光电检测技术与应用郭培源课后答案.docx
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光电检测技术与应用郭培源课后答案
光电检测技术与应用课后答案
第1章
一、举例说明你说明白的检测系统的工作原理。
(1)光电检测技术在工业生产领域中的应用:
在线检测:
零件尺寸、产品缺点、装配定位…
(2)光电检测技术在日常生活中的应用:
家用电器——数码相机、数码摄像机:
自动对焦---红外测距传感器自动感应灯:
亮度检测---光敏电阻
空调、冰箱、电饭煲:
温度检测---热敏电阻、热电偶遥控接收:
红外检测---光敏二极管、光敏三极管可视对讲、可视电话:
图像获取---面阵CCD
医疗卫生——数字体温计:
接触式---热敏电阻,非接触式---红别传感器办公商务——扫描仪:
文档扫描---线阵CCD
红别传输数据:
红外检测---光敏二极管、光敏三极管(3)光电检测技术在军事上的应用:
夜视对准机系统:
非冷却红别传感器技术激光测距仪:
可精准的定位目标光电检测技术应用实例简介点钞机
(1)激光检测—激光光源的应用用必然波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字,会使荧光字产生必然波长的激光,通过对此激光的检测可分辨钞票的真假。
由于仿造困难,故用于辨伪很准确。
(2)红外穿透检测—红外信号的检测红外穿透的工作原理是利用人民币的纸张比较牢固、密度较高和用凹印技术印刷的油墨厚度较高,因此对红外信号的吸收能力较强来分辨钞票的真假。
人民币的纸质特点与假钞的纸质特点有必然的不同,用红外信号对钞票进行穿透检测时,它们对红外信号的吸收能力将会不同,利用这一原理,能够实现辨伪。
(3)荧光反映的检测—荧光信号的检测荧光检测的工作原理是针对人民币的纸质进行检测。
人民币采纳专用纸张制造(含85%以上的优质棉花),假钞通常采纳经漂白处置后的一般纸进行制造,经漂白处置后的纸张在紫外线(波长为365nm的蓝光)的照射下会显现荧光反映(在紫外线的激发下衍射出波长为420-460nm的蓝光),人民币则没有荧光反映。
因此,用紫外光源对运动钞票进行照射并同时用硅光电池检测钞票的荧光反映,可判别钞票真假。
(4)纸宽的检测—红外发光二极管及接收二极管的应用主若是用于依照钞票通过此红外发光及接收二极管所用的时刻及电机的转速来间接的计算出钞票的宽度,并对机械的运行状态进行判定,比如有无卡纸等;同时也能依照钞票的宽度判定出其面值。
(5)喂钞台、接钞台传感器—红外对管的应用在点钞机的喂钞台和取钞台部份别离有一个作为有无钞票的发射接收红外对管,用来检测是不是有钞票放入或掏出。
二、如何实现非电量的测量?
为实现非电量的电测量,第一要实现从非电量到电量的变换,这一变换是靠传感器来实现的。
传感器接口电路是为了与传感器配合将传感器输出信号转换成低输出电阻的电压信号以方便后续电路的处置。
一样说来,信号都需要进一步放大并滤除噪声。
放大后的信号经模拟/数字变换后取得数字信号,以便于微处置器或微操纵器。
微处置器或微操纵器是测控系统的核心,它要紧有两个作用:
一是对数字信号进行进一步处置并将信号输出显示、存储和操纵。
二是治理测控系统的各个部份以实现测控系统的智能化,即依照信号和测量条件的转变,自动地改变放大器的增益、滤波器的参数及其它的电路参数。
在选用适合的传感器以后,就要设计传感器的接口电路。
从电子学的角度来看,不同的传感器具有不同的电特性和需要不同的驱动信号(也有的传感器不需要驱动信号),为取得更高的精度和最佳的性能,需要设计传感器接口电路。
3、阻碍检测测量精度的要紧因素有哪些,而其中哪几个因素有时最大体而且需要专门注意的?
测量器具本身存在的误差。
环境因素,如气温,气压,干燥程度,震动,磁场等。
人为因素,如视觉误差等等。
还有利用测量器具时的方式不适当造成的误差。
4、什么是噪声和干扰?
什么是有效信号?
噪声是来自元器件内部粒子;而干扰是指其他的有害信号,有系统外部的,也能够有内部的。
有效信号指传递用户所需信息的信号,或是用来让接收设备收到信号后产生一个预先设定的动作的信号。
从物理角度看,噪声是由声源作无规则和非周期性振动产生的声音。
噪声为电子系统中任何不需要的信号。
噪声会致使信号质量下降和精准测量方面的错误。
噪声包括固有噪声及外部噪声,这两种大体类型的噪声均会阻碍电子电路的性能。
外部噪声来自外部噪声源,固有噪声由电路元件本身生成,最多见的例子包括宽带噪声、热噪声和闪烁噪声等。
干扰分3部份,干扰源、耦合通道和灵敏对象。
在不同空间和时刻尺度上偶然发生,不可预知。
五、如何判定干扰?
如何幸免干扰?
常见的信号的干扰有:
(1)器件工作的噪声干扰,比如说数字电路正负逻辑的转换致使的电磁场干扰,电搜索压电流转变产生的电磁场干扰。
(2)高频信号噪声干扰(串扰和回损),因为高频电路能产生强电磁场,产生感应信号。
(3)电源噪声干扰,此刻大部份电源系统采纳的都是开关电源,开关电路的高频开关动作会致使严峻的高频噪声。
(4)地线噪声干扰,都明白只若是线就会存在电阻,当一条地线上挂有多个设备时,而且工作电流较大时,小电阻也会产生电位差,从而阻碍设备。
总之干扰无处不在,在设计电路或画PCB时能够考虑从3点处置,即屏蔽干扰源、切断耦合通道、爱惜灵敏对象。
六、电子计数器如何实现既能测量频率又能测量周期?
什么缘故要通过测量周期的方式来测量低频信号的频率?
采纳多周期同步测量技术,这种测量方式事实上是对信号周期进行测量,信号的频率是通过倒数运算求出来的。
因此,从测频的角度,上述测量方式也称为倒数计数器法。
数字频率计测量频率的原理:
石英振荡器1MHz标准脉冲信号,通过度频器分频为1Hz周期1s的尖波信号接到操纵门的操纵端,被测信号通过放大整形变成正半波尖脉冲信号,接到操纵器的信号端;第一个秒信号触发操纵门打开,尖脉冲通过操纵门,第二个秒信号到来后操纵门关闭,脉冲计数器记录两个秒信号距离时刻内通过操纵门的尖脉冲个数就等于被测信号的频率值。
数字频率计测量周期的原理:
采纳上述方式测量低频信号时可能产生较大的误差,因为第一个秒信号到来的时刻是随机的,计数器从开启到关闭可能多记一个或少记一个数;因此,为了保证低频信号测量的精度,能够用周期测量法:
即用被测信号脉冲去操纵门电路的开启,让标准时刻通过操纵门,进入计数器进行计数,如此计数器的值就等于一个被测电压的周期内有几个标准时刻脉冲通过,相当于一个周期等于几个时刻单位。
这确实是什么缘故要通过测量周期来测定低频型号的频率搜索的缘故。
八、试叙述光电检测系统的组成及特点。
P6组成:
(1)光学变换
时域变换:
调制振幅、频率、相位、脉宽
空域变换:
光学扫描
光学参量调制:
光强、波长、相位、偏振
形成能被光电探测器接收,便于后续电学处置的光学信息。
(2)光电变换光电/热电器件(传感器)、变换电路、前置放大
将信息变成能够驱动电路处置系统的电信息(电信号的放大和处置)。
(3)电路处置
放大、滤波、调制、解调、A/D、D/A、微机与接口、操纵。
第2章
一、简述光电效应的工作原理。
什么是暗电流?
什么是亮电流?
P11
暗电流指的是在无光照时,由外电压作用下P-N结内流过的单向电流。
光敏电阻两头加电压(直流或交流)。
无光照时,阻值专门大,电流(暗电流)很小;光照时,光生载流子迅速增加,阻值急剧减少,在外场作用下,光生载流子沿必然方向运动,形成亮电流。
二、简述光生伏特效应的工作原理。
什么缘故光伏效应器件比光电导效应器件有更快的响应速度?
答:
(1)光生伏特效应的工作基础是内光电效应.当用适当波长的光照射PN结时,由于内建场的作用(不加外电场),光生电子拉向n区,光生空穴拉向p区,相当于PN结上加一个正电压。
(2)光伏效应中,与光照相联系的是少数载流子的行为,因为少数载流子的寿命通常很短,因此以光伏效应为基础的检测器件比以光电导效应为基础的检测器件有更快的响应速度。
3、简述光热效应工作原理。
热电检测器件有哪些特点?
P15
4、比较光电效应和热电效应在作用机理、性能及应用特点等方面的不同。
答:
所谓光电效应是指,光辐射入射到光电材料上时,光电材料发射电子,或其电导率发生转变,或产生感生电动势的现象。
光电效应实质上是入射光辐射与物质中束缚于晶格的电子或自由电子的彼此作用所引发的。
光电效应就对光波频率(或波长)表现出选择性。
在光子直接与电子彼此作用的情形下,其响应速度一样比较快。
依照是不是发射电子,光电效应又分为内光电效应和外光电效应。
具体有光电子发射效应、光电导效应、光生伏特效应、光子牵引效应和光电磁效应等。
光热效应的实质是探测元件吸收光辐射能量后,并非直接引发内部电子状态的改变,而是把吸收的光能变成晶格的热运动能量,引发探测元件温度上升,温度上升的结果又使探测元件与温度有关的电学性质或其他物理性质发生转变。
原则上,光热效应付光波频率(或波长)没有选择性,因此物质温度的转变仅决定于光功率(或其转变率),而与入射光辐射的光谱成份无关。
因为温度升高是热积存的作用,因此光热效应的响应速度一样比较慢,而且容易受环境温度转变的阻碍。
光热效应包括热释电效应、温差电效应和测热辐射计效应等
第3章
一、试说明什么缘故本征光电导器件在越微弱的辐射作用下,时刻响应越长,灵敏度越高。
二、关于同一种型号的光敏电阻来讲,在不同光照度和不同环境温度下,其光电导灵敏度与时刻常数是不是相同?
什么缘故?
若是照度相同而温度不同时情形又会如何?
损坏,即不管怎么调整电阻R,都可不能使继电器吸合。
时刻常数是不是相同?
什么缘故?
若是照度相同而温度不同时情形又会如何?
3、什么缘故结型光电器件在正向偏置时,没有明显的光电效应?
它必需在哪一种偏置状态?
什么缘故?
答:
因为p-n结在外加正向偏压时,即便没有光照,电流也随着电压指数级在增加,因此有光照时,光电效应不明显。
p-n结必需在反向偏压的状态下,有明显的光电效应产生,这是因为p-n结在反偏电压下产生的电流要饱和,因此光照增加时,取得的光生电流就会明显增加。
4、在如图3-70所示的照明灯操纵电路中,将题3所给的CdS光敏电阻用作光电传感器
五、光电导器件响应时刻(频率特性)受哪些因素限制?
光伏器件与光电导器件工作频率哪个高?
实际利历时如何改善其工作频率响应?
响应时刻要紧受光电导器件中载流子的平均寿命t有关,减小t,则频率响应提高第二,光电导器件的响应时刻与运用状态也有光,例如,光照强度和温度的转变,因为它们都阻碍载流子的寿命。
光伏特器件的工作频率高于光电导器件。
要改善光伏器件的频率响应,主若是减小响应时刻,因此采取的方法要紧有:
①减小负载电阻;②减小光伏特器件中的结电容,即减小光伏器件的受光面积;③适当增加工作电压。
六、硅光电池的开路电压什么缘故随着温度的升高而下降?
阻碍光电倍增管工作的环境因素有哪些?
如何减少这些因素的阻碍?
温度升高时,半导体的导电性将发生必然的转变,即少数载流子浓度随着温度的升高而指数式增大,相对来讲多数载流子所占据的比例即愈来愈小,这就使得多数载流子往对方扩散的作用减弱,从而起阻挡作用的p-n结势垒高度也就降低。
从Fermi能级的转变上来明白得:
温度越高,半导体Fermi能级就越靠近禁带中央(即趋于本征化),则两边半导体的Fermi能级之差也就越小,因此p-n结势垒高度也就越低,也确实是开压降低。
光电倍增管的响应度受多方面的因素阻碍,比如:
偏置电压的高低、环境光和温度转变等多方面因素的阻碍。
无光光阴电倍增管对光的响应度更趋于平稳,使实验数据也更具有靠得住性。
因此,无光环境是决定光电倍增管对微弱光信号的检测能力的重要因素之一。
光电倍增管工作时由于阴极材料发烧,如此对光电倍增管的响应度产生较大的阻碍,因此不稳固的工作温度对光电倍增管的响应度也会带来不同程度的阻碍。
降低光电倍增管的利用环境温度能够减少热电子发射,从而降低暗电流。
另外,光电倍增管的灵敏度也会受到温度的阻碍。
7、分析光电信号输出电路工作原理。
试以光电导器件为例,说明什么缘故光电检测器件的工作波长越长,工作温度就越低?
八、简述发光二极管的发光原理及半导体激光器的工作原理。
P44
它们的结构简单说确实是三明治的夹心结构,中间的夹心是有源区。
二者的结构上是相似的,可是LED没有谐振腔,LD有谐振腔。
LD工作原理是基于受激辐射、LED是基于自发辐射。
LD发射功率较高、光谱较窄、直接调制带宽较宽,而LED发射功率较小、光谱较宽、直接调制带宽较窄。
九、试判别下列结论,正确的在括号里填写T,错误的则填写F:
(1)光电导器件在方波辐射的作用下,其上升时刻大于下降时刻。
(F)
(2)光敏电阻的阻值与环境温度有关,温度升高光阴敏电阻的阻值也随之升高。
(T)(3)光敏电阻的是由于被光照后所产生的光生电子与空穴的复合需要很长时刻,而且,随着复合的进行,光生电子与空穴的浓度与复合概率不断减小,使得光敏电阻恢复被照前的阻值需要很长时刻。
(T)
10、简述光电耦合器件的工作原理?
P51
光电偶合器件(简称光耦)是把发光器件(如发光二极体)和光敏器件(如光敏三极管)组装在一路,通过光线实现耦合组成电—光和光—电的转换器件。
1一、利用光敏电阻等器件设计楼梯内的节能灯操纵电路及测量应用中的自动增益操纵电路。
14、硅光电池的内阻与哪些因素有关?
在什么条件下硅光电池的输出功率最大?
(1)极电容,串接电阻,串接电阻越小越好。
(2)显然,存在着最佳负载电阻Ropt,在最佳负载电阻情形下负载能够取得最大的输出功率Pmax。
1五、光生伏特器件有几种偏置电路?
各有什么特点?
(1)光生伏特器件有反向偏置电路,零偏置电路,自偏置电路。
(2)特点:
自偏置电路的特点是光生伏特器件在自偏置电路中具有输出功率,且当负载为最佳负载电阻时具有最大的输出功率,可是自偏置电路的输出电流或输出电压与入射辐射间的线性关系很差,因此在测量电路中好少采纳自偏置电路。
反向偏置电路:
光生伏特器件在反向偏置状态,PN结势垒区加宽,有利于光生载流子的漂移运动,使光生伏特器件的线性范围加宽,因此反向偏置电路被普遍应用到大范围的线性光电检测与光电变换中。
零偏置电路:
光生伏特器件在零伏偏置下,输出的短路电流Isc与入射辐射量(如照度)或线性关系转变,因此零伏偏置电路是理想的电流放大电路。
1六、试比较硅整流二极管与硅光电二极管的伏安特性曲线,说明它们的不同。
答:
比较硅整流二极管与硅光电二极管的伏安特性曲线可知:
当没有光辐射时,二者的伏安特性曲线是一样的;当有光辐射时,则硅光电二极管的全电流为负值,特性曲线向下平移,且向下平移的程度随辐照度的不同而转变。
可是硅整流二极管的伏安特性曲线不受光照的阻碍。
另外,正常工作状态下,硅光电二极管两头所加正向电压必需小于,不然不能产生光电效应。
该值一样为负,即处于反偏状态;硅整流二极管两头所加偏压须为正,且要大于开启电压Uth值。
17、写出硅光电二极管的全电流方程,说明各项的物理意义。
1九、阻碍光生伏特器件频率响应特性的要紧因素有哪些?
什么缘故PN结型硅光电二极管的最高工作频率小于等于107Hz?
如何提高硅光电二极管的频率响应?
(1)阻碍光生伏特器件频率响应的要紧因素有三点:
1)在PN结区内产生的光生载流子渡越结区的时刻τdr,即漂移时刻;2)在PN结区外产生的光生载流子扩散到PN结区内所需的时刻τp,即扩散时刻;3)由PN结电容Cj、管芯电阻Ri及负载电阻RL组成的RC延迟时刻τRC。
(2)关于PN结型硅光电二极管,光生载流子的扩散时刻τp是限制硅光电二极管频率响应的要紧因素。
由于光生载流子的扩散运动很慢,因此扩散时刻τp很长,约为100ns,则其最高工作频率小于等于107Hz。
(3)1)减小PN结面积;2)增加势垒区宽度,提高材料体电阻率和增加结深;3)适当增加工作电压;4)尽可能减少结构造成的散布电容;5)增加PN结深,减小串联电阻;6)设计选用最佳负载阻值。
20、什么缘故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:
关于PN结注入发光的发光二极管,当PN结处于平稳位置时,存在必然的势垒区。
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稳载流子不断地复合发光,并要紧发生在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区运动,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,电子专门快从N区迁移到P区,因此复合发光要紧发生在P区。
2一、什么缘故发光二极管必需在正向电压下才能发光?
反向偏置的发光二极管能发光吗?
答:
由于LED的发光机理是非平稳载流子即电子与空穴的扩散运动致使复合发光,因此要求有非平稳载流子的相对运动,使电子由N区向P区运动,而空穴由P区向N区运动。
在不加偏加或加反向偏压的情形下,PN结内部的漂移运动占要紧优势,而这种少子运动的结果是电子与空穴的复合概率小,而且表此刻数量上也是很微弱的,不足以使LED发光。
因此,要使LED发光,必需加正向偏压。
22、发光二极管的发光光谱由哪些因素决定?
光谱的半宽度有何意义?
发光二极管的发光光谱由材料的种类、性质及发光中心的结构决定,而与器件的几何形状和封装方式无关。
不管什么材料制成的LED,都有一个相对光强度最强处(光输出最大),与之相对应有一个波长,此波长即为峰值波长pl。
在LED谱线的峰值双侧处,存在两个光强等于峰值一半的点,别离对应p,它们之间的宽度即为半谱线宽度,也称半功率宽度,它是一个反映LED单色性的参数。
半宽度越小,则发光光谱单色性越好,发光功率集中于半谱线宽度内。
23、产生激光的三个必要条件是什么?
答:
产生激光的三个必要条件是:
(1)必需将处于低能态的电子激发或泵浦到较高能态上去,为此需要泵浦源;
(2)要有大量的粒子数反转,使受激辐射足以口服损耗;(3)有一个谐振腔为出射光子提供正反馈及高的增益,用以维持受激辐射的持续振荡。
24、半导体激光器有什么特点?
LD与LED发光机理的全然区别是什么?
什么缘故LD光的相干性要好于LED光?
答:
半导体激光器体积小,重量轻,效率高,寿命长,并可采纳简单的注入电流的方式来泵浦。
其工作电压和电流与集成电路兼容,因此能够与之单片集成,而且还可用高达GHz的频率直接进行电流调制以取得高速调制的激光输出。
由于这些优势,它普遍应用于光通信、光学测量、自动操纵等方面。
LD的发光机理是激光工作物质的受激辐射,而LED发光的机理是非平稳载流子的复合发光。
由于LD的发光进程是受激辐射,单色性好,发射角小,因此有专门好的时刻和空间相干性。
2五、什么缘故需要将发光二极管与光电二极管封装在一路组成光电耦合器件?
光电耦合器件的要紧特性有哪些?
答:
将发光器件与光电接收器件组合成一体,制成的具有信号传输功能的器件,即为光电耦合器件。
由于光电耦合器件的发送端与接收端是电、磁绝缘的,只有光信息相连。
同时,它在信号传输速度、体积、抗干扰性等方面都具有传统器件所无法比拟的优势。
因此,在实际应用中它具有许多优势,被普遍应用于工业自动检测、自动操纵、电信号的传输和处置及运算机系统等方面。
光电耦合器件的要紧特性有:
(1)具有电隔离的功能;
(2)信号传输具有单向性;(3)具有抗电磁干扰和噪声的能力;(4)响应速度快;(5)有效性强;(6)既具有耦合特性又具有隔离特性。
2六、举例说明光电耦合器件能够用在哪些方面?
什么缘故运算机系统常采纳光电耦合器件?
答:
光电耦合器件目前在自动操纵、遥控遥测、航空技术、电子运算机和其它光电、电子技术中取得了普遍的应用。
其具体应用实例可参见教材末节所述。
在运算机主体运算部份与输入、输出之间,用光电耦合器件作为接口部件,将会大大提高传输中的信噪比。
27、什么缘故由发光二极管与光电二极管组成的光电耦合器件的电流传输比小于1,而由发光二极管与光电三极管组成的光电耦合器件的电流传输比大于等于1?
30、简述半导体激光器的工作原理。
它有哪些特点?
原理:
半导体激光器是依托注入载流子工作的,发射激光必需具有三个大体条件:
(1)要产生足够的粒子数反转散布,即高能态粒子数足够的大于处于低能态的粒子数;
(2)有一个适合的谐振腔能够起到反馈作用,使受激辐射光子增生,从而产生激光震荡;(3)要知足必然的阀值条件,以使光子增益等于或大于光子的损耗。
半导体激光器工作原理是鼓励方式,利用半导体物质(即利用电子)在能带间跃迁发光,用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜,组成谐振腔,使光振荡、反馈,产生光的辐射放大,输出激光。
特点:
体积小、重量轻、运转靠得住、耗电少、效率高等。
34、简述热电偶工作原理?
热电检测器什么缘故只能检测变幅射信号?
热电偶测温的大体原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路,当两头存在温度梯度时,回路中就会有电流通过,现在两头之间就存在电动势——热电动势,这确实是所谓的塞贝克效应(Seebeckeffect)。
3五、什么缘故半导体材料常具有负温度系数?
热敏电阻是指电阻值随温度转变而转变的灵敏元件。
在工作温度范围内,电阻值随温度上升而增加的是正温度系数(PTC)热敏电阻器;电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电
热敏电阻器阻器。
负温
度系数热敏电阻是以氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化铜和氧化铝等金属氧化物为要紧原料,采纳陶瓷工艺制造而成。
这些金属氧化物材料都具有半导体性质,完全类似于锗、硅晶体材料,体内的载流子(电子和空穴)数量少,电阻较高;温度升高,体内载流子数量增加,自然电阻值降低。
第四章
1:
总结不同类型光电检测器确信静态工作点的方式要紧有图解计算法和解析计算法。
答:
不同类型光电检测器确信静态工作点的方式要紧有图解计算法和解析计算法。
2:
如图所示电路中,设电源电压源为Ub=9V,光敏二极管的伏安特性曲线如图b所示。
光敏二极管上的光通量在0~150μlm转变。
若光通量在此范围内做正弦转变,若是输出交变电压的幅值为3V,求所需的负载电阻RL,并作出负载线。
第五章
1:
直接检测系统的大体原理是什么?
什么缘故说直接检测又称为包络检测?
所谓光电直接检测是将待测光信号直接入射到光检测器
光敏面上,光检测器响应于光辐射强度(幅度)而输出相应的电流或电压信号。
光检测器输出的电流为:
式中:
第一项为直流项。
若光检测器输出端有隔直流电容,则输出光电流只包括第二项,这确实是包络检测的意思。
2:
对直接检测系统来讲,如何提高输入信噪比?
答:
关于光电检测系统来讲,其噪声要紧有三类:
(1)光子噪声包括:
A.信号辐射产生的噪声;B.背景辐射产生的噪声。
(2)探测器噪声包括:
热噪声;散粒噪声;产生—复合噪声;1/f噪声;温度噪声。
(3)信号放大及处置电路噪声在实际的光电探测器中,由于光电转换机理不同,各类噪声的作用大小亦各不相同。
若综合上述各类噪声源,其功率谱散布可用下图表示。
由图可见:
在频率很低时,1/f噪声起主导作用;当频率达到中间范围频率时,产生——复合噪声比较显著;当频率较高,乃至于截至频率时,只有白噪声占主导地位,其它噪声阻碍很小。
很明显,探测器应当工作在1/f噪声小、产生-复合噪声为要紧噪声的频段上。
因此,关于直接探测系统,提高输入信噪比的方法有:
(1)利用信号调制及选频技术可抑制噪声的引入白噪声的大小与电路的频带宽度成正比,因此放大器应采纳带宽尽可能窄的选频放大器或锁相放大器。
(2)将器件制冷,减小热发射,降低产生-复合噪声。
采纳半导体制冷、杜瓦瓶液态气体制冷或专用制冷机制冷。
(3)采纳最佳条件下的偏置电路,使信噪比(S/N)最大
3:
什么是直接检测系统的量子极限?
说明其物理意义。
答:
当入射信号光波所引发的散粒噪声为要紧噪声,
其他噪声可忽略时,现在信噪比为:
该式为直接检测理论上的极限信噪比。
也称为直接检测系统的量子极限。
量子极限检测为检测的理想状态。
4:
试依照信噪比分析具有内增益光电检测器的直接测量系统什么缘故存在一个最佳倍增系数。
(参考)
答:
当光检测器存在内增益(如:
光电倍增管)时当专门大时
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