习题课光电技术练习册修订版答案

习题课光电技术练习册修订版答案内容摘要：

是人眼主观色度感觉上把光源作为一定温度的黑体来描述。 根据色度学 ,色具有同色异谱 的性质 ,即相同的颜色可由具有不同的光谱能量分布特性的光构成。 但对具有不连续光谱的发射体或具有连续光谱但其光谱能量分布特性与黑体相差甚大的发射体 ,也可用色温来描述。 即 具有线状光谱或带状光谱特征的光源 也能用色温来描述。 姓名 班级 学号 第 7 页 共 14 页 《光电技术》练习册 武汉理工大学物理系制 2. 试比较卤钨灯、超高压短弧氙灯、氘灯和超高压汞灯的发光性能。 在普通紫外 可见光光度计(200nm～ 800nm)中，应怎样选择照明光源。 答 ： 汞灯的分为低压汞灯、高压汞灯、超高压汞灯；汞灯的发光特性：汞的气压越高，汞灯的发光效率也越高，发射的光也由线状光谱向带状光谱过度。 超高压汞灯：汞蒸气气压 为（ 1020） MPa。 光谱线较宽，形成连续背景，可见区偏蓝，红外辐射增强。 常作为点光源用于光学仪器、荧光分析和光刻技术等。 氙灯光谱分布与日光接近，色温 6000K，亮度高，寿命可达 1000 h。 短弧氙灯：电极间距在数毫米量级，工作气压为 1～ 2 MPa，是很好的日光色点光源，常用于电影放映、彩色摄影、照相制版、模拟日光等场合。 氘灯的 紫外线辐射强度高、稳定性好、寿命长，因此常用作各种紫外分光光度计的连续紫外光源。 卤钨灯 光谱分布与日光接近 、 发光效率 高、 色温 稳定、几乎无 光衰。 在紫外分光光度计中，通常 紫外区选择 使用 氘灯、紫外汞 氙灯等紫外辐射较强的光源， 可见区选择超高压短弧氙灯，红外区选择超高压汞灯。 3. 为什么说发光二极管的发光区在 PN结的 P 区。 这与电子、空穴的迁移率有关 吗。 答 ： 对于 PN结注入发光的发光二极管，当 PN结处于平衡位置时，存在一定的势垒区。 当加正向偏压时， PN结区势垒降低，从扩散区注入的大量非平衡载流子不断地复合发光，并主要发生在 P区。 这是因为发光二极管在正向电压的作用下，电子与空穴做相对运动，即电子由 N区向 P区运抵，而空穴向 N区运动。 但由于电子的迁移率 N 比空穴的迁移率 P 高 20倍左右，电子很快从 N区迁移到 P区，因而复合发光主要发生在 P区。 4. 发光二极管的发光光谱由哪些因素决定。 答 ： LED 的发光光谱指 LED 发出光的相对强度 (或能量 )随波长 (或频率 )变化的分布曲线。 它直接决定着发光二极管的发光颜色，并影响它的发光效率。 发射光谱的形成由材料的种类、性质及发光中心的结构所决定，而与器件的几何形状和封装方式无关。 描述光谱分布的两个主要参量是它的峰值波长和发光强度的半宽度。 5. 温度为 300K时， GaAs发光二级管的带隙为 ，与温度的关系为 41/ 4 .5 1 0gd E d T eVK= ?。 如果温度改变 10℃ ，发射波长变化为多少。 答：g39。 4 1gg39。 39。 39。 4 4= 2 , 73 24。 10 2 2 10 e 10 15 5 4 4 76。 6 nm1 , 41 55gggE e V m mEE E E e V VK K e VmmEl m ml m m l l l= = == + D = 创 == = = D = =n n n 39。 4 1gg39。 39。 39。 101 1 = 10 e 10 = 5 481 51 1 nmggE E E e V VK K e VmmEl m ml l l= + D 创= = =D = = n n n 姓名 班级 学号 第 8 页 共 14 页 《光电技术》练习册 武汉理工大学物理系制 第 4 章 光电导探测器 一、选择题（单选或多选） （ BCDE） A．锗掺汞 E 碲鎘汞 （ B） D 勒克斯 （ A） ~365nm ~700nm ~1100nm D 1~7um （ B） ~365nm ~700nm ~1100nm D 1~7um （ D） ~365nm ~700nm ~1100nm D ~3um 6. 常温碲化铟光电导器件的光谱响应范围为（ C） ~365nm ~700nm ~ D ~3um （ B）。 二、判断题 1. 电导器件在方波辐射的作用下，其上升时间大于下降时间。 (错 ) 2. 某光电导器件的 γ值时，背景光照越强，其 γ值越小。 (对 ) 3. 光敏电 阻的阻值与环境温度有关，温度升高光敏电阻的阻值也随之升高。 (错 ) 4. 光敏电 阻的恒压偏置电路比恒流偏置电路的电压灵敏度要高一些。 (错 ) 三、计算题 1. 设某只 CdS 光敏电阻的最大功耗为 30mW，光电导灵敏度 6gS =2 10S/lx，暗电导为零。 试求当 CdS 光敏电阻上的偏置电压为 20V 时的极限照度。 答 ： 由式 rpgI USE= 得 最大照度22P 2ggIPE ( ) ( )U S U S=== lx。 最小照度 P 2ggIPE US U S== = lx 2. 如图所示，设光敏电阻的光电导灵敏度为 5gS =2 10S/lx， LR =2kW ， bU =30V。 若光敏电阻所受的光照度 e=15+2sin t(lx) ，求负载电阻 LR 输出的 交流电压有效值 LU。 答： 根据图 422，可以得到等效电路图，如下图所示： R LRI P 首先求光敏电阻阻值：平均光电导为 54p 0 gG S E 2 1 0 1 5 3 1 0 S== 创 =? R LU bR U LI 姓名 班级 学号 第 9 页 共 14 页 《光电技术》练习册 武汉理工大学物理系制 则光电阻为 p 0 p 0R 1 / G k= = W 求光敏电阻两端电压 b p 0 L p 0U U R / ( R R ) 30 / ( 2 ) V= + = ? = 求交流光电流 5pgi S U 2 1 0 1 8 .7 2 s i n t 0 .7 5 s i n t ( m A )ww= F = 创 ? 求负载电阻的交流电压有效值：光电流分流到 0( / / ) / 2 ( 2 / / ) / 2 P L PU i R R V= = ? 3. 在如图所示的电路中，已知 bR=820Wb ， eR = ， WU =4V ，光敏电阻为pR，当光照度为40 lx 时输出电压为 6V， 80 lx 时为 9V。 设该光敏电阻在 30~100 lx 之间的  值不变。 试求： (1)输出电压为 8V 时的照度。 (2)若 eR 增加到 6kW ，输出电压仍然为 8V，求此时的照度。 (3)若光敏面上的照度为 70 lx，求 eR= 与 eR=6kW 时输出的电压。 (4)求该电路在输出电压为 8V时的电压灵敏度。 答 ： 根据图示为恒流偏置电路，流过稳压管的电流 b b wwbUU 8I 9 .8 m AR 8 2 0= = ? 满足稳压管的工作条件 (1) 当 wU= 4V时，w b ee 3eUU 4 0 .7I 1 m AR 3 .3 * 1 0 = = = 由bb 0peUUR I= 得输出电压为 6伏时电阻 1R= 6KW， 输出电压为 9伏时电阻 2R= 3K ，故1221lg R lg Rr lg E lg E= =1； 输出电压为 8V时，光敏电阻的阻值为bb 0peUUR I= =4KW， 代 入 1221lg R lg Rr lg E lg E= 解得 E=60lx (2) 与（ 1） 类似 ，得到 E=34lx（ 一个 E对应一个 R） (3) 当 eR =W时， eI 1mA,= r=1, PR 6K=W 解得 pR =W 0 bb e pU U I R= =。 当 eR 6K=W时， eI ,= 0 bb e pU U I R= = (4) 电路的电压灵敏度v U 8。