光電材料與器件

光電材料與器件――考試卷一A（總

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皖西學(xué)院20162017學(xué)年度第1學(xué)期考試試卷（A卷）電氣學(xué)院光電信息專業(yè)2014級光電子材料與器件課程題號——二三四五六七八總分得分得分一.填空題：本大題共W小題，每空分，共15分。pn結(jié)附近載流子被耗盡的區(qū)域，稱為空間電荷區(qū)，又稱—耗盡層往硅中摻入硼元素的半導(dǎo)體是—p—型半導(dǎo)體。半導(dǎo)體發(fā)光二極管設(shè)計(jì)成圓頂（半球頂）是為了減少__全反射__的影響，以便形成有效光輻射。固體激光材料由激活離子和_基質(zhì)材料—所組成。固體激光材料按照基質(zhì)材料劃分，可分為激光晶體、—激光玻璃—和激光陶瓷三類。固體激光器由泵浦源、固體激光工作物質(zhì)與—光學(xué)諧振腔—所組成。光纖的損耗包括__吸收損耗__、散射損耗與彎曲損耗。多模光纖的色散包括模間色散、—材料色散_和波導(dǎo)色散。光開關(guān)可分為機(jī)械式光開關(guān)、_固體式光開關(guān)__和半導(dǎo)體光波導(dǎo)光開關(guān)三類。納米光電材料在光學(xué)上和電學(xué)性質(zhì)上表現(xiàn)出異于宏觀光電材料的特性，這主要來源于—小尺寸效應(yīng)_、表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)。1■ 間接帶隙半導(dǎo)體的發(fā)光效率比直接帶隙半導(dǎo)體高。X高效率的發(fā)光器件需要輻射壽命遠(yuǎn)大于非輻射壽命。XGaN是直接帶隙半導(dǎo)體發(fā)光材料。V半導(dǎo)體激光器只要一通電，不論電流多小，都能產(chǎn)生激光。X

在固體激光材料中，激光晶體的主要優(yōu)點(diǎn)是熱導(dǎo)率高、熒光譜線窄、硬度較大。V只要形成光放大就可以產(chǎn)生激光。X光纖的基本結(jié)構(gòu)包括纖芯、包層與緩沖涂覆層三個(gè)部分。V多模光纖的色散特性優(yōu)于單模光纖。X光波導(dǎo)的波長越長越容易形成單模。V光纖連接器的插入損耗越小越好，回波損耗越大越好。V光纖放大器結(jié)構(gòu)中，也包含有光學(xué)諧振腔。X磁光調(diào)制屬于光的內(nèi)調(diào)制。X光子器件不存在截止波長，對一切波長的光均能響應(yīng)。X光敏電阻是光電導(dǎo)型器件，其工作原理為光電導(dǎo)效應(yīng)。V扭曲向列相液晶顯示有光透過與關(guān)閉都不徹底，對比度不理想的缺點(diǎn)。V得分三.選擇題：本大題共15小題，每小題2分，共30分。電子濃度高于空穴濃度的半導(dǎo)體是_A。A.n型半導(dǎo)體 B.p型半導(dǎo)體 C.本征半導(dǎo)體 D.不能確定導(dǎo)帶底與價(jià)帶頂對應(yīng)相同的k（電子波矢量）的半導(dǎo)體是A。直接帶隙半導(dǎo)體B.間接帶隙半導(dǎo)體 C.p型半導(dǎo)體 D.n型半導(dǎo)體發(fā)光二極管的核心是pn結(jié)，對于發(fā)光二極管的發(fā)光原理，以下論述中正確的是_B。對pn結(jié)施加正向偏壓，耗盡層被加強(qiáng)，p區(qū)電子向n區(qū)漂移，n區(qū)空穴向p區(qū)漂移,在pn結(jié)附近相遇，發(fā)生輻射復(fù)合，輻射出光子對pn結(jié)施加正向偏壓，耗盡層被削弱乃至消失，p區(qū)空穴向n區(qū)擴(kuò)散，n區(qū)電子向p區(qū)擴(kuò)散，在pn結(jié)附近相遇，發(fā)生輻射復(fù)合，輻射出光子對pn結(jié)施加反向偏壓，耗盡層被加強(qiáng)，p區(qū)電子向n區(qū)漂移，n區(qū)空穴向p區(qū)漂移,在pn結(jié)附近相遇，發(fā)生非輻射復(fù)合，輻射出光子對pn結(jié)施加反向偏壓，耗盡層被加強(qiáng)，p區(qū)空穴向n區(qū)擴(kuò)散，n區(qū)電子向p區(qū)擴(kuò)散,在pn結(jié)附近相遇，發(fā)生非輻射復(fù)合，輻射出光子__C_不是半導(dǎo)體激光器出射激光所必須要具備的條件。A.粒子數(shù)反轉(zhuǎn)A.粒子數(shù)反轉(zhuǎn)較高的溫度 D.光增益超過光損耗以下是光纖特性參數(shù)的是_B_。插入損耗 B.歸一化頻率 C.分光比 D.隔離度將某一光纖浸入水中，與該光纖在空氣中相比，其受光角_B_。A.變大 B.變小 C.不變 D.不能確定某一無源樹形光纖耦合器（1X3耦合器）輸入功率是，輸出總功率為10mW,其中3個(gè)輸出端口分別輸出光功率為4mW、4mW、2mW0則該光纖耦合器各端口分光比分別為_D_0B.20%,50%,30%A.B.20%,50%,30%C.15%,45%,40% D.40%,40%,20%以下光纖器件中，是光纖有源器件的是B_。A.光纖連接器 B.光纖激光器 C.光隔離器 D.光纖耦合器以下不是光纖通訊窗口的波長是 AoA.500nm B.850nm C.1300nm D.1550nm以下屬于二階非線性光學(xué)效應(yīng)的是_D_。A.光束自聚焦 B.三次諧波產(chǎn)生 C.受激布里淵散射D.和頻.下列材料中，不屬于非線性光學(xué)晶體的是_C_。A.KDP B.KTP C.NaCI D.LiNbO3激光外調(diào)制器可分為_A與光波導(dǎo)調(diào)制器兩大類。A.體調(diào)制器 B.面調(diào)制器 C.線調(diào)制器 D.點(diǎn)調(diào)制器_D_不是電光效應(yīng)引起的典型物理現(xiàn)象.A.電致折射率變化 B.電光相位延遲 C.光偏振態(tài)變化 D.正向電注入光電二極管的光照特性（光電流-光照度關(guān)系）是呈_B_關(guān)系。A.二次函數(shù) B.線性 C.指數(shù) D.對數(shù)對于等離子體顯示與交流電致發(fā)光顯示的原理，以下敘述中正確的是_A_。顯示工作時(shí)都有壁電荷等離子體顯示工作時(shí)有壁電荷，交流電致放光顯示工作時(shí)沒有壁電荷等離子體顯示工作時(shí)沒有壁電荷，交流電致放光顯示工作時(shí)有壁電荷顯示工作時(shí)都沒有壁電荷得分四.解答（計(jì)算）題：本大題共5小題，每小題8分，共40分。1.簡述直接帶隙半導(dǎo)體和間接帶隙半導(dǎo)體的發(fā)光過程，二者有何不同?答：直接帶隙半導(dǎo)體的導(dǎo)帶底與價(jià)帶頂對應(yīng)相同的k（電子波矢量），間接帶隙半導(dǎo)體的導(dǎo)帶底與價(jià)帶頂對應(yīng)不同的k。直接帶隙半導(dǎo)體的發(fā)光過程中，導(dǎo)帶底的電子直接躍遷到價(jià)帶頂，與價(jià)帶頂?shù)目昭◤?fù)合，輻射出光子；而對于間接帶隙半導(dǎo)體，導(dǎo)帶底的電子躍遷到價(jià)帶頂需要蘆子的參與，需要吸收，或者發(fā)射一個(gè)蘆子，才能滿足動(dòng)量以及能量守恒。才能完成復(fù)合，輻射出光子。二者不同之處在于，直接帶隙半導(dǎo)體的導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂對應(yīng)相同的k,導(dǎo)帶底電子發(fā)生輻射躍遷時(shí)，無需蘆子參與；而間接帶隙半導(dǎo)體的導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂對應(yīng)不同的k,導(dǎo)帶底電子發(fā)生輻射躍遷時(shí)，需要蘆子的參與。2.什么是子午光線？簡述他們在光纖中的特性。數(shù)值孔徑的定義是什么？試寫出躍遷型光纖中，子午光線的數(shù)值孔徑的具體表達(dá)式。（空氣折射率近似為1）答：當(dāng)入射光線通過光纖軸線，且入射角大于臨界角ec=arcsin（n/n）時(shí)，光線將在纖芯/包層的界面上不斷發(fā)生全反射，形成曲折光線，傳導(dǎo)光線的軌逑始嫁處于入射光線與軸線所決定的平面內(nèi)，這種光線稱為子午光線，包含子午光線的平面稱為子午面。子午光線的特性在于入射光線通過光纖軸線，傳導(dǎo)光線的軌跡始終處于入射光線與軸線所決定的平面內(nèi)。數(shù)值孔徑的定義為光纖接受外來入射光的最大受光角（0 ）的正弦與入射區(qū)折射率的乘積。在躍遷型光纖中，子午光線的數(shù)值孔徑的表達(dá)式為備NA=sincpGJ=Jn^-mm 0m 12分析磁光偏轉(zhuǎn)與天然旋光之間的區(qū)別。答：磁致旋光效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)方向僅與磁場方向有關(guān)，而與光傳播方向的正逆無關(guān)，這是磁致旋光現(xiàn)象與晶體自然旋光現(xiàn)象的不同之處，光束（線偏振光束）往返通過自然旋光物質(zhì)時(shí)，因偏振面的旋轉(zhuǎn)角相等，方向相反而相互抵消；但是光束(線偏振光束)往返通過磁光介質(zhì)時(shí)，只要磁場方向不變，旋轉(zhuǎn)角都向一^方向增加。相對于PN光電二極管，PIN光電二極管的主要優(yōu)點(diǎn)有哪些？答：相對PN二極管，PIN光電二極管有以下優(yōu)點(diǎn)：i區(qū)是一層接近本征層的摻雜濃度很低的n區(qū)，在這種結(jié)構(gòu)中，零電場區(qū)(p+區(qū)和n+區(qū))非常薄，而低摻雜的i區(qū)很厚，耗盡層幾乎占據(jù)了整個(gè)pn結(jié)，從而使光子在耗盡區(qū)被充分吸收。有效減少了光生載流子在擴(kuò)散過程中的復(fù)合，提高了量子效率。同時(shí)減小了暗電流，提高了頻響特性。本征層的摻雜濃度很低，電阻率很高，反偏電場主要集中在這一區(qū)域。高電阻使暗電流明顯減少。同時(shí)光生電子-空穴被i區(qū)的強(qiáng)電場分離，并做快速漂移運(yùn)動(dòng)，有利于提高光電二極管的頻率響應(yīng)特性。i區(qū)的引入顯著加大了耗盡層厚度，減小了結(jié)電容。5.簡述扭曲向列相液晶顯示(TN-LCD)的工作原理。答：扭曲向列型液晶TN-LCD的玻璃基板內(nèi)側(cè)覆蓋著一層定向?qū)?，定向?qū)拥淖饔檬鞘箍拷ㄏ驅(qū)拥陌魻钜壕Х肿娱L軸沿定向處理的方向排列。上、下表面的定向?qū)臃较蚧ハ啻怪?，?dǎo)致盒內(nèi)液晶分子逐漸扭曲，從上玻璃片到下玻璃片扭曲了90°o當(dāng)液晶盒的兩個(gè)透明電極間不加電壓時(shí)，液晶盒內(nèi)的液晶材料在定向?qū)幼饔孟?，長軸方向從液晶盒上表面到液晶盒下表面逐漸旋轉(zhuǎn)90°o垂直入射到液晶盒上表面的光經(jīng)偏振片變?yōu)榫€偏振光，線偏振光在液晶中傳輸時(shí)偏振方向隨著液晶分子的長軸方向逐漸旋轉(zhuǎn)90°o在液晶盒下表面，線偏振光的偏振方向平行于下偏振片，從而能夠透過液晶谷rmo當(dāng)在液晶盒的透明電極上施加電壓時(shí)，由于液晶分子的正負(fù)電中心不重合，電偶極矩的方向?yàn)橐壕Х肿拥拈L軸方向，