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1、中 国 海 洋 大 学 命 题 专 用 纸（首页）2005-2006学年第 2 学期 试题名称 ：光电技术 （B卷） 共 3 页 第 1 页 专业年级： 学号 姓名 授课教师名 分数 （请将计算题的答案写在答题纸上，其余直接作在试卷上）一、填空（40分，每题2分）1. 在可见光波段， 的衰减最小，故常常称该波段为“水下窗口”。2. 横向电光调制中，略去自然双折射的影响，若半波电压是1000V，要产生p/4的位相差需加电压为 。3. 大气分子散射中，若辐射波长远大于分子的线度，则称为 散射。若辐射波长远小于分子的线度，则称为 散射。4. 激光的大气湍流效应就是激光辐射在 场中传输时的效应。5.
2、直接调制，也称为内调制，是 。6. 光波传播到晶体介质中时，在晶体内部的传播规律会受到 的影响。7. 横向电光效应的电场方向的特点 。8. 一束线偏光通过两个法拉第转子后偏振方向旋转q，经反射镜原路返回后其偏振方向与起始偏振方向的夹角为 。9. 按调制器的工作机理，调制方法主要有 、 、 、 和 。10. 当探测系统的信噪比为1时，测得输入信号光功率为P0，输出功率为P，则噪声等效功率（NEP）为 。 11. 光电倍增管的噪声主要由 和 组成。授课教师命题教师或命题负责人签 字院系负责人签 字年 月 日中 国 海 洋 大 学 命 题 专 用 纸（附页）2005-2006学年第 2 学期 试题名
3、称 ：光电技术 （B卷） 共 3 页 第 2 页12. CCD的基本功能就是对电荷进行处理，包括 、 、 和 。13. 光电探测器的平方律特性包含两个层次的含义： 和 。14. 显示器是把由电信号形式传送的图像信息转换为 的器件。它主要由利用 效应工作的显示器件、 以及 组成。15. 产生布喇格声光衍射的条件是 、 和 。16. 黑白显象管由 、 、 和 组成 。17. 用凝视型红外成像系统观察30km远，10m10m的目标，若红外焦平面器件的像元大小是50m50m，假设目标像占4个像元，则红外光学系统的焦距应为 。18. 利用 原理而工作的探测器就是光电导探测器。光电导效应只发生在 材料中。
4、19. 声光扫描器是通过改变 来改变衍射光的方向，达到光束偏转的目的。20. 当温度上升时，热敏电阻的阻值也上升，则电阻的温度系数为正，反之为负，那么金属材料的热敏电阻的温度系数为 ,半导体材料的热敏电阻温度系数为 。中 国 海 洋 大 学 命 题 专 用 纸（附页）2005-2006学年第 2 学期 试题名称 ：光电技术 （B卷） 共 3 页 第 3 页二、计算题（10分）已知一个Si光电二极管的灵敏度S=0.5A/W，结电导g=0.005S，屈膝电压u=10V，入射光信号功率P=5+3sint（W），反向偏置电压V=40V。求（1）画出此时的基本电路图（2）计算电信号输出的最大功率，以及送
5、到放大器时最大功率对应的直流电阻RP和放大器的输入电阻Ri。 三、问答分析题(50分)1.（10分）比较发光二极管和激光二极管（结构、发光原理、PI特性、谱特性）异同点。2.（7分）简述热释电探测器的基本结构和工作原理。3.（8分）画出光电三极管的应用电路。简述光电三极管的工作原理并指出与一 般晶体管有什么不同。4.（5分）简述光电成像的原理和红外成像系统的基本任务。5.（8分）简述PSD特点并以一维PSD为例（如图1所示）说明其工作原理。 bac入射光 图1 PSD结构示意图 图26（12分）（1）判断图2中所示为哪种探测器，具体是哪种类型并标出图中的箭头所指部分的名称。（2）叙述该探测器的
6、组成和工作原理。光电技术试卷B 参考答案一、 填空（40分，每题2分）1. 蓝绿光2. 500V3. 瑞利 米氏4. 折射率起伏5. 改变激光器的参数使激光器输出的光随调制信号而改变6. 折射率分布7. 电场的方向和光束在晶体中传播方向相垂直8. 2q9. 机械调制、电光调制、声光调制、磁光调制、直接（内）调制10. P011. 散粒噪声 热噪声12. 电荷产生 电荷存储 电荷传输 电荷检验13. 光电流正比于光电场振幅的平方 电输出功率正比于入射光功率的平方14. 光信息 电光 驱动电路 电源15. 声波频率较高 声光作用距离长 光束与声波面以一定的角度斜入射16. 电子枪 偏转系统 荧光屏
7、 玻璃外壳 17. 300mm18. 光电（导）效应 半导体19. 声波的频率20. 正 负二、 计算题（10分）解：CRpRL图2分放大器往往是光电探测器的直接下级，探测器的输出电阻就是放大器的输入电阻（RL=Ri）。从题目可知是已知输入功率前提下，求最佳负载电阻的问题。光功率P0=5（W），P=8（W），根据公式 （2分）. （1分）光电二极管的结电导g=0.005s，GL=GP+g，GL=0.115s，放大器的输入电阻为： （1分） （1分） （2分） （1分）三、问答分析题(50分)1.（10分）发光二极管和激光二极管都是由pn结构成，不同的是激光二极管是利用半导体的解理面构成了激光谐
8、振腔，从而发光二极管发光机理是自发辐射，而激光二极管是受激辐射（4分）。P-I特性 发光二极管 激光二极管对于激光二极管，当注入电流很小时，激光二极管发出的光的功率很小，为自发辐射所致，发出的是荧光。当达到某个电流值（阈值电流）时，光功率突然增强，在阈值以后PI成很好的线性关系；而发光二极管的光功率随输入电流的增加而增大，无阈值电流，如图所示。激光二极管发出的光是激光，因而光谱较窄，而发光二极管由于没有选择波长的谐振腔，所以它的光谱是自发辐射的光谱，光谱较宽（6分）。2.（7分）热释电探测器由三部分组成：热敏元件、热链回路、大热容量的散热器组成（3分）。当强度变化的光照射热电体时，热电体的温度
9、发生变化，晶体的自发极化强度就会随温度T的变化而变化，相应的束缚电荷面密度也随之变化，材料表面的电荷会受到外部自由电荷的中合作用，但中和的过程一般比较慢，在来不及中和之前，热电体表面就呈现出相应于温度变化的面电荷变化，如果把热电体放进一个电容器极板之间，把一个电流表与电容两端相接，就会有电流流过电流表。（4分） 3.（8分）利用电子器件中的三极管原理，也可以制作出光电三极管。光电三极管的工作原理分为两个过程：一是光电转换；二是光电流放大。就是将两个pn结组合起来使用。基极和集电极之间处于反偏状态，内建电场由集电极指向基极。光照射p区，产生光生载流子对，电子漂移到集电极，空穴留在基极，使基极与发
10、射极之间电压增高，发射极的电子（多数载流子）在这个电场作用下漂移到集电极。 与一般晶体管不同的是，集电极电流（光电流）由集电结上产生的电流控制。集电结起双重作用；把光信号变成电信号起光电二极管作用；使光电流再放大起一般晶体管集电结作用。（6分）+图2分4.（5分）光电成像的原理:景物反射外界的照明光（或自身发出的热辐射）经光电成像系统的光学系统在像面上形成与景物对应的图像，置于像面上的具有空间扫描功能的光电摄像器件将二维空间的图像转变成一维时序电信号，在经过放大和视频信号处理后送至显示器，在同步信号参与下显示出与景物对应的图像（3分）。红外成像中的信号处理基本任务是：（1）形成与景物温度相对应
11、的视频信号 。（2）根据景物各单元对应的视频信号标出景物各部分的温度。（2分） 5.(8分)PSD是利用离子注入技术制成的一种可确定光的能量中心位置的结型光电器件，其特点是，(1)它对光斑的形状无严格要求，(2)光敏面上无象限分隔线，(3)对光斑位置可连续测量。（3分）工作原理：当光束入射到PSD器件光敏层上距中心点的距离为xA时，在入射位置上产生与入射辐射成正比的信号电荷，此电荷形成的光电流通过电阻p型层分别由电极1与2输出。设p型层的电阻是均匀的，两电极间的距离为2L，流过两电极的电流分别为I1和I2，则流过n型层上电极的电流I0为I1和I2之和（I0= I1+I2）（1分） 。 计算公式
12、为2分1分1分6、（12分）光电倍增管 （1分）盒栅型（1分） a.（半透明）阴极 b.栅网c.阳极（3分） 光电倍增管主要由光入射窗、光电阴极、电子光学系统、倍增极和阳极等部分组成。（3分）光电倍增管由光窗、光电阴极、电子光学系统、电子倍增系统和阳极五个主要部分组成。光电倍增管的工作原理：光子透过入射窗口入射在光电阴极上；（2）光电阴极的电子受光子激发，离开表面发射到真空中；（3）光电子通过电场加速和电子光学系统聚焦入射到第一倍增极D1上，倍增极将发射出比入射电子数目更多的二次电子。入射电子经N级倍增极倍增后，光电子就放大N次。（4）经过倍增后的二次电子由阳极收集起来，形成阳极光电流，在负载上产生信号电压。（4分）
