分，本题总分6分）

（1）红外辐射源的辐射波段位于1μm以上的不可见光区，普通光学玻璃对2.5μm以上的光波不透明，而在所有有可能透过红外波段的材料中，只有几种材料有必需的机械性能，并能得到一定的尺寸，如锗、硅等，这就大大限制了透镜系统在红外光学系统设计中的应用，使反射式和折反射式光学系统占有比较重要的地位。

（2）为了探测远距离的微弱目标，红外光学系统的孔径一般比较大。 （3）在红外光学系统中广泛使用各类扫描器，如平面反射镜、多面反射镜、折射棱镜及光楔等。

（4）8至14μm波段的红外光学系统必须考虑衍射效应的影响。 （5）在各种气象条件下或在抖动和振动条件下，具有稳定的光学性能。 三 推导证明，共10分，每题5分 1 推导光电转换定律

推导过程略（得分点：分析2分，过程2，结论1分，本题总分5分）（教材P112-113）

2 根据光电池等效电路，推导短路电流和开路电压的表达式，并简单说明实验室测量方法。（对开路电压和短路电流进行文字解释得2分，推导开路电压和短路电流的过程各占2分，本题总分6分）

测量方法：在一定光功率（例如1kW/m2）照射下，使光电池两端开路，用一高内阻直流毫伏表或电位差计接在

光电池两端，测量出开路电压；在同样条件下，将光电池两端用一低内阻（小于1Ω）电流表短接，电流表的示值即为短路电流。

推导过程：略（教材P130-131） 四 计算题，共40分，每题10分

1 若取vs=616m/s，n=2.35， fs=10MHz，?0=0.6328?m，试估算发生拉曼-纳斯衍射所允许的最大晶体长度Lmax（分析正确得3分，写出L表达式得分2分，计算过程3分，结论2分）

22vsn?n?ss????由公式L?L， 又因为，代入上式计算，得到最大晶s0fs4?4?002122.35?616?10体长度为L ?3523?M0?144?0.6328?102用PbMoO4晶体做成一个声光扫描器，取n=2.48，M2=37.75?10-15s3/kg，换能器宽度H=0.5mm。声波沿光轴方向传播，声频fs=150MHz，声速vs=3.99?105cm/s，光束宽度d=0.85cm，光波长?=0.5?m。（各个小问题每一个占3分，对布拉格衍射进行必要的文字说明得1分，本题总分10分。）

⑴ 证明此扫描器只能产生正常布喇格衍射； ⑵ 为获得100%的衍射效率，声功Ps率应为多大？ ⑶ 若布喇格带宽?f=125MHz，衍射效率降低多少？

n?2⑴ 由公式L?L0?s证明不是拉曼-纳斯衍射。

4?0⑵ Is?2?2cos?B2M2L2，PHLIs?s?22?cos?H??B ??2M?L?2⑶ 若布喇格带宽?f=125MHz，衍射效率降低多少？

722??2PnP??s????f?f? ??B??fs，2??s03??vH?cos?2nv??s?Bs???3 一目标经红外成像系统成像后供人眼观察，在某一特征频率时，目标对比度为0.5,大气的MTF为0.9，探测器的MTF为0.5，电路的MTF为0.95，CRT的MTF为0.5，则在这一特征频率下，光学系统的MTF至少要多大？（得分点：分析8分，过程1，结论1分，本题总分10分）

要求：按平时作业的计算题要求，写出解答的理论基础，对0.026这个参数要说明是什么。

.5?0.9?0.5?0.95?0.5?MTF?0.020.24答： 0 得到：MTF oo??0.5?A?W0.005?s，屈膝4 已知某硅光电二极管的灵敏度S，结电导g???V，入射光信号功率P40V?5?3sin?t?W电压u''?10，反偏压V?。求：电信

号输出送到放大器时，取得最大功率的电阻RP及放大器的输出电压Ri。（分析过程占3分，绘出线性化处理后的伏安特性曲线得1分，运算过程正确得4分，结论得2分）

解答略（教材P141）

光电检测原理与技术 试题

一 填空题20分，每空1分

1波长在 - 的是红外辐射。通常分为_______、_______和远红外三部分

2辐射体的辐射强度在空间方向上的分布满足公式_________________,式中Ie0是面元dS沿其法线方向的辐射强度。符合上式规律的辐射体称为__________,也称为朗伯体。

???22??E?P?J???E????3光辐射普遍形式的波动方程?022?t?t?t

????中，方程右边两项分别由________与________引起。

4 KDP晶体沿z轴加电场时，由________变成了双轴晶体，折射率椭球的主轴绕________轴旋转了45度角，此转角与外加电场的大小______，其折射率变化与电场成_______。

5 KDP晶体横向运用条件下，光波通过晶体后的相位差包括两项：其中一项与外加电场无关，是由晶体本身__________引起的；另一项为电光效应_________。

6考虑到声束的宽度，当光波传播方向上声束的宽度L满足条件___________,会产生多级衍射，否则从多级衍射过渡到单级衍射。 7要用激光作为信息的载体，就必须解决如何将信息加到激光上去的问题，这种将信息加载于激光的过程称为调制，光束调制按其调制的性质可分为______、______、______及强度调制等。

8依据噪声产生的物理原因,光电探测器的噪声可大致分为________、________和________三类。 二 简答题，共30分，每题6分 1光电探测器性能参数包括哪些方面。 2 光子效应和光热效应。

3 请简要说出InSb和PbS光敏电阻的特性。 4 为什么说光电池的频率特性不是很好?

5 直接光电探测器的平方律特性表现在哪两个方面? 三 推导证明，共10分，每题5分

1 已知热电晶体极板面积为A，热电系数为β，负载电阻为RL，热敏

i?t元件的吸收系数为α，热导为G，且温度变化规律为T。??T?Te0?证明热释电探测器的电压灵敏度为Ru?G1???1???22c?A??R?L??22H?。

2已知光电二极管的反偏压V及最大入射光功率P，器件的暗电导为g,临界电导为g’，器件光点转换灵敏度为S，证明合理的负载电阻为：

?g?SPV?1??g'???g'?RL??。（画出线性化处理后的伏安特性曲线） SP四 分析、计算题，共40分，每题10分

1 已知热敏器件的受光面为100mm2,频率响应范围Δf为1HZ，器件初始温度为300K，发射率为ε为100%，试推导并估算此热敏探测器的最小可探测光功率。（σ=5.67×10-12J/cm2K4,kB=1.38×10-23J/K） 2输入信号Uin经过二极管整流后，输出信号为Uou=KUin，现有一按正弦规律变化的经过隔直处理后的调幅输入信号为：Uin=（1+msinΩt）

sinωt,其中的m为调制度，Ω为调制频率，ω为载波频率，经过二极管整形后并按傅里叶级数展开，得到:

???21mm????????U?K1?msin?t?cos2nt?sin2n??t?sin2n??t??ou?2??224n?1??1??????问：（1）分析上式，并说出上式中哪部分是我们需要提取的信号？ （2）为了提取出需要的信号，需要采取什么电路来提取？最后提取出的信号表达式是什么，并画出电路图。 （3）根据右图的调制波形绘出整流

后的波形，并绘出经过滤波后的信号波形简图。

3 一目标经红外成像系统成像后供人眼观察，在某一特征频率时，目标对比度为0.5,大气的MTF为0.9，探测器的MTF为0.5，电路的MTF为0.95，CRT的MTF为0.5，则在这一特征频率下，光学系统的MTF至少要多大？

4 已知某硅光电二极管的灵敏度S?，结电导g?屈0.5?A?W0.005?s，

t ??V，入射光信号功率P膝电压u''?10，反偏压V?40。V?5?3sin?t?W求：电信号输出送到放大器时，取得最大功率的电阻RP及放大器的输入电阻Ri。

一 填空题20分，每空1分

1波长在0.77~1000?m的是红外辐射。通常分为近红外、中红外和远红外三部分

2一般辐射体的辐射强度与空间方向有关。但是有些辐射体的 7辐射强度在

dI?空间方向上的分布满足dI，式中Ie0是面元dS沿其法线方向的辐射e?e0cos