《光电检测技术-题库》.doc

1、光电检测题库一、填空题1.光电效应分为内光电效应和外光电效应，其中内光电效应包括 和 。2.对于光电器件而言，最重要的参数是 、 和 。3.光电检测系统主要由光电器件、 和 等部分组成 。4.为了取得很好的温度特性，光敏二极管应在较 负载下使用。5.光电倍增管由阳极、光入射窗、电子光学输入系统、 和 等构成。6.光电三极管的工作过程分为 和 。7.激光产生的基本条件是受激辐射、 和 。8.检测器件和放大电路的主要连接类型有 、 和 等。9.CCD 的基本功能是 和 。10.已知本征硅材料的禁带宽度 Eg=1.2eV，则该半导体材料的本征吸收长波限为 。11. 非平衡载流子的复合大致可以分为 和

2、 。12.在共价键晶体中，从最内层的电子直到最外层的价电子都正好填满相应的能带，能量最高的是 填满的能带，称为价带。价带以上的能带 ，其中最低的能带常称为 ， 与 之间的区域称为 。13.本征半导体在绝对零度时，又不受光、电、磁等外界条件作用，此时导带中没有 ，价带中没有 ，所以不能 。14.载流子的运动有两种型式， 和 。15. 发光二极管发出光的颜色是由材料的 决定的。16. 光电检测电路一般情况下由 、 、 组成。17. 光电效应分为内光电效应和 效应，其中内光电效应包括 和 ，光敏电阻属于 效应。18.导带和价带中的电子的导电情况是有区别的，导带 愈多，其导电能力愈强；而价带的 愈多，

3、即 愈少，其导电能力愈强。19.半导体对光的吸收一般有 、 、 、 和 这五种形式。20. 光电器件作为光电开关、光电报警使用时，不考虑其线性，但要考虑 。24.半导体对光的吸收可以分为五种，其中 和 可以产生光电效应。22.光电倍增管由阳极、光入射窗、电子光学输入系统、 和 等构成，光电倍增管的光谱响应曲线主要取决于 材料的性质。23.描述发光二极管的发光光谱的两个主要参量是 和 。25.检测器件和放大电路的主要连接类型有 、 和 等。26.使用莫尔条纹法进行位移-数字量变换有两个优点，分别是 和 。27、电荷耦合器件（CCD）的基本功能是 和 。28、光电成像器件的输出物理量与对应的输入物

4、理量的比值关系常用转换特性来表示，不同的光电成像器件往往用不同的参量来描述其转换特性，像管通常使用转换系数，像增强管常使用 ，摄像器件采用 。29、几何中心检测法进行光学目标的形位检测主要的处理方法有差分法、调制法、补偿法和跟踪法等，这些方法的主要依据是 。亮度中心检测法主要的处理方法有光学像分解和多象限检测等，这些方法的主要依据是 。30.光电编码器可以按照其构造和数字脉冲的性质进行分类，按照信号性质可以分为 和 。31.交替变化的光信号，必须使所选器件的 大于输入信号的频率才能测出输入信号的变化。32.随着光电技术的发展，可以实现前后级电路隔离的较为有效的器件是 。33.硅光电池在 偏置时

5、，其光电流与入射辐射通量有良好的线性关系，且动态范围较大。34.发光二极管的峰值波长是由 决定的。35.光电成像器件的分辨率是用来表示能够分辨图像中明暗细节的能力，分辨率常用二种方式来描述，一种为 ，另一种为 。二、名词解释1. 光亮度：2. 本征半导体：3. N 型半导体：4. 载流子的扩散运动：5. 光生伏特效应：6. 内光电效应：7. 空穴：8. 居里温度：9. 热敏电阻：10.光电效应11.量子效率12.分辨率13.二次调制14.二值化处理15.光电检测技术16.响应时间17.热电偶18.亮度中心检测法三、判断正误1.对于 PMT 器件，使用时必须选用线性好、响应快的器件。但仅能工作在

6、可见光区，在红外区和紫外区的光信号则无法使用。 （ ） 2. 热电偶是一种热敏元件，使用时必须加外电源才能正常工作。 3.直线性光电导的弛豫时间与光强有关。 （ ）4.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。 （ ） 5.热噪声不仅与温度成正比，还与频率有关。 （ ） 6.热电检测器件是将辐射能直接转换为电能的器件。 （ ） 7.探测器探测极限是由探测器材料的性质决定的。 （ ） 8.光电倍增管的光谱响应曲线主要取决于倍增级材料的性质。 （ ） 9.由于频率和相位调制都表现为总相角的变化，因此统称为角度调制。 （ ） 10.光敏电阻具有前历效应，因此其响应频

7、率较高。 （ ） 11. A/D 变换量化误差不随输入电压变化而变化，是一种偶然误差。 （ ）12. 采样/保持电路起到信号保持作用的保持电容，电容容量愈大电压下降愈慢，所以保持电容越大越好。 （ ）13. 光电倍增管的光电阴极上发射出光电子的最大速度随入射光光子能量的增大而增大。（ ）14. 影响光电器件探测极限的因素是噪声，噪声是可以消除或减小的。 （ ）15. 光电倍增管的光谱响应曲线与光电阴极的光谱响应曲线相同，主要取决于光电阴极材料的性质。 （ ）16. 光敏电阻是光电导效应器件。 （ ）17. CCD 驱动信号中三相与两相的电极结构是一样的。 （ ）18. CCD 器件按像敏元的排

8、列形式可以分为一维和二维两种。 （ ）19. 光电耦合器件具有信号传输的单向性，所以只适用于的直流或数字脉冲信号。 （ ）20. 雪崩二极管在使用时要加高反向偏压。 （ ）四、简答题1光电检测器件和热电检测器件的比较。2简述光电池与光电二极管的区别。3用图示的方法简述 CCD 的电荷转移过程。4简述光电检测电路设计依据及其设计要求。5什么是二次调制，二次调制的具有哪些作用？6对于扩散型 PiN 硅光敏二极管来说，i 层主要起到了什么作用？7简述变像管和像增强管的工作原理及区别？8. 探测器件在进行极为微弱的信号探测时，有时要放入液氮中使用，为什么？9简述光电池与光电二极管的相同点和区别。10.

9、 简述光电检测电路的组成及各部分的作用。11.以热敏电阻探测温度为例，分析热敏电阻典型桥路的输出电压变化 与热敏电阻温度U变化 之间关系？T11、光电导体的灵敏度大小取决于哪些因素？为什么要把光敏电阻的形状制成蛇形？在微弱的光照下，光电导和光强之间是什么样的关系？ 12、简述像点轴外偏移检测的像偏移法测位移的工作原理.13.雪崩光敏二极管和光电倍增管的异同？14.帧转移型面阵 CCD 的组成及工作过程？15.简单画出光电成像系统的原理方框图？16.在微弱辐射作用下，光电导材料的光电灵敏度有什么特点？当辐射增强，该特点有何变化？17.画图说明用 4 象限光生伏特器件检测均匀光斑中心二维偏移量的检

10、测方法。18.PSD 器件的主要特点是什么？画图说明激光三角法测量中 PSD 的作用。19.CMOS 图像传感器与 CCD 图像传感器的主要区别是什么？20.说明热释电摄像管中斩光器的作用。当斩光器的微电机出现不转或转速变慢故障时，会发生什么现象？21.单元光电信号的二值化处理方法有哪些，其各自有何特点？22.激光扫描系统的组成及测量原理23.光栅莫尔条纹的产生原理及在位移测量中的作用和特点？24.光电导效应、光生伏特效应和光电发射效应有什么区别？25.简述光电倍增管的工作原理？26.为什么说受激辐射和分布反转是激光产生的必要条件？27.图示分析三相 CCD 的电荷耦合过程28.分析如何使用微

11、分法进行光电信号的二值化处理，并给出原理框图？五、分析题1. 简述差动法双通道测量系统的工作原理，分析双通道测量系统比单通道测量系统相比有什么优点。2. 分析比较增量式编码器与绝对是编码器的异同点。3.分析热释电探测器的工作原理，并进一步说明为什么热释电探测器件要工作在居里温度以下？4.火炮身管直线度测量系统主要由哪些部分组成？分析如何进行身管内膛直线度的测量。5.如何使用激光扫描测量的方式实现圆柱体直径的测量？6.试说明脉冲法激光测距仪的组成及工作原理，并分析其测距精度？7.如下图电路所示，简要说明如何使用光敏电阻实现路灯自动点熄控制？8.设计一直线度检测系统，画出简图，并叙述其工作原理。

12、9.使用相位法进行距离的测量，画出简图，并说明系统测距原理。六、设计题1.某造纸厂生产的纸张为宽 1 米的长条状，需要切成长 2 米/张，根据下图裁纸机和浮动阈值二值化电路，试设计一个光电检测系统来实现，阐述其原理并画出系统示意图。（a）浮动阈值二值化电路 （b）裁纸机2. 利用激光扫描测量法设计回转体直径检测系统，画出典型激光扫描检测系统原理图，说明检测原理、使用的器件和测量数学模型。3.试说明脉冲法激光测距仪和相位法激光测距仪的测距原理，并选用适当的方法精确测量出两座建筑物之间的距离，要求，绘制相应的原理框图，并简述其工作原理。4.根据实验课内容，试设计基于 CCD 器件的钢棒直径测量系统

13、？5.运用所学知识，设计一套激光监听装置，要求在 10 米外用激光器照射房间玻璃，监听房间内谈话内容。光电检测题库答案1、 填空题2.灵敏度 弛豫时间 光谱响应5. 倍增极 和 阳极6.光电转换 光电流放大7电荷的存储 电荷的转移11. 非平衡载流子的复合大致可以分为自由电子与自由空穴直接复合和通过复合中心的间接复合。12.在共价键晶体中，从最内层的电子直到最外层的价电子都正好填满相应的能带，能量最高的是价电子填满的能带，称为价带。价带以上的能带基本是空的，其中最低的能带常称为导带，价带与导带之间的区域称为禁带。13.本征半导体在绝对零度时，又不受光、电、磁等外界条件作用，此时导带中没有电子，

14、价带中没有空穴，所以不能导电。14.载流子的运动有两种型式，扩散运动和漂移运动。15. 发光二极管发出光的颜色是由材料的 禁带宽度 决定的。16. 光电检测电路一般情况下由 光电器件 、 输入电路 、 前置放大器 组成。17. 光电效应分为内光电效应和 外光电 效应，其中内光电效应包括 光电导效应 和 生伏特效应 ，光敏电阻属于 光电导效应 效应。18本征吸收 杂质吸收19二次发射倍增系统 阴极 光电阴极20.峰值波长 半宽度21.电压放大型 电流放大型 阻抗变换型22.位移的放大作用 误差的平均效应23.电荷的存储 电荷的转移24.像分析 象限分割25.亮度增益 灵敏度30.增量式编码器、绝

15、对式编码器31.上限截止频率32.光电耦合器件33. 零 34.禁带宽度2、 名词解释1. 光亮度：光源表面一点处的面元 dA 在给定方向上的发光强度 dI 与该面元在垂直于给定方向的平面上的正投影面积之比，称为光源在该方向上的亮度： ，单位为cosdAIL坎德拉每平方米（cd/m 2） 。2. 本征半导体：完全纯净和结构完整的半导体称为本征半导体。3. N 型半导体：施主能级离导带底较近，杂质的束缚能级略低于导带底，这样就可以在常温下，将束缚态中的电子激发到导带而使导带中的电子远多于价带中的空穴，这种主要由电子导电的半导体称为 N 型半导体。4. 载流子的扩散运动：在载流子浓度不均匀情况下，

16、载流子无规则热运动的自然结果，一般将载流子由热运动造成的从高浓度处向低浓度处迁移的运动称为扩散运动。5. 光生伏特效应： 是把光能转变为电能的一种效应，它是光照射不均匀半导体或均匀半导体中，光生电子和空穴在空间分开而产生电位差的现象。6. 内光电效应：光敏物质吸收光子后，电子从基态激发到高能态而脱离原子核的束缚，在外电场使用下参与导电的现象。10光电效应：当光照射到物体上使物体发射电子或导电率发生变化、或产生光电动势等，这种因光照引起物体电学特性的改变称为光电效应。11.量子效率：在某一特定波长上每秒钟内产生的光电子数与入射光量子数之比。12.分辨率：用来表示能够分辨图像中明暗细节的能力。13

17、.二次调制：将载波随时间/空间变化，形成多变量载波信号，然后再使其特征参量随被测信息改变的方法称作二次调制。14.二值化处理：将光电信号转换成 0、1 数字量的过程称为光电信号的二值化处理。15.光电检测技术：是一种非接触测量的高新技术。它以激光、红外、光纤等现代光电器件为基础，通过对载荷有被检测物体信息的光辐射进行检测，即通过光电检测器件接收光辐射并转换为电信号，由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用信息，再经 A/D 转换输入计算机进行运算处理，最后显示或打印输出。16.响应时间：描述光电探测器对入射辐射响应快慢的一个参数，即当入射辐射到光电探测器后或入射辐射遮断后，光电探测器的输出上升到

18、稳定值或下降到照射前的数值所需的时间称为响应时间。17.热电偶是一种热敏元件，在接收辐射后引起温度升高，随之产生温差电势，使用时不外加电源。18.亮度中心检测法:通过测量目标物空间的亮度分布相对应的像空间照度分布，确定目标能量中心位置的方法称作亮度中心检测法3、 判断正误11. A/D 变换量化误差不随输入电压变化而变化，是一种偶然误差。 （）12. 采样/保持电路起到信号保持作用的保持电容，电容容量愈大电压下降愈慢，所以保持电容越大越好。 （ ）13. 光电倍增管的光电阴极上发射出光电子的最大速度随入射光光子能量的增大而增大。（ ）14. 影响光电器件探测极限的因素是噪声，噪声是可以消除或减

19、小的。 （ ）15. 光电倍增管的光谱响应曲线与光电阴极的光谱响应曲线相同，主要取决于光电阴极材料的性质。 （ ）16. 光敏电阻是光电导效应器件。 （ ）17. CCD 驱动信号中三相与两相的电极结构是一样的。 （ ）18. CCD 器件按像敏元的排列形式可以分为一维和二维两种。 （ ）19. 光电耦合器件具有信号传输的单向性，所以只适用于的直流或数字脉冲信号。 （ ）20. 雪崩二极管在使用时要加高反向偏压。 （ ）4、 简答题1.光电检测器件是利用物质的光电效应把光信号转换成电信号的器件，响应波长有选择性，相应快；热电检测器件是将辐射能转换成热能，再将热能转换成电能的器件。响应波长无选择

20、性，相应慢。2.相同点：均为光生伏特器件；不同点：光电二极管 PN 结面积小于光电池；光电池无需偏压，光敏二极管一般在负偏压的情况下使用。4.灵敏的光电转换能力快速的动态响应能力最佳的信号检测能力长期工作的稳定性和可靠性6对于扩散型 PiN 硅光敏二极管来说，i 层主要起到了什么作用？答：i 层为高阻区，承受大部分外加电压，使耗尽区增大，展宽了光电转换的有效工作区域；提高了灵敏度；i 层一般选择高电阻率的基体材料，提高了串联电阻，提高了击穿电压；提高了频率响应。7简述变像管和像增强管的工作原理及区别？工作原理：都是光电阴极接收辐射，将光学图像转换为电子数密度图像，加有正高压的阳极起到了电子透镜的作用，使阴极发出的电子聚焦成像在荧光屏上，最终得到目标物的图像。区别是：变像管是将不可见图像转换为可见图像的器件，而像增强管是把强度低于视觉阈值的图像增强到可以观察程度的光电成像器件。8. 探测器件在进行极为微弱的信号探测时，有时要放入液氮中使用，为什么？