发布时间 : 星期四 文章光电技术与实验 习题 试卷 答案 复习资料 - 图文更新完毕开始阅读f38cda35f111f18583d05a3d
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。