1.论述光电检测系统的基本组成，并说明各部分的功能？ 下面是一个光电检测系统的基本构成框图：
(4分)
（1）光源和照明光学系统：是光电检测系统中必不可少的一部分。在许多系统中按需要选择一定辐射功率、一定光谱范围和一定发光空间、分布的光源，以此发出的光束作为载体携带被测信息。
（2）被测对象及光学变换：这里所指的是上述光源所发出的光束在通过这一环节时，利用各种光学效应，如反射、吸收、折射、干涉、衍射、偏振等，使光束携带上被检测对象的特征信息，形成待检测的光信号。光学变换通常是用各种光学元件和光学系统来实现的，实现将被测量转换为光参量（振幅、频率、相位、偏振态、传播方向变化等）。
（3）光信号的匹配处理：这一工作环节的位置可以设置在被检测对象前面，也可设在光学变换后面，应按实际要求来决定。光信号匹配处理的主要目的是为了更好地获得待测量的信息，以满足光电转换的需要。
（4）光电转换：该环节是实现光电检测的核心部分。其主要作用是以光信号为媒质，以光电探测器为手段，将各种经待测量调制的光信号转换成电信号（电流、电压或频率），以利于采用目前最为成熟的电子技术进行信号的放大、处理、测量和控制等。
（5）电信号的放大与处理：这一部分主要是由各种电子线路所组成。光电检测系统中处理电路的任务主要是解决两个问题：①实现对微弱信号的检测；②实现光源的稳定化。 （6）存储、显示与控制系统：许多光电检测系统只要求给出待测量的具体值，即将处理好的待测量电信号直接经显示系统显示。 (6分)
2、在“反向偏置”电路中，两种取得输出电压U0的方法：一种是从负载电阻RL上取得电压U0，如图a所示，另一种是从二极管两端取得电压U0，如图b所示。
(1)对于图a）所示的电路，光电信号是直接取出的，即U0=ILRL，而对于b）图，光电信号是
间接取出的，U0=UC-ILRL； (3分) (2)两种电路输出的光电信号电压的幅值相等，但相位是相反的； (3分) (3)这两种方法只适合照射到P—N结上的光强变化缓慢和恒定光的情况，这时光电二极管的结电容不起作用，二极管本身的串联电阻很小，实际上可以略去不计。 (2分) (4)当二极管的光电流与暗电流接近时，光电信号难以取出，因此，运用反偏法检测微弱的恒定光时不利的。 (2分)
3、如果硅光电池的负载是R,画出等效电路。写出流过负载I的电流方程及Uoc,Isc的表达式，说明含义
硅光电池的工作原理和等效电路为下图：
（a）光电池工作原理图 （b）光电池等效电路图 （c）进一步简化 (4分) 从图（b）中可以得到流过负载RL的电流方程为：
i?ip－iD?ip?is0(eqV/KT?1)?SEE?is0(eqV/KT?1) （1）
其中，SE为光电池的光电灵敏度，E为入射光照度，Is0是反向饱和电流，是光电池加反向偏压后出现的暗电流。 (2分)
当i＝0时，RL＝∞（开路），此时曲线与电压轴交点的电压通常称为光电池开路时两端的开路电压，以VOC表示，由式（1）解得：
VOC??kT?Ip?ln??1 （2）.。。（4分） ??q?I0?当Ip》Io时，VOC?(kT/q)ln(Ip/I0)
当RL＝0（即特性曲线与电流轴的交点）时所得的电流称为光电流短路电流，以Isc表
示，所以
Isc＝Ip＝Se·E （3）。。（4分）
从式（2）和（3）可知，光电池的短路光电流Isc与入射光照度成正比，而开路电压Voc与光照度的对数成正比。
4、原理和工作过程：光源1发出的光经单色器2后成为单色光，该单色光的波长应选为待测溶液的峰值吸收波长。将该光线用分束器BS分成两束，分别通过待测溶液S2和参比溶液S1，并用两个性能一致的光电探测器接收。由于参比溶液对工作波长的光不产生吸收，而待测溶液对该波长的光有较强的吸收，因此，探测器PD1接收到的光强度I1即为入射光强度I0，而探测器PD2接收到的光强度I2取决于待测溶液的浓度。
R2K1?1R1K2?2式中，C0为比例常数；I?1为PD1上产生的光电流；I?2为PD2上产生的光电流；K1、K2为PD1
U0?C0(lgI?1?lgI?2)R2/R1?C0lg 和PD2的灵敏度，?1、?2为到达PD1和PD2上的光通量。若PD1和PD2性能一致，则K1＝K2，故上式可变为：
系统输出电压为：
U0?C0R2?1RIlg?C2lg1R1?2R1I2I由于在忽略反射和散射的情况下，I1=I2,故
U0?Klg0I2
可见，最后输出电压即为溶液的吸光度值，亦即反映了溶液的浓度。 （5分）
（8分）
河南大学物理与电子学院200 -200 学年第 学期期末考试
光电检测技术题库试卷（五）参考答案
一 单项选择题（每小题2分,共40分）
1. 结型光电器件与三极管连接，保证放大，要接在( A ).
A. 基射极间短路 B. 基集极间短路 C. 基射极间反偏 D. 基集极间正偏 2．光电池的工作条件是( D ).
A．加热 B. 加正向偏置 C. 加反向偏置 D. 加光照 3．IRCCD表示的是（ D ）CCD．
A. 增强型; B. 时间延迟型; C. 电子轰击模D. 红外． 4. Sb－Cs 材料，主要用于( B ) 变像管光阴极．
A. 红外B. 紫外C. 可见 D. X射线 5．汞灯是一种 ( A ).
A. 气体光源 B. 热光源C. 冷光源 D. 激光光源 6. 辐通量相同时，光通量最小的光的波长是（ D ）nm．
A.555 B.590 C.620 D.780
7. 光电倍增管的高压模块，其输出电压一般为直流( A ).
A．1000V B．100V C．10000V D．15V 8．PN结光生伏特效应 ( B ).
A. 电子集中的P区； B . 电子集中的N区结表面； C. 电子集中的P区表面； D. 电子集中的N区表面.
9．用光电法测量某高速转轴的转速时，选用最合适的的光电器件是( D ).
A. PMT B. CdS光敏电阻
C. 2CR42硅光电池 D. 3DU型光电三极管 10．充气白炽灯主要充入循环剂是（ B ）.
A. 氢气 B. 溴化硼 C. 氖气 D. 氪气
11．如下不是降低光电倍增管的暗电流的方法（ B ）. A. 直流补偿; B. 选频和锁相缩小 C. 冷却光电倍增管; D. 增加电磁屏蔽 12. 灵敏度最高的光电器件是( B )．
A.光电二极管 B.光敏电阻C.光电三极管 D.硅光电池 13．发光效率的单位（ A ）.
A.流明每瓦B.无量纲C.流明 D.瓦特每球面度
14．已知某种光电器件的本征吸收长波限为1.4μm,则该材料的禁带宽度为（ A ）.
A．0.886 eV B. 1 eV C．2 eV D. 1.3 eV 15．下面属于冷光源的是（ C ）.
A. 太阳 B. 白炽灯C. 发光三极管 D. 卤钨灯 16．太赫兹波频率的范围在（ A ）．
A. 1011～1012 B. 108～109 C. 1013～1014 D. 1015～1016
17．假设将人体作为黑体，正常人体体温为36.5℃，那么由维恩定律，可以计算
出正常人体的峰值辐射波长为 ( D )．
A. 0.936 um B. 93.6 um C. 0.0936 um D. 9.36 um 18．半导体中施主能级的位置位于（ A ）.
A. 禁带 B. 满带C. 导带 D. 价带 19. 波长为0.8μm的光线属（ A ）。
A. 近红外线 B.中红外线C. 远红外线 D.极远红外线 20．下边哪一项可作为光电耦合器件的发光件( D ). A. 光电三极管 B. 光电池
C. 光敏电阻 D. 半导体激光器
二、多项选择题（每题2分，共10分） 1. CCD的种类有（ ABCDE ）.
A. 黑白CCD B. 可见光CCD C. X射线CCD D. 彩色CCD E. 微光CCD 2. 属于相干光源的是（ABCDE ）.
A. 染料激光器 B. 半导体激光器 C. 固体激光器 D. 等离子体激光器 E. 气体激光器
