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光电子技术期末考试试卷及其知识点大汇总

一、选择题(20分,2分/题)

1、光电子技术在当今信息时代的应用主要有(abcd )

A.信息通信

B.宇宙探测

C.军事国防

D.灾害救援

2、激光器的构成一般由(a )组成

A.激励能源、谐振腔和工作物质

B.固体激光器、液体激光器和气体激光器

C.半导体材料、金属半导体材料和PN结材料

D. 电子、载流子和光子

3、光波在大气中传播时,引起的能量衰减与(abcd )有关

A.分子及气溶胶的吸收和散射

B.空气折射率不均匀

C.光波与气体分子相互作用

D.空气中分子组成和含量

4、10月6日授予华人高锟诺贝尔物理学奖,提到光纤以SiO2为材料的主要是由于( a )

A.传输损耗低

B.可实现任何光传输

C.不出现瑞利散射

D.空间相干性好

5、激光调制器主要有(abc )

A.电光调制器

B.声光调制器

C.磁光调制器

D.压光调制器

6、电光晶体的非线性电光效应主要与(ac )有关

A.外加电场

B.激光波长

C.晶体性质

D.晶体折射率变化量

7、激光调制按其调制的性质有(cd )

A.连续调制

B.脉冲调制

C.相位调制

D.光强调制

8、光电探测器有(abc )

A.光电导探测器

B.光伏探测器

C.光磁电探测器

D.热电探测元

9、CCD 摄像器件的信息是靠( b )存储

A.载流子

B.电荷

C.电子

D.声子

10、LCD显示器,可以分为(abcd )

A. TN型

B. STN型

C. TFT型

D. DSTN

二、判断题(20分,2分/题,对用“√”、错用“×”标记)

11、世界上第一台激光器是固体激光器。( T )

12、在辐射度学中,辐射能量Q是基本的能量单位,用J(焦耳)来度量。( T )

13、在声光晶体中,超声场作用像一个光学的“相位光栅”,其光栅常数等于光

(

F

) 14、在磁光晶体中,当磁化强度较弱时,旋光率α与外加磁场强度是成正比关系。( T )

15、为了获得线性电光调制,通过引入一个固定2/π相位延迟,一般该调制器

的电压偏置在T=50%的工作点上。( T )

16、在磁光调制中的磁性膜表面用光刻方法制作一条金属蛇形线路,主要为了

实现交替变化的磁场。( T )

17、探测器的量子效率就是在某一特定波长上,每秒钟内产生的光电子数与入

射光量子数之比。( T )

18、二代像增强器以纤维光学面板作为输入、输出窗三级级联耦合的像增强器。( F )

19、阴极射线管的电子枪的作用是产生辉亮信号和彩色显示。( F )

20、等离子体显示主要是通过电流激发气体,使其发出肉眼看不见的紫外光碰

击后面的玻璃上的红、绿、蓝三色荧光体,它们再发出我们在显示器上所看到

的可见光。( T )

三、填空题(10分,1分/题)

21、红外辐射其波长范围在 0.76~1000um 。

22、光纤通信中常用的光源波长为 850 1310 1550um 。

23、在t J t P t E E ??-??-=??+???? μμμε22220中,对于半导体而言,起主要作用是 t J t

P ??-??- μμ22 。 24、激光光束在光纤波导中的传播遵循 费马 原理。

25、激光调制器中的内调制是指 是指加载调制信号是在激光振荡过

程中进行的,即以调制信号去改变激光器的振荡参数,从而改变激光输出特性以实现调制。

26、一个三级数字式扫描器主要由 三个电光晶体和双折射晶体 组成。

27、光子效应是指 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的改

变。 。

28、光电二极管的受光面一般都涂有 SiO 2 防反射膜,使产生的正离子在该膜中是不能移动的,但是它们的静电感应却可以使P-Si 表面产生一

个感应电子层。

29、固体摄像器件主要有三大类是电荷耦合器件(CCD)、互补金属氧化物半导体图像传感器(CMOS)、电荷注入器件

(CID)。

30、TN-LCD的缺点是电光响应前沿不够陡峭、反应速度慢、阈值效应不明显、使得大量显示和视频显示等受到了限制。。

四、简答题(30分,10分/题)

31、比较光子和光热探测器在作用机理、性能及应用特点等异同。

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。光子能量是νh,h是普朗克常数, ν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。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νh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。

32、简述电荷耦合摄像器件的主要特性参数。

转移效率:电荷包在进行每一次转移中的效率;不均匀度:包括光敏元件的不均匀与CCD的不均匀;暗电流:CCD在无光注入和无电注入情况下输出的电流信号;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);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;噪声:可以归纳为散粒噪声、转移噪声和热噪声;分辨率:是指摄像器件对物像中明暗细节的分辨能力;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.激光的特点是什么?激光与其他光源相比具有以下特点 a方向性好;b单色

性好;c相干性好;d亮度高;e简并度高

2.激光产生的条件?必要条件:粒子数反转分布和减少振荡模式 .充分条件:

起振条件(阈值条件)和稳定振荡(形成稳定激光)

3.激光器的构成?工作物质:提供形成激光的能级结构体系,是激光形成的

内因; 泵浦源;提供形成激光的能量激励,是激光形成的外因;光学谐振腔:提供反程放大机构,使受激发射的强度,方向性,单色性进一步提高。

4.He-Ne激光器的镜间距为0.2,求最靠近632.8nm跃迁线中心得纵模阶

数,纵模频率间隔。如果增益曲线宽度为1.5*10^9Hz,则可以引起的纵模总数是多少?相邻两纵模的频率间隔为:△Vq=c/2nL=(3.0*10^8)/(2*1*0.2)=7.5*10^8Hz(n为腔内折射率;L为镜间距).△Ψ=(2nπ/

λ)*2L=q2π=>q(纵模阶数)=2nL/λ=2*1*0.2/632.8*10^9=6.32*10^5 实际振荡纵模数△q={△Vt/△Vq}+1 △Vt=1.5*10^9Hz

5.说出典型激光器的工作波长?典型激光器的激光产生过程,固体气体。

He-Ne激光器:632.8nm 红宝石激光器:694.3nm; CO2激光器:10640nm;Cu激光器:510.5nm He-Cd325nm;钴玻璃激光器:1.06μm

6,常见的调Q技术分为几类?纵模和横模的选择方法有哪些?

转镜调Q;染料调Q;电光调Q;声光调Q 横模选择方法(1)谐振腔腔型与腔参数选择法;(2)小孔光阑选择;(3)自孔径选模;(4)棱镜选模纵模选择 (1)色散腔法;(2)短腔法;(3)复合腔法;(4)行波腔法

7,实现单纵模的方法是哪些?短腔法;色散腔法;标准具法;滤波片法;行波腔法;复合腔法

8如何求数值孔径?光纤可能接受外来入射光的最大受光角的正弦与入射区折射率的乘积。NA=n1sinθ=n0sinΨmax=(n1^2-n2)^0.5 只有Ψ<Ψ0的光锥内的光才能在光纤中发生全反射 NA约等于n1(2△)^?

9电光调制器的结构和原理。电光晶体(KDP)置于两个成正交的偏振器之间,其中起偏器P1的偏振方向平行于电光晶体的x轴,检偏器P2的偏振方向平行于y 轴,当沿晶体z轴方向加电场后,它们将旋转45o变为感应主轴x’,y’。因此,沿z轴入射的光束经起偏器变为平行于x轴的线偏振光,进入晶体后(z=0)被分解为沿x’和y’方向的两个分量,两个振幅(等于入射光振幅的1/ )和相位都相等.10两种声光调制的原理与特点及不同点。 (1 )拉曼-奈斯衍射 (2 )声光布拉格衍射 .超声波频率前者低后者高,入射方向前者光线平行于声波面入射和声波传播

方向垂直入射,后者入射光不是垂直入射而是声波波面有一定角度。光栅前者宽度较小时平面相位光栅后者声光相互作用长度L光栅变为三维空间相位。11, CIE-RGB记色系统规定的基色单位是怎样的?电子枪和铝膜的作用各是什么?答:波长700nm,光通量为1lm的红光作为一个红基色单位,用(R)表示

波长546.1nm,光通量为4.5907lm的绿光作为一个绿基色单位,用(G)表示波长435.8nm,光通量为0.0601lm的蓝光作为一个蓝基色单位,用(B)表示

电子枪:1.发射并加速电子2.用视频信号调制电子束流3.利用电子透镜汇聚电子束,并在荧光面上将电子束聚焦成小点铝膜:1.可以防止负电荷积累导致的荧面电位下降,从而限制了亮度的提高2.铝可将荧光粉向管内的光线反射回到观察者一侧,提高亮度。3.阻挡负离子对荧光层得轰击防止离子斑

12,液晶的种类及其特点答:向列型:也称螺旋形液晶,由长径比很大的棒状分子组成,每一分子位置虽无规则,但从整体看,分子轴向同一方向。与近晶型液晶相比,粘度小,易于流动性。胆甾型:也称螺旋型液晶,它和近晶型液晶一样具有层状结构,但层内分子排列却向列型液晶分子长轴在层内是相互平行的。具有强光性和偏振光二色性,负单轴晶体的双折射性。近晶型:也称层状晶,由棒状或条状分子排列成层,层内分子长轴相互平行,其方向垂直于层面,与层面呈倾斜排列,呈现排列,呈现二维流体的性质,粘度高,具有正单轴晶体的双折射性

13,什么叫光波分复用器件?答:光波复合器是对光波波长进行分离与合成的目的无源器件,其一个端口作为器件的输出/输入端,N个端口作为器件的输入/

输出端

14,光隔离器的作用是什么?微型空间型偏振相关隔离器的工作原理怎样?答:是为了避免回返光对光源等器件的工作产生影响并对回返光进行抑制的一种光无源器件。它对正向传输光具有较低插入损耗,而对反向传输光有很大衰减作用,因而可以抑制光传输系统中反射信号对光源的不利影响,确保光通信系统的质量一般置于光源后,为一种非互易器件。工作原理:包括两个透射光方向夹角45°的偏振器P1和P2和一个法拉第旋转器。当入射平行光往返一次通过该器件时,偏振角度变化90°,于是反向光不能通过起偏器P1,实现了反向隔离。

15,改进光纤连接器的回波损耗有哪些方法?答:1.球面接触2.斜球面接触3.端面镀膜法 18说明ROM光盘存储原理 ;信息和消息的区别以及信息量的计算公式,将事先记录在主磁带上的视频或音频信息通过信号发生器、前置放大器去驱动电光或声光调制器,使经过调制的激光束以不同的功率密度聚焦在甩有光刻胶的玻璃衬盘上,使光刻胶曝光,之后经过显影、刻蚀,制成主盘.再经喷镀、电镀等工序制成副盘,然后再经过“2P注塑形成ROM光盘

```````````````````````````````````````````````````````````````````` 1.按光调制方式分类,光束调制分为强度调制,相位调制,频率调制,波长调制和偏振调制。2.利用外界因素,对光纤中光波相位的变化来探测各种物理量的探测器称为相位干涉型探测器。3.半导体激光发光是由能带之间的电子空穴对负荷产生的。4固体激光器发光是以掺杂型离子绝缘晶体或玻璃为工作物质的激光器。5对光探测器的要求包括线性度好,灵敏度高,性能稳定。6.光纤传送中常用的光电探测器有光电二极管,光电倍增管,光敏电阻7.红外探测器的响应波长范围或光谱范围是表示电压响应率与入射红波长响应率。8.光子探测是利用半导体材料在入射光照射下产生光子效应。9.当红外辐射照在半导体表面时,电子空穴由束缚态变为自由态使半导体电性能现象称为光电导现象。

10.利用温差电势现象制成的红外探测器称为热电耦型。

11.任何物质只要温度高于0K就会向外辐射红外线。12.红外无损检测是通过测量热流或热量来检测金属内部损耗。13.内光电探测器分为光电导,光伏特和光磁电探测器。14.红外探测器的性能参数主要包括电压响应率,噪声等效功率和时间参数。15.以下应用采用了红外技术的有裂纹探测,焊接,军事侦察,夜视。

16.波长在1-1000微米的电磁波被物体吸收时可以显著转化为热能。17.红外线,可见光,紫外射线,x射线,微波以及无线电波构成电磁波谱。(错)γ射线18.红外辐射在大气辐射时由于大气中的气体,液体产生散射受到衰减。19.辐射出射度是辐射体单位面积向半空间发射的辐射通量(辐射功率)。(对)20.光电池是利用光生伏特效应产生电能。

21.简述外光电效应,内光电效应和光生伏特效应:光照射到金属上,引起物质的电性质发生变化。这类光变致电的现象被人们统称为光电效应.光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏特效应。前一种现象发生在物体表面,又称外光电效应。后两种现象发生在物体内部,称为内光电效应。光生伏特效应:在光的作用下,产生一定方向一定大小的电动势的现象,叫作光生伏特效应。

22.简述光敏电阻的主要参数。(三种即可)光敏电阻器的主要参数有暗电流(ID)、时间常数、温度系数、灵敏度等。

1.暗电流暗电流是指在无光照射时,光敏电阻器在规定的外加电压下通过的电流。2.时间常数时间常数是指光敏电阻器从光照跃变开始到稳定亮电流的63%时所需的时间。3.电阻温度系数温度系数是指光敏电阻器在环境温度改变1℃时,其电阻值的相对变化。

4.灵敏度灵敏度是指光敏电阻器在有光照射和无光照射时电阻值的相对变化。23简述光电池的工作原理:在一块N形硅片表面,用扩散的方法掺入一些P型杂质,形成PN结,光这就是一块硅光电池。当照射在PN上时,如光子能量hv 大于硅的禁带宽度E时,则价带中的电子跃迁到导带,产生电子空穴对。因为PN结阻挡层的电场方向指向P区,所以,任阻挡层电场的作用下,被光激发的电子移向N区外侧,被光激发的空穴移向P区外侧,从而在硅光电池与PN结平行的两外表而形成电势差,P区带正电,为光电池的正极,N区带负电,为光电池的负极。照在PN结上的光强增加,就有更多的空穴流向P区,更多的电子流向N区,从而硅光电池两外侧的电势差增加。如上所述,在光的作用下,产生一定方向一定大小的电动势的现象,叫作光生伏特效应。

24.请比较光电二极管和光电池的类同点。相同:都是利用利用内光电效应,光照射PN结产生光生电子,光生空穴对,不同:光电二极管的PN结需要反向偏置,而光电池的PN结不需要反向偏置即可工作。

25.简述什么是光电导的弛豫现象。光电流的变化对光在时间上有一个滞后,光电导材料从光照开始到获得稳定的光电流是要经过一定时间的。同样光照停止后光电流也是逐渐消失的。这些现象称为弛豫过程或惰性。

26.热辐射光纤温度探测器是利用光纤内产生的热辐射来探测温度的一种器件。(对)

27.当红外辐射照射在热敏电阻上时,其温度升高,电阻升高。(错)电阻变小

28.当恒定的红外辐射照射在热释电探测器上时探测器才有电信号输出。(错)不需要恒定

1. 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。

2. 激光器的三个主要组成部分是: 工作物质 , 泵浦源 , 谐振腔

3. 彩色阴极射线管(CRT)主要由 电子枪 、 偏转线圈 、 荫罩 、 荧光粉层 和 玻璃外壳 五部分组成。

4. 1917年, 爱因斯坦 提出了受激辐射可实现光放大的概念, 为激光的发明奠定了理论基础。1960年7月,美国休斯公司实验室 梅曼 制成世界上第一台红宝石固态激光器,标志着激光器诞生。

5. 要实现脉冲编码调制,必须进行三个过程: 抽样, 量化, 编码。

6.光纤通信系统的三个传输窗口包括短波长的 850 nm 波段,长波长的 1300 nm 及 1550 nm 波段。7按照形成条件液晶可分为 溶致液晶 和 热致液晶 ,作为显示技术应用的液晶都是 热致液晶8.常见的固体激光器有 红宝石激光器 , 掺钕钇铝石榴石激光器(写出两种),常见的气体激光器有He-Ne 激光器 , CO 2激光器或Ar+激光器(写出两种)9.氦-氖(He-Ne)激光

器的工作物质是氦氖混合气体,激光由 氖 发射. 10.光电探测器的物理效应通常分为两大类:光电效应 和 光热效应 。

11.光纤色散主要有 模式色散, 材料色散 , 波导色散 三种。

12.光电池是根据 光伏效应 效应制成的将光能转换成电能的一种器件

13. 激光器按按工作物质分类可分为: 固体激光器, 液体激光器,和 气体激光器14.半导体的载流子是 电子和 空穴。15.在彩色电视中,通常选用 红、 绿 、 蓝 作为三种基色光。http://www.doczj.com/doc/7a9ab7a559f5f61fb7360b4c2e3f5727a5e92483.htmlD 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 和 面阵CCD 。

17.热致液晶可以分为 近晶相、 向列相和 胆甾相三种。

18.波分复用器分为发端的 合波器 器和收端的 分波器 器。

19.开放式光学谐振腔(开腔)通常可以分为 稳定腔和 非稳定腔 ,共轴球面腔的稳定性条件是:1R L 1R L 1021≤???

? ??-????? ??-≤ 20. 光波在大气中传播时,由于大气气体分子及气溶胶的 吸收和散射 会引起光束的能量衰减;由于空气 折射率不均匀 会引起光波的振幅和相位起伏。21.液晶分为两大类: 溶致液晶和 热致液晶 ;作为显示技术应用的液晶都是 热致液晶 。22.光纤主要由 纤芯 , 包层 , 涂覆层 三部分组成.23. 彩色三要素是指 亮度 、 色调 和 饱和度 ,由这三个参量可以确切地表示任何一种彩色光。24.光与物质的三种相互作用过程包括 自发辐射 , 受激辐射, 受激吸收。

三、1.什么是光电检测系统?其基本组成部分有哪些?答:指对待测光学量或由非光学待测物理量转换的光学量,通过光电变换和电路处理的方法进行检测的系统。组成部分:光源;被检测对象及光信号的形成;光信号的匹配处理;光电转换;电信号的放大与处理;微机;控制系统;显示。

2.简要说明光电检测技术的重要应用范围?答:辐射度量和光度量的检测;光电元器件及光电成像系统特性的检测;光学材料、元件及系统特性的检测;非光学量的光电检测。

3.光电探测器的原理有几种效应?分别是什么?内容是什么?

答:四种。光电子发射效应:在光辐射作用下,电子逸出材料表面,产生光电

子发射。光电导效应:光照射某些半导体材料,某些电子吸收光子变成导电自由态,在外电场的作用下,半导体的电导增大。光生伏特效应:光照射在PN 结及其附近,在结区中因电场作用,产生附加电动势。光磁电效应:半导体置于磁场中,用激光垂直照射,由于磁场产生洛伦兹力,形成电位差。。

4. 简答什么是光伏效应?并说明该效应在器件中的应用。答:在无光照射时PN 结内存在内部电场E 。当光照射在PN 结及其附近时,若光子的能量足够大,则在结区及其附近产生少数载流了(电子—空穴对)。它们在结区外时,靠扩散进入结区,它们在结区内时,则在电场E 作用下电子漂移到N 区,空穴漂移到P 区。结果,N 区带负电荷,P 区带正电荷,产生附加电动势。此电动势称为光生电动势,此效应称为光生伏特效应。光电探测器,光电池.

4. 从n o 和n e 的关系说明KDP 晶体是负晶体,并写出不加电场时在主坐标系下的

椭球方程答:ne < no 负单轴晶体

122202202=++e

n z n y n x 5. 简述液晶显示器的主要特点。 答:优点:驱动电压低,功耗小平板结构,体积小被动显示型易彩色化寿命长无辐射,无污染缺点:视角小响应速度慢亮度不高

6. 简述光电探测器的主要特性参数。答:1.灵敏度R. 电压灵敏度R U 电流灵敏度R i 2.光谱灵敏度 3.频率响应和响应时间4.量子效率 5.噪声等效功率NEP6.

归一化探测度

7. 简述激光器的组成及各组成部分的作用。答: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(激励源):将粒子从低能级抽运到高能级态的装置.谐振腔: (1) 使激光具有极好的方向性( 沿轴线)(2) 增强光放大作用( 延长了工作物质(3) 使激光具有极好的单色性( 选频 )

8. 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。答:光电效应(光子效应):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的改变。特点:对光波频率表现出选择性,响应速度一般比较快。光热效应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。特点:原则上对光波频率没有选择性,响应速度一般比较慢。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。

9. 简述光束调制的基本概念。答:(1)以激光为载体,将信息加载到激光的过程,称为调制或光束调制。(2)光束具有振幅、频率、相位、强度和偏振等参量,可以应用某些物理 的方法,使其参量之一按照调制信号的规律变化,实现光束的调制,所以光束的 调制可以分为调幅、调相、调频和强度调制等。 (3)实现激光光束调制的方法根据调制器与激光器的关系,可以分为内调 制和外调制两种

10. 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:纵向调制器优点: 具有结构简单、工作稳定、不存在自然双折射的影响等。缺点: 电场方向与通光方向相互平行, 必须使用透明电极, 且半波电压达8600伏,特别在调制频率较高时,功率损耗比较大。横向调制器优点: 半波电压与晶体的长宽比(L/d)有关增大L 或减小 d 就可大大降低半波电压。缺点: 存在自然双折射引起的相位延迟,对环境温度敏感。必须采用两块晶体,结构复杂,而且其尺寸加工要求高

11. 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:等离子体是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质,它是除去固、液、气态外,物质存在的第四态。等离子体显示搬是利用气体放电产生发光现象的平板显示的统称。等离子体显示技术的基本原理:显示屏上排列有上千个密封的小低压气体室(一般都是氙气和氖气的混合物),电流激发气体,使其发出肉眼看不见的紫外光,这种紫外光碰击后面玻璃上的红、绿、蓝三色荧光体,它们再发出我们在显示器上所看到可见光。

12. 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:产生拉曼-纳斯衍射的条件:当超声波频率较低,光波平行于声波面入射,声光互作用长度L较短时,在光波通过介质的时间内,折射率的变化可以忽略不计,则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将发生相干作用,形成与入射方向对称分布的多级衍射光,这就是拉曼-纳斯衍射的特点。产生布喇格衍射条件:声波频率较高,声光作用长度L较大,光束与声波波面间以一定的角度斜入射,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,这是布喇格衍射的特点。

13. 选用光电探测器的一般原则答:灵敏度高;用于测光的光源光谱特性必须与光电探测器的光谱响应特性匹配;考虑时间响应特性;噪声等效功率小;考虑光电探测器的线性特性;承受的温度范围和电压范围大等。

14.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答:对某些特定的波长,大气呈现出极为强烈的吸收。光波几乎无法通过。根据大气的这种选择吸收特性,一般把近红外区分成八个区段,将透过率较高的波段称为大气窗口。大气中N2、O2分子虽然含量最多(约90%),但它们在可见光和红外区几乎不表现吸收,对远红外和微波段才呈现出很大的吸收。因此,在可见光和近红外区,一般不考虑其吸收作用。大气中除包含上述分子外,还包含有He,Ar,Xe,O3,Ne等,这些分子在可见光和近红外有可观的吸收谱线,但因它们在大气中的含量甚微,一般也不考虑其吸收作用。只是在高空处,其余衰减因素都已很弱,才考虑它们吸收作用。H2O和CO2分子,特别是H2O分子在近红外区有宽广的振动-转动及纯振动结构,因此是可见光和近红外区最重要的吸收分子,是晴天大气光学衰减的主要因素。

15、光纤传感器种类?答:光纤传感器一般可分为两大类:一类是功能型传感器,又称FF型光纤传感器,它是利用光纤本身的特性,把光纤作为敏感元件,既感知信息又传输信息,所以又称传感型光纤传感器。另一类是非功能型传感

器,又称NF型光纤传感器,它是利用其他敏感元件感受被测量的变化,光纤仅作为光的传输介质,用以传输来自于远处或难以接近场所的光信号,因此,也称为传光型光纤传感器。

16、光电导效应:在物质受到辐射光的照射后,材料的电学性质发生了变化(电导率改变、发射电子、产生感应电动势等)的现象称为光电效应。外光电效应:是指受到光辐射的作用后,产生电子发射的现象。内光电效应:是指受到光照射的物质内部电子能量状态产生变化,但不存在表面发射电子的现象。光电导效应:半导体受光照后,内部产生光生载流子,使半导体中载流子显著增加而电阻减小的现象。光生伏特效应:光照在半导体PN结或金属半导体接触面上时,会在PN结或金属半导体接触的两侧产生光电动势。本征光电导效应:只有光子能量m大于材料禁带宽度Eq的入射光,才能激发出电子空穴对,使材料产生光电导效应现象光热效应:某些物质受到光照后,由于温度变化而造成材料性质发生变化的现象温差电效应:由两种材料制成的结点出现温差而在两结点间产生电动势回路产生电流杂质光电导效应:是指杂质半导体中的施主或者受主吸收光子能量后电离,产生自由电子或空穴,从而增加材料电导率的现象17.为什么功能型光纤传感器在结构上是连续的?答:功能型传感器利用光纤本身的特性,把光纤作为敏感元件既感知信息又传输信息,光纤与被测对象相互作用时光纤本身的结构参量(尺寸和形状)发生变化,光纤的传光特性发生相关变化,光纤中的光波参量受到相应控制即在光纤中传输的光波受到了被测对象的调制,空载波变为调制波,携带了被测对象的信息,另一层意思,光纤与被测对象作用时,光纤自身的结构参量并不发生变化,而光纤中传输的光波自身发生了某种变化,携带了待测信息

18.PIN结光电二极管增加了一层I区有什么优点?答:(1)因为I区相对于P 区的高阻,在反偏的工作情况下,它承受极大部分电压降使耗尽区增大,这样展宽了光电转换的有效工作区,使灵敏度增大(2)又因为PIN结光电二极管的工作电压是很高的反偏电压,使PIN结的耗尽层加宽电场强光生电流加速,因而大幅度减少了载流子在结构漂移时间,元件的响应速度加快

19.为什么说光纤传感器不受电磁场干扰?答:因为光纤传感器是利用光波传输信息,而光纤是一种多层结构的圆柱体,由石英玻璃或塑料制成的电绝缘耐腐蚀的传输媒质,并且安全可靠

20.光敏电阻原理,如何构成?它的亮电阻、暗电阻是什么级别、它们之比是什么范围?答:在均匀的具有光电导效应的半导体材料的两端加上电极,便构成光敏电阻,当光敏电阻的两端加上适当的偏置电压Ubb时,便有电流Ip流过,用检流计可以测到该电流,改变照射到光敏电阻上的光度量,发现流过光敏电阻的电流Ip将发生变化,说明光敏电阻的阻值随入射光辐射照度变化而变化,暗电阻为MΩ级,亮电阻为几千欧的下之比可达102——10000000(暗与亮)21.光电探测器的种类及相应的光电器件?答:光电子发射器件:光电管、光电倍增管;光电导器件:光敏电阻;光生伏特器件:雪崩光电管、光电池、光电二极管、光电三极管。

22.光电探测器的性能参数有哪些?详细叙述之。

答:量子效率:响应度:光谱响应:响应时间和频率响应:噪生等效功率:探

测度:线性度:。

23. 光电探测器的噪声主要来源于什么?答:热噪声;暗电流噪声;散粒噪声;低频噪声。

24.作为性能优良的光电探测器应具有哪三项基本条件?答:光吸收系数好;电子亲和力小;光电子在体内传输过程中受到的能量损失应该小,使其逸出深度大。

25.常见的光阴极材料有哪些?答:银氧铯;锑钾;锑铯。

26.光电倍增管的工作原理及结构(组成部分),他有什么特点?答:工作原理:光照射在光电阴极上,从光阴极激发出的光电子,在电场U1的加速下,打在第一个倍增级D1上,由于光电子能量很大,它打在倍增极上时就又激发出数个二次光电子,在电场U2的作用下,二次光电子又打在第二个倍增极上,又引起电子发射,如此下去,电子流迅速倍增,最后被阳极收集。组成部分:光电阴极、倍增极、阳极和真空管。特点:灵敏度高,稳定性好,响应速度快和噪声小,结构复杂,工作电压高,体积大。

27.光电倍增管的主要特性参数有哪些?试叙述他的三个时间特性的具体内容。答:灵敏度,放大倍数,光谱响应度,时间特性,线性度,最大额定值,不稳定性,暗电流,噪声与信噪比。时间特性三个参数:响应时间:阳极电流脉冲幅度从最大值的10%上升到90%所经过的时间;渡越时间:从光脉冲的顶点到阳极电流输出最大值所经历的时间;渡越时间分散:由于电子初速度不同,电子透镜场分布不同,电子走过的路不同,在光脉冲输入时,渡越时间不同。28.常用光敏电阻有哪些?答:硫化镉和硒化镉光敏电阻;硫化铅和硒化铅光敏电阻;砷化铟和锑化铟光敏电阻。

29.硅光电池有哪两种类型?有什么区别?

答:2DR型:以P型硅为基片,基片上扩散磷形成N型薄膜,构成PN结,受光面是N型层。2CR型:在N型硅片上扩散硼,形成薄P型层,构成PN结,受光面为P型层。

30.光电二极管主要工作特性有哪些?答:光谱响应;伏安特性;频率特性及噪声性能;

31.光电三极管与普通三极管有什么不同?为什么说光电三极管比光电二极管输出电流可以大很多?答:光电三极管在原理上相当于在普通三级管的基级和集电极间并联一个光电二极管。光电三极管的内增益大,故可以输出较大电流。

32.在进行光电测试应用设计任务时,应从哪几个方面入手?答:从四个方面入手:对社会需求的分析研究;明确仪器在系统中的地位;专利文件检索;正确进行科学实验。

36.简要说明光辐射产生的条件。答:平衡辐射:物体温度高于绝对零度;非平衡辐射:存在外界激励使物体偏离原来热平衡态。

33.什么是自发辐射、受激辐射和受激吸收,自发辐射和受激辐射有什么不同?答:自发辐射:处在高能级的原子,没有任何外界激励,自发地跃迁到低能级,并发射光子。受激辐射:处在高能级的原子,受到外来光子的激励,跃迁到低能级并发射光子。受激吸收:处在低能级的原子,受到光子的照射时,吸收光子而跃迁到高能级。

34.说明发光的原理。答:光是从实物中发射出来的,因为实物是由大量带电粒子组成的,粒子不断运动。当其运动受到骚扰时,就能发出电磁波。以孤立原子为例,其电子处于基极,当受到外界能量激励,电子产生跃迁,很短时间内电子又会重回基极,由能量守恒,重回基极过程中释放的能量以光的形式释放。

35.光产生的方法有哪些?答:电致发光;光致发光;生物发光;化学发光;热发光;阴极射线发光。

36.叙述光辐射的类型。答:平衡辐射:炽热物体的光辐射,又称热辐射,光谱是连续的;非平衡辐射,是在某种外界作用激发下,物体偏离原来热平衡态而产生的光辐射。

37光源的分类:1、热光源;2、气体放电光源;3、固体光源;4、激光光源;其中气体放电光源又分为开放式电火花放电光源以及封闭式气体放电管。38.光源选择的基本要求有哪些?可分为哪几种类型?答:发光光谱特性要求;发光强度要求;稳定性要求。激光光源、发光二极管、热辐射光源、气体发电光源。

39.白炽灯的种类。答:真空型:功率不能太高,温度在2400—2600k

充气型:2600---3000k wu原子在与空气碰撞后重回灯丝,因此温度比真空型高。

40.开放式气体放电光源的种类,气体灯的种类,电致发光屏的类型。

答:直流电弧、高压电容火花、高压交流电弧、碳弧;脉冲灯、燃烧式闪光泡、原子光谱灯;标准发光屏、直流粉末电致发光屏、薄膜电致发光屏。

41.发光二极管的主要特点是什么?答:发光亮度与正向电流之间有线性关系;响应速度极快;正向电压很低,容易与集成电路匹配使用;体积小,寿命长,单色性好;发光效率低,有效发光面小。

42.发光二极管的工作原理,常用种类及它的主要工作特性。答:电致发光:大量电子和空穴在PN结中相遇复合,并以光和热的形式发出能量。金属帽型、陶瓷型、全树脂型。发光效率、光谱特性、伏安特性、发光亮度、响应时间、寿命。

43.激光有哪些特点,产生激光需要哪些条件。

答:方向性强、单色性好、亮度高。激励源、谐振腔、工作介质。44.激光模式有哪几种,腔内光场分布一般用什么来表示,什么是纵模序数,横模序数。答:纵模:光场沿轴向的稳定分布。横模:激光腔内与轴向垂直的横截面内的稳定光场分纵模序数:沿腔轴方向上驻波节点数;横模序数:在光轴垂直方向上的任一截面内,光强在x,y方向上的极小值数目。

45.常用的激光器有哪些,它们所采用的工作物质有哪些,主要输出波长有哪些。答:气体激光器:氦氖、氩离子;0.6328nm.固体激光器:红宝石、玻璃;0.6943nm.染料激光器:二氯氧化硒;0.32-1nm.半导体激光器:砷化镓;840nm。

46、简述光电池、光电二极管的工作原理及区别?答:光电池和光电二极管都是基于光伏特效应的原理进行工作,只不过光电池可以工作在零偏状态下,是光伏工作模式,器件内阻远低于负载电阻,相当于一个恒压源;而光电二极管必须在反偏电压下才能工作,是光电导工作模式,器件内阻远大于负载电阻,此时器件相当于一个恒流源.

47、为什么发光二极管的PN结要加正向电压才能发光?而光电二极管要零偏

或反偏才能有光生伏特效应?答:1. p-n 结在外加正向偏压时,外加电压削弱内建电场,使空间电荷区变窄,载流子的扩散运动加强,构成少数载流子的注入,从而在p-n 结附近产生导带电子和价带空穴的复合。一个电子和一个空穴的一次复合将释放出与材料性质有关的一定复合能量,这些能量会以热能、光能或部分热能和部分光能的形式辐射出来,产生电致发光现象,这就是LED 的发光机理。因为p-n 结在外加正向偏压时,即使没有光照,电流也随着电压指数级在增加,所以有光照时,光电效应不明显。p-n 结必须在反向偏压的状态下,有明显的光电效应产生,这是因为p-n 结在反偏电压下产生的电流要饱和,所以光照增加时,得到的光生电流就会明显增加。

填空题

1.光度学的基本量是光强,其单位是坎德拉。一个光度学基本量单位定义为坎德拉是某一光源在给定方向上的发光强度,该光源发出频率为1254010?Hz 的单色辐射,且再次方向上的辐射强度为1/683瓦每球面度(W/sr )。

2.按照热辐射体的光谱辐射出射度()c M λ分布形式,热辐射体可类分为黑体、灰体和选择辐射体。

3.某光源的相对色温为T1意指该光源的光色于温度为T1的黑体的光色最接近。光源的色温为T2意指该光源的光色于温度为T2的黑体的光色完全一样。红色光源的色温比蓝色光源的色温低

4.卤钨灯玻壳内充有卤素气体。卤钨灯比通常的白炽灯寿命长,是由于卤钨循环减慢了钨的损耗。

5.要实现粒子数反转,激光增益介质的能级数至少为三能级。其中寿命较长的激光能级称为亚稳态。光学谐振腔的作用是选频,选方向,正反馈。二能级准分子能够实现受激辐射放大是因为基态上的粒子数基本为空

6.气体放电灯的工作原理为阴极产生初始电子,然后初始电子加速与气体分子碰撞,能量传给气体分子,使其激发、跃迁到高能级。然后受激发分子返回基态时,发射光子,即发光。

根据阴极电子的发射形式,气体放电可分为弧光放电和辉光放电两类

7.直流气体放电灯使用电阻型镇流器;低频交流气体放电灯使用电感型镇流器;高频气体放电灯使用电容型镇流器。

8.P 型半导体是向本征半导体中参入低价元素形成的。P 型半导体中的导电粒子为空穴。本征半导体的费米能级位于导带与禁带的中间。费米能级的位置随电子浓度的增加而升高。

9.激光调Q 技术中的Q 定义为腔内存储的能量与每秒钟损耗的能量值比,即02W πνχ。调Q 的实质是调节损耗率。激光的模包括横模和纵模。激光锁模技术中所指的模为纵模。锁模指使各纵模的初始位相差为恒定值。

10.一束线偏振光射入双折射晶体,通常会产生两束折射光。当一束线偏振光通过双折射晶体后,若只有一束折射光,则可能的原因有沿光轴垂直入射,沿

光轴平行入射和偏振方向刚好和o光或e光方向平行。

11.线性电光效应又称为普克尔效应;克尔效应属二阶电光效应。声光衍射可分为拉曼奈斯衍射和布拉格衍射,其中布拉格的衍射效率高。横向电光调制指所加调制电场方向与光波矢量方向垂直

12.异质p-n结指p端与n端为不同材料形成的p-n结

13.光束在非均匀介质中传播时,光束的传播路径为曲线。光束总是向折射率增加的方向弯曲。激光束的偏转可分为连续偏转和脉冲偏转。若用8位A/D数字化调制信号,然后,用脉冲编码强度调制传输此数字化电信号。接受端应使用8个脉冲信号来恢复原始模拟电信号。

14.激光锁模技术包括主动锁模、被动锁模和自锁模三类。

三(10分)绘出如下单异质P-N结的能带图。(a)图是接触前的P,N型半导体的能带图。在(b)图中绘出解除后的平衡态能带图,并标注关键参数

光电子技术期末考试试卷及其知识点大汇总

光电子技术期末考试试卷及其知识点大汇总

光电转换定律中的光电流与光功率成正比; 发生拉曼—纳斯衍射必须满足的条件是超声波频率低,光波平行声波面入射,声光作用长度短; .光束调制中,下面属于外调制的是声光调制; 红外辐射的波长为770-1000 nm;激光具有的优点为相干性好、亮度高单色性好;能发生光电导效应的半导体是本征型和杂质型;光敏电阻的光电特性由光电转换因子在强辐射作用下0.5; 电荷耦合器件分线阵CCD和面阵CCD;光通亮单位流明;硅光二极管主要适用于可见光及红外光谱区;光视效能K为最大值时的波长是555n m;可见光的波长范围为380 —780nm ; 电荷耦合器件的工作过程主要是信号的产生、存储、传输,检测;辐射通亮单位瓦特;

论述题

发光二极管;简称为LED。由镓(Ga)与砷(AS)、磷(P)的化合物制成的二极管,当电子与空穴复合时能辐射出可见光,因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯,或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光,磷化镓二极管发绿光,碳化硅二极管发黄光。它是半导体二极管的一种,可以把电能转化成光能。

工作原理发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成,也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后,从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子,在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合,产生自发辐射的荧光。不同

的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同,释放出的能量越多,则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。

光电二极管;由pn结或金属,半导体(肖特基)接触等构成,能够将光信号转变为电信号的半导体光电探测器件。和普通二极管一样,也是由一个PN结组成的半导体器件,也具有单方向导电特性。但在电路中它不是作整流元件,而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。光电二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。它的核心部分也是一个PN结,和普通二极管相比,在结构上不同的是,为了便于接受入射光照,PN结面积尽量做的大一些,电极面积尽量小些,而且PN结的结深很浅,一般小于1微米。

工作原理光电二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时,反向电流很小(一般小于0.1微安),称为暗电流。当有光照时,携带能量的光子进入PN结后,把能量传给共价键上的束缚电子,使部分电子挣脱共价键,从而产生电子---空穴对,称为光生载流子。

它们在反向电压作用下参加漂移运动,使反向电流明显变大,光的强度越大,反向电流也越大。这种特性称为“光电导”。光电二极管在一般照度的光线照射下,所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载,负载上就获得了电信号,而且这个电信号随着光的变化而相应变化。

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