光電子技術(shù)答案(編輯修改稿)
2025-07-15 19:33 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的半波電壓，即，減小d增加L可以減小半波電壓，與單塊晶體調(diào)制器比較其半波電壓減小了。4如果一個(gè)縱向電光調(diào)制器沒(méi)有起偏器，入射的自然光能否得到光強(qiáng)度調(diào)制？為什么？解：不能，因?yàn)闆](méi)有了線偏振光通過(guò)晶體后，不能產(chǎn)生相位差。5一個(gè)聲光調(diào)制器，對(duì)HeNe激光進(jìn)行調(diào)制。已知聲功率，聲光相互作用長(zhǎng)度，換能器寬度，試求聲光調(diào)制器的布喇格衍射效率。解：,已知，H，,由,可求得，再代入求得，即可解出。6一個(gè)駐波超聲場(chǎng)會(huì)對(duì)布喇格衍射光場(chǎng)產(chǎn)生什么影響？給出它所造成的頻移和衍射方向。解：對(duì)每個(gè)聲頻率，具有許多波矢方向不同的聲波分量都能引起光波的衍射。于是相應(yīng)于每一確定角度的入射光，就有一束發(fā)散角為的衍射光，而每一衍射方向?qū)?yīng)不同的頻移。如圖 聲波7. 用PbMoO4晶體做成一個(gè)聲光掃描器，取n=，M2=180。1015s3/kg，換能器寬度H=。聲波沿光軸方向傳播，聲頻fs=150MHz，聲速vs=180。105cm/s，光束寬度d=，光波長(zhǎng)l=。⑴ 證明此掃描器只能產(chǎn)生正常布喇格衍射； ⑵ 為獲得100%的衍射效率，聲功Ps率應(yīng)為多大？⑶ 若布喇格帶寬Df=125MHz，衍射效率降低多少？⑷ 求可分辨點(diǎn)數(shù)N。解：⑴ 由公式證明不是拉曼納斯衍射。⑵ ，⑶ 若布喇格帶寬Df=125MHz，衍射效率降低多少？，⑷ 用公式和計(jì)算。習(xí) 題4 比較光子探測(cè)器和光熱探測(cè)器在作用機(jī)理、性能及應(yīng)用特點(diǎn)等方面的差異。答：光子效應(yīng)是指單個(gè)光子的性質(zhì)對(duì)產(chǎn)生的光電子起直接作用的一類光電效應(yīng)。探測(cè)器吸收光子后，直接引起原子或分子的內(nèi)部電子狀態(tài)的改變。光子能量的大小，直接影響內(nèi)部電子狀態(tài)改變的大小。因?yàn)?，光子能量是h，h是普朗克常數(shù), 是光波頻率，所以，光子效應(yīng)就對(duì)光波頻率表現(xiàn)出選擇性，在光子直接與電子相互作用的情況下，其響應(yīng)速度一般比較快。光熱效應(yīng)和光子效應(yīng)完全不同。探測(cè)元件吸收光輻射能量后，并不直接引起內(nèi)部電子狀態(tài)的改變，而是把吸收的光能變?yōu)榫Ц竦臒徇\(yùn)動(dòng)能量，引起探測(cè)元件溫度上升,溫度上升的結(jié)果又使探測(cè)元件的電學(xué)性質(zhì)或其他物理性質(zhì)發(fā)生變化。所以，光熱效應(yīng)與單光子能量h的大小沒(méi)有直接關(guān)系。原則上，光熱效應(yīng)對(duì)光波頻率沒(méi)有選擇性。只是在紅外波段上，材料吸收率高，光熱效應(yīng)也就更強(qiáng)烈，所以廣泛用于對(duì)紅外線輻射的探測(cè)。因?yàn)闇囟壬呤菬岱e累的作用，所以光熱效應(yīng)的響應(yīng)速度一般比較慢，而且容易受環(huán)境溫度變化的影響。值得注意的是，以后將要介紹一種所謂熱釋電效應(yīng)是響應(yīng)于材料的溫度變化率，比其他光熱效應(yīng)的響應(yīng)速度要快得多，并已獲得日益廣泛的應(yīng)用。 總結(jié)選用光電探測(cè)器的一般原則。答：用于測(cè)光的光源光譜特性必須與光電探測(cè)器的光譜響應(yīng)特性匹配；考慮時(shí)間響應(yīng)特性；考慮光電探測(cè)器的線性特性等。答：CdS探測(cè)器和CdSe探測(cè)器是兩種低造價(jià)的可見(jiàn)光輻射探測(cè)器，它們的特點(diǎn)是高可靠性和長(zhǎng)壽命，因而廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化技術(shù)和攝影機(jī)中的光計(jì)量。這兩種器件的光電導(dǎo)增益比較高（），但相應(yīng)時(shí)間比較長(zhǎng)（大約50ms）。故設(shè)計(jì)一種采用造價(jià)低，高可靠性和長(zhǎng)壽命的CdS探測(cè)器和CdSe探測(cè)器作為路燈自動(dòng)點(diǎn)亮器及AGC放大電路的光敏電阻。，在光照下，開(kāi)路電壓,光電流。試求:(1)在（200700）W/光照下，保證線性電壓輸出的負(fù)載電阻和電壓變化值；（2）如果取反偏壓V=，求負(fù)載電阻和電壓變化值；（3），怎么辦？答：，即，,結(jié)電容為10pF，光照功率5時(shí)，拐點(diǎn)電壓為10V，偏壓40V，光照信號(hào)功率,試求；（1）線性最大輸出功率條件下的負(fù)載電阻；（2）線性最大輸出功率；（3）響應(yīng)截止頻率。答：（1），（2）（3）證明：已知量子效率，將探測(cè)器的通量閾，信噪比，噪聲等效功率逐次代入即可證明。答：光電探測(cè)器的基本功能就是把入射到探測(cè)器上的光功率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的光電流。即，光電流是光電探測(cè)器對(duì)入射光功率的響應(yīng)。因此，只要待傳遞的信息表現(xiàn)為光功率的變化，利用光電探測(cè)器的這種直接光電轉(zhuǎn)換功能就能實(shí)現(xiàn)信息的解調(diào)，這種探測(cè)方式通常稱為直接探測(cè)。而光頻外差探測(cè)基于兩束光波在光電探測(cè)器光敏面上的相干效應(yīng)，所以光頻外差探測(cè)也常常稱為光波的相干探測(cè)。習(xí) 題5 以表面溝道CCD為例，簡(jiǎn)述CCD電荷存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移、輸出的基本原理。CCD的輸出信號(hào)有什么特點(diǎn)？答：構(gòu)成CCD的基本單元是MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)電容器。正如其它電容器一樣，MOS電容器能夠存儲(chǔ)電荷。如果MOS結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體是P型硅，當(dāng)在金屬電極（稱為柵）上加一個(gè)正的階梯電壓時(shí)（襯底接地），SiSiO2界面處的電勢(shì)（稱為表面勢(shì)或界面勢(shì)）發(fā)生相應(yīng)變化，附近的P型硅中多數(shù)載流子——空穴被排斥，形成所謂耗盡層，如果柵電壓VG超過(guò)MOS晶體管的開(kāi)啟電壓，則在SiSiO2界面處形成深度耗盡狀態(tài)，由于電子在那里的勢(shì)能較低，我們可以形象化地說(shuō)：半導(dǎo)體表面形成了電子的勢(shì)阱，可以用來(lái)存儲(chǔ)電子。當(dāng)表面存在勢(shì)阱時(shí)，如果有信號(hào)電子（電荷）來(lái)到勢(shì)阱及其鄰近，它們便可以聚集在表面。隨著電子來(lái)到勢(shì)阱中，表面勢(shì)將降低，耗盡層將減薄，我們把這個(gè)過(guò)程描述為電子逐漸填充勢(shì)阱。勢(shì)阱中能夠容納多少個(gè)電子，取決于勢(shì)阱的“深淺”，即表面勢(shì)的大小，而表面勢(shì)又隨柵電壓變化，柵電壓越大，勢(shì)阱越深。如果沒(méi)有外來(lái)的信號(hào)電荷。耗盡層及其鄰近區(qū)域在一定溫度下產(chǎn)生的電子將逐漸填滿勢(shì)阱，這種熱產(chǎn)生的少數(shù)載流子電流叫作暗電流，以有別于光照下產(chǎn)生的載流子。因此，電荷耦合器件必須工作在瞬態(tài)和深度耗盡狀態(tài)，才能存儲(chǔ)電荷。以典型的三相CCD為例說(shuō)明CCD電荷轉(zhuǎn)移的基本原理。三相CCD是由每三個(gè)柵為一組的間隔緊密的MOS結(jié)構(gòu)組成的陣列。每相隔兩個(gè)柵的柵電極連接到同一驅(qū)動(dòng)信號(hào)上，亦稱時(shí)鐘脈沖。三相時(shí)鐘脈沖的波形如下圖所示。在t1時(shí)刻，φ1高電位，φφ3低電位。此時(shí)φ1電極下的表面勢(shì)最大，勢(shì)阱最深。假設(shè)此時(shí)已有信號(hào)電荷（電子）注入，則電荷就
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