或分子的内部电子状态的改变。光子能量的大小，直接影响内部电子状态的改变。（2分）

特点：光子效应对光波频率表现出选择性，响应速度一般比较快。（1分） 2. 光热效应：探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，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。（2分）

特点：原则上对光波频率没有选择性，响应速度一般比较慢。（1分） （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。）

5 红外光学系统的特点（得分点：第一个特点得2分，其后每个特点的分1分，本题总分6分）

（1）红外辐射源的辐射波段位于1μm以上的不可见光区，普通光学玻璃对2.5μm以上的光波不透明，而在所有有可能透过红外波段的材料中，只有几种材料有必需的机械性能，并能得到一定的尺寸，如锗、硅等，这就大大限制了透镜系统在红外光学系统设计中的应用，使反射式和折反射式光学系统占有比较重要的地位。

（2）为了探测远距离的微弱目标，红外光学系统的孔径一般比较大。

（3）在红外光学系统中广泛使用各类扫描器，如平面反射镜、多面反射镜、折射棱镜及光楔等。

（4）8至14μm波段的红外光学系统必须考虑衍射效应的影响。 （5）在各种气象条件下或在抖动和振动条件下，具有稳定的光学性能。 三 推导证明，共10分，每题5分 1 推导光电转换定律

推导过程略（得分点：分析2分，过程2，结论1分，本题总分5分）（教材P112-113）

2 根据光电池等效电路，推导短路电流和开路电压的表达式，并简单说明实验室测量方法。（对开路电压和短路电流进行文字解释得2分，推导开路电压和短路电流的过程各占2分，本题总分6分）

测量方法：在一定光功率（例如1kW/m2）照射下，使

光电池两端开路，用一高内阻直流毫伏表或电位差计接在光电池两端，测量出开路电压；在同样条件下，将光电池两端用一低内阻（小于1Ω）电流表短接，电流表的示值即为短路电流。

推导过程：略（教材P130-131） 四 计算题，共40分，每题10分

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（分析正确得3分，写出L表达式得分2分，计算过程3分，结论2分）

22vsn?n?ss??由公式L?L， 又因为，代入上式计算，得到最大晶体??s0fs4?4?002122.35?616?10?3523?M长度为L 0?144?0.6328?102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。（各个小问题每一个占3分，对布拉格衍射