光电技术

R

p

R

e

R

b

VD

W

U

bb

=12V

U

o

图1

一、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

二、填空题(每小题3分，总共15分)

1.光电信息变换的基本形式、、、

、、。

2.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。

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

g

E，要使该材料有光电子产生，其入射光波的最大波长为。

三、如图1所示大学生主题班会 的电路中，已知R

b

=820,R

e

=3.3K,U

W

=4V，光敏电阻为R

p

,当光

照度为40lx时，输出电压为6V，80lx是为9V。设光敏电阻在30~100之间的值不

变。

试求：(1)输出电压为8V时的照度；

（2）若

e

R增加到6K，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R

L

。(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)、标出等夸奖学生的话 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，具艾灸的作用和功效 有11级倍增的光电倍增管，若倍增管的阴极灵敏度S

K

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

98.0

0

，各倍增极的电子收集率为95.0。(提示增益可以表示为NG)(

0

)(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InGaAsAPD管在倍增因子M=1，入射波长为1550nm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

一、名词解释

1.坎德拉(Candela,cd)：发光频率为54010Hz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。

二、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。

结注入发光，异质结注入发光。

4、Wmvh2

2

1

5、

g

E

hc



三、根据图示为恒流偏置电路，流过稳压管的电流

mA

R

UU

I

b

wbb

w

8.9

820

8





满足稳压管的工作条件乾隆皇

(1)当

w

U4V时，mA秋天的活动

R

UU

I

e

bew

e

1

10*3.3

7.04

3











由

e

bb

pI

UU

R0



得输出电压为6伏时电阻

1

R6K，

输出电压为9伏时电阻

2

R3K，故

12

21

lglg

lglg

RR

r

EE







=1；

输出电压为8V时，光敏电阻的阻值为

e

bb

pI

UU

R0



=4K，带入

12

21

lglg

lglg

RR

r

EE







，解得E=60lx

（2）与上面（1）中类似，求出照度E=34lx

(3)电路的电压灵敏度)/(形容长江的诗句 1.0

4060

68

lxv

E

U

S

v















四、

(1)光电池的等效电路图

(2)流过负载电阻的电流方程)1(/

0

kTqV

pDpL

eIIIII

短路电流的表达式ESII

Epsc



开路电压的表达式

)1ln(

0



I

I

q

kT

Vp

oc

(3)电流方向如图所示

五、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，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hv>Eg,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

等效微变

i

p

R

s

R

R

sC

f

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。

六（1）放大倍数G=

0

()n=0.98*(0.95*4)11=2.34*106G＝

K

P

I

I

I

P

＝GI

K

S

K

＝



K

I

I

K

＝S

K

＝20uA/1m*(0.1*2*10-4)=4*10-4uAI

P

=GI

K

=9.35*102uA

(2)

V0=RfIP

Rf=



pp

II

V3

0

10*200

2.14*102

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/时，根据夫琅和费衍射公式可得到

d=K/Sin(1)

当很小时（即L足水杯品牌 够大时）Sin≈tg=X

k

/L

代入（1）式得d=

K

X

LK

=

KX

L

K

/



=

S

L

…………..(2)

S——暗纹周期，S=X

K

/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)SolutionTheresponsivityatM=1intermsofthequantumefficiencyis

PMT1

I

P

R

f

C

f

V

-

+

He-Ne

信号读出

信号处理

时钟发生控制器

计数显

示器

透镜

细丝

线阵CCD

L

(2)IfI

pho

istheprimaryphotocurrentand

0

istheincidentopticalpowerthenbydefinition

0



pho

I

Ssothat

e

hcS

h

eI

N

N

Q

ep

e















)(

/)(

/)(

)(

)(

)(

1

834

619

75.0

10310626.6

1055.1106.1

6.0)()(















AW

hc

e

QS





1'0.975.012)(

)()(

)(AWMS

MII

Sphoph





A

WAWSI

I

S

pho

pho

8

91

105.1

)1020()75.0()()(

)(

)(

















AMII

phoph

71080.1