2025年大学本科一年级（光电信息科学与工程）光电检测技术基础测试题及答案.doc

2025年大学本科一年级（光电信息科学与工程）光电检测技术基础测试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共30分）
答题要求：每题只有一个正确答案，请将正确答案的序号填在括号内。(总共10题，每题3分)
w1. 以下哪种探测器不是基于光电效应工作的？（ ）
A. 光电倍增管 B. 光敏电阻 C. 热电偶 D. 光电二极管
w2. 关于光电检测系统的噪声，下列说法错误的是（ ）
A. 热噪声与温度成正比 B. 散粒噪声与光电流成正比
C. 产生复合噪声主要源于半导体内部载流子的产生和复合过程 D. 1/f噪声在低频时可以忽略
w3. 某光电探测器的响应度为0.5A/W，当入射光功率为10mW时，输出光电流为（ ）
A. 5mA B. 0.5mA C. 50mA D. 0.05mA
w4. 以下哪种调制方式不属于内调制？（ ）
A. 电光调制 B. 声光调制 C. 直接调制 D. 磁光调制
w5. 对于光电检测系统中的放大器，其带宽与（ ）有关。
A. 增益 B. 噪声 C. 输入信号频率范围 D. 输出信号幅度
w6. 光信号在光纤中传输时，会发生的损耗不包括（ ）
A. 吸收损耗 B. 散射损耗 C. 弯曲损耗 D. 折射损耗
w7. 某光电器件的光谱响应峰值波长为500nm，其对应的光子能量约为（ ）
A. 2.48eV B. 1.24eV C. 4.96eV D. 0.62eV
w8. 以下关于光电检测系统的线性度，说法正确的是（ ）
A. 线性度只与探测器有关 B. 线性度好的系统输出与输入严格成正比
C. 非线性误差不可避免 D. 采用对数放大器可改善线性度
w9. 用于测量微弱光信号的光电探测器，通常要求其（ ）
A. 响应速度快 B. 灵敏度高 C. 噪声低 D. 以上都是
w10. 以下哪种技术可用于提高光电检测系统的分辨率？（ ）
A. 锁相放大技术 B. 相关检测技术 C. 光学滤波技术 D. 以上都是

第II卷（非选择题 共70分）
w11. （10分）简述光电效应的分类及其原理。
w12. （15分）说明光电检测系统中常用的噪声类型及其特点。
w13. （15分）某光电检测系统由探测器、放大器和数据采集卡组成。已知探测器的响应度为0.8A/W，入射光功率为5mW，放大器的增益为100，带宽为10kHz，数据采集卡的分辨率为12位。求：
（1）探测器输出的光电流；
（2）放大器输出的电压信号幅度；
（3）数据采集卡可分辨的最小电压变化量。
w14. （15分）材料：在光电检测技术中，激光干涉测量是一种高精度的测量方法。例如在测量微小位移时，利用激光的相干性，将一束激光分为两束，一束作为参考光，一束照射到被测物体表面后反射回来作为测量光。两束光在探测器处发生干涉，通过检测干涉条纹的变化来测量物体的位移。

问题：请详细阐述激光干涉测量微小位移的原理及过程。
w15. （15分）材料：随着光电检测技术的发展，在工业自动化生产线上，光电检测系统用于检测产品的尺寸、形状等参数。比如，通过发射平行光照射产品，利用光电探测器接收透过或反射的光信号，再经过信号处理来判断产品是否合格。

问题：请设计一个基于上述原理的光电检测系统来检测圆形产品的直径，并说明系统的组成部分及各部分的作用。

答案：
w1. C
w2. D
w3. A
w4.D
w5.C
w6.D
w7.A
w8.C
w9.D
w10.D
w11. 光电效应分为外光电效应、内光电效应和光生伏特效应。外光电效应是指在光的作用下，物体内的电子逸出物体表面的现象，如光电管和光电倍增管。内光电效应包括光电导效应和光生伏特效应，光电导效应是指半导体材料在光照下电导率增加的现象，如光敏电阻；光生伏特效应是指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象，如光电池。
w12. 热噪声：由导体中电子的热运动引起，与温度成正比，是一种白噪声。散粒噪声：由光电子发射的随机性引起，与光电流成正比。产生复合噪声：源于半导体内部载流子的产生和复合过程。1/f噪声：在低频时较为显著，与频率成反比。
w13. （1）探测器输出光电流：I = R×P = 0.8×5×10^(-3) = 4×10^(-3)A = 4mA。
（2）放大器输出电压信号幅度：U = I×G = 4×10^(-3)×100 = 0.4V。
（3）数据采集卡分辨率为12位，满量程电压为Umax，Umax = 2^12 - 1个量化单位。最小电压变化量ΔU = Umax / (2^12 - 1)，假设满量程电压为5V，则ΔU = 5 / 4095 ≈ 1.22×10^(-3)V。
w14. 激光干涉测量微小位移的原理基于激光的相干性。过程如下：将一束激光通过分光镜分为两束，一束作为参考光，直接射向探测器；另一束照射到被测物体表面后反射回来作为测量光。两束光在探测器处相遇，由于它们具有相同的频率和固定的相位差，会发生干涉现象，形成干涉条纹。当物体发生微小位移时，测量光的光程发生变化，导致干涉条纹移动。通过检测干涉条纹的移动数量或移动距离，并结合激光波长等参数，就可以精确计算出物体的微小位移。
w15. 系统组成包括：光源，发射平行光，为检测提供光照；准直透镜，使光源发出的光变成平行光；被测圆形产品，位于光路中；光电探测器，接收透过或反射的光信号并转换为电信号；信号处理电路，对探测器输出的电信号进行放大、滤波、处理等，判断产品直径是否合格；显示装置，可以显示检测结果。光源发出平行光照射产品，探测器接收光信号，信号处理电路分析处理信号来确定产品直径是否符合要求，显示装置展示最终检测结果。