考研试题国防科学技术大学

参考数据： 电子的电荷为：e ＝1.60219×10－19C ；普朗克常量h ＝6.63×10－34J ·s ；光速：c ＝
3.0×108m/s ；斯蒂芬－玻尔兹曼常量为12245.6710(W cm K )σ---=⨯⋅⋅。

一、选择（每题2分，共10题，共20分；每题只有唯一正确答案，多选计0分！）
1. 波长为0.78μm 的光子能量为 （ ）
A 3.2eV
B 1.59eV
C 1.24eV
D 2. 4eV
2. 下列表述中哪一个基本单位是辐射度量的单位 （ ）
A 教室照度75 lx
B 红外辐射功率12mW
C 投影仪输出光通量3000 lm
D 大气外层太阳亮度1.9×109cd/m 2
3. 下列哪一种应用系统为典型的相干探测应用实例 （ ）
A 照相机自动曝光
B 飞行目标红外辐射探测
C 激光陀螺测量转动角速度
D 子弹射击钢板闪光测量
4. 对于P 型半导体来说，以下说法不正确的是 （ ）
A 空穴为多子，电子为少子
B 能带图中费米能级靠近价带顶
C 光照时内部不可能产生本征吸收
D 弱光照时载流子寿命与热平衡时空穴浓度成反比
5. 给光电探测器加合适的偏置电路，下列说法不正确的是 （ ）
A 可以扩大探测器光谱响应范围
B 可以提高探测器灵敏度
C 可以降低探测器噪声
D 可以提高探测器响应速度
6. 分布式光纤测温系统中，下列说法正确的是 （ ）
A 光学时域反射定位技术测量距离
B 前向散射光的光通量确定散射点温度
C 光学时域反射定位技术测量温度
D 后向散射光的光通量确定散射点位置
7. 锁定放大器是基于 （ ）
A 自相关检测理论
B 互相关检测理论
C 直接探测量子限理论
D 相干探测量子限理论
8. 设热电堆由n 个性能一致的热电偶串联构成。

下列说法不正确的是 （ ）
A 热电堆的内阻是所有串联热电偶的内阻之和
B 与单个热电偶相比，热电堆的光电灵敏度提高了n 倍
C 与单个热电偶相比，热电堆的测量准确度要高n 1/2倍
D 相同的温差时，热电堆的开路输出电压是所有串联热电偶的温差电动势之和
9. 为了探测宽度为20ns 、重复频率为20kHz 的激光脉冲信号，要保证信号不失真，下列光电探测
器选择哪个最为合适 （ ）
A Si-PD
B 3DU 型光电三极管
C PIN-P
D D 2CR11硅光电池
10. 在飞轮转速和方向的光电测量系统中，若光源采用激光二极管，激光波长632nm ，输出光调
制频率为1kHz ，探测器为CdSe 光敏电阻，后接的检测电路为带通滤波放大器，其中心频率为1kHz ，带宽为100Hz 。

这样，检测系统可以消除光敏电阻哪些噪声的影响？ （ ）
A 1/f 噪声，热噪声
B 1/f 噪声，粒散噪声，热噪声
C 产生-复合噪声，热噪声
D 1/f 噪声，产生-复合噪声
二、简答（每题10分，共8题，共80分）
1. 解释下列名词：
量子效率，色温，D*（500K ，900，50）。

（最后一个名词仅要求解释括号中的测试条件）
2. 为什么通常称光电探测器为平方律器件？
3．像增强器通常由哪几个功能部件组成？简述工作原理。

4．图2给出了由运算放大器实现的零伏偏置电路和反向偏置电路。

这两种偏置电路中，光电二极管在响应速度和检测弱信号方面各有什么特点？
R
R
(a) (b)
图2 光电二极管的零伏偏置电路和反向偏置电路图 5.图1给出了几种热探测器和光子探测器在2～40μm 红外波段的D *-λ特性曲线。

试从图中比较两种类型探测器的D *和光谱响应的差别。

thermopile (290 K)bolometer (290 K)
TGS (290 K)
PbS (195 K)InSb (77 K)InSb (290 K)Ge: Cu (4 K)HgCdTe (77 K)HgCdTe (290 K)PbSnTe (77 K)Si: Pt (77 K)23456810121620243040
D BLIP limit 108
109101010111012
//W
1/2c m H z .比探测率D *μ m 波长 λ /
图1 几种热探测器和光子探测器在2～40μm 红外波段的D *－λ特性曲线
6．画图表示P 型Si-CCD 的单元结构，并解释反型层是怎样形成的？
7．测试光电倍增管阴极积分灵敏度一般应采用什么光源？为了测试阴极灵敏度，画出光电倍增管管脚链接和外接高压电源链接示意图。

8．写出相干探测的量子极限表达式，指出其工作条件，并解释为什么在相干探测系统中该条件很容易满足。

三、系统设计（15分）
现提供一个标准光源，已知其发光强度为I0，设计一种测试探测器响应线性度的实验装置，它可以用来测得探测器灵敏度与不同辐射通量之间的关系曲线。

（1）画出测试系统框图，并在图中标明功能部件的名称；（5分）
（2）说明其响应线性度测量原理；（5分）
（3）如何测试得到灵敏度与不同辐射通量之间的关系曲线。

（5分）
四、综合计算（共20分）
计算目标辐射在光焦面上的辐照度。

设某目标可视为灰体，平均发射率为0.85，温度为320K，其直径近似为5 m。

探测器与目标的距离为500m，已知辐射经过该距离的大气透射比为0.98。

1.计算目标的辐射出度；（5分）
2.计算探测器上的辐射照度；（5分）
3.如果在目标与探测器之间加一口径为10cm、焦距为15cm、透过率为0.95的透镜，使目标通过透镜成像在探测器上，试计算透镜上的辐射照度；（5分）
4.重新计算探测器上的辐射照度（设探测器的光敏面直径为2mm）。

（5分）
（请注意写清楚过程，以便分步计分！）
五、系统分析（考生注意：以下2题任选1题，满分15分；如果两题均作答，只以
第1题计分，第2题无效！）
1. 转轴表面跳动光电检测系统分析
图3所示转轴表面跳动光电检测系统示意图。

当转轴的质心不在轴线上时，转轴转动时其表面会发生微小的跳动。

设转轴的横截面为椭圆，转轴的转速为15转/秒，用2KHz的交流等幅电流信号控制激光二极管输出的光强信号；激光二极管输出的光信号经过检测系统后，由光电探测
试回答如下问题：
（1）解释探测器光敏面得到的光通量信号为调幅波信号，而不是等幅信号。

（5分）
（2）画出调幅波频谱示意图，并在图中详细标明频率具体数据。

（5分）
（3）检测系统激光二极管输出的光信号不为恒定光强而为交流光强信号，这有什么好处？若转轴转动时其表面跳动幅度非常小，即调幅波的包络变化极小，探测器后接的信号检测处理电路可采用哪些有效检测微弱信号的具体措施？（5分）
2. 激光多普勒测速仪原理分析
图4所示为双路前向散射型激光多普勒测速仪的原理图。

光学系统由发射和接收两部分组
成，发射部分由分束器F及反射器S把光线分成强度相等的两束平行光，然后通过会聚透镜L1聚焦到待测粒子P上，接收部分由接收透镜L2将散射光束收集到光电接收器PM上。

试回答如下问题：
（1）前向散射光束1和2，哪一束光的光频发生微小的增加？（2分）
（2）小孔光阑D有什么作用？（3分）
（3）光电探测器只能响应频率在1010Hz以下的信号，简要解释光电探测器能响应光频的微小变化及测速原理。

？（5分）
（4）该型激光多普勒测速仪光源和接收器分别放置被测目标的两侧，适应被测物体较小（粒子）的情况。

当被测运动物体较大（例如汽车）时，需要改进设计。

请你提出一个方案（画出简单的示意图即可）。

（5分）
图4一种激光多普勒测速仪原理示意图。