光电检测两次作业参考答案.doc

光电第一次作业 1、光电倍增管采用负高压供电或正高压供电方式时，各有什么优缺点?其信号输出电路有些什么方式?现有12级倍增管的光电倍增管，若要求正常工作时放大倍数的稳定度为1%，则电源电压的稳定度应为多少? 解： 正高压供电 优点：便于屏蔽，光、磁、电的屏蔽罩可以跟阴极靠得近些，屏蔽效果好；暗电流小，噪声低。 缺点：阳极要处于正高压，会导致寄生电容大，匹配电缆连接复杂，特别是后面若接直流放大器，整个放大器都处于高电压，不利于安全操作；如果后面接交流放大器，则必须接一个耐压很高的隔直电容器，而一般耐压很高的电容器体积大而且价格高。 负高压供电 优点：便于跟后面的放大器相接，操作安全，后面不仅可以通过一个低压耦合电容与交流放大器相接，也可以直接与直流放大器相接。 缺点：这时阴极要处于负高压，屏蔽罩不能跟阴极靠得很近，至少要间隔1～2cm，因此屏蔽效果差一些，暗电流和噪声都比阳极接地时大，而且整个倍增管装置的体积也要大些。 信号输出电路 （1）负载电阻输出 用一只负载电阻将电流信号转化为电压信号，再连接到电压放大器或电压表上。负载电阻不能过大，否则会使倍增管频率响应和线性变差。 （2）运放输出 输出电压： 电源稳压： 根据公式： 式中，U为电源电压，M为光电倍增管电流增益，n为倍增极数，k为与材料相关系数，取0.7~1，这里取k=1计算： 电源电压稳定度： 2、今有11级倍增极光电倍增管，负高压1200V供电，采用均匀分压电阻网络。 （1）画出工作原理图，标出Ik，Ia和电源总电流i0的方向 （2）若阴极灵敏度Sk＝20μA/lm，阴极有效面积为2cm2，入射光照度为0.1 lx，各倍增极二次电子发射系数均相等，即δ＝4，光电子收集率为0.98,各倍增极电子收集率为0.95，试求倍增系统的放大系数G和Ia。 （3）设计前置放大器，使输出信号电压为0.2V，并画出原理图。 解：（1） （2） 阴极电流 阳极电流： （3） 如图所示前置放大电路 根据常用电阻阻值，选用电阻 3、某光敏电阻与负载电阻RL＝2kΩ，巳串接于12V的直流电源上，无光照时负载电阻上的输出电压为u1＝20mV，有光照时负载上的输出电压u2＝2V 。试求光敏电阻的暗电阻和亮电阻值。若光敏电阻的光导灵敏度S＝6×10-6 s/lx，求光敏电阻所受的照度? 解： 暗电阻： 亮电阻： 光电流： 光电导： 光照度： 光电第二次作业 1、举例说明什么是直接探测和外差探测，它们的工作原理和特性是什么？怎样理解光学外差测量为干涉测量的发展提供了有效手段？（书p194题8 -3） 答： 直接测量： 举例：利用光敏电阻测量光照度。 直接探测得原理是根据光电检测器件的响应与平均入射功率成正比或者与波振幅平方成正比，不对载波光的频率和相位变化进行响应。其探测能力可用探测功率信噪比和最小可测入射功率来表示。 外差测量： 举例：用光纤传感器测量微小应变。 外差探测是将包含有被测信息的相干光调制波和作为基准的本机振荡光波，在满足波前匹配条件下在光电探测器上进行光学混频。探测器的输出是频率为二光波光频差的拍频信号，其中包含有调制信号的振幅、频率和相位特征。光学外差探测具有探测能力强，灵敏度高，信躁比高，检测稳定性和可靠性高的特点，并且具有空间滤波能力和光谱滤波能力。 从信息处理的角度来看，干涉测量实质上是被测信号对光频载波的调制和解调的过程，各种类型的干涉仪和干涉装置都是光频载波的调制器和解调器。光学外差测量是以光波的调制解调为基础的，因此能够对干涉测量提供有效手段。 2、一多普勒速度计使用CO2激光器，波长为10.6μm。设目标沿照明光束方向的运动速度为v=0～15m/s，要求测速灵敏度为1mm/s。试计算采用外差检测系统所需要的通频带宽和频率测量灵敏度。和采用波带宽为1nm的光谱滤光片相比较，试计算两种情况下的带宽比。（书p194题8-11） 答： 由多普勒效应，当目标的速度为V时，检测到的频率为，，其中，C为光速，为激光器频率，。 由于目标沿光束方向运动，考虑到靠近和远离两种状态，当V＝0～15m/s，，因此通频带宽为。 当时，。即频率测量灵敏度为94.3Hz。 波带宽为1nm的光谱滤光片可以测的带宽为。 带宽比为。