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/c66767613.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、亮度高与（ 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 ）.
A 200—300nm
B 300—380nm
C 380—780nm
D 780—1500nm
18.一只白炽灯，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，该灯的光通量为（ A ）.
A .848lx
B .212lx
C .424lx
D .106lx
19.下列不属于气体放电光源的是（ D ）.
A .汞灯
B .氙灯
C .铊灯
D .卤钨灯
20.ＬＣＤ是（Ａ）
A.液晶显示器
B.光电二极管
C.电荷耦合器件
D.硅基液晶显示器
21.25mm的视像管，靶面的有效高度约为10mm，若可分辨的最多电视行数为400，则相当于（ A ）线对/mm.
A.16
B.25
C.20
D.18
22. 光电转换定律中的光电流与( B ) .
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
23. 发生拉曼—纳斯衍射必须满足的条件是( A )
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
24.光束调制中，下面不属于外调制的是( C )
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
25.激光具有的优点为相干性好、亮度高与( B )
A 多色性好B单色性好 C 吸收性强D吸收性弱
26.能发生光电导效应的半导体是( C )
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
27.电荷耦合器件分( A )
A 线阵CCD和面阵CCD
B 线阵CCD和点阵CCD
C 面阵CCD和体阵CC
D D 体阵CCD和点阵CCD
28.电荷耦合器件的工作过程主要是信号的产生、存储、传输和( C )
A 计算
B 显示
C 检测
D 输出
29.光电探测器的性能参数不包括（D）
A光谱特性 B光照特性 C光电特性 D P-I特性
30.光敏电阻与其他半导体电器件相比不具有的特点是（B）
A.光谱响应范围广
B.阈值电流低
C.工作电流大
D.灵敏度高
31.关于LD与LED下列叙述正确的是（C）
A. LD和LED都有阈值电流 B .LD调制频率远低于LED C. LD发光基于自发辐射 D .LED可发出相干光
32.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 ）
A. γ=0.5
B.γ =1
C. γ=1.5
D. γ=2
33.硅光二极管主要适用于[D]
A紫外光与红外光谱区 B可见光与紫外光谱区 C可见光区
D 可见光与红外光谱区
34.硅光二极管主要适用于[D]
A紫外光与红外光谱区 B可见光与紫外光谱区 C可见光区
D 可见光与红外光谱区
35.光视效能K为最大值时的波长是（A ）
A．555nm B.666nm C．777nm D.888nm
36. 对于P型半导体来说，以下说法正确的是（D）
A 电子为多子
B 空穴为少子
C 能带图中施主能级靠近于导带底
D 能带图中受主能级靠近于价带顶
37. 下列光电器件, 哪种器件正常工作时需加100-200V的高反压（C）
A Si光电二极管
B PIN光电二极管
C 雪崩光电二极管
D 光电三极管
38. 对于光敏电阻，下列说法不正确的是：（D）
A 弱光照下，光电流与照度之间具有良好的线性关系
B 光敏面作成蛇形，有利于提高灵敏度
C 光敏电阻具有前历效应
D 光敏电阻光谱特性的峰值波长，低温时向短波方向移动
39. 在直接探测系统中, (B)
A 探测器能响应光波的波动性质, 输出的电信号间接表征光波的振幅、频
率和相位
B 探测器只响应入射其上的平均光功率
C 具有空间滤波能力
D 具有光谱滤波能力
40. 对于激光二极管（LD）和发光二极管（LED）来说，下列说法正确的是（D）
A LD只能连续发光
B LED的单色性比LD要好
C LD内部可没有谐振腔
D LED辐射光的波长决定于材料的禁带宽
41. 对于N型半导体来说，以下说法正确的是（A）
A 费米能级靠近导带底
B 空穴为多子
C 电子为少子
D 费米能级靠近靠近于价带顶
42. 依据光电器件伏安特性, 下列哪些器件不能视为恒流源: （D）
A 光电二极管
B 光电三极管
C 光电倍增管
D 光电池
43. 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
44. 有关热电探测器, 下面的说法哪项是不正确的(C)
A 光谱响应范围从紫外到红外几乎都有相同的响应
B 响应时间为毫秒级
C 器件吸收光子的能量, 使其中的非传导电子变为传导电子
D 各种波长的辐射对于器件的响应都有贡献
45. 为了提高测辐射热计的电压响应率，下列方法中不正确的是（D）
A 将辐射热计制冷
B 使灵敏面表面黑化
C 将辐射热计封装在一个真空的外壳里
D 采用较粗的信号导线
46.光谱光视效率V(505nm)=0.40730，波长为505nm、1mW的辐射光，其光通量
为
A 683lm
B 0.683lm
C 278.2 lm
D 0.2782 lm （D）
47. 下列探测器的光－电响应时间，由少数载流子的寿命决定：（A）
A 线性光电导探测器
B 光电二极管
C 光电倍增管
D 热电偶和热电堆
48. 给光电探测器加合适的偏置电路，下列说法不正确的是 (A )
A 可以扩大探测器光谱响应范围
B 可以提高探测器灵敏度
C 可以降低探测器噪声
D 可以提高探测器响应速度
49. 下列光源中哪一种光源，可作为光电探测器在可见光区的积分灵敏度测量标
准光源：（C）
A 氘灯
B 低压汞灯
C 色温2856K的白炽灯
D 色温500K的黑体辐射器
50. 克尔效应属于（A）
A 电光效应
B 磁光效应
C 声光效应
D 以上都不是
51. 海水可以视为灰体。300K的海水与同温度的黑体比较（A）
A 峰值辐射波长相同
B 发射率相同
C 发射率随波长变化
D 都不能确定
52. 下列探测器最适合于作为光度量测量的探测器（C）
A 热电偶
B 红外光电二极管
C 2CR113蓝硅光电池
D 杂质光电导探测器
第一章
填空
1.以黑体作为标准光源，其他热辐射光源发射光的颜色如果与黑体在某一温度下的辐射光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该热辐射光源的色温。
2.低压钠灯的单色性较好，常用作单色光源。
3.激光器一般是由工作物质、谐振腔和泵浦源组成的。
4.气体激光器的工作物质是气体或金属蒸汽。
5.半导体激光器亦称激光二极管。
6.光纤激光器的工作物质主要是稀土参杂的光纤。
7.一切能产生光辐射的辐射源称为光源。
8.单位时间内通过某截面的所有波长的总电磁辐射能又称辐射功率，单位W。
9.以辐射的形式发射、传播或接收的能量，单位为 J 。
10.按入眼的感觉强度进行度量的辐射能大小称为光能。
11.单位时间内通过某截面的所有光波长的光能成为光通量。
12.发光强度单位为坎德拉。
13.光照度单位lx。
14.热辐射光源是使发光物体升温到足够高而发光的光源。
15.LD的发光光谱主要是由激光器的纵模决定。
16.半导体激光器的重要特点就是它具有直接调制的能力，从而使它在光通信中得到了广泛的应用。
三．简答
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
2.发光二极管的优点？
效率高、光色纯、能耗小、寿命长、可靠耐用、应用灵活、绿色环保。
3.气体放电光源的特点？
效率高、结构紧凑、寿命长、辐射光谱可选择
4.半导体激光器特点？
体积小、重量轻、易调制、功效低、波长覆盖广、能量转换效率高。
5.光体放点的发光机制？
气体在电场作用下激励出电子和离子，成为导电体。离子向阴极、电子向阳极运动，从电场中得到能量，它们与气体原子或分子碰撞时会激励出新的电子离子，也会使气体原子受激，内层电子跃迁到高能级。受激电子返回基态时，就辐射出光子来。
6.激光的特点？
激光的高亮度、高方向性、高单色性和高度时间空间相干性是前述一般光源所望尘莫与的，它为光电子技术提供了极好的光源。
7.量子井LD的特性？
阈值电流很低、谱线宽度窄，改善了频率Chirp、调制速率高、温度特性好
8.超高亮度彩色LED的应用？
LED显示屏、交通信号灯、景观照明、手机应用、LED显示屏的背光源。
9.激光测距的优点？
（1）测距精度高（2）体积小、重量轻（3）分辨率高、抗干扰能力强10.激光雷达的优点？
（1）激光高度的方向性，使光束发散角很小、分辨能力大大提高。（2）抗干扰能力强
（3）体积小质量轻
11.简要描述一下黑体光谱辐射出射度与波长和温度的关系？
（1）对应任一温度单色辐射出射度随波长连续变化，且只有一个峰值，对应不同温度的曲线不相交。
（2）单色辐射出射度和辐射出射度均随温度升高而增大。
（3）单色辐射出射度和峰值随温度升高而短波方向移动。
四；计算
1.一只白炽灯，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
第二章
1、光辐射的调制使用数字或模拟信号改变光波波形的幅度、频率或相位的过程。
2、光辐射的调制有机械调制、电光调制、声光调制、磁光调制。
3、加载信号是在激光震荡过程中进行的，以调制信号改变激光震荡参数，从而改变激光器输出特性实现的调制叫内调制。
4、外调制是激光形成以后，在光路中放置调制器用调制信号改变调制器的收放性能，当激光用过调制器，是某参量受到调制。
5、光束扫描技术包括机械扫描、电光扫描、电光数字式扫描、声光扫描。
6、什么是光辐射的调制？有哪些调制的方法？它们有什么特点和应用？
光辐射的调制是用数字或模拟信号改变光波波形的幅度、频率或相位的过程。
光辐射的调制方法有内调制和外调制。
内调制：直接调制技术具有简单、经济、容易实现等优点。但存在波长(频率)的抖动。
LD、LED
外调制：调制系统比较复杂、消光比高、插损较大、驱动电压较高、难以与光源集成、偏振敏感、损耗大、而且造价也高。但谱线宽度窄。机械调制、电光调制、声光调制、磁光调制
7、说明利用法拉第电磁旋光效应进行磁光强度调制的原理。
磁场使晶体产生光各向异性，称为磁光效应。
法拉第效应：光波通过磁光介质、平行于磁场方向传播时，线偏振光的偏振面发生旋转的现象。
电路磁场方向在YIG棒轴向，控制高频线圈电流，改变轴向信号磁场强度，就可控制光的振动面的旋转角，使通过的光振幅随角的变化而变化，从而实现光强调制。
8.什么是内调制？
加载信号是在激光振荡过程中进行的，以调制的信号改变激光振荡参数从而改变激光器输出德行实现调制。
9.什么是外调制？
激光形成以后，在光路放置调制器，用调制信号改变调制器的物理性能，当激光通过外调制器将使某参量受到调制。
9.半导体光源编码的优点？
（1）因为数字光信号在信道上传输，引进的噪声和失真，可采用间接中继器的方法去掉，故抗干扰能力强。
（2）对数字光纤通信系统的线性要求不高可充分利用光源的发光功率。
（3）数字光通信设备便于和脉冲编码电话中断、脉冲编码彩电终端、计算机终端相连接，从而组成即能传输电话，又能传输计算机数据的多媒体综合通信系统。
第三章
一、填空
1.光探测器的物理效应主要是光热效应和光电效应。
2.光电效应分为光电导效应、光伏效应、光电发射效应。
3.微光机电系统的特点，是功能系统的微型化、集成化、智能化。
4.光电池的基本特性有光照特性、伏安特性、光谱特性、频率特性、温度特性。
5.光探测器是将光信号转变为电信号的关键器件。
6.光电效应分为光电导效应、光伏效应、光电发射效应。
7.光探测器的固有噪声主要有：热噪声、1/f噪声、温度噪声、产生-复合噪声、散粒噪声。
8.光电三极管的基本特性有光照特性、伏安特性、温度特性、频率特性。
9.光热探测器有热敏电阻和热释电探测器。
10.光电探测器有光电导器件、结型光电器件、光电发射器件
二、简答
1、什么是光电器件的光谱特性？
答：光电器件对功率相同而波长不同的入射光的响应不同，即产生的光电流不同。光电流或输出电压与入射光波长的关系称为光谱特性。
2、何谓“白噪声”？何谓“1/f噪声”？要降低电阻的热噪声应采取什么措施？
答：功率谱大小与频率无关的噪声，称白噪声。功率谱与f成反比，称1/f 噪声。
措施：1.尽量选择通带宽度小的电阻2.尽量选择电阻值小的电阻3.降低电阻周围环境的
温度
3、应怎样理解热释电效应？热释电探测器为什么只能探测调制辐射？
答：热电晶体的自发极化矢量随温度变化，从而使入射光可引起电容器电容改变的现象成为
热释电效应。
由于热释电信号正比于器件的温升随时间的变化率，因此它只能探测调制辐射。
4、光探测器的光热效应是什么？
答：当光照射到理想的黑色吸收体上时，黑体将吸收所有波长的全部光能量，并转换为为
热能，称为光热效应。
5、什么是光电导效应？
答：当半导体材料受光照时，由于对光子的吸收引起载流子浓度的变化，因而导致材料的
电导率发生变化，这种现象称为光电导效应。
6、什么是光电发射效应？
答：某些金属或半导体受到光照时，若入射的光子能量足够大，则它与物质中的电子相互
作用，致使电子逸出电子表面，这种现象称为光电发射效应。
7、光探测器的性能参数有哪些？
答：光电特性和光照特性、光谱特性、等效噪声功率和探测率、响应时间与频率特性。
8、光敏电阻的主要特性有哪些？
答：光电特性、光谱特性、频率特性、伏安特性、温度特性、前历效应、噪声
9、光敏电阻与其他半导体光器件相比，有哪些特点？
答：光谱响应范围宽；工作电流大；所测光强范围宽；灵敏度高；偏置电压低，无极性之分
10、热电探测器与光电探测器相比较，在原理上有何区别？
答：光电探测器的工作原理是将光辐射的作用视为所含光子与物质内
部电子的直接作用，而热电探测器是在光辐射作用下，首先使接收物质升温，由于温度的变化而造成接受物质的电学特性变化。光电探测器响应较快，噪声小；而热电探测器的光谱响应与波长无关，可以在室温下工作。
11、为什么结型光电器件在正向偏置时没有明显的光电效应？结型光电器件必须工作在哪种偏置状态?
答：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。
12、什么是光电效应和光热效应？
答：当光电器件上的电压一定时，光电流与入射于光电器件上的光通量的关系I=F( Ф) 称
为光电特性，光电流与光电器件上光照度的关系I=F(L) 称为光照特性。
第四章
4.1简述PbO视像管的基本结构和工作过程。
光学图像投射到光电阴极上，产生相应的光电子发射，在加速电场和聚焦线圈所产生的磁场共同作用下打到靶上，在靶的扫描面形成与图像对应的电位分布最后，通过电子束扫描把电位图像读出，形成视频信号，
4.2摄像器件的参量——极限分辨率、调制传递函数和惰性是如何定义的？
分辨率表示能够分辨图像中明暗细节的能力。极限分辨率和调制传递函数（MTF）
极限分辨率：人眼能分辨的最细条数。用在图像（光栅）范围内所能分辨的等宽度黑白线条数表示。也用线对/mm表示。
MTF：能客观地表示器件对不同空间频率目标的传递能力。
惰性：指输出信号的变化相对于光照度的变化有一定的滞后。原因：靶面光电导张弛过程和电容电荷释放惰性。
4.3以双列两相表面沟道CCD为例，简述CCD电荷产生、存储、转移、输出的基本原理。
以表面沟道CCD为例，简述CCD电荷存储、转移、输出的基本原理。CCD的输出信号有什么特点？
答：构成CCD的基本单元是MOS(金属-氧化物-半导体)电容器。正如其它电容器一样，MOS电容器能够存储电荷。如果MOS结构中的半导体是P型硅，当在金属电极（称为栅）上加一个正的阶梯电压时（衬底接地），Si-SiO2界面处的电势（称为表面势或界面势）发生相应变化，附近的P型硅中多数载流子——空穴被排斥，形成所谓耗尽层，如果栅电压VG超过MOS晶体管的开启电压，则在Si-SiO2界面处形成深度耗尽状态，由于电子在那里的势能较低，我们可以形象化地说：半导体表面形成了电子的势阱，可以用来存储电子。当表面存在势阱时，如果有信号电子（电荷）来到势阱与其邻近，它们便可以聚集在表面。随着电子来到势阱中，表面势将降低，耗尽层将减薄，我们把这个过程描述为电子逐渐填充势阱。势阱中能够容纳多少个电子，取决于势阱的“深浅”，即表面势的大小，而表面势又随栅电压变化，栅电压越大，势阱越深。如果没有外来的信号电荷。耗尽层与其邻近区域在一定温度下产生的电子将逐渐填满势阱，这种热产生的少数载流子电流叫作暗电流，以有别于光照下产生的载流子。因此，电荷耦合器件必须工作在瞬态和深度耗尽状态，才能存储电荷。
以典型的三相CCD 为例说明CCD 电荷转移的基本原理。三相CCD 是由每三个栅为一组的间隔紧密的MOS 结构组成的阵列。每相隔两个栅的栅电极连接到同一驱动信号上，亦称时钟脉冲。三相时钟脉冲的波形如下图所示。在t1时刻，φ1高电位，φ2、φ3低电位。此时φ1电极下的表面势最大，势阱最深。假设此时已有信号电荷（电子）注入，则电荷就被存储在φ1电极下的势阱中。t2时刻，φ1、φ2为高电位，φ3为低电位，则φ1、φ2下的两个势阱的空阱深度相同，但因φ1下面存储有电荷，则φ1势阱的实际深度比φ2电极下面的势阱浅，φ1下面的电荷将向φ2下转移，直到两个势阱中具有同样多的电荷。t3时刻，φ2仍为高电位，φ3仍为低电位，而φ1由高到低转变。此时φ1下的势阱逐渐变浅，使φ1下的剩余电荷继续向φ2下的势阱中转移。t4时刻，φ2为高电位，φ1、φ3为低电位，φ2下面的势阱最深，信号电荷都被转移到φ2下面的势阱中，这与t1时刻的情况相似，但电荷包向右移动了一个电极的位置。当经过一个时钟周期T 后，电荷包将向右转移三个电极位置，即一个栅周期（也称一位）。因此，时钟的周期变化，就可使CCD 中的电荷包在电极下被转移到输出端，其工作过程从效果上看类似于数字电路中的移位寄存器。
φ3φ1φ2t 1
t 2
t 3t 4φ3φ1
φ2
t 1t 2t 3t 4
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
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
一、名词解释（25’） 1.双折射现象： 2.等离子体： 3.光无源器件： 4.光热效应： 5.光盘： 二、简答题(25’) 1.光的基本属性？ 2.什么是消逝波？ 3.什么叫磁光效应？ 4.简述光纤的基本结构？ 5.简述激光器的基本结构？ 三、论述题(20’) 1.论述液晶的特点及其应用? 2.论述根据什么现象可以检测出入射光的偏振态？ 3.论述光隔离器的基本结构与工作原理？ 4.论述光电子技术的发展历史？ 四、计算题(30’) 1.He-Ne 激光器的反射镜间距为0.2m ，求最靠近63 2.8nm 跃迁谱线中心的纵模阶数、纵模频率间隔。如果增益曲线宽度为9 105.1?Hz ，则可能引起的纵模总数是多少？ 2.设有一平面介质波导，各层折射率分别为1,1.2,21.2n 321===n n ，波导层厚度d=4.6μm 。若总反射相移为π2 3，则当入射光波长为1.31μm 时，问： （1）波导中能传输的模式总数是多少？ （2）要想传输单模，波导厚度应如何设计？
3.PIN 光电二极管，受波长为1.55μm 的12106?个光子的照射，其间输出端产生12 102?个光子，计算量子效率和响应度。 四、计算题(30’) 1.He-Ne 激光器的反射镜间距为0.2m ，求最靠近63 2.8nm 跃迁谱线中心的纵模阶数、纵模频率间隔。如果增益曲线宽度为9105.1?Hz ，则可能引起的纵模总数是多少？ 2.某抛物线分布光纤，1n =1.5，?=0.001，纤芯直径2a=50μm ，当用波长0λ=0.85μm 的光激励时，试求： （1）光纤的最大数值孔径; （2）光纤的截止波长。 解：（1）光纤的数值孔径067.0001.025.121=??=?= n NA （2）抛物线型
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
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。 ΩΦd d e e I =， 202πd l R c =Ω 202e 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 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 用定义r r e e A dI L θ?cos =和A E e e d d Φ=求解。 4. 霓虹灯发的光是热辐射吗？ 不是热辐射。 6. 从黑体辐射曲线图可以看出，不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长 m 随温 度T 的升高而减小。试由普朗克热辐射公式导出 常数=T m λ。 这一关系式称为维恩位移定律，其中常数为2.89810-3 m K 。 普朗克热辐射公式求一阶导数，令其等于0，即可求的。 9. 常用的彩色胶卷一般分为日光型和灯光型。你知道这是按什么区分的吗？ 按色温区分。 习 题 2 1. 何为大气窗口，试分析光谱位于大气窗口的光辐射的大气衰减因素。 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。 l 0 S R c 第1题图 L e ?A s ?A c l 0 θs θc 第2题图
2. 何为大气湍流效应，大气湍流对光束的传播产生哪些影响？ 是一种无规则的漩涡流动，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，空间每一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，使光束质量受到严重影响，出现所谓光束截面的强度闪烁、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。 5. 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？ 当光波的两个垂直分量E x ，E y 的光程差为半个波长（相应的相位差为）时所需要加的电压，称为半波电压。 7. 若取v s =616m/s ，n =2.35， f s =10MHz ， 0=0.6328m ，试估算发生拉曼-纳斯衍射 所允许的最大晶体长度L max =? 由公式0 2202044λλλs s s f nv n L L =≈<计算，得到 612 2022max 10 6328.0410********.24-?????==λs s f nv L 。 10. 一束线偏振光经过长L =25cm ，直径D =1cm 的实心玻璃，玻璃外绕N =250匝导线，通有电流I =5A 。取韦尔德常数为V =0.2510-5（）/cm T ，试计算光的旋转角。 由公式L αθ=、VH =α和L NI H = 计算，得到VNI =θ。 11. 概括光纤弱导条件的意义。 从理论上讲，光纤的弱导特性是光纤与微波圆波导之间的重要差别之一。实际使用的光纤，特别是单模光纤，其掺杂浓度都很小，使纤芯和包层只有很小的折射率差。所以弱导的基本含义是指很小的折射率差就能构成良好的光纤波导结构，而且为制造提供了很大的方便。 15. 光波水下传输有那些特殊问题？ 主要是设法克服这种后向散射的影响。措施如下： ⑴适当地选择滤光片和检偏器，以分辨无规则偏振的后向散射和有规则偏振的目标反射。 ⑵尽可能的分开发射光源和接收器。 ⑶采用如图2-28所示的距离选通技术。当光源发射的光脉冲朝向目标传播时，接收器
选择题 1.光通量的单位就是( B )、 A、坎德拉 B、流明 C、熙提 D、勒克斯 2、辐射通量φe的单位就是( B ) A 焦耳(J) B 瓦特(W) C每球面度(W/Sr) D坎德拉(cd) 3、发光强度的单位就是( A )、 A、坎德拉 B、流明 C、熙提 D、勒克斯 4、光照度的单位就是( 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、谐振腔与工作物质 B、固体激光器、液体激光器与气体激光器 C、半导体材料、金属半导体材料与PN结材料 D、电子、载流子与光子 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。适当偏置就是(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为材料的主要就是由于( 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就是( 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就是( 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 12、CCD 摄像器件的信息就是靠( 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、掺杂型探测器就是由( D )之间的电子-空穴对符合产生的,激励过程就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 )、
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/c66767613.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）
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：~ 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~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+dλ范围内发射的辐射通量 dΦe，除以该波长λ的光子能量hν，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。 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**^2= 一支氦-氖激光器（波长为）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，求该屏上的光亮度。 从黑体辐射曲线图可以看书，不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长随温度T的升高而减小。试用普朗克热辐射公式导出 式这一关系式称为维恩位移定律中，常数为?10-3m?K。 普朗克热辐射公式求一阶导数，令其等于0，即可求的。教材P8 什么是光辐射的调制？有哪些调制的方法？它们有什么特点和应用？ 光辐射的调制是用数字或模拟信号改变光波波形的幅度、频率或相位的过程。 光辐射的调制方法有内调制和外调制。 内调制：直接调制技术具有简单、经济、容易实现等优点。但存在波长(频率)的抖动。 LD、LED 外调制：调制系统比较复杂、消光比高、插损较大、驱动电压较高、难以与光源集成、偏振敏感、损耗大、而且造价也高。但谱线宽度窄。机械调制、电光调制、声光调制、磁光调制 说明利用泡克尔斯效应的横向电光调制的原理。画出横向电光调制的装置图，说明其中各个器件的作用。若在KDP晶体上加调制电压U=Um ，U在线性区内，请写出输出光通量的表达式。 Pockels效应：折射率的改变与外加电场成正比的电光效应。也称线性电光效应。 光传播方向与电场施加的方向垂直，这种电光效应称为横向电光效应。 说明利用声光布拉格衍射调制光通量的原理。超声功率Ps的大小决定于什么？在石英晶体上应加怎样的电信号才能实现光通量的调制？该信号的频率和振幅分别起着什么作用？ 当超声波在介质中传播时，将引起介质的弹性应变作时间上和空间上的周期性的变化，并且导致介质的折射率也发生相应的变化。当光束通过有超声波的介质后就会产生衍射现象，这就是声光效应。 声光介质在超声波的作用下，就变成了一个等效的相位光栅，当光通过有超声波作用的介质时，相位就要受到调制，其结果如同它通过一个衍射光栅，光栅间距等于声波波长，光束通过这个光栅时就要产生衍射，这就是声光效应。布拉格衍射是在超声波频率较高，声光作用区较长，光线与超声波波面有一定角度斜入射时发生的。
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 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 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 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 ）.
一、 名词解释 1、光子态：光子的运动状态简称光子态 2、光子简并度：处于同一光子态的平均原子数目称为光场的光子简并度。 3、多普勒加宽：多普勒加宽是一种重要的非均匀加宽，其加宽机制是由于光学多普勒效应，即多普勒频移影响频率分布，最终产生光谱线的多普勒加宽 4、模式竞争：在激光器中各模间呈现竞争反转原子使优势模光强更大，其他模式光强减小甚至增益小于损耗而停止振荡。 5、频率牵引：由放大器原子相移所引起的激光器振荡模频率比无源腔模频率更向中心频率靠拢的现象，称为激光器频率牵引效应。 6、自发辐射：处于高能级的原子在没有任何外场的情况下可自发的跃迁到低能级，发出一个能量为νh 的光子，这种光发射叫做自发辐射。 7、受激辐射：处于高能级的原子在特定能量外来电子的激励下从高能级跃迁到低能级，同时释放一个与外来光子处于同一光子态的光子。 8、受激吸收：处于低能级的原子在外来光子的激励下，吸收一个光子并跃迁到高能级上的过程叫做受激吸收。 9、声光效应：光波经过具有超声场作用的介质时被衍射的现象就是声光效应。 10、电光效应：在外加电场的作用下，本来是各向同性的介质也可以产生双折射现象，而本来有双折射性质的晶体，其双折射性质也要发生改变，这是电光效应。 二、简答 1、何为粒子数的反转分布？通常为什么要实现粒子数反转分布？ 答：物质处于非平衡状态时，高低能级之间要满足01 212>-g g n n 的状态称之为粒子数反转分布。 当光通过介质时，在共振作用下，必然同时存在受激吸收和受激辐射这两个相反的过程，前者使入射光减弱，后者使入射光加强。要使介质对入射光产生光放大作用，必
须是受激辐射跃迁的速率大于受激吸收的跃迁速率。这就必须使的st st dt dn dt dn )()(1221>；121212w n w n >，即ννρρ121212B n B n >；又由于211221g g B B =;所以01 212>-g g n n 。 2、简述均匀加宽激光器中的模式竞争过程？ 答：在均匀加宽激光器中，如果多个纵模都满足增益条件，那么开始时都可通过受激辐射使的光子数增加，从而使光强增大；但随着光强的增加，出现增益饱和，增益曲线均匀饱和下降，于是使的偏离中心频率较远的模由于增益小于损耗停止振荡，最后只留下离中心频率最近的模形成稳定振荡。 3、叙述激光器的纵模、横模的定义及形成机理？ 答：纵模：电磁场在光的传播方向上按照空间周期波长λ的场分布； 横模：电磁场在垂直光的传播方向的横截面上的场分布。 纵模的形成机制为光波往返振荡一次干涉加强形成。 横模的形成机制为光波在腔内往返多次传播后，在垂直光的传播方向上的振幅和相位形成稳定的空间分布。 4、四能级和三能级泵浦系统相比有什么优点？为什么？ 答：四能级系统比三能级系统更容易实现原子集居数密度反转分布，因为四能级中： 10E E →有大的无辐射跃迁几率，可近似的认为 1E 是一个空能级，产生激光的是1E 2E 能级。而在三能级中，产生激光的也是1E 2E 能级，但1E 是基态，比较稳定，实现上能级 与一个空能级反转毕竟要比一个相当满是我基态能级间的反转分布来的容易。 5、何谓增益饱和？均匀加宽增益饱和与非均匀加宽增益饱和的基本特性是什么？ 答：当入射光的光强增大到一定程度以后，增益系数随光强的增大而减小，这种现象叫增益饱和。 均匀加宽增益饱和效应表现为：整个增益曲线均匀下降。 非均匀加宽增益饱和效应表现为：0 1=ευυ的那些原子出现增益饱和，其他原子可几乎不与入射光子相互作用并维持未饱和状态，则会出现增益曲线“烧孔”效应。 6、产生多普勒加宽的机制是什么？ 答：多普勒加宽是一种重要的非均匀加宽，其加宽的机制是由于光学多普勒效应，即多普勒频移影响频率的分布，最终产生光谱线的多普勒加宽。 7、简述调Q 激光器的基本原理？
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
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
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I。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。 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I。的夹角为被照面的面积为.-：Ac，至価源.■:A s的距 离为I。。若4为辐射在被照面「A c的入射角，试计算小面源在UAc上产生的辐射照度。 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） 该扩展源在面积为A d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 L = dI e^ = L e dS eo 得到余弦辐射体的面元dS向半空间的辐射通量为 d：：「Le。二dS ms d①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d「e与该面元的面积dA之比，即E e e dA L ndS 2 所以该扩展源在面积为A d的探测器表面上产生的辐照度为E e e单位是W/m2 A d 解: l e n R2 =le d「 ，其各处的辐亮度L e均相同。试计算d：」 e e 解：用定义L e
4.霓虹灯发的光是热辐射吗?
学习-----好资料 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 6.从黑体辐射曲线图可以看出，不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长 f 随温度T 的升高而减小。试由普朗克 热辐射公式导出 ■m T 二常数。 这一关系式称为维恩位移定律，其中常数为 2.898 10-3m 水。 解：普朗克热辐射公式求一阶导数，令其等于 0，即可求的。 7?黑体辐射曲线下的面积等于在相应温度下黑体的辐射出射度 M 。试由普朗克热辐射公式导出 M 与温度T 的四次方成正 比，即 M 二常数*T 4 ■5 [exp(C 21 / T)-1]及地球面积 ’ 4 R 2 得出地球表面接收到此辐射的功率。 9. 常用的彩色胶卷一般分为日光型和灯光型。你知道这是按什么区分的吗？ 解：按色 温区分。 10. :? v dv 为频率在vLI(v ，dv)间黑体辐射的能量密度，'.d-为波长在’L d ■间黑体辐射能量密度。已知 3 3 ;? v =8二 hv / c [exp( hv/kBT)-1]，试求 匚。 解：黑体处于温度 T 时，在波长■处的单色辐射出射度有普朗克公式给出： 2-hc 2 M eb - 5 ，[exp(hc/，k )-1] 则上式可改写为 C 1 M e b = 5 ■ [exp(C 2/ T) -1] 将此式积分得 2 M eb 二M eb d ■二5 c d - cT 4此即为斯忒藩一玻尔兹曼定律。 eb 0 3[exp(hc/，k B )-1] = 5.670 10$J / m 2*k 4为斯忒藩一玻尔兹曼常数。 &宇宙大爆炸遗留在宇宙空间的均匀背景热辐射相当于 (1) 此辐射的单色辐射出射度在什么波长下有意义? (2) 地球表面接收到此辐射的功率是多大？ 3K 黑体辐射。 解：答(1)由维恩位移定律'm T =2897.9(?im* k )得 2897.9 3 =965.97 J m (2)由M e =d e 和普朗克公式 M e.b dS 这一关系式被称为斯忒藩一玻尔兹曼定律，其中常数为 5.67*10-8W( m 2 K 4)O 式中h 为普朗克常数, c 为真空中光速，k B 为玻尔兹曼常数。令 C i =2二he G 二晋 ^-.2, 4 2 k
《光电子材料与器件》题库 选择题: 1. 如下图所示的两个原子轨道沿z轴方向接近时，形成的分子轨道类型为( A ) (A) *σ(B) σ(C) π(D) *π 2. 基于分子的对称性考虑，属于下列点群的分子中不可能具有偶极矩的为（C）（A）C n（B）C n v（C）C2h（D）C s 3. 随着温度的升高，光敏电阻的光谱特性曲线的变化规律为（B）。 （A）光谱响应的峰值将向长波方向移动 （B）光谱响应的峰值将向短波方向移动 （C）光生电流减弱 （D）光生电流增强 4. 利用某一CCD来读取图像信息时，图像积分后每个CCD像元积聚的信号在同一时刻先转移到遮光的并行读出CCD中，而后再转移输出。则该CCD的类型为（B ） （A）帧转移型CCD （B）线阵CCD （C）全帧转移型CCD （D）行间转移CCD 5. 对于白光LED器件，当LED基片发射蓝光时，其对应的荧光粉的发光颜色应该为（D） （A）绿光（B）紫光（C）红光（D）黄光 6. 在制造高效率太阳能电池所采取的技术和工艺中，下列不属于光学设计的为（C） （A）在电池表面铺上减反射膜; （B）表面制绒; （C）把金属电极镀到激光形成槽内; （D）增加电池的厚度以提高吸收 7. 电子在原子能级之间跃迁需满足光谱选择定则，下列有关跃迁允许的表述中，不正确的是（B ）： （A）总角量子数之差为1 （B）主量子数必须相同 （C）总自旋量子数不变
（D）内量子数之差不大于2 8. 物质吸收一定波长的光达到激发态之后，又跃迁回基态或低能态，发射出的荧光波长小于激发光波长，称为（B）。 （A）斯托克斯荧光（B）反斯托克斯荧光（C）共振荧光（D）热助线荧光9. 根据H2+分子轨道理论，决定H原子能否形成分子的主要因素为H原子轨道的（A ） （A）交换积分（B）库仑积分（C）重叠积分（D）置换积分 10. 下列轨道中，属于分子轨道的是（C） （A）非键轨道（B）s轨道（C）反键轨道（D）p 轨道 11. N2的化学性质非常稳定，其原因是由于分子中存在（D ） （A）强σ 键（B）两个π键（C）离域的π键（D）N N≡三键12. 测试得到某分子的光谱处于远红外范围，则该光谱反映的是分子的（B ）能级特性。 （A）振动（B）转动（C）电子运动（D）电声子耦合 13．下列的对称元素中，所对应的对称操作属于虚动作的是（C ） （A）C3 （B）E（C）σh（D）C6 14. 某晶体的特征对称元素为两个相互垂直的镜面，则其所处的晶系为（C）（A）四方晶系（B）立方晶系（C）正交晶系（D）单斜晶系 15. 砷化镓是III-V族化合物半导体，它的晶体结构是（D）。 （Ａ）NaCl 结构（B）纤锌矿结构（C）钙钛矿结构（D）闪锌矿结构16. 原子轨道经杂化形成分子轨道时，会发生等性杂化或非等性杂化。下列物质中化学键属于不等性杂化的是（B）。 （A）CH4（B）H2O （C）石墨烯（D）金刚石 17. 关于金属的特性，特鲁德模型不能成功解释的是（A ） （A）比热（B）欧姆定律（C）电子的弛豫时间（D）电子的平均自由程18. 下列有关半导体与绝缘体在能带上的说法中，正确的是（B ）。 （A）在绝缘体中，电子填满了所有的能带 （B）在0 K下，半导体中能带的填充情况与绝缘体是相同的 （C）半导体中禁带宽度比较大 （D）绝缘体的禁带宽度比较小 19. 在非本征半导体中，载流子（电子和空穴）的激发方式为（B）？ （A）电（B）热（C）磁（D）掺杂 20．在P型半导体材料中，杂质能级被称之为（C）。 （A）施主能级（B）深陷阱能级（C）受主能级（D）浅陷阱能级