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1、一、 填空 1. 光電效應(yīng)包括（內(nèi)光電效應(yīng)）（外光電效應(yīng)） 2. 光熱效應(yīng)包括（熱釋電效應(yīng)）（輻射熱計效應(yīng)）（溫差電效應(yīng)） 3. 可見光波長范圍（380~780nm） 4. 描述輻射強(qiáng)度的量（光度學(xué)量）（輻射度學(xué)量） 5. 光的波粒二象性指的是（波動性）（粒子性） 6. 物體根據(jù)導(dǎo)電性能分為（導(dǎo)體）（半導(dǎo)體）（絕緣體） 7. （外界提供足夠的能量）（躍遷到的能帶上存在空位）//什么玩意發(fā)生的條件吧 8. （能態(tài)的分布）（能態(tài)中被電子占據(jù)的概率） 9. 半導(dǎo)體對光子的吸收可分為（本征吸收）（雜質(zhì)吸收）（激子吸收）（自由載流子吸收）（晶格吸收）（品格吸收） 10. 載流子在PN

2、結(jié)中運(yùn)動方式（擴(kuò)散）（漂移） 11. 光電池種類 （太陽能光電池）（測量光電池） 12. 光電耦合器按結(jié)構(gòu)和用途可分為（光電隔離器）（光傳感器） 13. 光敏三極管的兩個過程（光電轉(zhuǎn)換）（電流放大） 14. 光電倍增管的組成（陰極K）（倍增極D）（陽極A） 15. 激光器的組成（工作物質(zhì)）（泵浦）（諧振腔） 16. 光熱輻射檢測器件包括（熱敏電阻）（熱電偶檢測器件）（熱釋電器件） 17.電流 功率 18.光電檢測系統(tǒng)的檢測方法分為（直接檢測）（光外差檢測）分別檢測（相干光）和（非相干光） 19.直接檢測系統(tǒng)和光外差檢測系統(tǒng)的基本特性：直接檢測系統(tǒng)（信噪比、通項帶寬度、檢測距

3、離、視角）；光外差檢測特性（獲得信息全部、轉(zhuǎn)換增益高、良好流沒特性、信噪比損失小、最小可檢測功率） 20. 光源 光敏二極管 光電池 光柵傳感器結(jié)構(gòu)：光刪副是由主光柵和指示光柵組成 二、 概念 1. 光電傳感器：利用光電效應(yīng)，將光通量轉(zhuǎn)換為電信號的一種傳感器 2. 光電導(dǎo)效應(yīng)：是光照射到某些物體上后，引起電導(dǎo)變化的效應(yīng) 3. 熱噪聲：由于載流子的無規(guī)則運(yùn)動產(chǎn)生的噪聲成為~，與溫度有關(guān)，與頻率無關(guān)。 4. 光電效應(yīng)：當(dāng)物質(zhì)受到光照射后，材料的電學(xué)性質(zhì)（電導(dǎo)率改變，發(fā)射電子，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢）發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為~ 5. 禁帶：允許電子存在的能帶叫允許帶，兩個相鄰允許帶之間不允許電子存在

4、的能帶叫禁帶 6. 價帶：在絕對零度下能被電子占滿的最高能帶，也是存在電子的能帶中，能量最高的帶 導(dǎo)帶：導(dǎo)帶是半導(dǎo)體最外面（能量最高）的一個能帶，是由自由電子形成的能量空間，即固體結(jié)構(gòu)內(nèi)自由運(yùn)動的電子所具有的能量范圍 7. 光電效應(yīng)：根據(jù)光電導(dǎo)效應(yīng)，當(dāng)入射光變化時，材料的電導(dǎo)率發(fā)生變化 8. 光熱效應(yīng)：由于入射光照射引起溫升從而使電導(dǎo)變化，使得負(fù)載電阻上電壓發(fā)生變化 9. 熱電檢測器件：由于入射光與物質(zhì)相互作用的熱效應(yīng)而制成內(nèi)光電檢測器件 10. 光電耦合器件將信號接入端和輸出端連接到一起的器件,以光為媒介將輸入信號耦合到輸出信號 11. 光電位置敏感器（PSD）：對位置的變化進(jìn)

5、行檢測的器件 12. 熱釋電效應(yīng)：介質(zhì)的極化強(qiáng)度隨溫度變化而變化，引起電荷表面電荷變化的現(xiàn)象． 13. 輻射熱計效應(yīng)：入射光的照射使材料由于受熱而造成電阻率變化的現(xiàn)象． 14. 溫差電效應(yīng)：由兩種材料制成的結(jié)點出現(xiàn)穩(wěn)差而在兩結(jié)點間產(chǎn)生電動勢，回路中產(chǎn)生電流． 三、 簡答 1. 光電檢測的測量方法及發(fā)展趨勢 （1） 方法：直接作用法，補(bǔ)償測量法，差動測量法，脈沖測量法 （2） 發(fā)展趨勢：①發(fā)展納米，亞納米高精度的光電檢測新技術(shù)②發(fā)展小型，快速的微型光、電、機(jī)系統(tǒng)③非接觸、快速在線測量，滿足快速增長的商品經(jīng)濟(jì)需求④發(fā)展微型空間三維和大型空間三維測量技術(shù)⑤發(fā)展閉環(huán)檢測電路，實現(xiàn)光電檢測

6、和光電控制一體化⑥向人們無法觸及的領(lǐng)域發(fā)展⑦發(fā)展光電跟蹤和光電掃描技術(shù)，遠(yuǎn)距離遙控、遙測技術(shù)，激光制導(dǎo)、飛行物自動跟蹤、復(fù)雜形體自動掃描測量 2. 比較光電效應(yīng)和光熱效應(yīng)的作用機(jī)理，性能及應(yīng)用特點等方面的差異 （1） 作用機(jī)理：①光電效應(yīng)：光照射到物體表面，使材料電學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化（電導(dǎo)率改變、發(fā)射電子、產(chǎn)生感應(yīng)電動勢）②光熱效應(yīng)：光照使溫度升高而引起性質(zhì)改變 （2） 性能：①光電效應(yīng)直接把光子能量轉(zhuǎn)變?yōu)楣怆娮幽芰竣诠鉄嵝?yīng)將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榫Ц裾駝拥臒崮? （3） 應(yīng)用特點：①光電對光波波長有選擇性，響應(yīng)速度快②光熱無選擇性，響應(yīng)慢 3. 光生伏特效應(yīng)與光電導(dǎo)效應(yīng)的區(qū)別 （1） 光生伏特效

7、應(yīng)：少數(shù)載流子作用，引起電壓變化，暗電流小，響應(yīng)快，受溫度影響小，光電特性線性號，噪聲低（2）光電導(dǎo)效應(yīng)：多數(shù)載流子作用，引起電導(dǎo)率變化，可對微弱輻射檢測，光譜響應(yīng)范圍寬。 4. 外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)的區(qū)別 （1） 外光電效應(yīng)是指受到光照射后發(fā)射電子的現(xiàn)象（2）內(nèi)光電效應(yīng)指收到光照射后，物質(zhì)內(nèi)部的電子能量狀態(tài)改變，不發(fā)射電子 5. 輻射出射度和輻射照度的區(qū)別 （1） 輻射出射度：輻射體單體面的輻射通量或功率，是向外發(fā)射的輻射特性 （2） 輻射照度：投射到單位面積上的輻射通量，是接受的輻射特性 7.光生伏特器件有哪幾種偏置電路？各有什么特點？ 三種：自偏置電路：有輸出功率，但輸出

8、電流/電壓與入射光線性不好；反向偏置：PN結(jié)勢壘區(qū)變寬；零偏置：短路電流與入射光呈線性 8. 光電檢測系統(tǒng)的噪聲（如何提高信噪比） 噪聲主要有三類：（1）光子噪聲包括：A.信號輻射產(chǎn)生的噪聲；B.背景輻射產(chǎn)生的噪聲。（2）探測器噪聲包括：熱噪聲；散粒噪聲；產(chǎn)生—復(fù)合噪聲；1/f噪聲；溫度噪聲。（3）信號放大及處理電路噪聲在實際的光電探測器中，由于光電轉(zhuǎn)換機(jī)理不同，各種噪聲的作用大小亦各不相同。 提高輸入信噪比的措施有：（1）利用信號調(diào)制及選頻技術(shù)可抑制噪聲的引入白噪聲的大小與電路的頻帶寬度成正比，因此放大器應(yīng)采用帶寬盡可能窄的選頻放大器或鎖相放大器。（2）將器件制冷，減小熱發(fā)射，降低產(chǎn)生

9、-復(fù)合噪聲。采用半導(dǎo)體制冷、杜瓦瓶液態(tài)氣體制冷或?qū)Ｓ弥评錂C(jī)制冷。（3）采用最佳條件下的偏置電路，使信噪比（S/N）最大。 9. 光電直接檢測系統(tǒng)的組成及各部分的特點 光發(fā)射機(jī):發(fā)射光信號；光學(xué)信道：光信息的傳遞；光接收機(jī)：接受光信息 光源→強(qiáng)度調(diào)制器→光學(xué)天線→光學(xué)信道→接受天線及光電檢測器→光電信號處理→回收的信息 10. 包絡(luò)檢測（光電直流檢測為什么又叫包絡(luò)檢測） 所謂光電直接檢測是將待測光信號直接入射到光檢測器光敏面上，光檢測器響應(yīng)于光輻射強(qiáng)度（幅 度）而輸出相應(yīng)的電流或電壓信號。 式中：第一項為直流項。若光檢測器輸出端有隔直流電容，則輸出光電流只包含第二項，就是包絡(luò)檢測的

10、意思。 11. 直接檢測系統(tǒng)的量子極限 當(dāng)入射信號光波所引起的散粒噪聲為主要噪聲，其 他噪聲可忽略時，此時信噪比為： 該式為直接檢測理論上的極限 信噪比。也稱為直接檢測系統(tǒng)的量子極限。量子極限檢測為檢測的理想狀態(tài) 12. 光外差檢測系統(tǒng)的量子極限： 光外差檢測系統(tǒng)電路中由于系統(tǒng)噪聲的存在，使得入射光的信號變噪聲限定。 13. 具有增益光電檢測器的直接測量系統(tǒng)為什么存在一個最佳倍增系數(shù) 當(dāng)光檢測器存在內(nèi)增益（如：光電倍增管）時當(dāng)很大時，熱噪聲可忽略。若光電倍增管加致冷、屏蔽等措施以減小暗電流和背景噪聲，則可達(dá)到散粒噪聲極限。在直接檢測中，光電倍增管、雪崩管的檢測能力高于光電導(dǎo)器

11、件，采用有內(nèi)增益的檢測器是直接檢測系統(tǒng)可能趨近檢測極限的唯一途徑 14. 直接檢測系統(tǒng)和光外差檢測系統(tǒng)的區(qū)別 直接檢測：光源：相干/非相干；原理：利用光線傳遞光信息；調(diào)制方式：光強(qiáng)調(diào)制、偏振調(diào)試。光外差檢測：光源：相干光；原理：利用光的振幅頻率相位傳遞；方式：利用光的振幅頻率相位調(diào)制。 15. 何為莫爾條紋？應(yīng)用幾何光學(xué)原理解釋為什么說莫爾條紋測試技術(shù)具有放大作用？ 莫爾條紋：若兩塊光柵（其中一塊稱為主光柵，另一塊稱為指示光柵）互相重疊，并使它們的柵線之間形成一個較小的夾角，當(dāng)光柵對之間有一相對運(yùn)動時，透過光柵對看另一邊的光源，就會發(fā)現(xiàn)有一組垂直于光柵運(yùn)動方向的明暗相間的條紋移動，這就

12、形成莫爾條紋。 16. 試敘述激光干涉測量的基本原理 第一章 1.如何實現(xiàn)非電量的測量？ 非電量測量技術(shù)首先必須獲得非電量信息，并將非電量信息轉(zhuǎn)變成電信號，然后才能完成電測量。傳感器是完成非電量變成電信號的器件，通過傳感器的輸出信號經(jīng)測量電路進(jìn)行的加工處理（如衰減，放大，調(diào)制和解調(diào)，濾波運(yùn)算及數(shù)字化等）變成電信號，實現(xiàn)非電量的測量。 2. 試敘述光電檢測系統(tǒng)的組成及特點。 傳感器→信號變換器→輸出環(huán)節(jié) 傳感器：從被測對象中提取被測信號，轉(zhuǎn)化成便于測量的電參數(shù)。信號變換電路：完成信號的轉(zhuǎn)換、濾波和放大。 第二章 1. 簡述光電效應(yīng)的工作原理。什么是暗電流？什么是亮電流？

13、暗電流指的是在無光照時，由外電壓作用下P-N結(jié)內(nèi)流過的單向電流。光敏電阻兩端加電壓（直流或交流）。無光照時，阻值很大，電流（暗電流）很??；光照時，光生載流子迅速增加，阻值急劇減少，在外場作用下，光生載流子沿一定方向運(yùn)動，形成亮電流。 2. 簡述光生伏特效應(yīng)的工作原理。為什么光伏效應(yīng)器件比光電導(dǎo)效應(yīng)器件有更快的響應(yīng)速度？ 答：（1）光生伏特效應(yīng)的工作基礎(chǔ)是內(nèi)光電效應(yīng).當(dāng)用適當(dāng)波長的光照射PN結(jié)時，由于內(nèi)建場的作用（不加外電場），光生電子拉向n區(qū)，光生空穴拉向p區(qū)，相當(dāng)于PN結(jié)上加一個正電壓。（2）光伏效應(yīng)中，與光照相聯(lián)系的是少數(shù)載流子的行為，因為少數(shù)載流子的壽命通常很短，所以以光伏效應(yīng)為基礎(chǔ)

14、的檢測器件比以光電導(dǎo)效應(yīng)為基礎(chǔ)的檢測器件有更快的響應(yīng)速度。 3. 簡述光熱效應(yīng)工作原理。熱電檢測器件有哪些特點？ 某些物質(zhì)在受到光照射后，由于溫度變化而造成材料性質(zhì)發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為光熱效應(yīng)。 特點：（1）響應(yīng)波長無選擇性。（2）響應(yīng)慢。 第三章 6. 硅光電池的開路電壓為什么隨著溫度的升高而下降？影響光電倍增管工作的環(huán)境因素有哪些？如何減少這些因素的影響？ 答：溫度升高時，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性將發(fā)生一定的變化，即少數(shù)載流子濃度隨著溫度的升高而指數(shù)式增大，相對來說多數(shù)載流子所占據(jù)的比例即越來越小，這就使得多數(shù)載流子往對方擴(kuò)散的作用減弱，從而起阻擋作用的p-n結(jié)勢壘高度也就降低。從Fe

15、rmi能級的變化上來理解：溫度越高，半導(dǎo)體Fermi能級就越靠近禁帶中央（即趨于本征化），則兩邊半導(dǎo)體的Fermi能級之差也就越小，所以p-n結(jié)勢壘高度也就越低，也就是開壓降低。 光電倍增管的響應(yīng)度受多方面的因素影響，比如：偏置電壓的高低、環(huán)境光和溫度變化等多方面因素的影響。無光時光電倍增管對光的響應(yīng)度更趨于平穩(wěn)，使實驗數(shù)據(jù)也更具有可靠性。因此，無光環(huán)境是決定光電倍增管對微弱光信號的檢測能力的重要因素之一。光電倍增管工作時由于陰極材料發(fā)熱，這樣對光電倍增管的響應(yīng)度產(chǎn)生較大的影響，因此不穩(wěn)定的工作溫度對光電倍增管的響應(yīng)度也會帶來不同程度的影響。降低光電倍增管的使用環(huán)境溫度可以減少熱電子發(fā)射,從

16、而降低暗電流。另外,光電倍增管的靈敏度也會受到溫度的影響。 8. 簡述發(fā)光二極管的發(fā)光原理及半導(dǎo)體激光器的工作原理。 答：它們的結(jié)構(gòu)簡單說就是三明治的夾心結(jié)構(gòu)，中間的夾心是有源區(qū)。二者的結(jié)構(gòu)上是相似的，但是LED沒有諧振腔，LD有諧振腔。LD工作原理是基于受激輻射、LED是基于自發(fā)輻射。LD發(fā)射功率較高、光譜較窄、直接調(diào)制帶寬較寬，而LED發(fā)射功率較小、光譜較寬、直接調(diào)制帶寬較窄。 9. 試判別下列結(jié)論，正確的在括號里填寫T，錯誤的則填寫F: （1）光電導(dǎo)器件在方波輻射的作用下，其上升時間大于下降時間。（F） （2）光敏電阻的阻值與環(huán)境溫度有關(guān)，溫度升高時光敏電阻的阻值也隨之升高。（

17、T） （3）光敏電阻的是由于被光照后所產(chǎn)生的光生電子與空穴的復(fù)合需要很長時間，而且，隨著復(fù)合的進(jìn)行，光生電子與空穴的濃度與復(fù)合幾率不斷減小，使得光敏電阻恢復(fù)被照前的阻值需要很長時間。（T） 10.簡述光電耦合器件的工作原理？ 光電偶合器件（簡稱光耦）是把發(fā)光器件（如發(fā)光二極體）和光敏器件（如光敏三極管）組裝在一起，通過光線實現(xiàn)耦合構(gòu)成電—光和光—電的轉(zhuǎn)換器件。 22. 發(fā)光二極管的發(fā)光光譜由哪些因素決定？光譜的半寬度有何意義？ 發(fā)光二極管的發(fā)光光譜由材料的種類、性質(zhì)及發(fā)光中心的結(jié)構(gòu)決定，而與器件的幾何形狀和封裝方式無關(guān)。無論什么材料制成的LED，都有一個相對光強(qiáng)度最強(qiáng)處（光輸出最大）

18、，與之相對應(yīng)有一個波長，此波長即為峰值波長λP。在LED譜線的峰值兩側(cè)±Δλ處，存在兩個光強(qiáng)等于峰值一半的點，分別對應(yīng)λP-ΔλD，λP+Δλ它們之間的寬度即為半譜線寬度，也稱半功率寬度，它是一個反映LED單色性的參數(shù)。半寬度越小，則發(fā)光光譜單色性越好，發(fā)光功率集中于半譜線寬度內(nèi)。 25.為什么需要將發(fā)光二極管與光電二極管封裝在一起構(gòu)成光電耦合器件？光電耦合器件的主要特性有哪些？ 答：將發(fā)光器件與光電接收器件組合成一體，制成的具有信號傳輸功能的器件，即為光電耦合器件。由于光電耦合器件的發(fā)送端與接收端是電、磁絕緣的，只有光信息相連。同時，它在信號傳輸速度、體積、抗干擾性等方面都具有傳統(tǒng)器件所

19、無法比擬的優(yōu)勢。因此，在實際應(yīng)用中它具有許多優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動檢測、自動控制、電信號的傳輸和處理及計算機(jī)系統(tǒng)等方面。光電耦合器件的主要特性有：（1）具有電隔離的功能；（2）信號傳輸具有單向性；（3）具有抗電磁干擾和噪聲的能力；（4）響應(yīng)速度快；（5）實用性強(qiáng)；（6）既具有耦合特性又具有隔離特性。 32. 熱輻射檢測器通常分為哪兩個階段？哪個階段能夠產(chǎn)生熱電效應(yīng)？ 第一階段：器件吸收光輻射能量而使自身溫度發(fā)生變化.第二階段：器件依賴某種溫度敏感特性把輻射引起的溫度變化轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號，而達(dá)到光輻射探測目的.第二階段能夠產(chǎn)生熱電效應(yīng). 第四章 6. 簡述前置放大器噪聲系數(shù)達(dá)到

20、最小值的條件。 由=》故前置放大器噪聲系數(shù)達(dá)到最小值的條件是源電阻等于放大器噪聲電壓與噪聲電流的比值時，即。 第五章 9.比較脈沖激光測距和相位測距的技術(shù)特點。 脈沖激光測距：由激光器對被測目標(biāo)發(fā)射一個光脈沖，然后接收目標(biāo)反射回來的光脈沖，通過測量光脈沖往返所經(jīng)過的時間來算出目標(biāo)的距離。 相位測距：通過測量從測距儀器發(fā)出的連續(xù)調(diào)制光在待測距離上往返所產(chǎn)生的相位移來計算待測距離。 第六章 1.試從工作原理和系統(tǒng)性能兩個方面比較直接檢測系統(tǒng)和光外差檢測系統(tǒng)的特點。 答:工作原理上：①直接探測系統(tǒng)是將攜帶有待測量的光信號直接入射到探測器光敏面上，光探測器響應(yīng)的是光輻射強(qiáng)度而輸出相應(yīng)的

21、電流和電壓；②光外差檢測是利用兩束頻率不同的相干光在滿足波前匹配條件下，在光電探測器上進(jìn)行光學(xué)混頻，探測器輸出的信號是兩光波頻差的拍頻信號，該信號包含有調(diào)制信號的振幅、頻率和相位特征。 系統(tǒng)性能上：①直接探測系統(tǒng)檢測方法簡單，易于實現(xiàn)，可靠性高，但是不能改善輸入信噪比，不適宜檢測微弱信號；②光外差檢測系統(tǒng)復(fù)雜，對光外差兩輸入信號有嚴(yán)格的空間條件和頻率條件，但檢測距離遠(yuǎn)，檢測精度高，靈敏度高，是天然檢測微弱信號的方法。 2. 有一光子探測器運(yùn)用于相干探測。假設(shè)入射到光混頻器上的本振光功率PL=10mW，光混頻器的量子效率η=0.5，入射的信號光波長λ=1μm，負(fù)載電阻RL=50Ω，試求該

22、光外差探測系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換增益=? 解：==4.02× 5. 試述激光干涉測長的基本原理。 如圖所示是雙縱模雙頻激光干涉儀的原理示意圖 7.試述多普勒測速原理。 當(dāng)光（激光）照射運(yùn)動物體或流體時，其反射光或散射光將產(chǎn)生多普勒頻移，用它（即反射光或散射光）與本振光進(jìn)行混頻可測得物體或流體的速度。 第七章 1. 用射線理論簡述光纖的導(dǎo)波工作原理。 NA定義為光纖的“數(shù)值孔徑”，為衡量光纖集光性能的主要參數(shù)。在光纖端面，只有入射角小于的光才能在光纖中傳輸。 2. 試述傳光型和功能型光纖傳感器的基本含義。 功能型傳感器（即FF型光纖傳感器、傳感型光纖傳感器。

23、）：是利用光纖本身的特性，把光纖作為敏感元件，即光纖與被測對象相互作用，使得光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生變化，使其傳光特性發(fā)生相關(guān)變化。 非功能型傳感器（即NF型光纖傳感器、傳光型光纖傳感器）：是利用其他敏感元件感受被測量的變化，光纖僅作為光的傳輸介質(zhì)。 3.什么是單模光纖？成為單模光纖的基本條件是什么？ 單模光纖只能傳輸一種模式，纖芯直徑僅幾個微米，接近波長。單模光纖的優(yōu)點是沒有模式散射，可利用波導(dǎo)色散抵消材料色散，以得到零色散。同時，信息容量極大，可進(jìn)行理論預(yù)測，可利用光的相位等。但缺點是，芯徑很小，因而使用不便。 4.舉例說明光纖中光波的各種調(diào)制技術(shù)。 光調(diào)制分為：強(qiáng)度調(diào)制、相位調(diào)制、偏振調(diào)制、頻率調(diào)制和光譜調(diào)制等。