光電檢測(cè)技術(shù)課程作業(yè)及答案(打印版)(編輯修改稿)
2025-07-15 19:52 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 什么由半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻溫度系數(shù)是負(fù)的，由金屬材料制成的熱敏電阻溫度系數(shù)是正的？答：⑴半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻吸收輻射后，材料中電子的動(dòng)能和晶格的振動(dòng)能都有增加。因此，其中部分電子能夠從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶成為自由電子，從而使電阻減小，電阻溫度系數(shù)是負(fù)的。⑵金屬材料制成的熱敏電阻，因其內(nèi)部有大量的自由電子，在能帶結(jié)構(gòu)上無禁帶，吸收輻射產(chǎn)生溫升后，自由電子濃度的增加是微不足道的。相反，因晶格振動(dòng)的加劇，卻妨礙了電子的自由運(yùn)動(dòng)，從而電阻溫度系數(shù)是正的，而且其絕對(duì)值比半導(dǎo)體的小。簡(jiǎn)述熱釋電探測(cè)器的工作原理。答：當(dāng)紅外輻射照射到已經(jīng)極化了的鐵電薄片時(shí)，引起薄片的溫度升高。因而表面電荷減少，這就“釋放”了一部分電荷。釋放的電荷通過放大器轉(zhuǎn)換成輸出電信號(hào)。如果紅外輻射繼續(xù)照射，使鐵電薄片的溫度升高到新的平衡值，表面電荷也達(dá)到新的平衡，不再釋放電荷。也就沒有輸出信號(hào)。而在穩(wěn)定狀態(tài)下，輸出信號(hào)下降到零，只有在薄片溫度有變化時(shí)才有輸出信號(hào)。三、計(jì)算題可見光的波長(zhǎng)、頻率和光子的能量范圍（給出計(jì)算公式）各是多少?答：可見光的波長(zhǎng)：～頻率：HZ～HZ【利用公式】光子能量：J～ J【利用公式】一塊半導(dǎo)體樣品,有光照時(shí)電阻為50Ω，無光照時(shí)為5000Ω,求樣品的光電導(dǎo)。答：有光照時(shí)的電導(dǎo)為：無光照時(shí)的電導(dǎo)為：故：該樣品的光電導(dǎo)為習(xí)題09一、填空題發(fā)光二極管的發(fā)光亮度，基本上是正比于（電流密度）。氦氖激光器以（直流）電源驅(qū)動(dòng)。從結(jié)構(gòu)上分（全內(nèi)腔）（全外腔）（半內(nèi)腔）激光器。發(fā)光二極管是（注入式電致發(fā)光器件）器件，它能將（電）能轉(zhuǎn)變?yōu)椋ü猓┠?。二、?jiǎn)答題半導(dǎo)體發(fā)光二極管的發(fā)光原理答：半導(dǎo)體發(fā)光二極管的材料是重?fù)诫s的，熱平衡狀態(tài)下的N區(qū)有很多遷移率很高的電子，P區(qū)有較多的遷移率較低的空穴。由于PN結(jié)阻擋層的限制，在常態(tài)下，二者不能發(fā)生自然復(fù)合。而當(dāng)給PN結(jié)加以正向電壓時(shí)，溝區(qū)導(dǎo)帶中的電子則可逃過PN結(jié)的勢(shì)壘進(jìn)入到P區(qū)一側(cè)。于是在PN結(jié)附近稍偏于P區(qū)一邊的地方，處于高能態(tài)的電子與空穴相遇時(shí)，便產(chǎn)生發(fā)光復(fù)合。這種發(fā)光復(fù)合所發(fā)出的光屬于自發(fā)輻射，輻射光的波長(zhǎng)決定于材料的禁帶寬度，即 應(yīng)用發(fā)光二極管時(shí)注意哪些要點(diǎn)？答：⑴開啟電壓： 發(fā)光二極管的電特性和溫度特性都與普通的硅、鍺二極管類似。只是正向開啟電壓一般都比普通的硅、鍺二極管大些，而且因品種而異。⑵溫度特性：利用發(fā)光二極管和硅的受光器件進(jìn)行組合使用時(shí)，應(yīng)注意到二者的溫度特性是相反的。溫度升高時(shí)，發(fā)光二極管的電光轉(zhuǎn)換效率變小，亮度減弱。而硅的受光器件，光電轉(zhuǎn)換效率卻是增加的。所以使用時(shí)，應(yīng)把二者放到一起考慮，注意其組合后的整體溫度特性。⑶方向特性：發(fā)光二極管一般都帶有圓頂?shù)牟ＡТ?，?dāng)利用它和受光器件組合時(shí)，應(yīng)注意到這一結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)。發(fā)光管與受光管二者對(duì)得不準(zhǔn)時(shí)，效果會(huì)變得很差。激光的產(chǎn)生有哪些條件？答：⑴需要泵源,把處于較低能態(tài)的電子激發(fā)或泵浦到較高能態(tài)上去。⑵介質(zhì)必須能發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn),使受激輻射足以克服損耗。⑶必須要有一個(gè)共振腔提供正反饋及增益,以維持受激輻射的持續(xù)振。簡(jiǎn)述注入式半導(dǎo)體激光器的發(fā)光過程。答：注入式半導(dǎo)體激光器的工作過程是，加外電源使PN結(jié)進(jìn)行正偏置。正向電流達(dá)到一定程度時(shí)，PN結(jié)區(qū)即發(fā)生導(dǎo)帶對(duì)于價(jià)帶的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。這時(shí)，導(dǎo)帶中的電子會(huì)有一部分發(fā)生輻射躍遷，同時(shí)產(chǎn)生自發(fā)輻射。自發(fā)輻射出來的光，是無方向性的。但其中總會(huì)有一部分光是沿著諧振腔腔軸方向傳播的，往返于半導(dǎo)體之間。通過這種光子的誘導(dǎo)，即可使導(dǎo)帶中的電子產(chǎn)生受激輻射（光放大）。受激輻射出來的光子又會(huì)進(jìn)一步去誘導(dǎo)導(dǎo)帶中的其它電子產(chǎn)生受激輻射。如此下去，在諧振腔中即形成了光振蕩，從諧振腔兩端發(fā)射出激光。只要外電源不斷的向PN結(jié)注入電子，導(dǎo)帶對(duì)于價(jià)帶的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)就會(huì)繼續(xù)下去，受激輻射即可不停地發(fā)生，這就是注入式半導(dǎo)體激光器的發(fā)光過程。光器和發(fā)光二極管的時(shí)間響應(yīng)如何？使用時(shí)以什么方式（連續(xù)或脈沖）驅(qū)動(dòng)為宜？答：發(fā)光二極管：發(fā)光二極管的響應(yīng)時(shí)間很短，一般只有幾納秒至幾十納秒。采用脈沖驅(qū)動(dòng)的情況下，獲得很高的亮度，但應(yīng)考慮到脈沖寬度、占空度比與響應(yīng)時(shí)間的關(guān)系。半導(dǎo)體激光器：響應(yīng)時(shí)間很短。半導(dǎo)體激光器的閾值電流都比較高，由于激光器工作時(shí)需要的電流很大，電流通過結(jié)和串聯(lián)電阻時(shí)，將使結(jié)的溫度上升，這又導(dǎo)致閾值電流上升。所以閾值電流很高的激光器，通常用脈沖電流來激勵(lì)，以降低平均熱損耗。習(xí)題10一、填空題光電耦合器是由（發(fā)光） 器件與（光敏） 器件組成的（電）－（光）－（電）器件。這種器件在信息傳輸過程中是用（光）作為媒介把輸入邊和輸出邊的電信號(hào)耦合在一起的。二、簡(jiǎn)答題簡(jiǎn)述光電耦合器件的電流傳輸比β與晶體管的電流放大倍數(shù)β的區(qū)別？答：⑴晶
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