计算机层析成像中的光电转换与太阳辐射光波关系的习题

习题5.1请解释直接带隙半导体和间接带隙半导体电子跃迁的异同点，并画出能级结构图进行说明。

习题5.2请写出光电二极管的全电流方程及其等效电路，说明各项的物理意义。

习题5.3请说明用光电二极管进行光电探测时应将其如何偏置，解释原因并画出等效电路图。

习题5.4太阳向地球辐射光波，设其平均波长λ=0.7µm，射到地球大气层外面的光强大约为I=0.14W/cm 2。如果恰好在大气层外放一个太阳能电池，试计算每秒到达每平方米太阳能电池上的光子数。

图5.20　计算机层析成像（CT）扫描过程中，需要对X射线扫描结果进行光电转换。

习题5.5一个GaAs光电二极管平均每两个入射光子可以产生一个电子-空穴对，假设所有的电子都被接收，

1.计算该器件的量子效率；

2.设在1.31µm波段的接收功率是10-7 W，计算平均输出光电流；

3.已知GaAs的禁带宽度为1.424eV，计算光电二极管的截止波长。

习题5.6为什么在光照强度增大到一定程度后，硅基太阳能电池的开路电压不再随着光照强度的增大而增大？最大开路电压是多少？为什么太阳能电池的有载输出电压总小于相同照度下的开路电压？(www.xing528.com)

要求：请用公式来进行说明。

习题5.7在第2章2.5.2小节中，我们介绍了计算机层析成像（CT）技术，参见图5.20。在CT扫描的过程中，线阵列形状的图像传感器不断成像。请结合你在本章中所学的内容进行文献调研，设计图5.20中X射线扫描所对应的光电转换机理。在此基础上，请与我们更为常见的针对可见光的光电转换方式进行对比分析。

习题5.8在第3章3.8小节中，我们介绍了光度立体视觉方法。请结合本章所学内容，

1.分析光度立体视觉方法中可能存在的技术缺陷；

2.探索如何对光度立体视觉方法进行改进和完善；

3.通过实验对比分析，验证你所设计的改进方法。

请以小组为单位，撰写完整的研究报告。

【注释】

[1]参见：J.J.Liu,et.al,“An op tical transceiver powered by on-chip solar cells for IoT sm art dusts w ith Op ticalW ireless Comm unications”,IEEE In ternet of Things Journal,vol.6,issue 2,pp.3248-3256,2019.

[2]参见：J.J.Liu,et.al.,“Op tically powered energy sou rce in a standard CMOS p rocess for integration in sm art dust app lication,”IEEE Journal of E lectron Devices Society,vol.2,No.6,pp.158-163,Nov.2014.