光電材料與器件

光電材料與器件――考試卷一A（總

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皖西學院20162017學年度第1學期考試試卷（A卷）電氣學院光電信息專業(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體是—p—型半導體。半導體發(fā)光二極管設計成圓頂（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_和波導色散。光開關(guān)可分為機械式光開關(guān)、_固體式光開關(guān)__和半導體光波導光開關(guān)三類。納米光電材料在光學上和電學性質(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_、表面效應和量子尺寸效應。1■ 間接帶隙半導體的發(fā)光效率比直接帶隙半導體高。X高效率的發(fā)光器件需要輻射壽命遠大于非輻射壽命。XGaN是直接帶隙半導體發(fā)光材料。V半導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)點是熱導率高、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部分。V多模光纖的色散特性優(yōu)于單模光纖。X光波導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。X光敏電阻是光電導型器件，其工作原理為光電導效應。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。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體是_A。A.n型半導體 B.p型半導體 C.本征半導體 D.不能確定導帶底與價帶頂對應相同的k（電子波矢量）的半導體是A。直接帶隙半導體B.間接帶隙半導體 C.p型半導體 D.n型半導體發(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，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)擴散，n區(qū)電子向p區(qū)擴散，在pn結(jié)附近相遇，發(fā)生輻射復合，輻射出光子對pn結(jié)施加反向偏壓，耗盡層被加強，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)生非輻射復合，輻射出光子對pn結(jié)施加反向偏壓，耗盡層被加強，p區(qū)空穴向n區(qū)擴散，n區(qū)電子向p區(qū)擴散,在pn結(jié)附近相遇，發(fā)生非輻射復合，輻射出光子__C_不是半導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效應的是_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.點調(diào)制器_D_不是電光效應引起的典型物理現(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_。顯示工作時都有壁電荷等離子體顯示工作時有壁電荷，交流電致放光顯示工作時沒有壁電荷等離子體顯示工作時沒有壁電荷，交流電致放光顯示工作時有壁電荷顯示工作時都沒有壁電荷得分四.解答（計算）題：本大題共5小題，每小題8分，共40分。1.簡述直接帶隙半導體和間接帶隙半導體的發(fā)光過程，二者有何不同?答：直接帶隙半導體的導帶底與價帶頂對應相同的k（電子波矢量），間接帶隙半導體的導帶底與價帶頂對應不同的k。直接帶隙半導體的發(fā)光過程中，導帶底的電子直接躍遷到價帶頂，與價帶頂?shù)目昭◤秃希椛涑龉庾?；而對于間接帶隙半導體，導帶底的電子躍遷到價帶頂需要蘆子的參與，需要吸收，或者發(fā)射一個蘆子，才能滿足動量以及能量守恒。才能完成復合，輻射出光子。二者不同之處在于，直接帶隙半導體的導帶底和價帶頂對應相同的k,導帶底電子發(fā)生輻射躍遷時，無需蘆子參與；而間接帶隙半導體的導帶底和價帶頂對應不同的k,導帶底電子發(fā)生輻射躍遷時，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)值孔徑的具體表達式。（空氣折射率近似為1）答：當入射光線通過光纖軸線，且入射角大于臨界角ec=arcsin（n/n）時，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，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，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)點有哪些？答：相對PN二極管，PIN光電二極管有以下優(yōu)點：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散過程中的復合，提高了量子效率。同時減小了暗電流，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。同時光生電子-空穴被i區(qū)的強電場分離，并做快速漂移運動，有利于提高光電二極管的頻率響應特性。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?，導致盒?nèi)液晶分子逐漸扭曲，從上玻璃片到下玻璃片扭曲了90°o當液晶盒的兩個透明電極間不加電壓時，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當在液晶盒的透明電極上施加電壓時，由于液晶分子的正負電中心不重合，電偶極矩的方向為液晶分子的長軸方向，