1章习题答案
1. 什么是人眼的视见函数，明适应和暗适应分别是什么意思？
答：由于光度测量依赖于人的视觉器官的生理特性，为了统一评价标准，引入了视见函数、也称光谱光视效率的概念。明适应是指正常人眼对亮度水平在几坎德拉每平方米以上的适应状态，处于明适应条件下的视觉叫明视觉。正常人眼所适应的亮度水平在百分之几坎德拉每平方米以下的视觉叫暗视觉。
2. 试简述辐射量和光度量的区别。
答：对电磁辐射能量进行客观计量的学科称辐射度学，与之测量相关的物理量即为辐射量；考虑到人眼的主观因素后的相应计量学科称为光度学；与之测量相关的即为光度量。
3. 试叙述光度量中几个光学量之间的关系。
答：几个光学量之间的关系可以如图1-3所示：
4. 什么是外光电效应？其代表器件是什么？
答：在光的作用下，金属或半导体材料中的电子吸收足够高的光子能量，逸出物体表面向外发射的现象叫做外光电效应，也叫光电发射效应。它是真空光电器件光电阴极工作的物理基础。其代表器件是真空光电管，或倍增光电管。
5. 什么是光生伏特效应？光伏器件有哪些，试叙述其各自的应用场合。
答：光生伏特效应是基于半导体PN结基础上的一种将光能转换成电能的效应。 光伏器件有光电二极管、光电三极管、硅光电池等等。
6. 简述光源的分类。
答：光源可以分为自然（天然）光源和人造光源。人造光源又可以分为物理光源和电光源。物理光源主要是从人工取火开始，到后来的油灯、蜡烛等。而1879年爱迪生发明的白炽灯则开启了电光源的时代。光源的分类如图1-11所示。
7. 试比较气体发光型光源和热辐射型光源的不同和相同之处。
答：两者的不同之处在于：气体放电光源是利用气体放电的发光原理制成的，如高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯等。热辐射光源是发光物体在热平衡状态下，使热能转变为光能的光源，如白炽灯，卤钨灯等。
相同之处在于两者都是非相干光源，发出的为非相干光，但是都为连续的光谱。
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8. 激光有哪些特点？激光器的基本结构如何？
答：激光的特点：单色性好，相干性好，方向性好，亮度高。 激光器至少包括以下三个部分：工作物质，泵浦源，光学谐振腔。
9. 试叙述LED和LD在结构上的差异，以及各自特性的差异。
答：LED与LD的根本区别在于：LED没有谐振腔，它的发光是基于自发辐射，发出的是荧光，是非相干光；而LD的发光基于受激辐射，发出的是相干光——激光。
10. 简述半导体激光器的最新进展（查阅资料）。
答：略。
11. 简述白光LED的最新进展（查阅资料）。 答：略。
2章习题答案
1. 简述真空光电管的和光电倍增管的区别。
答：两者都是基于光电发射效应而工作的一种光电探测器，主要是能将微弱的光信号转换成可测电信号的光电转换器件。
真空光电管主要由光电阴极和阳极两部分组成，内部为真空。
光电倍增管是一种基于二次电子发射效应的电子真空器件，它主要由光电发射阴极（光阴极）和聚焦电极、电子倍增极和电子收集极（阳极）等组成。相比于普通真空管，它具有极高的灵敏度和超快的时间响应。
2. 简述光电倍增管的工作原理，如何实现电压倍增。
答：倍增管内除光电阴极和阳极外，两极间还放置多个倍增电极。使用时相邻两倍增电极间均加有电压用来加速电子。光电阴极受光照后释放出光电子，在电场作用下射向第一倍增电极，引起电子的二次发射，激发出更多的电子，然后在电场作用下飞向下一个倍增电极，又激发出更多的电子。如此电子数不断倍增，阳极最后收集到的电子可增加 104～108倍。
3. 简述光电倍增管技术的最新进展（查阅资料）
答：略。
4. 图2-21所示的系统框图为单光子计数法的系统图，请分析它的工作过程。
图2-21 单光子计数法的系统图
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工作过程：光子检测装置的核心是光电倍增管，其各电极之间均加有规定值较高的直流电压。当光子打到光阴极时，由于光电效应的作用，其表面可以产生能量微弱的游离电子，称为光电子；该电子在直流高压产生的电场作用下离开光阴极，同时被加速，再次打到打拿极上并产生出能量更大数量更多的光电子，就这样经过多个打拿极的反复放大，最后使阳极产生电脉冲信号，该信号经前置放大器放大，在经比较器去除噪声信号，最后由分频器换算出光子脉冲数。
3章习题答案
1. 简述光敏电阻的工作原理。
答：光敏电阻的工作原理是基于内光电效应的光电导效应。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子―空穴对了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子―空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。
2. 如何检测光敏电阻的质量。
答：1）用一黑纸片将光敏电阻的透光窗口遮住，此时万用表的指针基本保持不动，阻值接近无穷大。此值越大说明光敏电阻性能越好。若此值很小或接近为零，说明光敏电阻已烧穿损坏，不能再继续使用。
2）将一光源对准光敏电阻的透光窗口，此时万用表的指针应有较大幅度的摆动，阻值明显减小，此值越小说明光敏电阻性能越好。若此值很大甚至无穷大，表明光敏电阻内部开路损坏，也不能再继续使用。
3）将光敏电阻透光窗口对准入射光线，用小黑纸片在光敏电阻的遮光窗上部晃动，使其间断受光，此时万用表指针应随黑纸片的晃动而左右摆动。如果万用表指针始终停在某一位置不随纸片晃动而摆动，说明光敏电阻的光敏材料已经损坏。
3. 设计一个简单的电路验证光敏电阻的光电特性。
答：略。
4. 分析图3-13所示的电路的工作过程，并分析该电路可以实现什么功能。
Rg
图3-13光敏电阻电路图
答：工作过程：当环境光变暗时，光敏电阻Rg阻值变大，VT1导通，
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4章习题答案
1. 什么是光生伏特效应？其应用器件有哪些？
答：利用半导体PN结光生伏特效应制成的器件称为光生伏特器件(简称光生伏器件)，也称结型光电器件。这类器件品很多，其中包括各种光电池、光电二极管、光电三极管、光电PIN管、雪崩光电二极管、位置敏感探测器（PSD）等。
2. 简述光电二极管、光电三极管和光电池的区别和联系。
答：区别：光电二极管工作在光伏探测器的伏安特性曲线的光电导工作模式；而光电池通常工作在光伏工作模式；光电三极管也同样工作在光电导模式，但是其受光激发产生的光电流比光电二极管要强一些。
联系：三者都是光伏器件，其工作原理都是基于光生伏特效应。
3. PIN和APD这两种光电二极管有什么特点？其各自的应用场合是？
答：PIN光电二极管最大特点是频带宽，可达1 GHz。另一个特点是，因为I层很厚，在反偏压下运用可承受较高的反向电压，线性输出范围宽。它可用作各种数字与模拟光纤传输系统，各种家电遥控器的接收管（红外波段）、UHF 频带小信号开关、中波频带到1000MHZ之间电流控制、可变衰减器、各种通信设备收发天线的高频功率开关切换和RF领域的高速开关等。特殊结构的PIN二极管还可用于测量紫外线或射线等。
APD有很高的内增益，可达到几百；当电压等于反向击穿电压时，电流增益可达106，即产生所谓的雪崩效应；此外，它响应时间极短，灵敏度很高，可广泛应用于微光信号检测、长距离光纤通信、激光测距、激光制导等光电信息传输和光电对抗系统。
4. 请分析如图4-80所示的光电二极管电路。
图 4-80
答：工作原理：该图为一个光电二极管的光开关电路，当环境光照很弱时，光电二极管的电阻非常大，故3DG6导通，从而9013导通，继电器J工作；当环境光照较强时，光电二极管的电阻较小，3DG6不导通，9013截止，从而继电器不工作。
5. 光电池的工作原理是什么？光电池有哪些种类？各自的特点是什么？
答：光电池是一种在光的照射下产生电动势的半导体元件，又称光伏电池。由于光电池常常用于把太阳能直接变成电能，因此又称为太阳能电池。光电池发电的原理主要是基于半导体内光电效应的光生伏特效应。光电池包括硅光电池、硒光电池、锗光电池、硅光电池、和硫化镉、砷化镓、碘化铟光电池等，主
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要用于仪表，自动化遥测和遥控等方面。
6. 请分析如图4-81所示的“硅光电池电唱鸟”电路，图中L可用收音机的输入变压器初级线圈代替，次级不用。
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图4-81 硅光电池的电唱鸟电路
答：当硅光电池受到光照时，集聚光能，且把其转化成电能，闭合开光K时，R、L、C组成振荡电路，发出如鸟叫的声音。
7. 如何检测光电三极管的好坏以及检测光电三极管的三个（或两个）管脚。
答：测电阻法：检测时首先选一块黑布遮住起接收窗口，将万用表置R*1K挡，两表笔任意接两管脚，测得结果其表针都不动（电阻无穷大）。移去遮光布或改为白炽灯光照，万用表指针向右偏转至十几千欧~几千欧，其向右偏转角度越大说明其灵敏度越高，此时，万用表黑表笔所接为集电极c，红表笔所接为发射极e；而此时如果万用表指针微动变化不大，则黑表笔所接为发电极e，红表笔所接为集电极c。
8. 请分析图4-82所示的光电三极管电路。
图 4- 82 光电三极管电路
答：这是一个检测遥控器好坏的电路图，电路原理：由IC、R3和R4、C1组成一个音频振荡器，其振荡频率由公式f=1.443／(R3+R4)C1进行估算。该电路音频设置在580Hz左右。光敏三极管VT1没有受到光的作用时，其内部电阻很大，使得VT2截止，且IC的复位端4脚为低电平而处于主复位状态，3脚为低电平，故使电路不发出声光信号。当按下被测红外线遥控发射器的任意一个遥控键时，其红外脉冲信号被VT1接收，使得VT1内部电阻很小，相应VT2导通，IC的4脚为高电平，这时IC处于音频振荡工作阶段，则3脚输出音频信号，故使压电陶瓷片B发出声音，且LED被点亮。
9. 请阐述一下半导体色敏传感器的工作原理。
答：半导体色敏传感器的工作原理：半导体色敏传感器结构中不同的区域对不同波长分别具有不同灵敏度，浅结对紫外光有较高灵敏度，深结对红外光有较高的灵敏度，利用不同结深二极管的组合，即可构成测定波长的半导体色敏传感器。
10. 图4-83为一种典型硅集成三色色敏器件的颜色识别电路方框图，请根据图分析一下色敏传感器颜色识
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光电技术及应用习题答案
