光电探测技术通信电子电子设计通信电子电子设计.pdf

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1、第一章：1,光电检测系统的基本组成及各部分的主要作用？光源光学系统被测对象光学变换光电转换电信号放大与处理 存储，显 示，控制 作用：光学变换：将被测量转换为光参量，有时需要光信号的匹配处理，目的是更好的获得待 测量的信息。电信号放大与处理的作用：存储，显示，控制。第二章：1、精密度、准确度、精确度、误差、不确定度的意义、区别。答：精密度高指偶然误差较小，测量数据比较集中，但系统误差大小不明确；准确度高指系统误差较小，测量数据的平均值偏离真值较少；精确度高指偶然误差和系统误差都比较小，测量数值集中在真值附近；误差二测量结果-真值；不确定度用标准偏差表示。2、朗伯辐射体的定义？有哪些主要特性？答

2、：定义：辐射源各方向的辐亮度不变的辐射源。特性：自然界大多数物体的辐射特性，辐亮 度与观察角度无关。3、光谱响应度、积分响应度、量子效率、NER 比探测率的定义、单位及物理意义。答：灵敏度又叫响应度，定义为单位辐射度量产生的电信号量，记作 R,电信号可以是电流，称为电流响应度；也可以是电压，称为电压响应度。对应不同辐射度量的响应度用下标来表示 1/T 时，才会有热释电信号输出一一 非平衡器件。4,光电探测器的选用原则？1.与辐射源及光学系统在光谱特性上匹配；2.光电转换特性或动态范围与入射辐射能量匹配；（对微弱信号，要有足够比探测率；入射光 通量变化中心取在线性范围内；）3.当测量调制或脉冲光

3、信号时，需考虑探测器的响应时间或频率响应范围。（时间响应与入射 光信号的调制形式、信号频率及波形匹配，以确保变换后的信号不产生频率失真引起的输出波 形失真。变换电路的频率响应特性也要与之匹配。）4.探测器的最小分辨率，即考虑等效噪声功率、所产生电信号的信噪比。5.当测量的光信号幅值变化时，需考虑探测器输出的信号的线性程度。6.光电器件与变换电路必须与后面的应用电路的输入阻抗良好地匹配，以保证具有足够大的变 换系数、线性 范围、信噪比及快速的动态响应。7.稳定性和使用环境。器件参数应高于使用环境要求，并留有足够余地，并保证器件工作在额 定使用条件范 围内。8.其它：测量精度、测量方式等在设计光电

4、检测系统时，无法保证上述要求都满足，因此需根据测量要求反复比较各种探测器的主要特性参数，然后选定最佳的器件。5,般变光度方法的优缺点？1.吸收滤光片：优点：简单方便。缺点：加入后会引起像点位移；中性程度不高 2.薄膜滤光片特点：窄光谱，可实现偏振态改变或光分离器 3.筛网优点：很宽的光谱范围内的均匀性较好，不会使光学像发生位移，对偏振态无影响。可使筛网相对于光轴产生不同倾斜来调整其透射比。缺点：改变了光能在光束截面上的分布 4.膜片光阑或狭缝：优点：很宽的光谱范围内的均匀性较好，不会引起像点的移动，不改变偏 振态。缺点：衰减量与光束横截面上的分布特性有关，精度低。5.偏振减光器：优点：连续减光

5、，精度较高，不会引起像点的移动。缺点：有波长选择性（偏振度、吸收都与波长有关），改变偏振态，不能完全消光。6.镜面反射器：优点：可采用多次镜面反射，扩大变光度的范围，精度较高。缺点：有波长选择性（折射率与波长有关），改变偏振态，改变光束方向 7.漫反射减光器：优点：在可见光和近红外区域有较好的衰减均匀性 应用：改变了入射光的几何形状、能量分布及偏振信息，常用于纯通量的衰减 6,积分球的材料及基本工作原理？与处理示控制作用光学变换将被测量转换为光参量有时需要光信号的匹配处理目的是更好的获得待测量的信息电信号放大与处理的作用存储显示控制第二章精密度准确度精确度误差不确定度的意义区别答精密度高指偶然

6、误差较小测误差和系统误差都比较小测量数值集中在真值附近误差二测量结果真值不确定度用标准偏差表示朗伯辐射体的定义有哪些主要特性答定义辐射源各方向的辐亮度不变的辐射源特性自然界大数物体的辐射特性辐亮度与观察角度无关光信号量记作电信号可以是电流称为电流响应度也可以是电压称为电压响应度对应不同辐射度量的响应度用下标来表示辐射度量测量中测不同的辐射度量应当用不同的响应度对辐射通量的电流响应度对辐照度的电流响应度对辐亮度的被测物体位移脉冲数 积分球通常由两个半球的外壳相接而成，按需要在球面上开若干个小孔，内部还可附加挡板，反射镜及光陷阱等，球内壁涂敷反射系数极高，且漫射性能极好的材料，常用氧化镁（反射比

7、较高，光谱性能不稳定），硫酸钡。工作原理：光线由输入孔入射后，光线在球内部被均匀的反射及漫射，在球面上形成均匀的能 量分布，因此输 出孔所得到的光线为非常均匀的漫射光束。而且入射光的入射角度、空间分布、以及偏振特性 都不会对输出的光束照度和均匀度造成影响。7,什么情况下要考虑光谱校正？在某些系统中，要求探测器与光源具有某种特定的光谱特性，而实际上不具备这样的特性，这 就需要把它们的光谱特性进行必要的校正。8，滤光片的主要特性参数及定义？按照滤光特性分为长波通、短波通、带通和带阻四大类。性能：最大透过率和截止波长 截止波长：最大透过率一半处，对应的波长。带通和带阻类：性能由最大透过率、中心波长

8、和带宽描述 中心波长：最大透过率处的波长。带宽：最大透过率一半处，对应的两波长之差。按照滤光特性分为长波通、短波通 9,光谱模板校正法的工作原理？光束经棱镜分光后，在物镜 1 的焦面上产生光谱带，在该平面上附加模板 m 将模板按需要做 成一定形状，使各谱线的通光宽度按校正要求变窄，再经物镜 2 将光会聚后，由光电探测器接 收。该方法对光源光谱或探测器光谱都能进行校正，精度很高，机构将较为复杂。第五章 1 光电探测中的光学系统的主要功能（1 收集待测目标光辐射通量 2 观察或瞄准目标 3 确立目 标方位 4 实现大视唱捕获目标与成像）2 景深的概念，如何调整（被摄景物中能产生清晰物象的最近点与最

9、远点之间的距离 要拍 摄小景深的照片，如特定镜头，应选择长焦距、小光圈，对准距离近。要拍摄大景深的照片，如远景镜头，应选择短焦距、大光圈，对准距离远。）3 物镜按照光学结构分为哪几类（1 折射式优点封闭的镜筒减弱了空气流动对成像质量的破坏，同时保护了光学镜头。不需要额外的维护费用。缺点价格较昂贵。同样口径下，折射式望远镜更重、更长、体积更大。2 反射式优点：反射镜 的造价比透镜低的多。缺点：开放的镜筒式的空气可以流通，这样不仅会影响到成像的稳定度，而且一些尘埃会随着 流动的空气进入镜筒并附着在物镜上，长此以往会破坏物镜表面的镀膜，使其反射力下降。由 于这种结构的物镜比较容易破裂，所以使用的时候

10、需要倍加小心 3 折反式）4 什么是场景，基本工作要求是什么，在光电探测系统中使用场镜有什么好处（工作在物镜附 近的透镜，作用：1 提高边缘光束入射到探测器的能力 2 减小探测器的面积 3 使探测器光敏面 上的光照均匀化 4 使用使用平像场镜时可获得平场像面 5 场镜放置在像面附近好让出像面位置 放置调盘）5 横向莫尔条纹的特点及辩向原理（）通过卅一 樋转换 同步性；光栅氏转换冲 通过光 电元件 转林 方波 正懂波 与处理示控制作用光学变换将被测量转换为光参量有时需要光信号的匹配处理目的是更好的获得待测量的信息电信号放大与处理的作用存储显示控制第二章精密度准确度精确度误差不确定度的意义区别答精

11、密度高指偶然误差较小测误差和系统误差都比较小测量数值集中在真值附近误差二测量结果真值不确定度用标准偏差表示朗伯辐射体的定义有哪些主要特性答定义辐射源各方向的辐亮度不变的辐射源特性自然界大数物体的辐射特性辐亮度与观察角度无关光信号量记作电信号可以是电流称为电流响应度也可以是电压称为电压响应度对应不同辐射度量的响应度用下标来表示辐射度量测量中测不同的辐射度量应当用不同的响应度对辐射通量的电流响应度对辐照度的电流响应度对辐亮度的移动一个栅距莫尔条纹移动一个间距且方向对应 当指示光栅沿与栅线垂直的方向作相对移动时，莫尔条纹则沿光栅刻线方向移动（两 者的运动方向相互垂直）；指示光栅反向移动，莫尔条纹亦反

12、向移动。在图中，当指 示光栅向右移动时，莫尔条纹向上运动。放大性：夹垢刘很小-光学放大移动距离 f 提高灵敏度 可调性：夹角&条纹间距B t 一灵活 准确性：大量刻线一谍差平均效应-克服个别/局部误差 f 提高精度 6 绝对式编码器与增量式编码器在结构及性能上的对比（绝对有固定零位，增量无固定零位。）第六章 1 调制技术在光电探测中的意义（1 可以减少自然光或杂散光对检测结果的影响 2 可以消除光 电探测器暗电流对检测结果的影响 3 有效抑制噪声实现高精度测量 4 扩大应用范围获得更多信 息）2 光源调制的基本概念，内外调制的比较（调制：将简单的直流信号转换为特定形式的交变信 号。内调制：直接

13、用电调制信号来控制半导体光源的振荡参数，优：实现简单，缺：调制速率 受限。外调制：通过外加的光调制器对光波的幅度频率及相位等进行调制，优：适合高速率，应用较多。缺：系统相对复杂）与处理示控制作用光学变换将被测量转换为光参量有时需要光信号的匹配处理目的是更好的获得待测量的信息电信号放大与处理的作用存储显示控制第二章精密度准确度精确度误差不确定度的意义区别答精密度高指偶然误差较小测误差和系统误差都比较小测量数值集中在真值附近误差二测量结果真值不确定度用标准偏差表示朗伯辐射体的定义有哪些主要特性答定义辐射源各方向的辐亮度不变的辐射源特性自然界大数物体的辐射特性辐亮度与观察角度无关光信号量记作电信号可以是电流称为电流响应度也可以是电压称为电压响应度对应不同辐射度量的响应度用下标来表示辐射度量测量中测不同的辐射度量应当用不同的响应度对辐射通量的电流响应度对辐照度的电流响应度对辐亮度的