2014年4月光电子技术基础复习题

光电子技术基础-研究生课程－复习提纲（2014-3-31）

1．激光器一般由激励能源、谐振腔和工作物质三个主要组成部分构成。

2．光纤以SiO2为基本材料，能应用于通信领域其主要原因是光纤的传输损耗低。

3．激光调制器主要有电光调制器、声光调制器、磁光调制器。

4．电光晶体的非线性电光效应主要与外加电场、晶体性质有关。

5．激光调制按其调制光波的参量分类，有振幅调制、相位调制、光强调制、偏振调制。

6．光电探测器有光电导探测器、光伏探测器、光磁电探测器。

7．CCD摄像器件的信息是靠电荷存储。

8．液晶根据分子排列的不同可以分为：近晶型液晶，也称层状液晶；向列型液晶，也称丝状液晶；胆甾型液晶，也称螺旋形液晶。

9．电磁波谱按照波长的排列顺序为：宇宙射线、γ射线、X射线、紫外光、可见光、红外光、微波、无线电波、长电磁波。

通常所说的光学区域(或光学频谱)包括：红外线、可见光和紫外线。由于光的频率极高(1012~1016Hz)，数值很大，使用起来很不方便，所以采用波长表征，光谱区域的波长范围约从1 mm到10 nm。人们习惯上将红外线、可见光和紫外线又细分为：

红外线(1 mm~0.76 μm) ：远红外1 mm~20 μm；中红外20 μm~1.5 μm；近红外1.5 μm~0.76 μm。可见光(760 nm~380 nm) ：红色760 nm~650 nm；

橙色650 nm~590 nm；

黄色590 nm~570 nm；

绿色570 nm~490 nm；

青色490 nm~460 nm；

蓝色460 nm~430 nm；

紫色430 nm~380 nm；

紫外线(380 nm~10 nm) ：近紫外380 nm~300 nm；

中紫外300 nm~200 nm；

真空紫外200 nm~10 nm 。

10．光纤通信中常用的光源波长：850μm；1310μm；1550μm。

11．激光调制器中的内调制：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。

12．光子效应：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。13．比较光子探测器和光热探测器在机理、性能及应用方面的异同。

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。

14．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，单位曝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%，所对应的波长称为峰值波长，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，输出信号与曝光量的关系是否成直线关系。

15．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。

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。

16．平面简谐光波00cos()E E t k r ωφ=-⋅+ 或 0()0i t k r E E e ωφ--⋅+=相应的复振幅为

0()0i k r E E e φ⋅-= 单色球面光波的表示式：1cos()A E t kr r ω=

-复数形式为：()1i t kr A E e r ω--= 复振幅为： 1ikr A E e r

= 单色柱面光波的表示式为：()i t kr E ω--=

复振幅为 1ikr E e r = 基模(TEM 00)高斯光束的表达式：22arctan 2()()000(,,)()r z r i k z R z f i t w z E E r z t e e e w z ω⎧⎫⎡⎤⎛⎫⎪⎪+-⎢⎥ ⎪⎨⎬- ⎪⎢⎥⎪⎪-⎝⎭⎣⎦⎩⎭=

复振幅为22arctan 2()()000(,,)()r z r i k z R z f w z E E r z t e e w z ⎧⎫⎡⎤⎛⎫⎪⎪+-⎢⎥ ⎪⎨⎬- ⎪⎢⎥⎪⎪⎝⎭⎣⎦⎩⎭=

17．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？

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。

18．简述液晶显示器的主要特点。

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。

19．比较TN －LCD 和STN －LCD 的特点。