光电子技术题目与答案

第1章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第2章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。第3章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。第4章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)简述带像增强器的CCD的特点。（看下面（6））第5章5)简述电荷耦合摄像器件的主要特性参数。答：1、转移效率2、不均匀度3、暗电流4、灵敏度5、光谱响应6、噪声7、分辨率8、动态范围与线性度6)比较带像增强器的CCD、薄型背向照明CCD和电子轰击型CCD器件的特点。答：带像增强的CCD：将光图像聚焦在像增强的光电阴极上，再经像增强器增强后耦合到到CCD上实现微光摄像。薄型背向照明CCD：克服了普通前向照明CCD的缺陷，CCD的量子效率提高到90%，灵敏度高，噪声低。电子轰击型CCD：采用电子从“光阴极”直接射入CCD的成像方法，简化了光子被多次转换的过程，信噪比大大提高；体积小，重量轻，可靠性高，分辨率高，对比度好。7)红外成像系统A的NETDA小于红外成像系统B的NETDB，能否认为红外成像系统A对各种景物的温度分辨能力高于红外成像系统B，试简述理由。答：不能。NETD放映的是系统对低频景物的温度分辨率，不能表征系统用于观测较高频率景物时的温度分辨率性能1)液晶分为两大类:热致液晶、溶制液晶作为显示技术应用的液晶都是热致液晶。2)液晶是各项同性液体与完全有序晶体之间的一种中间态，是一种取向有序的流体，热致液晶可为是温度引起的，并且只能在一定温度范围内存在，一般是单一组成或均匀化合物。3)等离子体是以电子、离子及未电离的中性粒子的集合组成，整体呈中性的物质形态，是固、液、气外，物质的第4态。4)试说明注入电致发光和高场电致发光的基本原理。答：注入：利用少数载流子流入PN结直接将电能转换为光能高场：将发光材料粉末与介质的混合体或单晶薄膜夹持于透明电极板之间，外施电压，由电场直接激励电子与空穴复合而发光。第6章5)简述等离子体的概念（看上面（3））和等离子体显示板工作的基本原理。答：原理：显示屏上排列有上千个密封的低压气体室，电流激发气体，使其发出肉眼看不到的紫外线，碰击后面玻璃上的红，绿，蓝三色荧光体，再发出我们所看到的可见光。6)简述液晶显示器的主要特点。答：优点：1低压，微功耗2平板结构3被动显示型4显示信息量大5易于彩色化6长寿命7无辐射，无污染缺点：显示视角小响应速度慢非主动发光7)比较TN－LCD和STN－LCD的特点。答：TN-LCD利用扭曲向列相液晶的旋光特性，液晶分子的扭曲角为90度，电光特性曲线不够陡峻，由于交叉效应，在采用无源矩阵驱动时，限制了其多路驱动能力。STN-LCD的扭曲角在180-240度范围内，曲线陡度的提高允许器件工作在较多的扫描行数下，利用了超扭曲和双折射两个效应，是基于光学干涉的显示器件。