光電子技術(shù)復(fù)習(xí)

1、考試時間：十四周星期五考試時間：十四周星期五（12月月9日）下午日）下午3:00-5:00考試地點：考試地點：N-2281. 一個激光器應(yīng)該包含一個激光器應(yīng)該包含 、 和和 三部分。三部分。光電子技術(shù)復(fù)習(xí)題光電子技術(shù)復(fù)習(xí)題泵浦源泵浦源,工作物質(zhì)（光放大器）工作物質(zhì)（光放大器）,諧振腔諧振腔 2.愛因斯坦認(rèn)為光和物質(zhì)原子的相互作用過程愛因斯坦認(rèn)為光和物質(zhì)原子的相互作用過程包括包括 、 和和 三種過程，三種過程，其中其中 是激光器的物理基礎(chǔ)。是激光器的物理基礎(chǔ)。 自發(fā)輻射，受激輻射，受激吸收，受激輻射自發(fā)輻射，受激輻射，受激吸收，受激輻射 第一章第一章:4.半導(dǎo)體激光器泵浦可采用半導(dǎo)體激光器泵浦可

2、采用 和和兩種方式。兩種方式。 端面，側(cè)面端面，側(cè)面 3.引入引入g參數(shù)可方便描述共軸球面腔的穩(wěn)定條參數(shù)可方便描述共軸球面腔的穩(wěn)定條件，若件，若g1=1-L/R1，g2=1-L/R2,則滿足條件則滿足條件0g1g21的開腔稱為的開腔稱為 , 滿足條件滿足條件g1g21的開腔稱為的開腔稱為 , 滿足條滿足條件件g1g2=0或或g1g2=1的開腔稱為的開腔稱為 。平。平行平面腔屬于行平面腔屬于 。 穩(wěn)定腔，非穩(wěn)定腔，臨界腔，臨界腔穩(wěn)定腔，非穩(wěn)定腔，臨界腔，臨界腔5.按工作物質(zhì)來分，按工作物質(zhì)來分，He-Ne激光器屬于激光器屬于 ，其中激光躍遷發(fā)生在其中激光躍遷發(fā)生在原子的能級間，原子的能級間，作為

3、輔助氣體來提高泵浦效率。作為輔助氣體來提高泵浦效率。氣體激光器，氣體激光器，Ne,He6.簡述激光器的基本組成及各部分所起的作用簡述激光器的基本組成及各部分所起的作用 激光的組成包括工作物質(zhì)激光的組成包括工作物質(zhì),泵浦源泵浦源,諧振腔諧振腔作用作用-工作物質(zhì)工作物質(zhì):實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn) 泵浦源泵浦源:將粒子從低能級激發(fā)到高能級將粒子從低能級激發(fā)到高能級 諧振腔諧振腔:(1)延長工作物質(zhì)延長工作物質(zhì),實現(xiàn)光放大實現(xiàn)光放大 (2)使激光具有較好的方向性使激光具有較好的方向性 (3)選頻選頻,使激光有較好的單色性使激光有較好的單色性8401-0.811.50.81.1RL1RL1021.激

4、光的穩(wěn)定性條件激光的穩(wěn)定性條件: 所以此腔為穩(wěn)定腔所以此腔為穩(wěn)定腔 7.給出激光諧振腔的穩(wěn)定性條件給出激光諧振腔的穩(wěn)定性條件,有一球面有一球面腔腔,R1=1.5m,R2=-1m,L=0.8m,通過計算說通過計算說明此腔的穩(wěn)定性明此腔的穩(wěn)定性 1.氣溶膠對光波的衰減包括氣溶膠氣溶膠對光波的衰減包括氣溶膠 和和 。光的散射定理指出，當(dāng)光波長遠(yuǎn)大于散射粒子光的散射定理指出，當(dāng)光波長遠(yuǎn)大于散射粒子尺寸時，產(chǎn)生尺寸時，產(chǎn)生 散射。當(dāng)光的波長相當(dāng)于散射。當(dāng)光的波長相當(dāng)于或小于散射粒子尺寸時，產(chǎn)生或小于散射粒子尺寸時，產(chǎn)生 散射。散射。 第二章第二章散射，吸收，瑞利，米氏。散射，吸收，瑞利，米氏。 2.光波

5、在大氣中傳播時，由于大氣氣體分子及光波在大氣中傳播時，由于大氣氣體分子及氣溶膠的氣溶膠的 會引起光束的能量衰減；會引起光束的能量衰減；由于空氣由于空氣 會引起光波的振幅和相位會引起光波的振幅和相位起伏；當(dāng)光波功率足夠夠大，持續(xù)時間極短起伏；當(dāng)光波功率足夠夠大，持續(xù)時間極短時，時， 也會影響光束的特性。也會影響光束的特性。 吸收和散射，折射率不均勻，非線性效應(yīng)吸收和散射，折射率不均勻，非線性效應(yīng) 模色散模色散,材料色散材料色散,波導(dǎo)色散，模色散波導(dǎo)色散，模色散 3.多模光纖的色散起因主要是多模光纖的色散起因主要是 , , 三種，其中三種，其中 占主要成分。占主要成分。 4.造成光纖衰減的主要來源

6、有哪兩種造成光纖衰減的主要來源有哪兩種,它們產(chǎn)它們產(chǎn)生的原因分別是什么生的原因分別是什么? 光纖衰減的主要原因是吸收損耗和散射損耗。光纖衰減的主要原因是吸收損耗和散射損耗。吸收損耗是由于光纖材料和其中的有害雜質(zhì)對吸收損耗是由于光纖材料和其中的有害雜質(zhì)對光能的吸收引起的光能的吸收引起的,它們把光能以熱能的形式消它們把光能以熱能的形式消耗于光纖中。散射損耗是由于光纖制作工藝上耗于光纖中。散射損耗是由于光纖制作工藝上的不完善的不完善,如有微氣泡折射率不均勻，以及有內(nèi)如有微氣泡折射率不均勻，以及有內(nèi)應(yīng)力等，光能在這些地方會發(fā)生散射而損耗。應(yīng)力等，光能在這些地方會發(fā)生散射而損耗。6.說明光纖波導(dǎo)的弱導(dǎo)條

7、件及其基本含義。說明光纖波導(dǎo)的弱導(dǎo)條件及其基本含義。 當(dāng)光纖的相對折射率差當(dāng)光纖的相對折射率差0.1時時, 該式稱為光纖的弱導(dǎo)條件該式稱為光纖的弱導(dǎo)條件 弱導(dǎo)的基本含義是指很小的折射率差就能構(gòu)成弱導(dǎo)的基本含義是指很小的折射率差就能構(gòu)成良好的光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)良好的光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu),而且為制造提供了很大的而且為制造提供了很大的方便。方便。121nnn 5.根據(jù)折射率分布，可將光纖分為根據(jù)折射率分布，可將光纖分為 和和 兩類；根據(jù)傳播模式的數(shù)目，可將光兩類；根據(jù)傳播模式的數(shù)目，可將光纖分為纖分為和和 兩類；兩類； 階躍光纖，梯度光纖，單模光纖，多模光纖階躍光纖，梯度光纖，單模光纖，多模光纖 縱向電光效應(yīng)，橫

8、向電光效應(yīng)縱向電光效應(yīng)，橫向電光效應(yīng) 1.根據(jù)電場方向與光束在晶體中傳播方向的關(guān)根據(jù)電場方向與光束在晶體中傳播方向的關(guān)系，電光效應(yīng)可分為系，電光效應(yīng)可分為 和和 兩種方式。兩種方式。 第三章第三章2.要實現(xiàn)脈沖編碼調(diào)制，必須進(jìn)行要實現(xiàn)脈沖編碼調(diào)制，必須進(jìn)行 , , 三個過程。三個過程。 抽樣，量化，編碼抽樣，量化，編碼 拉曼拉曼納斯衍射，布拉格衍射納斯衍射，布拉格衍射 3.按照聲波頻率的高低以及聲波和光波作用的按照聲波頻率的高低以及聲波和光波作用的長度不同，可以將聲光相互作用分為長度不同，可以將聲光相互作用分為和和 兩種類型。兩種類型。 4.聲光調(diào)制器是由聲光調(diào)制器是由 、 、 及及等組成。等

9、組成。聲光介質(zhì)，電聲光介質(zhì)，電-聲換能器，吸聲（反射）裝置，聲換能器，吸聲（反射）裝置，驅(qū)動電源驅(qū)動電源 縱向電光調(diào)制器具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、不縱向電光調(diào)制器具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、不存在自然雙折射的影響等優(yōu)點。其缺點是半波存在自然雙折射的影響等優(yōu)點。其缺點是半波電壓太高，特別是在調(diào)制頻率較高時，功率損電壓太高，特別是在調(diào)制頻率較高時，功率損耗比較大。耗比較大。 5.簡述縱向電光調(diào)制和橫向電光調(diào)制各有什簡述縱向電光調(diào)制和橫向電光調(diào)制各有什么優(yōu)缺點。么優(yōu)缺點。 橫向效應(yīng)運(yùn)用時，半波電壓與晶體的長寬比橫向效應(yīng)運(yùn)用時，半波電壓與晶體的長寬比(L/d)有關(guān)。增大有關(guān)。增大L 或減小或減小d 就可大大

10、降低半波就可大大降低半波電壓，但存在自然雙折射產(chǎn)生的固有相位延遲，電壓，但存在自然雙折射產(chǎn)生的固有相位延遲，對環(huán)境溫度敏感。由于需要補(bǔ)償，光調(diào)制器結(jié)對環(huán)境溫度敏感。由于需要補(bǔ)償，光調(diào)制器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸加工要求高，構(gòu)復(fù)雜，尺寸加工要求高， 以激光為載體，將信息加載到激光的過程，稱以激光為載體，將信息加載到激光的過程，稱為調(diào)制或光束調(diào)制。為調(diào)制或光束調(diào)制。光束具有振幅、頻率、相位、強(qiáng)度和偏振等參光束具有振幅、頻率、相位、強(qiáng)度和偏振等參量，可以應(yīng)用某些物理的方法，使其參量之一量，可以應(yīng)用某些物理的方法，使其參量之一按照調(diào)制信號的規(guī)律變化，實現(xiàn)光束的調(diào)制。按照調(diào)制信號的規(guī)律變化，實現(xiàn)光束的調(diào)制。 6.

11、什么是光的調(diào)制？說明光束調(diào)制的基本原理什么是光的調(diào)制？說明光束調(diào)制的基本原理和方法。和方法。 實現(xiàn)激光光束調(diào)制的方法根據(jù)調(diào)制器與激光器實現(xiàn)激光光束調(diào)制的方法根據(jù)調(diào)制器與激光器的關(guān)系，可以分為內(nèi)調(diào)的關(guān)系，可以分為內(nèi)調(diào) 制和外調(diào)制兩種。內(nèi)制和外調(diào)制兩種。內(nèi)調(diào)制是指加載信號在激光振蕩過程中進(jìn)行的，調(diào)制是指加載信號在激光振蕩過程中進(jìn)行的，以調(diào)制信號改變激光器的振蕩參數(shù)，從而改變以調(diào)制信號改變激光器的振蕩參數(shù)，從而改變激光輸出特性實現(xiàn)調(diào)制。激光輸出特性實現(xiàn)調(diào)制。(2分分)外調(diào)制是在激外調(diào)制是在激光形成之后，在激光器的光路上放置調(diào)制器，光形成之后，在激光器的光路上放置調(diào)制器，用調(diào)制信號改變調(diào)制器的物理性質(zhì)

12、，當(dāng)激光光用調(diào)制信號改變調(diào)制器的物理性質(zhì)，當(dāng)激光光束通過調(diào)制器時，使光波的某個參量受到調(diào)制。束通過調(diào)制器時，使光波的某個參量受到調(diào)制。 第四章第四章1.依據(jù)噪聲產(chǎn)生的物理原因，可將光電探測器依據(jù)噪聲產(chǎn)生的物理原因，可將光電探測器的噪聲大致分為的噪聲大致分為 , 和和 三類。三類。 散粒噪聲，熱噪聲，低頻噪聲。散粒噪聲，熱噪聲，低頻噪聲。 2. 和和 是光電池兩個非常重要是光電池兩個非常重要的工作狀態(tài)，它們分別對就于的工作狀態(tài)，它們分別對就于RL=0和和RL=的的情況。情況。 短路電流，開路電壓短路電流，開路電壓 3.說明說明PIN硅光二極管中本征層（硅光二極管中本征層（I層）的作用。層）的作用

13、。 本征材料的電阻率委高，因此反偏電場主要集本征材料的電阻率委高，因此反偏電場主要集中在這一區(qū)域。高的電阻使暗電流明顯減小。中在這一區(qū)域。高的電阻使暗電流明顯減小。在這里產(chǎn)生的光生電子在這里產(chǎn)生的光生電子-空穴對將立即被電場分空穴對將立即被電場分離，并作快速漂移運(yùn)動。本征層的引入明顯增離，并作快速漂移運(yùn)動。本征層的引入明顯增大了大了P+區(qū)的耗盡厚度，這有利于縮短載流子的區(qū)的耗盡厚度，這有利于縮短載流子的擴(kuò)散過程。耗盡層的加寬也明顯地減小了結(jié)電擴(kuò)散過程。耗盡層的加寬也明顯地減小了結(jié)電容容Cj，從而使電路的時間常數(shù)減小。由于光譜，從而使電路的時間常數(shù)減小。由于光譜響應(yīng)的長波區(qū)硅材料的吸收系數(shù)明顯減

14、小，所響應(yīng)的長波區(qū)硅材料的吸收系數(shù)明顯減小，所以耗盡層的加寬還有利于對長波區(qū)光輻射的吸以耗盡層的加寬還有利于對長波區(qū)光輻射的吸收。這樣收。這樣PN結(jié)又提供了較大的靈敏體積，有利結(jié)又提供了較大的靈敏體積，有利于量子效率的改善。于量子效率的改善。 光電探測器的主要性能參數(shù)包括（光電探測器的主要性能參數(shù)包括（1）積分靈）積分靈敏度敏度R，（，（2）光譜靈敏度）光譜靈敏度R,（3）頻率靈敏度）頻率靈敏度Rf, (4)量子效率量子效率，(5）能量閾）能量閾P(yáng)th和噪聲等效和噪聲等效功率功率NEP,（6）歸一化探測度）歸一化探測度D* 探測器測光的光源光譜特性必須與光電探測探測器測光的光源光譜特性必須與光

15、電探測器的光譜響應(yīng)特性匹配；考慮時間響應(yīng)特性；器的光譜響應(yīng)特性匹配；考慮時間響應(yīng)特性；考慮光電探測器的線性特性等?？紤]光電探測器的線性特性等。4.光電探測器的主要性能參數(shù)有哪些？結(jié)合這光電探測器的主要性能參數(shù)有哪些？結(jié)合這些參數(shù)總結(jié)選用光電探測器的一般原則。些參數(shù)總結(jié)選用光電探測器的一般原則。 第五章第五章1.電荷耦合器件（電荷耦合器件（CCD）與其它器件相比，最）與其它器件相比，最突出的特點是它以突出的特點是它以 作為信號，而其它作為信號，而其它大多數(shù)器件是以大多數(shù)器件是以 或者或者 作為信號。作為信號。 電荷，電流，電壓。電荷，電流，電壓。 2.CCD的噪聲可歸納為三類：的噪聲可歸納為三類

16、： 、 和和。 3.對紅外成像系統(tǒng)來說，系統(tǒng)性能的綜合量度對紅外成像系統(tǒng)來說，系統(tǒng)性能的綜合量度是是 和和。 散粒噪聲，轉(zhuǎn)移噪聲，熱噪聲散粒噪聲，轉(zhuǎn)移噪聲，熱噪聲 空間分辨率，溫度分辨率空間分辨率，溫度分辨率 026050950509050.oMTF240.oMTF4.一目標(biāo)經(jīng)紅外成像系統(tǒng)成像后供人眼觀察，一目標(biāo)經(jīng)紅外成像系統(tǒng)成像后供人眼觀察，在某一特征頻率時，目標(biāo)對比度為在某一特征頻率時，目標(biāo)對比度為0.5,大氣的大氣的MTF為為0.9，探測器的，探測器的MTF為為0.5，電路的，電路的MTF為為0.95，CRT的的MTF為為0.5，則在這一特征頻，則在這一特征頻率下，光學(xué)系統(tǒng)的率下，光學(xué)系

17、統(tǒng)的MTF至少要多大？至少要多大？ 構(gòu)成構(gòu)成CCD的基本單元是的基本單元是MOS(金屬金屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體半導(dǎo)體)電容器。正如其它電容器一樣，電容器。正如其它電容器一樣，MOS電容器能夠電容器能夠存儲電荷。如果存儲電荷。如果MOS結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體是結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體是P型硅，型硅，當(dāng)在金屬電極（稱為柵）上加一個正的階梯電壓當(dāng)在金屬電極（稱為柵）上加一個正的階梯電壓時（襯底接地），時（襯底接地），Si-SiO2界面處的電勢（稱為表界面處的電勢（稱為表面勢或界面勢）發(fā)生相應(yīng)變化，附近的面勢或界面勢）發(fā)生相應(yīng)變化，附近的P型硅中多型硅中多數(shù)載流子數(shù)載流子空穴被排斥，形成所謂耗盡層。如空穴被排斥，形成

18、所謂耗盡層。如果柵電壓果柵電壓VG超過超過MOS晶體管的開啟電壓，則在晶體管的開啟電壓，則在Si-SiO2界面處形成深度耗盡狀態(tài)，由于電子在那界面處形成深度耗盡狀態(tài)，由于電子在那里的勢能較低，我們可以形象化地說：半導(dǎo)體表里的勢能較低，我們可以形象化地說：半導(dǎo)體表面形成了電子的勢阱，可以用來存儲電子。面形成了電子的勢阱，可以用來存儲電子。 5.以以P型硅型硅MOS結(jié)構(gòu)為例說明結(jié)構(gòu)為例說明CCD存貯電荷的基存貯電荷的基本原理。本原理。 當(dāng)表面存在勢阱時，如果有信號電子（電荷）來當(dāng)表面存在勢阱時，如果有信號電子（電荷）來到勢阱及其鄰近，它們便可以聚集在表面。隨著到勢阱及其鄰近，它們便可以聚集在表面。

19、隨著電子來到勢阱中，表面勢將降低，耗盡層將減薄，電子來到勢阱中，表面勢將降低，耗盡層將減薄，我們把這個過程描述為電子逐漸填充勢阱。勢阱我們把這個過程描述為電子逐漸填充勢阱。勢阱中能夠容納多少個電子，取決于勢阱的中能夠容納多少個電子，取決于勢阱的“深淺深淺”，即表面勢的大小，而表面勢又隨柵電壓變化，柵即表面勢的大小，而表面勢又隨柵電壓變化，柵電壓越大，勢阱越深。如果沒有外來的信號電荷。電壓越大，勢阱越深。如果沒有外來的信號電荷。耗盡層及其鄰近區(qū)域在一定溫度下產(chǎn)生的電子將耗盡層及其鄰近區(qū)域在一定溫度下產(chǎn)生的電子將逐漸填滿勢阱，這種熱產(chǎn)生的少數(shù)載流子電流叫逐漸填滿勢阱，這種熱產(chǎn)生的少數(shù)載流子電流叫作

20、暗電流，以有別于光照下產(chǎn)生的載流子。因此，作暗電流，以有別于光照下產(chǎn)生的載流子。因此，電荷耦合器件必須工作在瞬態(tài)和深度耗盡狀態(tài)，電荷耦合器件必須工作在瞬態(tài)和深度耗盡狀態(tài)，才能存儲電荷。才能存儲電荷。 第六章第六章1.從分子排列的有序性來從分子排列的有序性來 ，液晶可以分為，液晶可以分為 、 和和 。目前顯示器件的主要材。目前顯示器件的主要材料是料是 液晶分子。液晶分子。 2.在彩色電視中，通常選用在彩色電視中，通常選用、 作為三種基色光。作為三種基色光。 向列相，近晶相，膽甾相，向列相向列相，近晶相，膽甾相，向列相 紅，綠，藍(lán)紅，綠，藍(lán) 3.液晶顯示背光的三種方式是液晶顯示背光的三種方式是 、

21、 和和。 反射式，透射式，投射式反射式，透射式，投射式 注入電致發(fā)光是在半導(dǎo)體注入電致發(fā)光是在半導(dǎo)體PN結(jié)加正偏壓時產(chǎn)結(jié)加正偏壓時產(chǎn)生少數(shù)載流子注入，與多數(shù)載流子復(fù)合發(fā)光。生少數(shù)載流子注入，與多數(shù)載流子復(fù)合發(fā)光。高場電致發(fā)光是將發(fā)光材料粉末與介質(zhì)的混合高場電致發(fā)光是將發(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，由電場直接激勵電子與空穴復(fù)合而發(fā)光。壓，由電場直接激勵電子與空穴復(fù)合而發(fā)光。 4.試說明注入電致發(fā)光和高場電致發(fā)光的基試說明注入電致發(fā)光和高場電致發(fā)光的基本原理。本原理。 5.簡述液晶顯示器的優(yōu)點。簡述液晶顯示器的優(yōu)點。 （1）低壓，微功耗；（）低壓，微功耗；（2）平板結(jié)構(gòu)；（）平板結(jié)構(gòu)；（3）被動顯示型；（被動顯示型；（4）易彩色化；（）易彩色化；（5）信息量大；）信息量