1、武汉理工大学光电技术考试试题纸A卷武汉理工大学光电技术考试试题纸 A卷课程名称光电技术专业班级光信科05010503题号三四五六七八九十总分题分1515101010151510100备注:学生不得在试题纸上答题 (含填空题、选择题等客观题)、名词解释(每小题3分,总共15分)1.坎德拉(Candela,cd) 2.外光电效应 3.量子效率 4.象增强管 5.本征光电导效应、 填空题(每小题3分,总共15分)1.光电信息变换的基本形式 、 O2.光电倍增管是一种真空光电器件,它主要由 和 组成3.发光二极管(LED)是一种注入电致发光器件,他由 P型和N型半导体组合而成。其发光机理可以分为 和
2、4.产生激光的三个必要条件是5.已知本征硅的禁带宽度为 Eg,要使该材料有光电子产生,其入射光波的最大波长为-Ubb=12V9V。设光敏电阻在 30100之间的丫值不变。试求:(1)输出电压为8V时的照度;(2)若Re增加到6 K Q,输出电压仍然为 8V,求此时的照度;(3)输出电压为8V时的电压灵敏度。四、 如果硅光电池的负载为 Rl。(10分)(1)、画出其等效电路图;(2)、写出流过负载的电流方程及开路电压和短路电流;(3)、标出等效电路图中电流方向。五、 简述PIN光电二极管的工作原理。为什么 PIN管比普通光电二极管好? (10分)六、 1200V负高压供电,具有11级倍增的光电倍
3、增管,若 倍增管的阴极灵敏度 SK为20uA/lm,阴极入射光的照度为 0.1Lx,阴极有效面积为 2cm2,各倍增极二次发射系数均相等( =4),光电子的收集率为 ;。=0.98,各倍增极的电子收集率为;=0.95。(提示增益可以表示为 G = ;o( = )n) (15分)(1) 计算光电倍增管的放大倍数和阳极电流。(2) 设计前置放大电路,使输出的信号电压为 200mV,求 放大器的有关参数,并画出原理图。七、 简述CCD的两种基本类型,画出用线阵 CCD测量微小物体(小于100微米)原理简图,并分析测量原理。(15分)八、 一 InGaAs APD管在倍增因子 M=1,入射波长为155
4、0nm时的量子效率 =60%,加偏置电压工作时的倍 增因子M=12。(10分)1如果入射功率为20nW , APD管的光电流为多少?2倍增因子为12时,APD管的光谱响应度为多少?光电技术A卷参考答案、名词解释1.坎德拉(Candela,cd):发光频率为 540 x 10Hz的单色辐射,在给定方向上的辐射强度为 1/683Wsr-1时,在该方向上的发光强度为 1cd。2.外光电效应:当光照射某种物质时,若入射的光子能 量hv足够大,它和物质中的电子相互作用,致使电子逸出物质表面,这种现象称为光电发射效应, 又称外光 电效应。3.量子效率:一定波长的光子入射到光电阴极时,该阴极所发射的光电子数
5、与入射的光子数之比值。4.象增强管:把微弱的辐射图像增强到可使人直接观察的真空光电成像器件。5.本征光电导效应:本征半导体价带中的电子吸收光子能量跃入导带,产生本征吸收,导带中产生光生自由电 子,价带中产生光生自由空穴, 使得材料的电导率发生 变化的现象。填空题1.信息载荷于光源的方式 信息载荷于透明体的方式、 信 息载荷于反射光的方式、 信息载荷于遮挡光的方式、 信 息载荷于光学量化器的方式和光通信方式的信息变换。2.光入射窗、光电阴极、 电子光学系统、倍增极和阳极。3.PN结注入发光,异质结注入发光。1_ he24、口 &四、根据图示为恒流偏置电路,流过稳压管的电流满足稳压管的工作条件(1
6、)当儿4V时,*R亠-5 由 得输出电压为6伏时电阻*1 6您),厂lgJAlg乌 输出电压为9伏时电阻览3d,故 =1;jflt-匕 输出电压为8V时,光敏电阻的阻值为 =4总,带入 ,解得E=60lx(2)与上面(1)中类似,求出照度 E=34lx亠十亠 口“ s = =i=o,xv/fr)(3)电路的电压灵敏度牽效微变五、(1)光电池的等效电路图(2)流过负载电阻的电流方程 -D短路电流的表达式匕f tr I,L = K-+D开路电压的表达式(3)电流方向如图所示六、当光照射p- n结,只要人射光子能量大于材料禁带宽 度,就会在结区产生电子-空穴对。这些非平衡载流子在内 建电场的作用下,
7、空穴顺电场方向运动,电子逆电场方向运 动,在开路状态,最后在 n区边界积累光电子,p区积累光 生空穴,产生一个与内建电场方向相反的光生电场。光电二 极管在正偏置时,呈单向导电性,没有光电效应产生,只有 在反偏置或零偏置时,才产生明显的光电效应。其基本结构 就是一个p-n结,属于结型光生伏特效应。当光照射时, 满足条件hvEg,则在结区产生的光生载流子将被内建电场 拉开,于是在外电场的作用下形成了以少数载流子漂移为主 的光电流,显然,光电流比无光照射时的反向饱和电流大的 多,如果光照越强,表示在同样条件下产生的光生载流子越 多,光电流就越大,反之,则光电流越小。对于 PIN管,由于I层的存在,使
8、扩散区不会到达基区,从而减少了或根本 不存在少数载流子通过扩散区的扩散时间,而 I层工作在反向,实际是一个强电场区,对少子起加速的作用。即使 I层较厚,对少子的度越时间影响也不大,即提高了频率响应。同时,反偏下,耗尽层较无 I层时要大的多,从而使结电容 下降,也提高了频率响应。七、CCD有两种基本类型:一种是电荷包存贮在半导体与绝缘体 之间的界面,并沿界面传输,这类器件称为表面沟道电荷耦 合器件(SCCD ;另一种是电荷包存贮在离半导体表面一定 深度的体内,并在半导体内沿一定方向传输,这类称为体内 沟道或埋沟道电荷耦合器件(BCCD。原理:当满足远场条件L d2/入时,根据夫琅和费衍射 公式可
9、得到d=K入 /Sin 9 当9很小时(即L足够大时)Sin 9tg 9 = Xk/L代入 (1 ) 式得 d=心=* =: .(2)S暗纹周期,S=X/K是相等的,则测细丝直径 d转化为用CCD测S测量简图八(1) Solution The responsivity at M=1 in terms of thequantum efficiency is1 xlO1;xl *5xl0-5S(z) = g(z) = 0 6 he6.626x 10 x3xlO= 0.75JJJ-l3T (/)y _S(刃尿 j(x) h v x.sI nS(2)=1 075=9,0.1 旷If I pho is the primary photocurrent and * 0 is theincident optical power then by definition.二 初二 180x10 A札 so that
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