1. 一氦氖激光器，发射波长为6.3287
10-?m 的激光束，辐射量为5mW ，光束的发散角为
1.03
10-?rad ，求此激光束的光通量及发光强度。又此激光器输出光束的截面（即放电毛细管的截面）直径为1mm ，求其亮度。
解：波长632.8nm 的光的视见函数值为=)(λV 0.238，W lm K m /683=则其激光束的光通量为：
e m v V K Φ??=Φ)(λ=683??238.05310-?=0.813lm
1弧度 = 1单位弧长/1单位半径, 1立体角=以该弧长为直径的圆面积/1单位半径的值的平方，则光束的发散角为1.03
10-?rad 时的立体角为
24
απ
=
Ω=
23)100.1(4
-??π
=0.79610-?sr
发光强度为：
cd I v
v 610035.1?=Ω
Φ=
亮度为：
2cos r
I
A I L v v v πθ=?=
=1.318212/10m cd ?
2．已知氦氖激光器输出的激光束束腰半径为0.5mm ，波长为632.8nm ，在离束腰100mm 处放置一个倒置的伽利略望远系统对激光束进行准直与扩束，伽利略望远系统的目镜焦距
mm f e 10-='，物镜焦距mm f o 100='
，试求经伽利略望远系统变换后激光束束腰大小、位
置、激光束的发散角和准直倍率。
解：已知束腰半径010.5w mm =，632.8nm λ=，束腰到目镜的距离为1100z mm =
∴可以求得目镜前主平面上的截面半径
2
10.50.502w w mm === 波阵曲面的曲率半径：
22
0122116
1 3.140.5(1())100(+())=-15488.857mm 100632.810
w R z z πλ-?=+=-?-??1
''
11111R R f -= ∴将115488.857mm R =-，'10f mm =-带入得'1R ：
''111111115488.85710
R R f =+=+--
∴'19.99R mm =-
由于'
1
10.502w w mm ==，所以根据'1w 和'1R 可以求出目镜后射出的光束的束腰
位置'1z 和束腰半径02w ：
'1020.00398w mm =
==
'2'1'
1
'6
122
2
19.99
z 9.99632.810(9.99)1()1()
3.140.502R mm R w λπ--===-??-++? 入射光束束腰离物镜距离为
mm d z z 99.99)10100(99.912-=---=-'
=
由2z 和02w 可以求出物镜前主面上的光束截面半径2w 和波面半径2R ：
20.00398 5.063w w mm === 220222226
2 3.140.00398(1())99.99(+())=-99.99mm 99.99632.810w R z z πλ-?=+=-?-??1 对光束进行物镜变换，求出物镜后主面上的光束截面半径'
2w 和波面半径'2R ：
'22 5.063w w mm ==
''2211111
99.99100
R R f =+=+- '2999900R mm =-
由'
2w 和'2R 可知：求出最后的束腰位置'2z 和束腰半径03w ：
'2'2'
2'6
222
2
2999900
z 15923.18632.810(999900)1()1()3.14 5.063
R mm R w λπ--===-??-++?
'203 5.023w mm =
==
扩束后远场发散角：
-6
''
-503632.810=4.01103.14 5.023
rad w λ
θπ?==??
入射时的发散角：
-6
-40632.810=4.03103.140.5
rad w λθπ?==??
所以激光束的准直倍率为：
4
''5
4.031010.054.0110T θθ--?===?
3. 为使氦氖激光器的相干长度达到1km,它的单色性λ
λ
?是多少?
解: 氦氖激光器的光波长为632.8nm 。 光源的相干长度：
λ
λλλλ?=?=2c L =13
10?m
所以，光源的单色性：
==?c L λ
λλ
3710
110328.6??-=6.3281010-?。 4．设一对激光能级为1E 和2E （21g g =），两能级间的跃迁频率为ν（相应的波长为λ），能级上的粒子数密度分别为1n 和2n ，试求： （1）当ν=3000MHz 、T=300K 时，12/n n =？ （2）当m μλ1=，T=300K 时，12/n n =？ （3）当m μλ1=，12/n n =0.2时，T=？
解：原子从一个能级跃迁到另一个能级所吸收或辐射的能量与跃迁频率间的关系为：
νh E E =-12 （1）
=h 6.6253410-?Js ：普朗克常数
λ
νc
=
：光频与光波长的相应关系
s m c /100.38?=：真空中的光速
热平衡状态下，腔内物质的粒子数密度按能级分布应服从玻耳兹曼分布，即：
kT
E E e n n 121
2
--= （2）
K J k /1038.123?=
根据公式（1）和（2），则知：
（1）当ν=3000MHz 、T=300K 时，
kT
E E e n n 121
2
--==kT
h e
ν-
=50
108.4-?-e
=0.9995
（2）当m μλ1=，T=300K 时，
kT
E E e n n 121
2
--==kT
hc e λ/-=45
108.4-?-e
=
()()
211233412104174.11038062.110626.6ex p ex p ----?=????
??-=-=T
K J c
S J KT h n n λν （3）当m μλ1=，12/n n =0.2时
kT
E E 1
2--
=ln(0.2) ()K n n K c
S J n n K h T 31
2341
210948.8ln
10626.6ln
?=????-
=?-
=-λν
5. 有一台输出波长为 632.8nm ,线宽为1000Hz,输出功率为 1mW 的氦氖激光器，发散角为 1mrad 。问：(1)每秒发出的光子数目是多少？ (2) 如果输出光束的直径是 1mm ，那么对于一个黑体来说，要求它从相等的面积上以及整个相同的频率间隔内，发射出与激光器发射相同的光子，所需温度应为多高？ 解：（1）设激光器在时间t 内输出的总能量为W ，
由题意可知，激光器输出功率为P=1mW ，所以W=Pt ； 设时间t 内发出的光子数目为N ，
又激光器输出的总能量W Nhv =，其中N 为时间t 内发出的光子数目，hv 为光子能量，
=h 6.6253410-?Js ：普朗克常数
λ
νc
=
：光频与光波长的相应关系
所以，每秒发出的光子数目是15
3.1810?个。
6．若Fabry-Pero 平面干涉仪的腔长为4.5cm ，它的自由谱宽为多少？能分辨m μλ6.0=，
nm 01.0=?λ得氦氖激光谱线吗？
解：F-P 标准具的自由光谱范围为：
h R S 2)(2
)
,(λλ=?=9
3
261018.010
2)106.0(---?=??=0.18nm nm nm R S 01.018.0)(),(>=?λ
故不能分辨m μλ6.0=，nm 01.0=?λ得氦氖激光谱线。
7．设圆形镜共焦腔长m L 1=，试求纵模间隔q v ?和横模间隔m v ?、n v ?。若振荡阈值以上的增益线宽为100MHz ，试问：是否可能有两个以上的纵模同时振荡，是否可能有两个以上
的不同横模同时振荡，为什么？
解：对于圆形镜共焦腔，其腔长和圆形反射镜的曲率半径相等，假设R1，R2为谐振腔的两个反射镜的曲率半径，则L R R ==21 纵模间隔q v ?：
MHz
Hz L c v q 150105.11
2103288
=?=??==?
横模间隔n m v v ?=?
??
?
????????????????? ??-???? ??-?=?=?2
/12111arccos 1R L R L v v v q n m π=2q v ?=300MHz 所以，当振荡阈值以上的增益线宽为100MHz 时，不可能有两个以上的纵模同时振荡，也不
可能有两个以上的不同横模同时振荡。
i q 45.0-∞=∞
9．已知输出功率为1w 的氩离子激光器，光束波长为514.5nm ，在z=0处的最小光斑尺寸
mm 20=?。求：（1）在光斑尺寸达到1cm 时，该光束传播多远？（2）在该距离处相位面
的曲率半径等于多少？（3）电场在r=0处的振幅为多少？ 解：（1）高斯光束的光斑半径：
2
200
1)(???
?
??+=π?λ??z z
已知mm 20=?，nm
5.514=λ
所以，当cm z 1)(=? 时，可得到：
m z 65.119=
（2）等相位面的曲率半径
???
?
???????? ??+=220
1)(z z z R λπ?
所以m z R 64.124)(=
(3)电场在光斑尺寸达到1cm ，r=0时的振幅为：
)
(0
22
)
(),(z r e z E z r E ???-
=
则，)
(),0(0
z E z E ??=＝0.2W 10．半导体激光器发射光子的能量近似等于材料的禁带宽度，已知GaAs 材料的Eg=1.43eV 某一InGaAs 材料的Eg=0.96eV ，求这种激光器的发射波长。 解：E hv ?=，=h 6.62534
10-?Js ：普朗克常数
且λ
c
v =
，1J eV 19
10
602.1-?=
所以，激光器的发射波长
19
8
3410602.1)96.043.1(10310625.6--??-???=?=E hc λ=2.640um
11．何为大气窗口？试分析光谱位于大气窗口内的光辐射的大气衰减因素？
答：电磁波通过大气层较少被反射、吸收和散射的哪些透射率高的波段成为大气窗口，通常把太阳光透过大气层时透过率较高的光谱称为大气窗口。大气窗口的光谱段主要有：微波波段(300~1GHz/0.8~2.5cm)，热红外波段(8~14um)，中红外波段(3.5~5.5um)，近紫外、可见光和近红外波段(0.3~1.3um ，1.5~1.8um)。
光谱位于大气窗口内的光辐射的大气衰减因素：大气分子的吸收、大气分子散射、大气气溶胶的衰减。
12．何为大气湍流效应？大气湍流对光束的传播产生哪些影响？
答：大气的一种无规则漩涡流动，流体质点的运动轨迹十分复杂，既有横向运动，又有纵向运动，空间的每一个点的运动速度围绕某一平均值随机起伏。这种湍流状态将使激光辐射在传播过程中随机地改变其光波参量，是光束质量受到
严重影响，出现所谓光束截面内的强度闪烁、光束的弯曲和漂移（亦称方向抖动）、光束弥散畸变以及空间相干性退化等现象，统称为大气湍流效应。
大气湍流对光束的传播产生的影响：大气湍流运动使大气折射率引起的这种起伏的性质，使光波参量（振幅和相位）产生随机起伏，造成光束的闪速、弯曲、扩展、空间相干性降低、偏振状态起伏等。
13.若取s m v s /616=，35.2=n ，10=s f MHz ，m μλ6328.00=，试估算发生拉曼-纳斯衍射所允许的最大晶体长度=max L ？
解： 根据拉曼-纳斯衍射的特点，并考虑声束的宽度，当光波传播方向上声束的宽度L 满足条件：
2
04λλs n L L ≈<
才会产生多级衍射，故发生拉曼-纳斯衍射所允许的最大晶体长度
2
max 4λλ
s n L = 且s s s f v =λ
所以=max L 0.35229mm
14.考虑熔融石英中的声光布喇格衍射，若取m μλ6328.00=，46.1=n ，
s m v s /1097.53?=，100=s f MHz ，计算布喇格角B θ。
解：当入射光与声波面间夹角满足一定条件时，介质内各级衍射光会相互干涉，各高级次衍
射光相互抵消，只出现0级和+1级（或-1级）衍射光，即产生布喇格衍射，各衍射光相干加强条件，光程差为光波长整数倍，即
)1,0()sin (sin ±==+m n
m
d i s λ
θθλ
考虑到d i θθ=，所以
s s
s B f nv n 22sin λ
λλθ==
式中B d i θθθ==，B θ为布喇格衍射角。
由题意：m μλ6328.00=，46.1=n ，s m v s /1097.53
?=，100=s f MHz 得：
63
6
1010010
97.546.12106328.0sin ??????=-B θ=0.00363 布喇格角 ：3
arcsin(3.6310)0.208B θ-=?=
15. 今有一4/Λ=L 的自聚焦光纤，试画出一束平行光和会聚光入射其端面时，光纤中和输出端面上的光线图，并说明为什么？ 解：对于A
L 24π=Λ=
的自聚焦光纤，可得： A
n f )0(1
=
'，且自聚焦光纤的物方焦点和像方焦点分别位于光纤的输入和输出端面，其
等效光组可表示为：
16．光纤色散、带宽和脉冲展宽之间有什么关系?对光纤传输容量产生什么影响?
答：光纤色散是指光纤中携带信号能量的光脉冲由不同频率成分和不同模式成分组成，他们具有不同的传播速度，在传播过程中相位关系发生变化，各模式以不同时刻到达光纤的出射面，从而引起光脉冲展宽。
光纤色散引起光脉冲展宽，容易形成码间干扰，导致传输码的失误，从而减小通信容量，同时会限制光纤的传输距离。 或者：
光纤的色散会使脉冲信号展宽，即限制了光纤的带宽或传输容量。一般说来，单模光纤的脉冲展宽与色散有下列关系：δλτ??=?L d 即由于各传输模经历的光程不同而引起的脉
冲展宽。
如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！
第一章 2. 如图所示，设小面源的面积为?A s ，辐射亮度为L e ，面源法线与l 0 的夹角为?s ；被照面的面积为?A c ，到面源?A s 的距离为l 0。若?c 为辐射在被照面?A c 的入射角，试计算小面源在?A c 上产生的辐射照度。 解：亮度定义: r r e e A dI L θ?cos = 强度定义:Ω Φ =d d I e e 可得辐射通量：Ω?=Φd A L d s s e e θcos 在给定方向上立体角为： 2 cos l A d c c θ?= Ω 则在小面源在?A c 上辐射照度为：2 cos cos l A L dA d E c s s e e e θθ?=Φ= 3.假如有一个按朗伯余弦定律发射辐射的大扩展源（如红外装置面对 的天空背景），其各处的辐亮度L e 均相同，试计算该扩展源在面积为A d 的探测器表面上产生的辐照度。 答：由θcos dA d d L e ΩΦ = 得θcos dA d L d e Ω=Φ，且() 2 2cos r l A d d +=Ωθ 则辐照度：()e e e L d r l rdr l L E πθπ =+=? ?∞ 20 0222 2 7.黑体辐射曲线下的面积等于等于在相应温度下黑体的辐射出射度M 。试有普朗克的辐射公式导出M 与温度T 的四次方成正比，即 M=常数4T ?。这一关系式称斯特藩-波耳兹曼定律，其中常数为5.67?10-8W/m 2K 4 解答：教材P9，对公式2 1 5 1 ()1 e C T C M T e λλλ= -进行积分即可证明。 第二章 3．对于3m 晶体LiNbO3，试求外场分别加在x,y 和z 轴方向的感应主折射率及相应的相位延迟（这里只求外场加在x 方向上） 解：铌酸锂晶体是负单轴晶体，即n x =n y =n 0、n z ＝n e 。它所属的三方晶系3m 点群电光系数有四个，即γ22、γ13、γ33、γ51。电光系数矩阵为： 第1.2题图
光电子技术安毓英习题答案-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
第一章 1. 设在半径为R c 的圆盘中心法线上，距盘圆中心为l 0处有一个辐射强度为I e 的点源S ，如图所示。试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。 解：因为 ΩΦd d e e I = ， 且 ()??? ? ??+- =-===Ω?22000212cos 12sin c R R l l d d r dS d c πθπ?θθ 所以??? ? ??+-=Ω=Φ220012c e e e R l l I d I π 2. 如图所示，设小面源的面积为A s ，辐射亮度为L e ，面源法线 与l 0的夹角为s ；被照面的面积为A c ，到面源A s 的距离为l 0。若c 为辐射在被照面A c 的入射角，试计算小面源在A c 上产生的辐射照度。 解：亮度定义: r r e e A dI L θ?cos = 强度定义:Ω Φ =d d I e e 可得辐射通量：Ω?=Φd A L d s s e e θcos 在给定方向上立体角为：2 cos l A d c c θ?= Ω 则在小面源在?A c 上辐射照度为：20 cos cos l A L dA d E c s s e e e θθ?=Φ= 3.假如有一个按朗伯余弦定律发射辐射的大扩展源（如红外装置面对的天空背景），其各处的辐亮度L e 均相同，试计算该扩展源在面积为A d 的探测器表面上产生的辐照度。 答：由θcos dA d d L e ΩΦ = 得θcos dA d L d e Ω=Φ，且() 2 2cos r l A d d +=Ωθ 则辐照度：()e e e L d r l rdr l L E πθπ =+=? ?∞ 20 0222 2 4. 霓虹灯发的光是热辐射吗？ l 0 S R c L e A s A c l 0 s c 第1.2题图
第一章 1. 设在半径为R c 的圆盘中心法线上，距盘圆中心为l 0处有一个辐射强度为I e 的点源S ，如图所示。试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。 解：因为 ， 且 ()??? ? ??+- =-===Ω?22000212cos 12sin c R R l l d d r dS d c πθπ?θθ 所以??? ? ??+-=Ω=Φ220012c e e e R l l I d I π 2. 如图所示，设小面源的面积为?A s ，辐射亮度为L e ，面源法线 与l 0的夹角为θs ；被照面的面积为?A c ，到面源?A s 的距离为l 0。若θc 为辐射在被照面?A c 的入射角，试计算小面源在?A c 上产生的辐射照度。 解：亮度定义: 强度定义:Ω Φ =d d I e e 可得辐射通量：Ω?=Φd A L d s s e e θcos 在给定方向上立体角为：2 0cos l A d c c θ?= Ω 则在小面源在?A c 上辐射照度为：20 cos cos l A L dA d E c s s e e e θθ?=Φ= 3.假如有一个按朗伯余弦定律发射辐射的大扩展源（如红外装置面对的天空背景），其各处的辐亮度L e 均相同，试计算该扩展源在面积为A d 的探测器表面上产生的辐照度。 答：由θcos dA d d L e ΩΦ = 得θcos dA d L d e Ω=Φ，且() 2 2cos r l A d d +=Ωθ 则辐照度：()e e e L d r l rdr l L E πθπ =+=? ?∞ 20 0222 2 4. 霓虹灯发的光是热辐射吗？ ΩΦd d e e I = r r e e A dI L θ?cos = 第1.1题图 第1.2题图
西南科技大学2013-2014-2 学期 《光电子技术》本科期末考试试卷（ A 卷）课程代码 1 6 3 9 9 0 1 9 0 命题单位理学院：专业物理教研室 一、单选题（每题 2 分，共20 分） 1、光电子技术主要研究（）。 A. 光与物质中的电子相互作用及其能量相互转换的一门技术 B. 光电子材料制备的一门技术 C. 光信息转换成电信息的一门技术 D. 介绍光电器件的原理、结构和性能参数的一门科学 2、波长为0.78 μm的光子能量为（）。 A.3.2eV B.1.59eV C.1.24eV D.2.4eV 3、光波在大气中传播时，气体分子及气溶胶的（）会引起光束能量的衰减。 A. 折射和反射 B. 吸收和散射 C. 弯曲和漂移 D. 湍流和闪烁 4、将2012 年诺贝尔物理学奖授予法国科学家沙吉·哈罗彻（Serge Haroche ）与美国科学家大卫·温兰德（David J. Wineland ）。大卫·维因兰德是利用光或光子来捕捉、控制以及测量带电原子或者离子，而沙吉·哈罗彻通过发射原子穿过阱，控制并测量捕获的（）。 A. 光子或粒子 B. 电子 C.载流子 D.声子 5、光纤是一种能够传输光频电磁波的介质波导，其结构上由（）组成。 A. 纤芯、包层和护套 B.单模和多模 C. 塑料、晶体和硅 D. 阶跃和梯度光纤 6、直接调制是把要传递的信息转变为（）信号注入半导体光源，从而获得调制光信号。 A. 电流 B. 电压 C. 光脉冲 D. 正弦波7、以下基于光电导效应制成的光电器件是（）。 A. 光敏电阻 B.光电管 C.雪崩光敏二极管 D. 光电池 8、光电成像转换过程需要研究（）。 A. 能量、成像、噪声和传递 B. 产生、存储、转移和检测 C. 调制、探测、成像和显示 D. 共轭、放大、分辨和聚焦 9、微光光电成像系统的工作条件就是环境照度低于（）l x 。 A. 0.1 B. 0.01 C. 0.001 D. 0.0001 10、PDP 单元虽是脉冲放电，但在一个周期内它发光（）次，维持电压脉冲宽度通常5~10μs，幅度90V~100V ，工作频率范围30KHz~50KHz ，因此光脉冲重复频率在数万次以上，人眼不会感到闪烁。
第一章 2. 如图所示，设小面源的面积为?A s ，辐射亮度为L e ，面源法线与l 0 的夹角为θs ；被照面的面积为?A c ，到面源?A s 的距离为l 0。若θc 为辐射在被照面?A c 的入射角，试计算小面源在?A c 上产生的辐射照度。 解：亮度定义: r r e e A dI L θ?cos = 强度定义:Ω Φ =d d I e e 可得辐射通量：Ω?=Φd A L d s s e e θcos 在给定方向上立体角为： 2 cos l A d c c θ?= Ω 则在小面源在?A c 上辐射照度为：2 cos cos l A L dA d E c s s e e e θθ?=Φ= 3.假如有一个按朗伯余弦定律发射辐射的大扩展源（如红外装置面对 的天空背景），其各处的辐亮度L e 均相同，试计算该扩展源在面积为A d 的探测器表面上产生的辐照度。 答：由θcos dA d d L e ΩΦ = 得θcos dA d L d e Ω=Φ，且() 2 2cos r l A d d +=Ωθ 则辐照度：()e e e L d r l rdr l L E πθπ =+=? ?∞ 20 0222 2 7.黑体辐射曲线下的面积等于等于在相应温度下黑体的辐射出射度M 。试有普朗克的辐射公式导出M 与温度T 的四次方成正比，即 M=常数4T ?。这一关系式称斯特藩-波耳兹曼定律，其中常数为 5.6710-8W/m 2K 4 解答：教材P9，对公式2 1 5 1 ()1 e C T C M T e λλλ=-进行积分即可证明。 第二章 3．对于3m 晶体LiNbO3，试求外场分别加在x,y 和z 轴方向的感应主折射率及相应的相位延迟（这里只求外场加在x 方向上） 解：铌酸锂晶体是负单轴晶体，即n x =n y =n 0、n z ＝n e 。它所属的三方晶系3m 点群电光系数有四个，即γ22、γ13、γ33、γ51。电光系数矩阵为： L e ?A s ?A c l 0 θs θc 第1.2题图
《光电子技术》期末考试试卷（A卷） 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、2009年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.热电探测元件 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型
西南科技大学2009—2010学年第1学期 《 光电子技术》期末考试试卷（A ） 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”，其光栅常数等于光波波长λ。 ( 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 t P ?-??-??μμ22 。
1.1可见光的波长、频率和光子的能量范围分别是多少？ 波长：380~780nm 400~760nm 频率：385T~790THz 400T~750THz 能量：1.6~3.2eV 1.2辐射度量与光度量的根本区别是什么？为什么量子流速率的计算公式中不能出现光度量？ 为了定量分析光与物质相互作用所产生的光电效应，分析光电敏感器件的光电特性，以及用光电敏感器件进行光谱、光度的定量计算，常需要对光辐射给出相应的计量参数和量纲。辐射度量与光度量是光辐射的两种不同的度量方法。根本区别在于：前者是物理（或客观）的计量方法，称为辐射度量学计量方法或辐射度参数，它适用于整个电磁辐射谱区，对辐射量进行物理的计量；后者是生理（或主观）的计量方法，是以人眼所能看见的光对大脑的刺激程度来对光进行计算，称为光度参数。因为光度参数只适用于0.38~0.78um 的可见光谱区域，是对光强度的主观评价，超过这个谱区，光度参数没有任何意义。而量子流是在整个电磁辐射，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量.光源在给定波长λ处，将λ～λ+d λ范围内发射的辐射通量 d Φe ，除以该波长λ的光子能量h ν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。 1.3一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.5m 的高处，用照度计测得正下方地面的照度为30lx ，求出该灯的光通量。 Φ=L*4πR^2=30*4*3.14*1.5^2=848.23lx 1.4一支氦-氖激光器（波长为63 2.8nm ）发出激光的功率为2mW 。该激光束的平面发散角为1mrad,激光器的放电毛细管为1mm 。 求出该激光束的光通量、发光强度、光亮度、光出射度。 若激光束投射在10m 远的白色漫反射屏上，该漫反射屏的发射比为0.85，求该屏上的光亮度。 322 51122()()()6830.2652100.362()()22(1cos )()0.362 1.15102(1cos )2(1cos 0.001) 1.4610/cos cos cos 0 ()0.3v m e v v v v v v v v v v v K V lm d I d S Rh R R I cd dI I I L cd m dS S r d M dS λλλλλππθλπθπθθπλ-Φ=Φ=???=Φ?Φ= =Ω?Ω ??Ω===-?Φ===?--??====??Φ==52262 4.610/0.0005lm m π=??'2' ''22 2' '2'2 '100.0005(6)0.850.850.85cos 0.85155/cos 2v v v v v v v v l m r m P d r M E L dS l r L d dM l L cd m d dS d πθπθπ =>>=Φ===??Φ====ΩΩ
光电子技术基础考试题及答案 一、选择题 1.光通量的单位是（ B ）. A.坎德拉 B.流明 C.熙提 D.勒克斯 2. 辐射通量φe的单位是（ B ） A 焦耳 (J) B 瓦特 (W) C每球面度 (W/Sr) D坎德拉(cd) 3.发光强度的单位是（ A ）. A.坎德拉 B.流明 C.熙提 D.勒克斯 4.光照度的单位是（ D ）. A.坎德拉 B.流明 C.熙提 D.勒克斯 5.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 6. 硅光二极管在适当偏置时，其光电流与入射辐射通量有良好的线性关系，且动态范围较大。适当偏置是（D） A 恒流 B 自偏置 C 零伏偏置 D 反向偏置 7.2009年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
8.下列哪个不属于激光调制器的是（ D ） A.电光调制器 B.声光调制器 C.磁光调制器 D.压光调制器 9.电光晶体的非线性电光效应主要与（ C ）有关 A.内加电场 B.激光波长 C.晶体性质 D.晶体折射率变化量 10.激光调制按其调制的性质有（ C ） A.连续调制 B.脉冲调制 C.相位调制 D.光伏调制 11.不属于光电探测器的是（ D ） A.光电导探测器 B.光伏探测器 C.光磁电探测器 D.热电探测元件 https://www.doczj.com/doc/8318920657.html,D 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 13.LCD显示器，可以分为（ ABCD ） A. TN型 B. STN型 C. TFT型 D. DSTN型 14.掺杂型探测器是由（ D ）之间的电子-空穴对符合产生的，激励过程是使半导体中的载 流子从平衡状态激发到非平衡状态的激发态。 A.禁带 B.分子 C.粒子 D.能带 15.激光具有的优点为相干性好、亮度高及（ B ） A色性好 B单色性好 C 吸收性强 D吸收性弱 16.红外辐射的波长为（ D ）. A 100-280nm B 380-440 nm C 640-770 nm D 770-1000 nm 17.可见光的波长范围为（ C ）.
西南科技大学2009——2010学年第1学期《光电子技术》期末考试试卷（A卷）
西南科技大学2009——2010学年第1学期 《光电子技术》期末考试试卷（A卷） 31、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。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。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。5分32、答： 转移效率：电荷包在进行每一次转移中的效率；2分
不均匀度：包括光敏元件的不均匀与CCD的不均匀；2分暗电流：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分噪声：可以归纳为散粒噪声、转移噪声和热噪声；1分 参考答案及评分细则 西南科技大学2009——2010学年第1学期 《光电子技术》期末考试试卷（A卷） 分辨率：是指摄像器件对物像中明暗细节的分辨能力；1分动态范围和线性度：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33、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。等离子体是一种很好的导电体，利用经过巧妙设计的电场和磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。4分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。1分等离子体显示技术（Plasma Display）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的可见光。5分
赖老师的课到期中考试为止一共有9次作业，依次分别由冯成坤、饶文涛、黄善津、刘明凯、郑致远、黄瑜、陈奕峰、周维鸥和陆锦洪同学整理，谨此致谢！ 作业一： 1、桌上有一本书，书与灯至桌面垂直线的垂足相距半米。若灯泡可上下移动，灯在桌上面多高时，书上照度最大（假设 灯的发光强度各向通性，为I0） 解：设书的面积为dA ，则根据照度的定义公式： dA d I dA d E 0Ω==φ （1） 其中Ωd 为上图所示的立体角。 因而有： 2/32222) h (L h dA h L cos dA d +?=+?= Ωθ （2） 将（2）式代入（1）式得到： 2 /3220)h (L h I E += （3） 为求最大照度，对（3）式求导并令其等于零， 计算得： 因而，当高度为m 221 时书上的照度最大。 2、设He-Ne 激光器中放电管直径为1mm ，发出波长为6328埃的激光束，全发散角为=10-3rad ，辐射通量为3mW ，视见函数取 V(6328)=，求： （1）光通量，发光强度，沿轴线方向的亮度 （2）离激光器10米远处观察屏上照明区中心的照度 （3）若人眼只宜看一熙提的亮度，保护眼镜的透射系数应为多少 解：（1）光通量：lm 49.010324.0638V K 3m v =???=Φ??=Φ-θ 发光强度：cd 1024.64 d d I 52v v ?≈Φ=ΩΦ=θπ 亮度：2112 35m /cd 1059.7)10(4 1024.6dAcos dI L ?≈??==-πθ轴 （2）由题意知，10米远处的照明区域直径为： 从而照度为：lx 9.6238)10(4149.0D 4E 2 22 v =??=Φ=-ππ （3）透射率：8114 1026.110 95.710L 1T -?≈?==轴（熙提）
重庆大学“光电子技术”课程试卷 2011~20012学年 第一学期 开课学院： 光电工程学院 课程号： 12001025 考试日期： 2010.12.29 考试方式： 考试时间：120分钟 一、 概念题（３分/每小题，共4５分） 1. 写出麦克斯韦方程组的积分形式及其物理意义： jie 2. 光波在介质界面两侧肯定跃变的量是： jie 3. 电场和磁场两者关系是： 077 4. 自发辐射和受激辐射有什么区别？ jie 5. 以布儒斯特角入射时，反射光和透射光分别含有哪些偏振分量： 6. 产生激光器的条件有哪些？ 7. 要探非常微弱的光信号，PIN 必须采用（ ）接法，这种接法的主要 缺点是（ ） 8. 光纤射出光纤的发散角与数字孔径的关系？ 9. 画出LED 、PIN 的输入输出曲线 202 10. APD 的增益与偏压、温度呈什么变化趋势？ jie 11. 声光调制能够改变入射光波哪些参量？ 12. 相关检测时，对参考信号有什么要求： 13. 多模光纤受到微弯损耗时，什么模最敏感？ 14. 光纤通信系统中最大无中继距离由哪些因素决定： 命题人：邹建 组题人： 审题人：潘英俊 命题时间： 教务处制 学院 专业、班 年级 学号 姓名 公平竞争、诚实守信、严肃考纪、拒绝作弊 封 线 密
15.磁光调制改变的光波什么量？ 二、简述题（3０分） １．光纤大电流传感器系统中，如果最大电流导致的偏转角超越了检偏器的通光轴，会导致什么结果？要求画图说明（１5分） ２．使用光子计数法探测微弱光信号时，预先测出计数窗口为2-3.4V，大于3.4V 的计数速率为500/分钟，某次实验时，窗口内计数为300000/分钟，大于 3.4V的计数速率为5000/分钟，请问：（15分） 1、此时该计数结果是否正常？ 2、估算误差大约有多少？ 3、如何让光子计数更加准确？ 三、分析、计算题（1０分） 试用菲涅耳公式计算，当光从空气中垂直射向水面时，能够从水面反射多少比例 的光功率，水的折射率1.33（１０分） 四、设计题（１５分） 设计一个光纤位移测试系统，采用光纤-光纤耦合原理，即耦合效率与光纤位置有关。要求画出原理框图，尽量给出定量的计算公式。
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、2009 年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 件 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 型 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 波 波 长
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=hv 2、光子具有运动质量m，m=E/c2=hv/c2 3、光子的动量与单色平面波矢对应：P=?k 4、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
习 题1 1. 设在半径为R c 的圆盘中心法线上，距盘圆中心为l 0处有一个辐射强度为I e 的点源S ，如图所示。试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。 解：ΩΦd d e e I =， 20 2 πd l R c =Ω 20 2 e πd d l R I I c e e ==ΩΦ 2. 如图所示，设小面源的面积为?A s ，辐射亮度为L e ，面源法线与l 0的夹角为θs ；被照面的面积为?A c ，到面源?A s 的距离为l 0。若θc 为辐射在被照面?A c 的入射角，试计算小面源在?A c 上产生的辐射照度。 解：用定义r r e e A dI L θ?cos = 和A E e e d d Φ=求解。 3.假设有一个按郎伯余弦定律发射辐射的大扩展源（如红外装置面对的天空背景），其各处的辐亮度e L 均相同。试计算该扩展源在面积为d A 的探测器表面上产生的辐照度。 解：辐射亮度定义为面辐射源在某一给定方向上的辐射通量，因为余弦辐射体的辐射亮度为 eo e eo dI L L dS = = 得到余弦辐射体的面元dS 向半空间的辐射通量为 0e e e d L dS L dS ππΦ== 又因为在辐射接收面上的辐射照度e E 定义为照射在面元上的辐射通量e d Φ与该面元的面积dA 之比，即e e d E dA Φ= 所以该扩展源在面积为d A 的探测器表面上产生的辐照度为e e d L dS E A π= 单位是2 /W m 4. 霓虹灯发的光是热辐射吗？ 解： 不是热辐射。 5刚粉刷完的房间从房外远处看，它的窗口总显得特别黑暗，这是为什么？ 解：因为刚粉刷完的房间需要吸收光线，故从房外远处看它的窗口总显得特别黑暗 第1题图 第2题图
西南科技大学2012-2013-2学期 《光电子技术》本科期末考试试卷（B卷） 一、单选题（共20分，2分/题） 1、光电子技术发展的首要标志是（）的出现。 A.液晶电视 B.光纤通讯 C.摄像机 D.激光器 2、以下是对四种激光器的描述，其中不正确的是（）。 A.固体激光器主要采用光泵浦，工作物质中的激活粒子吸收光能，形成粒子数反转，产生激光 B.气体激光器从真空紫外到远红外，既可以连续方式工作，也可以脉冲方式工作 C.半导体激光器利用电子在能带间跃迁发光，使光振荡和反馈，产生光的辐射放大，从而输出激光 D.光纤激光器采用光纤做增益介质，具有很小的表面积与体积比 3、激光在大气中传播时，分子散射系数与光波长的（）。 A.平方成正比 B.平方成反比 C.四次成正比 D.四次方成反比 4、将2010年诺贝尔物理学奖授予荷兰籍物理学家海姆和拥有英国与俄罗斯双重国籍的物理学家诺沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。其中石墨烯可以用于制造（）。 A.光纤面板 https://www.doczj.com/doc/8318920657.html,D存贮器 C.电光晶体 D. 光子传感器 5、要实现脉冲编码调制，必须进行三个过程，就是（）。 A.编码→抽样→量化 B. 编码→量化→抽样 C. 抽样→编码→量化 D. 抽样→量化→编码 6、下列有关量子效率的描述，其中正确说法的是（）。 A.量子效率就是探测器吸收的光子数与激发的电子数之比 B.量子效率只是探测器的宏观量的描述。 C.量子效率与灵敏度成反比而正比于波长 D.如果探测器吸收一个光子而产生一个电子，其量子效率为100% 7、光敏电阻适用于( ) 。 A.光的测量元件 B.发光元件 C.加热元件 D.光电导开关元件 8、CCD是以（）作为信号。 A.电流 B.电压 C. 光子 D.电荷 9、CRT中的电子枪主要功能是（）。 A.电信号转换成光信号 B.光信号转换成电信号 C.光信号先转换成电信号，再转换成光图像 D.电子束的发射、调制、加速、聚集 10、关于液晶的分类，下列说法正确的是( )。 A.向列相液晶中分子分层排列，逐层叠合，相邻两层间分子长轴逐层有微小的转角
光电子技术题库及答案 (完整版) 第一章 2. 如图所示，设小面源的面积为?A s ，辐射亮度为L e ，面源法线与l 0 的夹角为θs ；被照面的面积为?A c ，到面源?A s 的距离为l 0。若θc 为辐射在被照面?A c 的入射角，试计算小面源在?A c 上产生的辐射照度。 解：亮度定义: r r e e A dI L θ?cos = 强度定义:Ω Φ =d d I e e 可得辐射通量：Ω?=Φd A L d s s e e θcos 在给定方向上立体角为： 2 cos l A d c c θ?= Ω 则在小面源在?A c 上辐射照度为：2 cos cos l A L dA d E c s s e e e θθ?=Φ= 3.假如有一个按朗伯余弦定律发射辐射的大扩展源（如红外装置面对 的天空背景），其各处的辐亮度L e 均相同，试计算该扩展源在面积为A d 的探测器表面上产生的辐照度。 答：由θcos dA d d L e ΩΦ = 得θcos dA d L d e Ω=Φ，且() 2 2cos r l A d d +=Ωθ 则辐照度：()e e e L d r l rdr l L E πθπ =+=? ?∞ 20 0222 2 7.黑体辐射曲线下的面积等于等于在相应温度下黑体的辐射出射度M 。试有普朗克的辐射公式导出M 与温度T 的四次方成正比，即 M=常数4T ?。这一关系式称斯特藩-波耳兹曼定律，其中常数为 5.6710-8W/m 2K 4 解答：教材P9，对公式2 1 5 1 ()1 e C T C M T e λλλ=-进行积分即可证明。 第二章 3．对于3m 晶体LiNbO3，试求外场分别加在x,y 和z 轴方向的感应主折射率及相应的相位延迟（这里只求外场加在x 方向上） 解：铌酸锂晶体是负单轴晶体，即n x =n y =n 0、n z ＝n e 。它所属的三方晶 L e ?A s ?A c l 0 θs θc 第1.2题图
西南科技大学2009—2010学年第1学期 《光电子技术》期末考试试卷（A卷） 学院： ___ 班级: 姓名：学号： ___________ 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、2009年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.热电探测元件 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型 西南科技大学2009—2010学年第1学期 《光电子技术》期末考试试卷（A） 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”，其光栅常数等于光波波长λ。 ( 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 )
8. 使用棱镜耦合将光耦合进入单模光纤中，若棱镜系统的数值孔径NA 是0.3，光源波长是532.8nm ，如果想要单模光纤与棱镜系统的数值孔径匹配，则其纤芯最大可以是多少？试从结果讨论其可行性。 答：单模光纤需要满足：*.. 2.41a N A c ω<=> 2.41.. a N A λ< =>a<4.28um 一般单模光纤的纤芯在10um 左右，如果纤芯太小，会增加传输损耗，不能进行长距离的传输，所以在设计光纤通信系统时需要注意纤芯以及耦合方式的设计。 15．在弱传导近似下，利用公式（5.97）计算EH 11模和HE 31模的截止条件，并利 用标量模理论解释其物理原因。 对于EH 11模，其截止公式为：1()0J U =，查表得到：U 11=3.832 对于HE 31模，其截止公式为：1()0 J U =（弱传导近似结果）其截至条件为U 11=3.832；这里注意一下由于3(0)0J =所以不能取U=0的根 利用标量模近似分析，EH 11模和HE 31模同属于LP 21模 17．如果在4 1拍长的两个自聚焦透镜对之间的准直光路中插入法拉第旋光器和两个偏振器，就可以做成光纤隔离器，如下图所示，简要说明其原理。 见P211 左侧入射的光束经过聚焦纤维透镜之后成为大致平行的光束，经过0o θ=偏振镜后，偏振方向被调制到与光轴平行，继续经过法拉第旋光器后偏振方向旋转45度，正好通过45o θ=偏振片与另一侧（右侧）聚焦纤维透镜耦合。反射光会再次经过旋光器，偏振继续旋转45度，成为垂直于光轴的方向，不能通过0o θ=的偏振器，从而隔离反射光。 18．（a ）单模光纤在z x -平面内弯曲时产生应力双折射，对于石英光纤有 2)(133.0R a n n n y x -=?-?=δ，这里a 为光纤芯半径，R 为光纤弯曲半径，若用一个光纤圈构成14 波片，0.63m λμ=，m a μ5.62=时，R 应为多大？对于这种弯折
第一章 一、填空题 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。 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。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。 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，其中均匀展宽主要自然展宽、碰撞展宽、热振动展宽，非均匀展宽主要有多普勒展宽与残余应力展宽。 4、常见的固体激光器有红宝石激光器、钕激光器或钛宝石激光器（写出两种），常见的气体激光器有 He-Ne激光器、CO 激光器或Ar+激光器（写 2 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 0 。 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、设一个功率100W的灯泡向各个方向辐射的能量是均匀的，则其辐射强度为100/4π W/sr。 8、设一个功率100W的灯泡向各个方向辐射的能量是均匀的，则其在1m远处形成的辐射照度为100/4π W/m2。 9、设一个功率100W的灯泡向各个方向辐射的能量是均匀的，则其在2m远处形成的辐射照度为100/16π W/m2。 二、解答题 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：（1）ωνη==h E ；（2）2 2c h c E m ν== ，光子具有运动质量，但静止质量为零；（3） k P ?η?=；（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；（5）、光子具有自旋，并且自旋量子数为整数，是玻色子。 2、简述激光产生的条件、激光器的组成及各组成部分的作用。（10分） [答]：必要条件：粒子数反转分布和减少振荡模式数。 充分条件：起振——阈值条件：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（形成稳定激光）。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 )。 三、计算题 1、设一对激光能级为E 2和E 1（g 2=g 1），相应的频率为ν（波长为λ），各 能级上的粒子数为n 2和n 1。求 （1）当ν=3000MHz，T =300K 时，n 2/n 1=？ （2）当λ=1μm，T =300K 时，n 2/n 1=？ （2）当λ=1μm， n 2/n 1=时，温度T =？ 解：(1) 999 .03001038.110300010626.6exp exp exp 23634121212=??? ? ???????-=??? ? ??-=???? ??--=--T k h T k E E g g n n B B ν (2)