光电子技术题目与答案

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) 简述带像增强器的CCD的特点。

（看下面（6））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。

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。

武汉理工大学1．色温是指在规定的两波长处，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一个原子自发的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的作用下，跃迁到低能级态并辐射出一个与入射光子相同的光子的过程。

3．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：拉曼纳斯衍射和布喇格衍射。

4．磁光效应是指外加磁场作用引起材料光学各向异性的现象。

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，法拉第旋转的左右互换。

5．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。

6．光热效应是指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变化，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电学性质或其他物理性质发生变化。

7．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。

8．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和面阵CCD。

9．LCD可分为两大类：溶致液晶和热致液晶。

作为显示技术应用的LCD是热致液晶。

10．附加：光栅传感器反射的波长叫布喇格波长。

11．受激辐射下光谱宽度的类型分为均匀展宽和非均匀展宽，其中均匀展宽主要有自然展宽，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。

12．常见的固体激光器有红宝石，钕，钛宝石，气体激光器主要有氦氖和CO2. 13．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变形，从而引起介电系数的变化，并最终导致晶体折射率的变化。

14．光纤色散的主要危害是使脉冲信号展宽，限制了光纤的带宽或传输容量。

多模光纤的色散主要有：模，材料，波导。

15．光束扫描根据其应用的目的可以分为模拟式和数字式两种，前者用于显示，后者应用于光存储。

16．单片硅光电池的开路电压约0.45~0.6V`,短路电流为150~300A/m2.17．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。

主要特点有对光波频率表现出选择性，响应速度比较快。

18．固体摄像器件有三大类：电荷耦合，电荷注入，互补金属氧化物半导体图像传感器。

19．液晶是液态晶体的简称，热致液晶可以分为近晶相，向列相，胆甾相。

20．附加：半导体光放大器的简称SOA. 光纤测气体的浓度：光谱吸收21．光子和其他基本粒子一样，具有能量，动量，质量，其静止质量为0. 22．激光与普通光源相比具有明显特点，方向性好，单色性好，相干性好，强度大。

23．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。

24．按照声波频率的高低以及声波和光波作用的长度不同，声光相互作用可分为拉曼纳斯衍射，布拉格衍射两种类型。

25．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，从而改变激光器的输出特性实现调制。