光電子技術(shù)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)

1、選擇題1、光電子技術(shù)在當(dāng)今信息時(shí)代的應(yīng)用主要有（abcdA. 信息通信B.宇宙探測2、激光器的構(gòu)成一般由（aA .激勵(lì)能源、諧振腔和工作物質(zhì) 激光器）C.軍事國防D.災(zāi)害救援）組成B. 固體激光器、液體激光器和氣體C.半導(dǎo)體材料、金屬半導(dǎo)體材料和 PN結(jié)材料D. 電子、載流子和光子3、光波在大氣中傳播時(shí)，引起的能量衰減與（abcd）有關(guān)A. 分子及氣溶膠的吸收和散射C. 光波與氣體分子相互作用4、2009 年授予華人高錕諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，B. 空氣折射率不均勻D. 空氣中分子組成和含量提到光纖以SiO2為材料的主要是由于（ a ）A.傳輸損耗低B.可實(shí)現(xiàn)任何光傳輸C.不出現(xiàn)瑞利散射D.空間相干性

2、好5、 激光調(diào)制器主要有（abcA.電光調(diào)制器B.聲光調(diào)制器6、電光晶體的非線性電光效應(yīng)主要與（A.外加電場B.激光波長7、激光調(diào)制按其調(diào)制的性質(zhì)有（ cdA.連續(xù)調(diào)制B.脈沖調(diào)制8、 光電探測器有（abc）A.光電導(dǎo)探測器B.光伏探測器9、CCD 攝像器件的信息是靠（ bA.載流子B.電荷10、LCD 顯示器，可以分為（ abcdA. TN 型B. STN 型）C. 磁光調(diào)制器D.壓光調(diào)制器ac ）有關(guān)C.晶體性質(zhì)D.晶體折射率變化量）C.相位調(diào)制D.光強(qiáng)調(diào)制C.光磁電探測器）存儲(chǔ)C.電子）C. TFT 型D.熱電探測元件D. 聲子D. DSTN 型11、可見光的波長范圍為（ C ）A. 2

3、00300nmB. 300380nm C. 380780nmD. 780 1500nm12、電荷耦合器件分 （A）A.線陣CCD和面陣CCD B.線陣CCD和點(diǎn)陣CCDC.面陣CCD和體陣CCD D.體陣CCD和點(diǎn)陣CCD填空題1、黑體是指一個(gè)物體能全部吸收投射在它上面的輻射而無反射。2、色溫是指在規(guī)定兩波長處具有與熱輻射光源的輻射比率相同的黑體的溫度。其并非熱輻射光源本身的溫度。3、 聲波在聲光晶體中傳播會(huì)引起晶體中的質(zhì)點(diǎn)按聲波規(guī)律在平衡位置振動(dòng)，按照聲波頻率的高低以及聲波和光波作用的長度不同，聲光相互作用可以分為拉曼-納斯衍射和布喇格衍射兩種類型。4、 光束調(diào)制按其調(diào)制的性質(zhì)可分為調(diào)幅、調(diào)

4、頻、調(diào)相及強(qiáng)度調(diào)制。要實(shí)現(xiàn)脈 沖編碼調(diào)制，必須進(jìn)行三個(gè)過程：抽樣、量化和編碼。5、本征型光敏電阻一般在室溫下工作，適用于可見光和近紅外輻射探測：非本征型光敏電阻通常在低溫條件下工作，常用于中、遠(yuǎn)紅外輻射探測。6 CCD的基本功能為電荷存儲(chǔ)和電荷轉(zhuǎn)移,CCD按結(jié)構(gòu)可分為線陣CCD和面陣CCD。7、液晶分為兩大類:溶致液晶和熱致液晶。作為顯示技術(shù)應(yīng)用的液晶都是熱致液 晶。8 自發(fā)躍遷是指 處于高能級(jí)的一個(gè)原子自發(fā)地向低能級(jí)躍遷，并發(fā)出一個(gè)光 子的過程。受激躍遷是指處于高能級(jí)態(tài)的一個(gè)原子在一定的輻射場作用下 躍遷至低能級(jí)態(tài)，并輻射出一個(gè)與入射光子全同的光子的過程。9、 磁光效應(yīng)是指 夕卜加磁場作用引

5、丨起材料光學(xué)各向異性的現(xiàn)象，法拉第磁光效 應(yīng)的規(guī)律(1)對(duì)于給定的介質(zhì)，光振動(dòng)面的旋轉(zhuǎn)角與樣品的長度和外加的磁 感應(yīng)強(qiáng)度成正比 (2) 光的傳播方向反轉(zhuǎn)時(shí)，法拉第旋轉(zhuǎn)的左右方向互換。10、光熱效應(yīng)是指 探測元件吸收光輻射能量后，并不直接引起內(nèi)部電子狀 態(tài)的改變，而是把吸收的光能變?yōu)榫Ц竦臒徇\(yùn)動(dòng)能量，弓I起探測元件溫度上 升，溫度上升的結(jié)果又使探測元件的電學(xué)性質(zhì)或其他物理性質(zhì)發(fā)生變化。11、固體攝像器件主要有三大類，它們是電導(dǎo)體圖像傳感器、電荷注入器件。12、光波在大氣中傳播時(shí)，由于大氣氣體分子及氣溶膠的吸收和散射；會(huì)引 起光束的能量衰減；由于空氣折射率不均勻會(huì)引起光波的振幅和相位起伏。13、常

6、見的固體激光器有 紅寶石激光器、釹激光器或鈦寶石激光器（寫出兩種），常見的氣體激光器有 He-Ne激光器、CO2激光器或A葉激光器（寫 出兩種）。14、液晶是液態(tài)晶體的簡稱；熱致液晶可以分為近晶相、向列相和膽甾相三 種。15、光是一種以光速運(yùn)動(dòng)的光子流，光子和其它基本粒子一樣，具有能量、動(dòng)量、和質(zhì)量；其靜止質(zhì)量為零（0）。16、激光與普通光源相比具有如下明顯的特點(diǎn)：方向性好、單色性好、相干性好，強(qiáng)度大。仃、光熱探測器由 熱敏元件、熱鏈回路、大熱容量的散熱器三部分構(gòu)成,常見的光熱探測器有熱敏電阻、熱釋電探測器（寫出兩種）。18、2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予英國華裔科學(xué)家高錕以及美國科學(xué)家威拉 德

7、博伊爾和喬治史密斯。高錕在有關(guān)光在纖維中的傳輸以用于光學(xué)通信方 面取得了突破性成就,博伊爾和史密斯發(fā)明了半導(dǎo)體成像器件一一電荷耦合器件（CCD）圖像傳感器。19、CCD的工作過程就是產(chǎn)生、存儲(chǔ)、傳輸 、 檢測的過程。20、 激光器按按工作物質(zhì)分類可分為：固體激光器，液體激光器，氣體激光 器和半導(dǎo)體激光器。21、 光纖主要由纖芯 ，包層涂覆層三部分組成判斷題1、 世界上第一臺(tái)激光器是固體激光器。（T ）2、在輻射度學(xué)中，輻射能量 Q是基本的能量單位，用J（焦耳）來度量。（T ）3、在聲光晶體中，超聲場作用像一個(gè)光學(xué)的“相位光柵”，其光柵常數(shù)等于光 波波長（F ）4、 在磁光晶體中，當(dāng)磁化強(qiáng)度較弱

8、時(shí)，旋光率:-與外加磁場強(qiáng)度是成正比關(guān) 系。（T ）5、為了獲得線性電光調(diào)制，通過引入一個(gè)固定 二/2相位延遲，一般該調(diào)制器的電壓偏置在T= 50%的工作點(diǎn)上。（T ）& 在磁光調(diào)制中的磁性膜表面用光刻方法制作一條金屬蛇形線路，主要為了實(shí)現(xiàn)交替變化的磁場。（T ）7、 探測器的量子效率就是在某一特定波長上，每秒鐘內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)與入射光量子數(shù)之比。（T ）8、二代像增強(qiáng)器以纖維光學(xué)面板作為輸入、輸出窗三級(jí)級(jí)聯(lián)耦合的像增強(qiáng)器。（F ）9、 陰極射線管的電子槍的作用是產(chǎn)生輝亮信號(hào)和彩色顯示。（F ）10、等離子體顯示主要是通過電流激發(fā)氣體，使其發(fā)出肉眼看不見的紫外光碰擊后面的玻璃上的紅、綠、藍(lán)三色

9、熒光體，它們?cè)侔l(fā)出我們?cè)陲@示器上所 看到的可見光。（T ）1、比較光子和光熱探測器在作用機(jī)理、性能及應(yīng)用特點(diǎn)等異同。光子效應(yīng)是指單個(gè)光子的性質(zhì)對(duì)產(chǎn)生的光電子起直接作用的一類光電效應(yīng)。 探測器吸收光子后，直接引起原子或分子的內(nèi)部電子狀態(tài)的改變。 光子能量的大 小，直接影響內(nèi)部電子狀態(tài)改變的大小。光子能量是 2 , h是普朗克常數(shù)是 光波頻率，所以，光子效應(yīng)就對(duì)光波頻率表現(xiàn)出選擇性， 在光子直接與電子相互 作用的情況下，其響應(yīng)速度一般比較快。光熱效應(yīng)和光子效應(yīng)完全不同。探測元件吸收光輻射能量后，并不直接引起 內(nèi)部電子狀態(tài)的改變，而是把吸收的光能變?yōu)榫Ц竦臒徇\(yùn)動(dòng)能量，引起探測元件 溫度上升，溫度上升

10、的結(jié)果又使探測元件的電學(xué)性質(zhì)或其他物理性質(zhì)發(fā)生變化。 所以，光熱效應(yīng)與單光子能量 2的大小沒有直接關(guān)系。原則上，光熱效應(yīng)對(duì)光 波頻率沒有選擇性。只是在紅外波段上，材料吸收率高，光熱效應(yīng)也就更強(qiáng)烈， 所以廣泛用于對(duì)紅外線輻射的探測。因?yàn)闇囟壬呤菬岱e累的作用，所以光熱效 應(yīng)的響應(yīng)速度一般比較慢，而且容易受環(huán)境溫度變化的影響。2、試比較帶像增強(qiáng)器的CCD、薄型背向照明CCD和電子轟擊型CCD器件的特點(diǎn)。 答：帶像增強(qiáng)的CCD :將光圖像聚焦在像增強(qiáng)的光電陰極上，再經(jīng)像增強(qiáng)器增 強(qiáng)后耦合到CCD上實(shí)現(xiàn)微光攝像。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%，靈敏度

11、高，噪聲低。電子轟擊型CCD：采用電子從光陰極”直接射入CCD的成像方法，簡化了 光子被多次轉(zhuǎn)換的過程，信噪比大大提高；體積小，重量輕，可靠性高，分辨率 高，對(duì)比度好。3、試比較TN LCD和STN LCD的特點(diǎn)。TN LCD利用了扭曲向列相液晶的旋光特性，液晶分子的扭曲角為 90o它 的電光特性曲線不夠陡峻，由于交叉效應(yīng)，在采用無源矩陣驅(qū)動(dòng)時(shí)，限制了其多 路驅(qū)動(dòng)能力。STN LCD的扭曲角在180o-240o范圍內(nèi)，曲線陡度的提高允許器件工作在 較多的掃描行數(shù)下，利用了超扭曲和雙折射兩個(gè)效應(yīng)，是基于光學(xué)干涉的顯示器 件。STN-LCD所用的液晶材料是在特定的TN材料中添加少量手征性液晶以增加

12、 它的扭曲程度，盒厚較薄，一般5-7 ym。STN-LCD的工藝流程基本上和TN-LCD類似，但由于STN-LCD是基于光干涉 效應(yīng)的顯示器件，對(duì)盒厚的不均勻性要求V 0.05卩m（TNLCD只要求V 0.5卩m）否 則就會(huì)出底色不均勻，預(yù)傾角要求達(dá)到 3葉8o,電極精細(xì)，器件尺寸較大，因此 其規(guī)模生產(chǎn)難度較 TN-LCD 大許多。）4、簡述電荷耦合攝像器件的主要特性參數(shù)。轉(zhuǎn)移效率：電荷包在進(jìn)行每一次轉(zhuǎn)移中的效率； 不均勻度：包括光敏元件的不均勻與 CCD 的不均勻； 暗電流：CCD在無光注入和無電注入情況下輸出的電流信號(hào)； 靈敏度：是指在一定光譜范圍內(nèi)，單位暴光量的輸出信號(hào)電壓（電流） ；

13、光譜響應(yīng)：是指能量相對(duì)光譜響應(yīng)，最大響應(yīng)值歸一化為100%，所對(duì)應(yīng)的波長峰值波長，低于 10%的響應(yīng)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的波長稱為截止波長； 噪聲：可以歸納為散粒噪聲、轉(zhuǎn)移噪聲和熱噪聲； ） 分辨率：是指攝像器件對(duì)物像中明暗細(xì)節(jié)的分辨能力； 動(dòng)態(tài)范圍和線性度：動(dòng)態(tài)范圍 =光敏元件滿阱信號(hào) /等效噪聲信號(hào)，線性度是 指在動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，輸出信號(hào)與暴光量的關(guān)系是否成直線關(guān)系。5、何為大氣窗口，試分析光譜位于大氣窗口內(nèi)的光輻射的大氣衰減因素。 對(duì)某些特定的波長，大氣呈現(xiàn)出極為強(qiáng)烈的吸收。光波幾乎無法通過。根據(jù)大氣的這種選擇吸收特性， 一般把近紅外區(qū)分成八個(gè)區(qū)段， 將透過率較高的波段 稱為大氣窗口。大氣中 N2、O2

14、分子雖然含量最多（約 90%），但它們?cè)诳梢姽夂图t外區(qū)幾乎 不表現(xiàn)吸收， 對(duì)遠(yuǎn)紅外和微波段才呈現(xiàn)出很大的吸收。 因此， 在可見光和近紅外 區(qū)，一般不考慮其吸收作用。大氣中除包含上述分子外，還包含有 He， Ar， Xe， O3， Ne 等，這些分子在 可見光和近紅外有可觀的吸收譜線， 但因它們?cè)诖髿庵械暮可跷ⅲ?一般也不考 慮其吸收作用。只是在高空處，其余衰減因素都已很弱，才考慮它們吸收作用。H2O和CO2分子，特別是H2O分子在近紅外區(qū)有寬廣的振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)及純振動(dòng) 結(jié)構(gòu)，因此是可見光和近紅外區(qū)最重要的吸收分子， 是晴天大氣光學(xué)衰減的主要 因素。6簡述帶像增強(qiáng)器的CCD的特點(diǎn)。帶像增強(qiáng)器的 C

15、CD 器件是將光圖像聚焦在像增強(qiáng)器的光電陰極上，再經(jīng)像增強(qiáng) 器增強(qiáng)后耦合到電荷耦合器件（CCD）上實(shí)現(xiàn)微光攝像（簡稱ICCD ）。 最好的 ICCD 是將像增強(qiáng)器熒光屏上產(chǎn)生的可見光圖像通過光纖光錐直接耦合 到普通 CCD 芯片上。像增強(qiáng)器內(nèi)光子電子的多次轉(zhuǎn)換過程使圖像質(zhì)量受到損 失，光錐中光纖光柵干涉波紋、折斷和耦合損失都將使 ICCD 輸出噪聲增加，對(duì) 比度下降及動(dòng)態(tài)范圍減小， 影響成像質(zhì)量。 靈敏度最高的 ICCD 攝像系統(tǒng)可工作-6在 10-6lx 靶面照度下。7、簡述激光產(chǎn)生的條件、激光器的組成及各組成部分的作用。 必要條件：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布和減少振蕩模式數(shù)。充分條件：起振 閾值條件：

16、激光在諧振腔內(nèi)的增益要大于損耗。（2 分）穩(wěn)定振蕩條件 增益飽和效應(yīng)（形成穩(wěn)定激光） 。 組成：工作物質(zhì)、泵浦源、諧振腔。作用：工作物質(zhì)：在這種介質(zhì)中可以實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。 泵浦源（激勵(lì)源）：將粒子從低能級(jí)抽運(yùn)到高能級(jí)態(tài)的裝置。諧振腔： （1） 使激光具有極好的方向性 （ 沿軸線 ）（2） 增強(qiáng)光放大作用 （ 延長了工作物質(zhì) ）（3） 使激光具有極好的單色性 （ 選頻 ）8、聲光相互作用可以分為拉曼 -納斯衍射和布喇格衍射兩種類型。簡述它們產(chǎn)生 的條件和特征。答：拉曼 -納斯衍射： 聲波頻率較低， 光波平行于聲波面入射，聲光相互作用 長度較短時(shí)，聲光介質(zhì)可近似看作為相對(duì)靜止的 “平面相位柵 ”。

17、由出射波陣面上 各子波源發(fā)出的次波發(fā)生相干作用，形成與入射方向?qū)ΨQ分布的多級(jí)衍射光。布拉格衍射：聲波頻率較高，聲光作用長度較大，光束與聲波波面間以一 定的角度入射，介質(zhì)具有 “體光柵 ”的性質(zhì)。衍射光各高級(jí)次衍射光將互相抵消， 只出現(xiàn) 0 級(jí)和+1級(jí)（或-1 級(jí)）衍射光。9、選用光敏電阻應(yīng)當(dāng)注意什么？1）用于測光的光源光譜特性必須與光敏電阻的光敏特性匹配2） 要防止光敏電阻受雜散光的影響3）要防止是光敏電阻的電參數(shù) （電壓、 功耗）超過允許值 4）根據(jù)不同用途，選用不同特性的光敏電阻。10、闡述光源半導(dǎo)體激光器 LD和半導(dǎo)體發(fā)光二極管 LED的主要區(qū)別和作用。答：LD和LED相比，其主要區(qū)別在

18、于，前者發(fā)出的是激光，后者發(fā)出的是熒光，因此，LED的譜線寬度較寬，調(diào)制效率低，與光纖的耦合效率也較低；但它的輸出特性曲線線性好，使用壽命長，成本低，適用于短距離、小容量的傳輸系統(tǒng)。而LD 一般適用于長距離、大容量的傳輸系統(tǒng)，在高速率的 PDH和SDH設(shè)備上已被廣泛采用。11、何為電光晶體的半波電壓？半波電壓由晶體的那些參數(shù)決定？答：當(dāng)光波的兩個(gè)垂直分量Ex、Ey的光程差為半個(gè)波長時(shí)所需要加的電壓，稱為半波電壓。V二二3 ，由波長，0光折射率，電光系數(shù)共同2n0 r63決定12、試說明注入電致發(fā)光和高場電致發(fā)光的基本原理。答：注入：利用少數(shù)載流子流入 PN結(jié)直接將電能轉(zhuǎn)換為光能高場：將發(fā)光材料粉末與介質(zhì)的混合體或單晶薄膜夾持于透明電極板之間， 外施電壓，由電場直接激勵(lì)電子與空穴復(fù)合而發(fā)光。13、簡述液晶顯示器的主要特點(diǎn)。答：優(yōu)點(diǎn)：1低壓，微功耗2平板結(jié)構(gòu)3被動(dòng)顯示型4顯示信息量大5易于彩 色化6長壽命7無輻射，無污染缺點(diǎn)：顯示視角小響應(yīng)速度慢非主動(dòng)發(fā)光14、CMOS與CCD器件的比較CCD攝像器件靈敏度高、噪聲低、像素面積小難與驅(qū)動(dòng)電路及信號(hào)處理電路單片集成，需要使用相對(duì)高的工作電壓，制造 成本比較咼CMOS攝像器件集成能力強(qiáng)、體積小、工作電壓單一、功耗低、動(dòng)態(tài)范圍寬、抗輻射和制造成本低需進(jìn)一步提高器件的信噪比和