光电检测技术期末试题
一、选择题（10 × 1 = 10分）（注意：以下每小题，仅有唯一正确答案，多选计0分）
1、关于辐射度量，正确的是（D）
A、E e是描述扩展辐射源向外发射的辐射特性
B、I e为从一个点光源发出的，给定方向上单位立体角内所辐射出的辐射能
C、对于理想的散射面，有E e=M e
D、Φe是辐射能的时间变化率
2、关于能带理论，下列说法错误的是（A）
A、价带中的电子是不导电的
B、价带的能量最低的允许带称为导带
C、导带是允许带
D、允许带之间的范围是不允许电子占据的
3、在光电倍增管中，产生二次电子发射的是（C）
A、阴极
B、阳极
C、倍增极
D、入射窗
4、下列哪种器件不是通过光生伏特效应来进行工作的（D）
A、光电二极管
B、光电池
C、雪崩光电二极管
D、光敏电阻
5、雪崩光电二极管是利用（D）效应制作的器件。
A、光电发射
B、压电
C、热电
D、内光电
6、硅光电池在（B）情况下有最大的功率输出。
A、开路
B、自偏置
C、零伏偏置
D、反向偏置
7、以下不属于内光电效应的是（C）
A、丹倍效应
B、势垒效应
C、光电发射效应
D、光子牵引效应
8、可用作干涉光源的有(D)。
A、白炽灯
B、发光二极管
C、日光灯
D、He-Ne激光
9、对于微弱光信号的探测，采用的方法是（D）
A、单光路直读法
B、双光路比较法
C、指零法
南京有什么大学D、光外差法
10、光外差法的物理机理是（C）
A、光的反射
B、光的偏振
C、光的干涉
D、光的折射
二、概念说明（5 × 3 = 15分）
1、黑体：能够完全吸收从任何角度入射的任意波长的外来辐射而无任何反射，并且在每一个方向上都能最大限度地发射任意波长辐射能的的物体，吸收系数为1，发射系数为1。
2、丹倍效应：当光照均匀半导体一部分时，由于光生载流子的浓度梯度不同而引起载流子的扩散运动，但电子和空穴的迁移率不同而导致两种载流子分开，从而出现光生电势，这种现象称为丹倍效应。
3、光电导效应：光照变化引起半导体材料电导变化的现象称光电导效应。它是是多数载流子参与导电的内光电效应。
4、量子效率：在单辐射作用与光电阴极时，光电发射阴极单位时间发射出去的光电子数与入射光子数之比，称为光电阴极的量子效率。
5、电子亲和势：导带底上的电子向真空逸出是所需的最低能量。
三、简答题（5 × 4 = 20分）
1、半导体对光的吸收形式有哪些？能引起光电效应的吸收形式有哪几种？
答案：本征吸收、杂质吸收、自由载流子吸收、激子吸收和晶格吸收。在这几种吸收中，只有本证吸收和杂质吸收能够直接产生非平衡载流子，引起光电效应。
2、光电发射效应应该满足的两条定律是什么？
答案：光电发射第一定律：当入射光线的频谱成分不变时，光电阴极的饱和光电发射电流与被阴极所吸收的光通量成正比。光电发射第二定律：也称爱因斯坦定律。发射出光电子的最大动能随入射光频率的增高而线性地增大，而与入射光的光强无关。
3、在微弱辐射作用下，光电导材料的光电灵敏度有什么特点？为什么要把光敏电阻造成蛇形？
答案：在微弱辐射作用下，光电导材料的光电灵敏度是定值，输出光电流与入射光通量成正比，即保持线性关系。另外光敏电阻做成蛇形，一方面可以保证有较大的受光面积，一方面减小电极间的距离，从而既可以减小载流子的有效极间渡越时间，也有利于提高灵敏度4、光电倍增管的基本结构与工作原理是什么？
答案：
(1) 光电倍增管结构：入射窗、光电阴极、电子光学系统、倍增极以及阳极;
(2) 工作原理：光子透过入射窗入射至光电阴极上，此时光电阴极的电子受光子激发，离开表面发射至真空中。光子通过电场加速和电子光学系统聚焦入射到第一倍增极上，倍增极发射出比入射电子数目更多的二次电子。入射电子经N级倍增后，光电子就放大N次。经倍增后的二次电子由阳极收集起来，形成阳极光电流，在负载上形成信号电压。
5、说明单光路指零法的工作原理。
答案：
例如采用偏振物质偏振面转角。使检偏器的偏振面相对起偏器转成90°，此时检测器光敏面上的光通量为0。在偏振器之间放置具有偏光性质的被测样品，它引起偏振面的旋转，从而增大了透过光的数值，借助于指示电表可以观察到相对于零位的偏差。若转动检偏器，重新使电表指零，则检偏器的转角等于是由被测样品引起的偏振面的转角。用高精度的角度基准，对检偏器转角驻点标定后，只要测量出检偏器相对于零位的转角，即可得到所需要的偏振面的旋转值。
四、计算题（3 × 5 = 15分）注意：任选3题，多答只按前3题计分。
1、已知激光笔的功率为16mW ，发光效率为60%。该激光束的平面发射角为3mrad ，激光束直径为1mm 。求该激光束的光通量、光亮度。
答案：
解：光通量为39.610V V P lm η-Φ=⋅=⨯ 光亮度为624.0710/V V L lm m sr d dA Φ=
=⨯⋅Ω
2、在如图1所示的恒压偏置电路中，已知电源电压=12bb U V ，=1b R k Ω，=510c R Ω，三极管=0.7be U V ，电流放大倍率=80β，稳压管的稳定电压为6V ，稳定电流为525mA mA ，当光敏电阻上的光照度为250lx 时输出电压为10V ，600lx 时输出电压为8V 。设该光敏电阻在100600lx lx 之间γ值不变。试计算：
① 输出电压为9V 时的照度；
② 照度为500lx 时的输出电压。
图1 恒压偏置电路
答案：
解：① 当光敏电阻照度为250lx
011210=  3.92510bb c U U V V I mA R --==Ω
此时光敏电阻阻值1160.7=
1.43.92D be U U V V R k I mA --==Ω 当照度为600lx 时
02128=7.8510bb c U U V V I mA R --==Ω
此时光敏电阻阻值2160.7=
6807.8D be U U V V R I mA --==Ω 我们可以计算出1221
lg lg ==0.825lg lg R R E E γ-- 当输出电压为9V 时，流过光敏电阻的电流及光敏电阻阻值为 03129=  5.88510bb c U U V V I mA R --==Ω 3160.7=
9005.88D be U U V V R I mA --==Ω 从而可以计算出3427E lx =
② 当照度为500lx 时计算出4=790R Ω
4=6.71I mA ，则此时输出电压为0448.58bb U U I R V =-=
3、已知硅光电二极管的结间漏置电导0.02G S μ=，最佳负载电阻2L R M =Ω，转折点电压010U V =，入射光功率从min 10W μΦ=变到max 39.6W μΦ=，供电偏电压为50b U V =，求：
① 求初始电导0G ；
② 求探测器的电流灵敏度i S ；
③ 输出电压U ∆。
答案：
解：① 2L R M =Ω，则110.52L L G S R M μ===Ω
000()b L G U U U G =-