光電子技術(shù)基礎(chǔ)復習

1、選擇題1、光電子技術(shù)在當今信息時代的應用主要有（ abcd ）A.信息通信 B.宇宙探測 C.軍事國防 D.災害救援2、激光器的構(gòu)成一般由（ a ）組成A.激勵能源、諧振腔和工作物質(zhì) B.固體激光器、液體激光器和氣體激光器C.半導體材料、金屬半導體材料和PN結(jié)材料 D. 電子、載流子和光子3、光波在大氣中傳播時，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 B.空氣折射率不均勻C.光波與氣體分子相互作用 D.空氣中分子組成和含量4、2009年授予華人高錕諾貝爾物理學獎，提到光纖以SiO2為材料的主要是由于（ a ）A.傳輸損耗低 B.可實現(xiàn)任何光傳輸 C.不出現(xiàn)瑞利散射 D

2、.空間相干性好5、激光調(diào)制器主要有（ abc ）A.電光調(diào)制器 B.聲光調(diào)制器 C.磁光調(diào)制器 D.壓光調(diào)制器6、電光晶體的非線性電光效應主要與（ ac ）有關(guān)A.外加電場 B.激光波長 C.晶體性質(zhì) D.晶體折射率變化量7、激光調(diào)制按其調(diào)制的性質(zhì)有（ cd ）A.連續(xù)調(diào)制 B.脈沖調(diào)制 C.相位調(diào)制 D.光強調(diào)制8、光電探測器有（ abc ）A.光電導探測器 B.光伏探測器 C.光磁電探測器 D.熱電探測元件9、CCD 攝像器件的信息是靠（ b ）存儲A.載流子 B.電荷 C.電子 D.聲子10、LCD顯示器，可以分為（ abcd ）A. TN型 B. STN型 C. TFT型 D. DST

3、N型 11、可見光的波長范圍為（C ）A. 200300nm        B. 300380nm  C. 380780nm        D. 7801500nm 12、電荷耦合器件分 （A  ）A. 線陣CCD和面陣CCD   B. 線陣CCD和點陣CCD  C. 

4、面陣CCD和體陣CCD   D. 體陣CCD和點陣CCD 填空題1、 黑體是指 一個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引起晶體中的質(zhì)點按聲波規(guī)律在平衡位置振動，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)頻、調(diào)相及強度調(diào)制。要實現(xiàn)脈沖編碼調(diào)制，必須進行三個過程：抽樣、量化和編碼。5、 本征型光敏電阻一般

5、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、遠紅外輻射探測。6、 CCD的基本功能為 電荷存儲和電荷轉(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)應用的液晶都是熱致液晶。8、 自發(fā)躍遷是指 處于高能級的一個原子自發(fā)地向低能級躍遷，并發(fā)出一個光子的過程。受激躍遷是指 處于高能級態(tài)的一個原子在一定的輻射場作用下躍遷至低能級態(tài)，并輻射出一個與入射光子全同的光子的過程。9、 磁光效應是指 外加磁場作用引起材料光學各向異性的現(xiàn)象，法拉第磁光效應的規(guī)律（1）對于給定的介質(zhì),光振動面的旋轉(zhuǎn)角與樣品的長度

6、和外加的磁感應強度成正比 （2） 光的傳播方向反轉(zhuǎn)時，法拉第旋轉(zhuǎn)的左右方向互換。10、 光熱效應是指 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\動能量，引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，它們是電荷耦合器件、互補金屬氧化物半導體圖像傳感器、電荷注入器件。12、 光波在大氣中傳播時，由于大氣氣體分子及氣溶膠的吸收和散射；會引起光束的能量衰減；由于空氣折射率不均勻會引起光波的振幅和相位起伏。13、 常見的固體激光器有 紅寶石激光器、釹激光器或鈦寶石激光器 （寫出兩種），常見

7、的氣體激光器有 He-Ne激光器、CO2激光器或Ar+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、 光是一種以光速運動的光子流，光子和其它基本粒子一樣，具有 能量、動量、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： 方向性好、單色性好、相干性好，強度大。17、 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年諾貝爾物理學獎授予英國華裔科學家高錕以及美國科學家威拉德·博伊爾和喬治·史密斯。高錕在有關(guān)光在

8、纖維中的傳輸以用于光學通信方面取得了突破性成就，博伊爾和史密斯發(fā)明了半導體成像器件電荷耦合器件（）圖像傳感器。19、 CCD的工作過程就是   產(chǎn)生  、   存儲   、  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, 氣體激光器和半導體激光器。21、光纖主

9、要由  纖芯  , 包層   ,   涂覆層    三部分組成判斷題1、 世界上第一臺激光器是固體激光器。 ( T ) 2、 在輻射度學中，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，超聲場作用像一個光學的“相位光柵”，其光柵常數(shù)等于光波波長l。 ( F )4、 在磁光晶體中，當磁化強度較弱時，旋光率a 與外加磁場強度是成正比關(guān)系。( T )5、 為了獲得線性電光調(diào)制，通過引入一個固定相位延遲，一般該調(diào)制器的電壓

10、偏置在T50的工作點上。 ( T )6、 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、 二代像增強器以纖維光學面板作為輸入、輸出窗三級級聯(lián)耦合的像增強器。( F )9、 陰極射線管的電子槍的作用是產(chǎn)生輝亮信號和彩色顯示。( 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、藍三色熒光體，它們再發(fā)出我們在顯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理、性能及應用特點等異

11、同。光子效應是指單個光子的性質(zhì)對產(chǎn)生的光電子起直接作用的一類光電效應。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，是普朗克常數(shù), 是光波頻率，所以，光子效應就對光波頻率表現(xiàn)出選擇性，在光子直接與電子相互作用的情況下，其響應速度一般比較快。光熱效應和光子效應完全不同。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\動能量，引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性質(zhì)或其他物理性質(zhì)發(fā)生變化。所以，光熱效應與單光子能量的大小沒有直接關(guān)系。原則上，光熱效應對光波頻率沒有選擇性

12、。只是在紅外波段上，材料吸收率高，光熱效應也就更強烈，所以廣泛用于對紅外線輻射的探測。因為溫度升高是熱積累的作用，所以光熱效應的響應速度一般比較慢，而且容易受環(huán)境溫度變化的影響。2、試比較帶像增強器的CCD、薄型背向照明CCD和電子轟擊型CCD器件的特點。答：帶像增強的CCD：將光圖像聚焦在像增強的光電陰極上，再經(jīng)像增強器增強后耦合到CCD上實現(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

13、，對比度好。3、試比較TNLCD和STNLCD的特點。TNLCD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，在采用無源矩陣驅(qū)動時，限制了其多路驅(qū)動能力。STNLCD的扭曲角在180º240º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效應，是基于光學干涉的顯示器件。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它的扭曲程度，盒厚較薄，一般5-7m。STN-LCD的工藝流程基本上和TN-LCD類似，但由于STN-LCD是基于光干涉效應的顯示器件，對盒厚的

14、不均勻性要求0.05m(TN-LCD只要求0.5m)，否則就會出底色不均勻，預傾角要求達到3º8º，電極精細，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；靈敏度：是指在一定光譜范圍內(nèi)，單位暴光量的輸出信號電壓（電流）；光譜響應：是指能量相對光譜響應，最大響應值歸一化為100%，所對應的波長峰值波長，低于10%的響應點對應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

15、聲；）分辨率：是指攝像器件對物像中明暗細節(jié)的分辨能力；動態(tài)范圍和線性度：動態(tài)范圍=光敏元件滿阱信號/等效噪聲信號，線性度是指在動態(tài)范圍內(nèi)，輸出信號與暴光量的關(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。對某些特定的波長，大氣呈現(xiàn)出極為強烈的吸收。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)分成八個區(qū)段，將透過率較高的波段稱為大氣窗口。大氣中N2、O2分子雖然含量最多（約90%），但它們在可見光和紅外區(qū)幾乎不表現(xiàn)吸收，對遠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，A

16、r，Xe，O3，Ne等，這些分子在可見光和近紅外有可觀的吸收譜線，但因它們在大氣中的含量甚微，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-轉(zhuǎn)動及純振動結(jié)構(gòu)，因此是可見光和近紅外區(qū)最重要的吸收分子，是晴天大氣光學衰減的主要因素。6、簡述帶像增強器的CCD的特點。帶像增強器的CCD器件是將光圖像聚焦在像增強器的光電陰極上，再經(jīng)像增強器增強后耦合到電荷耦合器件（CCD）上實現(xiàn)微光攝像（簡稱ICCD）。最好的ICCD是將像增強器熒光屏上產(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。像增強器內(nèi)光子電

17、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，對比度下降及動態(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：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（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)中可以實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。泵浦源（激勵源）：將粒子從低能級抽運到高能級態(tài)的裝置。諧振腔：(1) 使激光具有極好的方向性( 沿軸線) (2)

18、增強光放大作用( 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，聲光介質(zhì)可近似看作為相對靜止的“平面相位柵”。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)。衍射光各高級次衍射光將互相抵消，只出現(xiàn)0級和+1級（或-1級）衍射光。9、 選用光敏電阻應當注意什么？ 1）用

19、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、闡述光源半導體激光器LD和半導體發(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)

20、，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：當光波的兩個垂直分量Ex、Ey的光程差為半個波長時所需要加的電壓，稱為半波電壓。，由波長，0光折射率，電光系數(shù)共同決定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，由電場直接激勵電子與空穴復合而發(fā)光。13、簡述液晶顯示器的主要特點。答：優(yōu)點：1低壓，微功耗 2平板結(jié)構(gòu) 3被動顯示型 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：顯示視角小 響應速度慢 非主動發(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)動電路及信號處理電路單片集成，需要使用相對高的工作電壓，制造成本比較高 CMOS攝像器件集成能力強、體積小、工作電壓單一、功耗低、動態(tài)范圍寬、抗輻射和制造成本