光电技术习题&答案提示

第一章

第一部分:

1． 已知表示光电导体的灵敏度的G（光电增益）= βτ/ tL ，

式中β为量子产额；τ为光生载流子寿命；tL为载流子在光电导两极间的渡越时间，如果在光电导体中自由电子与空

穴均参与导电，请推导：G = β(τnμn +τpμp )U/l2 式中τn和τp分别为自由电子和空穴的寿命；μn和μp分别为自由电子和空穴的迁移率。（答案见课本P6） 2． 简答P型与N型半导体杂质能级区别.

3． 比较直线性光电导与抛物线性光电导的主要特性。(答案见讲

稿1.1.3的P7,10)

4． 举一简例说明研究光电导的光谱分布有何实际应用。 5． 简述光生伏特效应与热释电效应的原因及其应用。(答案见讲

稿1.1.4&1.1.5的P1,6)

6． 观察图1.1.3-4，指出本征光电导与杂质光电导的长波限位

置。

7. 设在半径为Rc的圆盘中心法线上，距盘圆中心为l0处有一个辐射强度为Ie的点源S，如图所示。试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。 S

l0 Rc 第1题图

8. 如图所示，设小面源的面积为As，辐射亮度为Le，面源法线与l0的夹角为s；被照面的面积为Ac，到面源As的距离为l0。若c为辐射在被照面Ac的入射角，试计算小面源在Ac上产生的辐射照度。

第2题图

s Le As l0 Ac c

用定义LedIed和Eee求解。

ArcosrdA*9. 从黑体辐射曲线图可以看出，不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长m随温度T的升高而减小。试由普朗克热辐射公式导出

mT常数。

这一关系式称为维恩位移定律，其中常数为2.89810-3m•K。

第二部分：

1.正透镜的共同特征是中心厚度比边缘厚度厚;负透镜的共同特征是中心厚度比边缘厚度薄。

2．单片正透镜是一个最简单的放大镜。 3．工作在物镜面附近的透镜称为场镜

4．探测器与浸没透镜平面间或胶合或光胶，使像面浸没在折射率较高的介质中。它的主要作用是显著地减小探测器的光敏面积，提高信噪比。 5．阶梯透镜是有“阶梯”形不连续表面的透镜；“阶梯”由一系列同心圆环状带区构成，故又称环带透镜。优点：厚度小，重量轻，光吸收损失小。

6．设球面曲率半径为R，则球面镜的焦距为R／2，这一数值与光的波长无关，也就是说球面镜不产生色差

7．光锥为一种非成像的聚光元件，可增加光照度或减小探测器面积的作用

8．光楔常用作光学测微器或补偿器，利用光楔的移动或转动来测量或补偿微小的角量或线量。

9．干涉滤光片主要功能是分割光谱带,常见的有:截止滤光片和带通滤光片 10．光调制指的是使光信号的一个或几个特征参量按被传送信息的特征变化，以实现信息检测传送目的的方法。

11．分别简答下列三个图调制方法（光强度调制） （答案见课本P32）

12．光波在传播时被超声波衍射的现象叫做声光效应。

13．利用偏振光振动面旋转，实现光调制最简单的方法是用两块偏振器相对转动，按马

吕斯定理，输出光强为__________，式中I0为两偏振器主平面一致时所通过的光强；α为两偏振器主平面间的夹角。(答案见讲稿1.2.3的P12)

14．克尔效应:指的是某些各向同性的介质在电场作用下变成各向异性，光束通过将会产生双折射现象。

15.实验表明,克尔效应的两束偏振光的折射率之差ne-n0与电场E的平方成正比 ，而泡克耳效应的两束偏振光的折射率之差ne-n0 与所加电场E成正比。 (答案见讲稿1.2.3的P14)

16何为磁光效应？目前在磁光效应方面，主要是哪两种效应来获得光偏振调制？“法拉第”旋光效应偏振光在磁场内偏振面旋转的角度表达式如何？ 17．光的频率调制，主要是指光学多普勒频移

18．波长调制有哪几种（至少举三种）？下图为利用热色物质颜色变化的波长调制来检测液体温度的示意图，说明其检测原理。

19. 放大器的电压放大系数通常是频率的复函数，可以写成_______. 式中f是频率，

ω是角频率,│Au(jω)│表示放大器的放大量与频率的关系，称为幅—频特性,φ(ω)表示放大器输出相对于输入的相位差与频率的关系,称为相—频特性,它们合称为放大器的频率特性,也称为频率响应。 (答案见讲稿1.3.1的P3) 20. 共模抑制比(CMRR)：差模增益 和共模增益的比值 。 21.利用理想运算放大器的近似条件写出下列各图的u0的值

R(答案见讲稿1.3.1的P9,17,19,21)

C  u i

－ + +

R2 Rf

图a 图b C uI －

R A

uO ＋

R’

图c

22 .上题的图b中，当输入为方波时，输出为_______；图C中，当输入为方波时，输出为________，当输入为正弦波时，输出为_____。

23衰减很小的频带称为通带;衰减大的频带称为阻带;通带和阻带交界处的频率称为截止频率。

24 指出下面两图各何种滤波器，分别写出其传递函数及幅频特性表达式 RF RF

•R1 UoR1 uo

 Ui•R - + + Uo•Ui•- + +

25. 写出下图的传递函数

RF (答案见讲稿1.3.2的P12)

R1

 -• RRUi + CC

26下图所示为开关电容滤波器,画出其等效电路并写出其传递函数

+ Uo•

27下图为迟滞比较器电路，请写出其迟滞宽度 (上门限电压UIH 和下门限电压UIL 之差) ΔU表达式. （答案见课本P60）

28.下图为采样保持电路的原理图。请简要分析其工作原理

第二章

1． 电子在低能级与高能级之间可以有哪3 种跃迁？(答案见讲稿2.1的P5) 2 激光器稳定工作的两个必要条件什么？

3 简要比较LED与LD原理和特性的相同点与不同点 (答案见讲稿2.1的P13，2.2的P2)

4．液晶显示器件(LCD)是利用液态晶体的光学各向异性特性,在电场作用下对外照光进行调制而实现显示的。

5．什么是液晶？分为哪两大类? 作为显示技术应用的为哪类液晶? (答案见讲稿2.3的P1，2)

6. LCD能工作的极限温度范围基本上由液晶的熔点和液晶的清亮点确定。

7. 向列相(Nematic Liquid Crystals)液晶的特点？(答案见讲稿2.3的P2，3)

8．在外电场作用下，P型液晶分子长轴方向平行于外电场方向，N型液晶分子长轴方向垂直于外电场方向。目前的液晶显示器件主要使用P型液晶。

9．彩色显像管中，为了防止每个电子束轰击一个像素中的另外两个颜色的荧光体，在荧光面内侧设有选色电极荫罩。

10．显像管中，电子束轰击荧光粉时，荧光粉的分子受激而发光，当电子束的轰击停止后，荧光粉的光亮并非立即消失，而是按指数规律衰减，这种特性称为余辉特性。 11．显像管中，栅极所加电压的大小控制屏幕光点的亮暗

第三章

1．简述四种光电效应：（答案见课本P95）

2．光电信息转换器件的主要特性中，光谱特性与频率特性有何区别？

2． 光电倍增管的电子光学系统任务是什么？

3． 光敏电阻利用光电导效应制成。当入射光子使电子由价带跃升到导带时，导带中的电子和价带中的空穴二者均参与导电，因此电阻显著减小，称为光敏电阻。 4． 说出下面两图中右图的优点

5． P214：第29题 （答案见课本P105） 7．画出光电池带负载时的等效图，说明负载太大时的后果。 （答案见课本P106） 8．硒光电池与硅光电池中，哪个在人的视觉范围内？

9．P214：第23题（答案见课本P114） 10．分析右图的测量原理

11．画出热释电的典型输出电路。（答案见课本P117）

12．下图热释电防盗报警器的电路图，分析其电路工作原理。

13．何为PSD？分析下图的工作原理。（答案见课本P122）

14．描述CCD 的MOS光敏元工作原理

15．结合教材图3.2.2-2及图3.2.2-3说明CCD移位寄存器工作原理（答案见课本P124） 16．结合教材图3.2.2-4及图3.2.2-5说明CCD光敏单元中的电荷向移位寄存器转移的工作过程 。

17下图所示为用二块CCD测量大物体直径D的示意图。设所用的CCD有N0个光敏元，每个光敏元的大小为13μ，CCD间的距离固定为L， CCD1的计数值为N1，CCD2的计数值为N2，写出D值表达式 （答案见课本P128）

18 P214：第31题

19．增量式编码器的原理是光栅的莫尔条纹。

20．二进制编码方式中，码盘的码道数n和码道编码容量M之间关系为_____

21 简要说出循环码盘的三个特点(答案见讲稿3.3.2的P7)

22．右图为格雷码图案（白的表示透光“1”），请用线在该图上画出编码输出为“00011”时的位置 23画出循环码的译码电路示意图（答案见课本P138）

24．名词解释：Sagnac 效应

第四章

1．

什么叫差动法？（答案见课本P142） 以下图为例叙述相敏检波器的原理。

2．

3．举例说明脉冲法测量物理量的工作原理。（答案见课本P145）

4．相位测距法中,由D＝λ(M十Δm)可知，如果测得光波相位移φ中2π的整数和小数，就可以确定出被测距离值，所以调制光波可以被认为是一把“光尺”，其波长λ就是相位式激光测距仪的“测尺”长度。用一组测尺共同对距离D进行测量可以解决距离的多值解，其实质是解决了测距仪高精度和长测程的矛盾。在这组测尺中，最短的测尺保证了必要的测距精度，而较长的测尺则保证了仪器所必要的测程。

5. 下图为大直径的光电检测的示意图，请说明测量原理（答案见课本P150）

6．结合维恩公式和下图说明光电比色温度计的测量原理。（图中7为流比计）

7．双向可控硅有四种触发方式，工作在第一象限有二种触发方式1＋和1－，工作在第三象限有二种触发方式3＋和3－。1＋触发形式：T1对T2加正电压，G对T2加正电压；1－触发形式：T1对T2加正电压，G对T2

加负电压；3＋触发形式：T1对T2加负电压，G对T2加正电压；3－触发形式：T1对T2加负电压，G对T2加负电压；（答案见课本P164）

8．下图为一双向可控硅触发电路，请分析其工作原理。

9．下图为一实用的路灯控制电路，请分析控制原理。（答案见课本P166）

10. 光控电焊眼罩工作原理如图所示，当液晶屏P不通电时，液晶是透明.的，眼睛可以通过液晶屏看到焊点的情况。当液晶屏P通电时,液晶发生偏转，透光度大大减小。电焊光不会对眼睛产生危害。图中，R D2 用来接收电焊强光，R D1 用来接收外界自然光。试分析该装置的工作原理，指出各元器件的作用。