五邑大学光电技术试题和答案2

第1页共4页五邑大学试卷答案命题人：李阳审核人：试卷分类（A卷或B卷）A学期：2011至2012学年度第1学期课程：光电子技术课程代号：010A1860一、填空题：（30分，每小题3分）1、色温是指在规定两波长处具有与热辐射光源的辐射比率相同的黑体的温度。其并非热辐射光源本身的温度。3分2、自发跃迁是指处于高能级的一个原子自发地向低能级跃迁，并发出一个光子的过程。1.5分受激跃迁是指处于高能级态的一个原子在一定的辐射场作用下跃迁至低能级态，并辐射出一个与入射光子全同的光子的过程。1.5分3、声波在声光晶体中传播会引起晶体中的质点按声波规律在平衡位置振动，按照声波频率的高低以及声波和光波作用的长度不同，声光相互作用可以分为拉曼-纳斯衍射1.5分和和布喇格衍射1.5分两种类型。4、磁光效应是指外加磁场作用引起材料光学各向异性的现象1分，法拉第磁光效应的规律（1）对于给定的介质,光振动面的旋转角与样品的长度和外加的磁感应强度成正比1分（2）光的传播方向反转时，法拉第旋转的左右方向互换。1分5、光束调制按其调制的性质可分为调幅、调频、调相及强度调制2分。要实现脉冲编码调制，必须进行三个过程：抽样、量化和编码1分6光电二极管是指以光导模式工作的结型光伏探测器1分常见的光电二极管有Si光电二极管、PIN光电二极管、雪崩光电二极管、肖特基势垒光电二极管光伏二极管（选答出其中的两种即可）。2分等类型（写出两种）。7光热效应是指探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测元件温度上升,温度上升的结果又使探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化。3分8、本征型光敏电阻一般在室温下工作，适用于可见光和近红外辐射1.5分探测；非得分第2页共4页本征型光敏电阻通常在低温条件下工作，常用于中、远红外辐射1.5分探测。9、CCD的基本功能为电荷存储和电荷转移1.5分CCD按结构可分为线阵CCD和面阵CCD1.5分。10、液晶分为两大类:溶致液晶和热致液晶1分，作为显示技术应用的液晶都是热致液晶2分二、问答题（50分，每小题10分）1、简述光子的基本特性（10分）[答]：光是一种以光速运动的光子流，光子和其它基本粒子一样，具有能量、动量和质量。它的粒子属性（能量、动量、质量等）和波动属性（频率、波矢、偏振等）之间的关系满足：5分（1）hE；1分（2）22chcEm，光子具有运动质量，但静止质量为零；1分（3）kP；1分（4）、光子具有两种可能的独立偏振态，对应于光波场的两个独立偏振方向；1分（5）、光子具有自旋，并且自旋量子数为整数，是玻色子。1分2、利用纵向电光效应和横向电光效应均可实现电光强度调制，纵向电光调制和横向电光调制各有什么优缺点？（10分）[答]：纵向电光调制器具有结构简单、工作稳定、不存在自然双折射的影响等优点。其缺点是半波电压太高，特别是在调制频率较高时，功率损耗比较大。3分横向效应运用时，存在自然双折射产生的固有相位延迟，它们和外加电场无关。在没有外加电场时，入射光的两个偏振分量通过晶后其偏振面已转过了一个角度，这对光调制器等应用不利，应设法消除。3分横向效应运用时，总的相位延迟不仅与所加电压成正比，而且与晶体的长宽比(L/d)有关。而纵向应用时相位差只和V=Ez*L有关。因此，增大L或减小d就可大大降低半波电压，但必须采用两块晶体，结构复杂，而且其尺寸加工要求高，对环境温度敏感。4分3、比较光子探测器和光热探测器在作用机理、性能及应用特点等方面的差异。得分第3页共4页（10分）[答]：光子效应是指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应。探测器吸收光子后，直接引起原子或分子的内部电子状态的改变。光子能量的大小，直接影响内部电子状态改变的大小。因为，光子能量是h，h是普朗克常数,是光波频率，所以，光子效应就对光波频率表现出选择性，在光子直接与电子相互作用的情况下，其响应速度一般比较快。5分光热效应和光子效应完全不同。探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测元件温度上升,温度上升的结果又使探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化。所以，光热效应与单光子能量h的大小没有直接关系。原则上，光热效应对光波频率没有选择性。只是在红外波段上，材料吸收率高，光热效应也就更强烈，所以广泛用于对红外线辐射的探测。因为温度升高是热积累的作用，所以光热效应的响应速度一般比较慢，而且容易受环境温度变化的影响。5分4、简述电荷耦合摄像器件的主要特性参数。（10分）[答]：（1）转移效率，电荷包在进行每一次转移中的效率；2分（2）不均匀度，包括光敏元件的不均匀与CCD的不均匀；2分（3）暗电流，CCD在无光注入和无电注入情况下输出的电流信号；1分（4）灵敏度，是指在一定光谱范围内，单位暴光量的输出信号电压（电流）；1分（5）光谱响应，是指能量相对光谱响应，最大响应值归一化为100%，所对应的波长峰值波长，低于10%的响应点对应的波长称为截止波长；1分（6）噪声，可以归纳为散粒噪声、转移噪声和热噪声；1分（7）分辨率，是指摄像器件对物像中明暗细节的分辨能力；1分（8）动态范围和线性度，动态范围=光敏元件满阱信号/等效噪声信号，线性度是指在动态范围内，输出信号与暴光量的关系是否成直线关系。1分5、简述液晶显示器的主要特点。（10分）[答]：（1）液晶显示器件厚度仅为数毫米的薄形器件，非常适合便携式电子装置的显示；2分（2）工作电压底，仅几伏，可以用CMOS电路直接驱动，电子线路小型化；2分（3）功耗底，可用电池长期供电；2分（4）采用彩色滤色器，LCD容易实现彩色显示；2分（5）显示质量赶上或超过CRT的显示质量。1分（6）成本高，显示视角小，低温时响应速度慢。1分第4页共4页三、判断对错（20分，每小题4分）1、KDP晶体沿Z（主）轴加电场时，由单轴晶变成了双轴晶体。（√）2、光纤数值孔径代表光纤的集光本领。（√）3、在电光调制器中，为了在不加偏压时得到线性调制，应将/4波片快慢轴与晶体的主轴X成45角。（√）4、光敏电阻的光电流是指亮电流与暗电流之差。（√）5、光电二极管用于探测光信号时，可以工作在正向偏置电压下。（×）得分