光电子技术复习资料

1、光电子技术复习资料一. 填空题1. 声光相互作用可以分为 拉曼 -纳斯衍射 和 布喇格衍射 两种类型。 2. 激光器的 三个主要组成部分是： 工作物质 , 泵浦源 , 谐振腔3. 彩色阴极射线管 （CRT） 主要由 电子枪 、 偏转线圈 、 荫罩 、 荧光粉层 和 玻璃外 壳 五部分组成。4. 1917 年, 爱因斯坦 提出了受激辐射可实现光放大的概念 , 为激光的发明奠定了理论 基础。 1960 年 7 月 ,美国休斯公司实验室 梅曼 制成世界上第一台红宝石固态激光器 ,标 志着激光器诞生。5. 要实现脉冲编码调制，必须进行三个过程： 抽样， 量化， 编码。6. 光纤通信系统的三个传输窗口包

2、括短波长的850 nm 波段,长波长的 1300 nm及 1550 nm 波段。7 按照形成条件液晶可分为 溶致液晶 和 热致液晶 ，作为显示技术 应用的液晶都是 热 致液晶8. 常见的固体激光器有 红宝石激光器 , 掺钕钇铝石榴石激光器（写出两种），常见的 气体激光器有 He-Ne 激光器 , CO2 激光器或 Ar+ 激光器（写出两种） 9. 氦-氖（He-Ne） 激光器的工作物质是氦氖混合气体 ,激光由 氖 发射. 10. 光电探测器的物理效应通常分 为两大类：光电效应 和 光热效应 。 11. 光纤色散主要有 模式色散 , 材料色散 , 波导 色散 三种。12. 光电池是根据 光伏效应

3、 效应制成的将光能转换成电能的一种器件13. 激光器按按工作物质分类可分为 : 固体激光器 , 液体激光器 ,和 气体激光器 14. 半导 体的载流子是 电子和 空穴。15. 在彩色电视中，通常选用 红、 绿 、 蓝 作为三种基色光。16. CCD 的基本功能为 电荷存储和 电荷转移； CCD 按结构可分为线阵 CCD 和 面阵 CCD 。17. 热致液晶可以分为 近晶相、 向列相和 胆甾相三种。 18.波分复用器分为发端的 合 波器 器和收端的 分波器 器。19. 开放式光学谐振腔 （开腔 ）通常可以分为 稳定腔和 非稳定腔 ,共轴球面腔的稳定性条 件是:20. 光波在大气中传播时，由于大气

4、气体分子及 气溶胶的 吸收和散射 会引起光束的能量衰减；由于空气 折射率不均匀 会引起光波的振幅和相位起伏。21. 液晶分为两大类 : 溶致液晶和 热致液晶 ；作为显示技术应用的液晶都是 热致液 晶。22. 光纤主要由 纤芯 , 包层 , 涂覆层 三部分组成 .23. 彩色三要素是指 亮度 、 色调 和 饱和度 ，由这三个参量可以确切地表示任何一种 彩色光。24. 光与物质的三种相互作用过程包括 自发辐射 , 受激辐射 , 受激吸收。20XX 年度细分行业报告汇集 制造行业报告 互联网行业报告 农林牧渔行业报告二、简答题1. 简答什么是光伏效应？并说明该效应在器件中的应用答：在无光照射时 PN

5、 结内存在内部电场 E。当光照射在 PN 结及其附近时，若光子 的能量足够大，则在结区及其附近产生少数载流了（ 电子空穴对 ） 。它们在结区外时，靠扩散进入结区，它们在结区内时，则在电场 E作用下电子漂移到 N 区，空穴漂移到 P区。结果， N 区带负电荷， P区带正电荷，产生附加电动势。此电动势称为光生电动 势，此效应称为光生伏特效应。光电探测器 , 光电池 .2. 说明多模光纤中模式的最大时延与相对折射率差的关系答：cLncLncnLn11221 时延可见，光脉冲弥散正比于 ， 愈小， 就愈小3. 从 no 和 ne 的关系说明 KDP 晶体是负晶体 , 并写出不加电场时在主坐标系下的椭球

6、 方程答：ne < no 负单轴晶体122202nznynx 4. 简述液晶显示器的主要特点。答：优点： 驱动电压低，功耗小 平板结构，体积小 被动显示型 易彩色化 寿命 长 无辐射，无污染缺点：视角小 响应速度慢 亮度不高 5. 简述光电探测器的主要特性参数。答： 1.灵敏度 R. 电压灵敏度 RU电流灵敏度 Ri2. 光谱灵敏度 3. 频率响应和响应时间4. 量子效率 5. 噪声等效功率 NEP 6. 归一化探测度6. 简述激光器的组成及各组成部分的作用。 答：组成：工作物质、泵浦源、谐振 腔。 作用：工作物质：在这种介质中可以实现粒子数反转。 泵浦源(激励源)：将粒子 从低能级抽运

7、到高能级态的装置。 谐振腔： (1) 使激光具有极好的方向性 ( 沿轴单色性 （ 选频 ）增强光放大作用 （ 延长了工作物质（3） 使激光具有极好的37. 比较光子探测器和光热探测器在作用机理、性能及应用特点等方面的差异。 答： 光电效应 （光子效应 ）: 指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类光电效应。探测器吸收光子后，直接引起原子或分子的内部电子状态的改变。光子能量的大小直 接影响内部电子状态的改变。特点 : 对光波频率表现出选择性，响应速度一般比较快。光热效应探测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而是 把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测元件温度上升，温

8、度上升的结果 又使探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化。特点: 原则上对光波频率没有选择性，响应速度一般比较慢。在红外波段上，材料吸收率高，光热效应也就更强烈，所 以广泛用于对红外线辐射的探测。8. 简述光束调制的基本概念。答：（ 1）以激光为载体，将信息加载到激光的过程，称为调制或光束调制。（2）光束具有振幅、频率、相位、强度和偏振等参量，可以应用某些物理的方法，使其参量之一按照调制信号的规律变化，实现光束的调制，所以光束的 调制可以分为 调幅、调相、调频和强度调制等。（ 3）实现激光光束调制的方法根据调制器与激光器的关系，可以分为内调 制和外调制两种9. 利用纵向电光效应和横向电光效应

9、均可实现电光强度调制，纵向电光调制和横向电 光调制各有什么优缺点？ 答：纵向调制器优点 : 具有结构简单、工作稳定、不存在自然双折射的影响等。缺点: 电场方向与通光方向相互平行 , 必须使用透明电极 , 且半波电压达 8600伏,特别 在调制频率较高时，功率损耗比较大。横向调制器优点 : 半波电压与晶体的长宽比 （L/d） 有关增大 L 或减小 d 就可大大降低半 波电压 。缺点 : 存在自然双折射引起的相位延迟，对环境温度敏感。必须采用两块晶体，结构复 杂，而且其尺寸加工要求高10. 利用纵向电光效应和横向电光效应均可实现电光强度调制，纵向电光调制和横向电 光调制各有什么优缺点？答：等离子体

10、是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，它是除去固、液、气态外，物质存在的第四态。等离子体显示搬是利用 气体放电产生发光现象的平板显示的统称。等离子体显示技术的基本原理：显示屏上 排列有上千个密封的小 低压气体室（一般都是氙气和氖气的混合物），电流激发气体， 使其发出肉眼看 不见的紫外光，这种紫外光碰击后面玻璃上的红、绿、蓝三色荧光体， 它们再 发出我们在显示器上所看到可见光。11. 声光相互作用可以分为拉曼 -纳斯衍射和布喇格衍射两种类型。简述它们 产生的条 件和特征。答：产生拉曼 - 纳斯衍射的条件：当超声波频率较低，光波平行于声波面入射，声光互作用长

11、度 L 较短时，在光波通过介质的时间内，折射率的变化可以忽略不计，则声光介质 可近似看作为相对静止的“平面相位栅”。 由出射波阵面上各子波源发出的次波将发 生相干作用，形成与入射方向对称分布的多级衍射光，这就是拉曼 - 纳斯衍射的特点。产生布喇格衍射条件：声波频率较高，声光作用长度 L 较大，光束与声波波面间 以一定的角度斜入射，介质具有“体光栅”的性质。衍射光各高级次衍射光将 互相抵 消，只出现 0 级和 +1 级（或 -1 级）衍射光，这是布喇格衍射的特点。12. 选用光电探测器的一般原则答：灵敏度高；用于测光的光源光谱特性必须与光电探测器的光谱响应特性匹配；考 虑时间响应特性；噪声等效功

12、率小；考虑光电探测器的线性特性；承受的温度范围和电压 范围大等。13. 何为大气窗口 ?简单分析光谱位于大气窗口内的光辐射的大气衰减因素。答：对某些特定的波长，大气呈现出极为强烈的吸收。光波几乎无法通过。根据大气 的这 种选择吸收特性，一般把近红外区分成八个区段，将透过率较高的波段称为大气窗 口。 大气中 N2、O2分子虽然含量最多（约 90% ），但它们在可见光和红外区几 乎不表现吸收，对远红外和微波段才呈现出很大的吸收。因此，在可见光和近红外区， 一般不考虑其吸收作用。 大气中除包含上述分子外，还包含有 He，Ar， Xe，O3， Ne 等，这些分子在可见光和近红外有可观的吸收谱线，但因它

13、们在大气中的含量甚微， 一般也不考虑其吸收作用。只是在高空处，其余衰减因素都已很弱，才考虑它们吸收 作用。 H2O 和 CO2 分子，特别是 H2O 分子在近红外区有宽广的振动 - 转动及纯振动结 构，因此是可见光和近红外区最重要的吸收分子，是晴天大气光学衰减的主要因素。14. 结合气体放电管伏安特性图说明击穿电压和放电维持电压的概念 答：曲线 AC 段 属于非自持放电，在非自持放电时，参加导电的电子主要 是由外界催离作用（如宇宙射线、放射线、光、 热作用）造成的 ,当电压增加， 电流也随之增加并趋于饱和， C 点之前称为暗放电区， 放电气体不发光。随着电 压增加，到达 C 点后，放电变为自持

14、放电，气体被击穿，电压迅速下降，变成 稳 定的自持放电（图中 EF 段）， EF 段被称为正常辉光放电区，放电在 C 点开始 发 光，不稳定的 CD 段是欠正常的辉光放电区， C 点电压 Vf ，称为击穿电压或着火 电 压、起辉电压， EF 段对应的电压 VS 称为放电维持电压。三. 术语解释（补）电磁波谱 :按照波长或频率的顺序把电磁波排列成图表。 （P1）1.色温 :在规定两波长处具有与热辐射光源的辐射比率相同的黑体的温度。（P9）（ 补 ） 大气窗口 : 对于某些特点的波长 , 大气呈现出极强的吸收 . 根据大气的这一特性 , 把 近红外分成八个区段 , 将透过率较高的的波段称为大气窗口

15、 。 （P54）2.半波电压 : 当光波的两个垂直分量 Ex' ,Ey '的光程差为半个波长 （ 相应的相位差为180 度） 时所需要加的电压。 （P62）3. 内调制：加载信号是在激光振荡过程中进行的，以调制信号改变激光器的振荡参数， 从而改变激光器输出特性以实现调制。 （P90）4. 光电发射效应：在光照下，物体向表面以外的空间发射电子（即光电子）的现象。 光电发射效应条件：波长（ nm）=1240/E（ eV）.（P123）5. 非平衡载流子：光辐射照射端电压为 u 的半导体，如果波长满足如下条件， Eg是禁 带宽度， Eg是杂质能带宽度。那么光子将在其中激发新的载流子（

16、电子和空穴）, 这就使半导体中的载流子浓度在原来平衡值上增加了一个量 n 和 p，新增的部分半导体物 理中叫非平衡载流子。 （P125）6. 视场光阑 : 安置在物平面或者像平面上限制成像范围的光阑。 （P198）7吸收比：被物体吸收的能量与入射的能量之比。（P7）8辐照度 : 在辐射接受面上的辐射照度 Ee定义为照射在面元上的辐射通量 d 与该面 元的面积 dA 之比。 （P4）11. 反射比：反射的能量与入射能量之比。（ P7）12. 辐射能 （Qe，J）：以辐射能形式发射或传输的电磁波（紫外，可见光和红外辐射） 能量。（ P3）13. 光子效应：单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一

17、类光电效应。（P7）14. 温差电动势：当两种不同的配偶材料（金属，半导体）两端并联熔断时，如果两个 接头的温度不同，并联回路就产生电动势，即温差电动势。（P127）15. 光束漂移：光束围绕其平均位置的快速跳动。16. 光通量：指人眼所能感觉到的辐射功率，它等于单位时间内某一波段的辐射能量和该波段的相对视见率的乘积。17. 视见函数：通过对标准光度观察者的实验测定，在辐射频率540×10 Hz（= 555nm ）处， K 有最大值，其值为 Km=683lm/W 。而当 >555nm 时，V <1 ； =555nm 时，V =1 。（P6）19 热噪声：光电探测器本质上可

18、用一个电流源来等价，即它有一个等效电阻R，电阻中自由电子的随机热（碰撞）运动将在电阻器两端产生随机起伏电压，称为热噪声。 （P136）20冷阻（补）暗电流： CCD成像器件在既无光注入又无电注入情况下的输出信号称暗信号，即 暗电流。（ P185）四、简答题1何为大气窗口 ?简单分析光谱位于大气窗口内的光辐射的大气衰减因素。对某些特定的波长，大气呈现出极为强烈的吸收。光波几乎无法通过。根据大气的这 种选择吸收特性，一般把近红外区分成八个区段，将透过率较高的波段称为大气窗口。 大气中 N2、O2 分子虽然含量最多（约 90% ），但它们在可见光和红外区几乎不表现 吸收，对远红外和微波段才呈现出很大

19、的吸收。因此，在可见光和近红外区，一般不考 虑其吸收作用。大气中除包含上述分子外，还包含有He，Ar，Xe，O3，Ne 等，这些分子在可见光和近红外有可观的吸收谱线，但因它们在大气中的含量甚微，一般也不考 虑其吸收作用。只是在高空处，其余衰减因素都已很弱，才考虑它们吸收作用。 H2O 和 CO2 分子，特别是 H2O 分子在近红外区有宽广的振动 - 转动及纯振动结构，因此是可 见光和近红外区最重要的吸收分子，是晴天大气光学衰减的主要因素。 2.解释半波电压。半波电压由晶体的那些参数决定？当光波的两个垂直分量 Ex ，Ey的光程差为半个波长（相应的相位差为）时所需要加的电压，称为半波电压3什么是

20、光束的直接调制？请解释其中的脉冲编码调制过程?直接调制就是内调制，内调制是指加载信号是在激光振荡过程中进行的，以调制信号 改变激光器的振荡参数，从而改变激光器输出特性，以实现调制。数字信号是对连续变 化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的，称为PCM（ pulse code modulation ），即脉冲编码调制。抽样过程将连续时间模拟信号变为离散时间、连续幅度的抽样信号，量 化过程将抽样信号变为离散时间、离散幅度的数字信号，编码过程将量化后的信号编码 成为一个二进制码组输出。 这种电的数字信号称为数字基带信号，由 PCM 电端机产生 简单说就是模 / 数转换 .4光热效应的特点有哪些？ 探

21、测元件吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态 的变化，而是把吸收的光能转化为晶格的热运动能量，引起探测元件温度上升，温度上 升是探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化。光热效应对光波频率没有选择性， 其速度比较慢。光热效应有温差电效应、热释电效应。5选用光敏电阻应当注意什么？1）用于测光的光源光谱特性必须与光敏电阻的光敏特性匹配2）要防止光敏电阻受杂散光的影响 3 ）要防止是光敏电阻的电参数（电压、功耗） 超过允许值 4 ）根据不同用途，选用不同特性的光敏电阻。6实际工作中，如何得出光电池的开路电压和短路电流值？如何操作？ 在一定光功率 照射下，使光电池两端开路，用一高内阻直流毫伏表或电

22、位差计接在光电池两端，测量 出路电压 Uoc ；在同样条件下，将光电池两端用一低内阻电流表短接，电流表的示值 即为短路电路 Isc 值。7材料对光激发的波长阈值要求至少应满足什么条件？（）式中 h 为普朗克常量， c 为光速， 为光电发射体的功函数8研究光电导弛豫时间的实际意义是什么？光敏电阻受到脉冲光照射时，光电流并不立刻上升到最大饱和值，而光照去掉后，光电 流也并不立刻下降到零。这说明光电流的变化对于光的变化，在时间上有一个落后，这 就是光电导的弛豫现象。响应时间又分为上升时间 t1 和下降时间 t2 ，上升时间 t1 是指 光敏电阻受到脉冲光照射时，其相对灵敏度上升到其最大值的63% 时

23、所经过的时间，下降时间 t2 是指光敏电阻在去掉脉冲光照射时，其相对灵敏度下降到其最大值的 37% 时所经过的时间。10. 试述用光敏电阻检测光的原理11. 简述激光器的组成及各组成部分的作用。 组成：工作物质、泵浦源、谐振腔。作用：工作物质：在这种介质中可以实现粒子数 反转。泵浦源（激励源）：将粒子从低能级抽运到高能级态的装置。谐振腔： （1） 使激 光具有极好的方向性 （沿轴线 ）。 （2）增强光放大作用 （延长了工作物质 ）。 （3）使激光具有 极好的单色性 （选频 ）。12. 何为大气湍流效应，大气湍流对光束的传播产生哪些影响？是一种无规则的漩涡流动，流体质点的运动轨迹十分复杂，既有横

24、向运动，又有纵向 运动，空间每一点的运动速度围绕某一平均值随机起伏。这种湍流状态将使激光辐射 在传播过程中随机地改变其光波参量，使光束质量受到严重影响，出现所谓光束截面 内的强度闪烁、光束的弯曲和漂移（亦称方向抖动）、光束弥散畸变以及空间相干性 退化等现象，统称为大气湍流效应13. 何谓帧时、帧速？二者之间有什么关系？：完成一帧扫描所需的时间称为帧时 Tf（s） ，单位时间完成的帧数称为帧速 （帧 s ）： 。14. 选用光电探测器的一般原则。 用于测光的光源光谱特性必须与光电探测器的光谱响应特性匹配；考虑时间响应特性； 考虑光电探测器的线性特性等。15. 用于测光的光源光谱特性必须与光电探测

25、器的光谱响应特性匹配；考虑时间响应 特性；考虑光电探测器的线性特性等17. 请说明光电检测装置由哪些部分组成，并对各部分输出信号类型进行说明 18请说明光的基本度量中光度量与辐射度量两种单位制的区别，说明它们的 换算关系。光度量：以光谱效率函数为基准所度量的辐射量。辐射照度：简称辐照度，投射到单位接收面积的辐射照量。 辐射照度是一个从放射源 向平面状物体照射时，每单位面积所得到的放射束数量的物理量，单位是瓦特每平方 米 （W/m2） 。在光度单位体系中，被选作基本单位的不是相应的光量或光通量而是发光强度， 其单位是坎德拉（光度体系的基本单位），光度量与辐射度量之间的关系可以 用光视效率表示。19什么是半导体材料的本征吸收 ？本征吸收是指在价带和导带之间电子的跃迁产生与自由原子的线吸收谱相当的晶体吸收谱，它决定着半导体的光学性质 .本征吸收最明显的特点是具有基本的吸收边（吸 收系数陡峭增大的波长），也是半导体以及绝缘体光谱与金属光谱的主要不同之处， 它标志着低能透明区与高能强吸收区之间的边界。基本吸收边由能量带隙（晶体的