光电子技术复习题-考试用的

一．单项选择题1.光电转换定律中的光电流与A温度成正比B光功率成正比C暗电流成正比D光子的能量成正比2.发生拉曼—纳斯衍射必须满足的条件是A超声波频率低，光波平行声波面入射，声光作用长度短B超声波频率高，光波平行声波面入射，声光作用长度短C超声波频率低，光波平行声波面入射，声光作用长度长D超声波频率低，光束与声波面间以一定角度入射，声光作用长度短3.光束调制中，下面属于外调制的是A声光调制B电光波导调制C半导体光源调制D电光强度调制4.红外辐射的波长为[]A100-280nmB380-440nmC640-770nmD770-1000nm5.激光具有的优点为相干性好、亮度高及[]A多色性好B单色性好C吸收性强D吸收性弱6．能发生光电导效应的半导体是A.本征型和激子型B.本征型和晶格型C.本征型和杂质型D.本征型和自由载流子型7．光敏电阻的光电特性由光电转换因子描述，在强辐射作用下A.=0.5B.=1C.=1.5D.=28.电荷耦合器件分[]A线阵CCD和面阵CCDB线阵CCD和点阵CCDC面阵CCD和体阵CCDD体阵CCD和点阵CCD9.光通亮φ的单位是[]A焦耳(J)B瓦特(W)C流明(lm)D坎德拉(cd)10.硅光二极管主要适用于[]A紫外光及红外光谱区B可见光及紫外光谱区C可见光区D可见光及红外光谱区13．光视效能K为最大值时的波长是A．555nmB.666nmC．777nmD.888nm14.可见光的波长范围为[]A200—300nmB300—380nmC380—780nmD780—1500nm15.电荷耦合器件的工作过程主要是信号的产生、存储、传输和[]A计算B显示C检测D输出16.辐射通亮φe的单位是[]A焦耳(J)B瓦特(W)C每球面度(W/Sr)D坎德拉(cd)二.填空题1.光在大气中传播，将会使光速的能量衰减，其主要因素来源于大气衰减、大气湍流效应。2.按照声波频率的高低以及声波和光波作用长度的不同，声光相互作用可以分为拉曼拉斯衍射和布喇格衍射两种类型。3.CCD的工作过程就是产生、存储、传输、检测的过程。4.实现脉冲编码调制，必须进行三个过程：抽样、量化、编码。6.光束调制按其调制的性质可分为调幅、调频、调相、强度调制。8.CCD的基本功能为电荷存储、电荷转移。三.术语解释(补)电磁波谱:按照波长或频率的顺序把电磁波排列成图表。1.色温(P9):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。(补)大气窗口:对于某些特点的波长,大气呈现出极强的吸收.根据大气的这一特性,把近红外分成八个区段,将透过率较高的的波段称为大气窗口。2.半波电压:当光波的两个垂直分量Ex’,Ey’的光程差为半个波长(相应的相位差为180度)时所需要加的电压。3.内调制：加载信号是在激光振荡过程中进行的，以调制信号改变激光器的振荡参数，从而改变激光器输出特性以实现调制。4.光电发射效应：在光照下，物体向表面以外的空间发射电子（即光电子）的现象。光电发射效应条件：波长（nm）=1240/E（eV）5.非平衡载流子：光辐射照射端电压为u的半导体，如果波长满足如下条件，Eg是禁带宽度，Eg是杂质能带宽度。那么光子将在其中激发新的载流子（电子和空穴）,这就使半导体中的载流子浓度在原来平衡值上增加了一个量n和p，新增的部分半导体物理中叫非平衡载流子。6.视场光阑7．吸收比8．辐照度10．内调制11．反射比12．辐射能13．光子效应14.温差电动势15．光束漂移16．光通量7．视见函数18．迁移率19．热噪声20．冷阻四、简答题1．何为大气窗口?简单分析光谱位于大气窗口内的光辐射的大气衰减因素。2．解释半波电压。半波电压由晶体的那些参数决定？3．什么是光束的直接调制？请解释其中的脉冲编码调制过程?4．光热效应的特点有哪些？5．选用光敏电阻应当注意什么？6．实际工作中，如何得出光电池的开路电压和短路电流值？如何操作？7．材料对光激发的波长阈值要求至少应满足什么条件？8．研究光电导弛豫时间的实际意义是什么？9．如何解释光电导光谱分布中短波方向光电导下降现象？10．试述用光敏电阻检测光的原理。11.简述激光器的组成及各组成部分的作用。12.解释光波在大气中传播衰减的因素。13.何为大气湍流效应，大气湍流对光束的传播产生哪些影响？14.何谓帧时、帧速？二者之间有什么关系？15.选用光电探测器的一般原则。17.请说明光电检测装置由哪些部分组成，并对各部分输出信号类型进行说明。18．请说明光的基本度量中光度量与辐射度量两种单位制的区别，说明它们的换算关系。19．什么是半导体材料的本征吸收？20．光电发射效应与光电导效应相比有什么区别？21．如何改善光敏电阻的时间响应特性？22．光电池作为探测器件时，有哪些特点，可用于哪些方面？23．如何解释光电导光谱分布中短波方向光电导下降现象？24．试述用光敏电阻检测光的原理。25.试述光的调制原理五．判断说明题1对本征半导体来说，导带的电子和价带的空穴是相等的。2.光敏电阻一般采用禁带宽度Eg较大的材料。3.使用热电偶测温度时，测试系统须加外电源。4.光电耦合器件易受外界光的干扰。5.光电二极管一般在反偏压下工作。六．应用、计算题2．已知cdse光敏电阻最大功耗Pm=40mw，光电导灵敏度Sg=0.5×10-6/lx，暗电导g0=0，给光敏电阻加偏压为20V，问入射cdse光敏电阻的极限照度为多少lx?3．已知光电倍增管（GDB—126型）的光电阴极面积Ak=2cm2阴极灵敏度Sk=20µA/lm,电流放大倍数Gm=105,阳极额定电流Ia=200μA。求允许的最大光通量Φ及光照度E。(λ=0.555μm时，1w=683lm)7．一硅光电池（2CR31）,受光面积5×10㎜2，在100lx光照下Uoc＝400mv,Isc＝30μA。若输入光照度e＝(150＋50sinωt)lx,求取最大功率输出条件下的Um0,Im0和Plm1)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2)自发跃迁是指处于高能级的粒子自发地跃迁到低能级上。受激跃迁是指由于外界辐射场作用而产生的粒子能级间的跃迁。3)受激辐射下光谱线展宽的类型分为均匀展宽和非均匀展宽，其中均匀展宽有自然展宽、碰撞展宽、热振动展宽，非均匀展宽有多普勒展宽、残余应力展宽。4)常见的固体激光器有红宝石激光器、钕激光器、钛宝石激光器（写出两种），常见的气体激光器有He-Ne激光器、Ar激光器、CO2激光器（写出两种）。5)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；其静止质量为零。6)激光与普通光源相比具有如下明显的特点：方向性好、单色性好、相干性好、强度大7)简述光子的基本特性。答：1、光子能量E与光波频率v对应：E=hv2、光子具有运动质量m，m=E/c2=hv/c23、光子的动量与单色平面波矢对应：P=ħk4、光子具有两种可能的独立偏振状态，对应于光波场的两个独立偏振方向5、光子具有自旋性，并且自旋量子数为整数8)简述激光产生的条件、激光器的组成及各组成部分的作用。答：必要条件：粒子数反转分布和减少振荡模式数充分条件：激光在谐振腔内的增益要大于损耗稳定振荡条件：增益饱和效应组成：工作物质、泵浦源、谐振腔作用：工作物质：在这种介质中可以实现粒子数反转泵浦源：将粒子从低能级抽运到高能级的装置谐振腔：1、使激光具有极好的方向性2、增强光放大作用3、使激光具有极好的单色性1)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，布喇格衍射两种类型。2)磁光效应是指外加磁场作用所引起的材料光学各项异性，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（2）光的传播方向反转时，法拉第旋转的左右方向互换。3)电致折射率变化是指晶体介质的介电系数与晶体中的电荷分布有关，当晶体被施加电场后，将引起束缚电荷的重新分布，并导致离子晶格的微小型变，从而引起介电系数的变化，并最终导致晶体折射率变化的现象。4)光纤色散的主要危害是使脉冲信号展宽，限制了光纤的宽带或传输容量，多模光纤的色散主要有模色散、材料色散、波导色散5)声光相互作用可以分为拉曼-纳斯衍射和布喇格衍射两种类型。简述它们产生的条件和特征。答：拉曼-纳斯衍射：声波频率较低，光波平行于声波面入射，声光相互作用长度较短时，声光介质可近似看作为相对静止的“平面相位栅”。由出射波阵面上各子波源发出的次波发生相干作用，形成与入射方向对称分布的多级衍射光。布拉格衍射：声波频率较高，声光作用长度较大，光束与声波波面间以一定的角度入射，介质具有“体光栅”的性质。衍射光各高级次衍射光将互相抵消，只出现0级和+1级（或-1级）衍射光。6)何为电光晶体的半波电压？半波电压由晶体的那些参数决定？答：当光波的两个垂直分量Ex’、Ey’的光程差为半个波长时所需要加的电压，称为半波电压。63302rnV，由波长，0光折射率，电光系数共同决定1)光束调制按其调制的性质可分为调幅，调频，调相，强度调制。要实现脉冲编码调制，必须进行三个过程：抽样、量化、编码。2)光束扫描根据其应用的目的来可以分为模拟扫描、数字扫描两种；前者主要应用各种显示，后者主要应用于光存储。3)在电光调制器中，为了得到线性调制，在调制器中插入一个/4波片，波片的轴向取向为快慢轴与晶体的主轴成45度角时最好。4)根据调制器与激光器的关系，光束的调制方法可以分为内调制和外调制两种。内调制是指加载信号是在激光振荡过程中进行的，以调制信号改变激光器的振荡参数，从而改变激光器输出特性以实现调制。5)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？答：纵向：优点：结构简单、工作稳定、不存在自然双折射的影响缺点：半波电压太高、调频较高时，功耗较大横向：优点：可降低半波电压缺点：存在自然双折射产生的固有相位延迟6)简述光束调制的基本原理。答：应用某种物理方法改变光波的振幅、频率、相位、强度、偏振等参数之一，使其按调制信号的规律变化，达到“运载”信息的目的1)一纵向运用的KDP电光调制器，长为2cm，折射率为2.5，，工作频率为1000kHz,则此时光在晶体中的渡越时间为1.67ns。2)光热效应是指材料受光照后，光子能量与晶格相互作用，振动加剧，温度升高，材料的性质发生变化3)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探测；非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探测。4)单片硅光电池的开路电压约为0.45V-0.6V，短路电流密度约为150-300A/m2。5)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，其主要特点有：光子能量的大小能直接影响内部电子状态改变的大小。6)光电二极管是指以光导模式工作的结型光伏探测器常见的光电二极管有Si光电二极管、PIN光电二极管、雪崩光电二极管等类型（写出两种）。7)光热探测器由热敏元件、热链回路、大热容量的散热器三部分构成，常见的光热探测器有热敏电阻、热释电探测器（写出两种）。8)简述光电探测器的主要特性参数。答：1、积分灵敏度2、光谱灵敏度3、频率灵敏度4、量子效率5、用量阀6、噪声等效功率7、归一化探测度等9)简述光子效应和光热效应。（看上面2、5两填空题）10)总结选用光电探测器的一般原则。答：按照光电探测器的性能参数评价探测器性能的优劣，比较不同探测器之间的差异，从而达到根据需要合理选择和正确使用光电探测器的目的。1)CCD的基本功能为电荷存储和电荷转移，CCD按结构可分为线阵CCD、面阵CCD。2)固体摄像器件主要有三大类，它们是电荷耦合器件（CCD）、互补金属氧化物半导体图像传感器（CMOS）、电荷注入器件（CID）。3)CCD的基本工作过程包括信号电荷的产生，存储，传输，检测。CCD摄像器件的基本工作原理是依靠半导体的光电特性，用光注入的办法产生4)