光电子技术部分考题

1、一、选择、填空。1. 按照调制方式分类，光调制可以分为：强度调制、相位调制、波长调制、频率调制、偏振调制。2. 半导体激光器发光是由能带之间的电子空穴对复合产生的。3. 激励过程是使半导体中的载流子过程从平衡态激发到非平衡态。4. 固体激光器是以固体为工作物质的激光器，也就是以掺杂的离子型绝缘晶体和玻璃为工作物质。5. 光纤传感器中常用的光电探测器：光电二极管、光电倍增管、光敏电阻。6. 红外探测器的响应波长范围参数指探测器电压响应率与入射的红外波长之间的关系。7. 光子探测原理是指利用半导体在入射光的照射下产生光子效应。8. 利用温差电势制成的红外探测器称为热电偶。9. 红外辐射在大气中传播

2、时由于大气中水分子、蒸汽等吸收和散射使辐射在传播过程中衰减。10. 当红外辐射照在热敏电阻上时，使温度上升，内部粒子无规则运动加剧，自由电子数随温度而上升，所以电阻会减小。11. 辐射出射度：辐射体单位面积向半空间发出的辐射通量。12. 光电磁是利用光生伏特效应将光能变成电能。13. 任何物质只要温度高于0K就会向外辐射能量。14. 红外无损检测是通过测量热流或热量来检测。15. 内光电探测器可分为光电导、光伏特、光电磁三种探测器。16. 红外探测器的性能参数：电压响应率、噪声等效功率、时间常数。17. 光束扫描根据其应用的目的可分为模拟扫描和数字扫描。模拟扫描用于显示，数字扫描用于光存储。1

3、8. 固体摄像器件主要有：CCD、CMOS、CID。19. 声光相互作用分为：拉曼纳斯衍射和布喇格衍射。20. 磁光效应：外加磁场作用引起材料光学各向异性的现象。21. CCD的基本功能：电荷存储、电荷转移。按结构分为线阵CCD和面阵CCD。22. 液晶分为溶致液晶和热致液晶两大类。23. 光辐射照射在半导体表面，材料中电子和空穴由原来的不导电状态转化为导电状态，这种现象称为光电导。24. 光束调制按其调制的性质可分为调幅、调频、调相及强度调制等。25. 实现脉冲编码调制，必须进行的三个过程：抽样、量化和编码。26. 光电二极管是指以光导模式工作的结型光伏型探测器。常见的光电二极管有硅光电二极

4、管、雪崩光电二极管（APD）、PIN光电二极管、肖特基势垒光电二极管。27. 光热探测器由热敏元件、热链回路和大容量的散热器组成。常见光热探测器有热敏电阻、热释电探测器、热点偶。28. CCD基本工作过程包括信号电荷的产生、存储、传输和检测。29. 等离子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态物质，它是出去固态、液态、气态以外的第四态。30. TNLCD指扭曲向列型液晶显示。STNLCD指超扭曲向列型液晶显示。二、问答题。1、一个完整的无限连续的电磁波谱有哪几部分组成？答：宇宙射线、Y射线、X射线、紫外光、可见光、红外光、毫米波、无线电波、声频电磁波。其中紫外

5、线包括：极远紫外、远紫外、近紫外。(10nm390nm)可见光：紫蓝绿黄橙红。(390nm770nm)红外光：近红外、中红外、远红外、极远红外(770nmlOOOOOOnm)2、简述内光电效应、外光电效应。答：外光电效应是金属或半导体受光照时，如果入射的光子能量hv足够大，它和物质中的电子相互作用，使电子从材料表面逸出的现象，也称为外光电效应。内光电效应是当光照物体时，光电子不逸出体外的光电效应称为内光电效应。3、比较光电二极管和光电池的异同。答：相同：二者结构和工作原理相同，都属于PN结型光生伏特效应器件。不同：a、频率特性不同：光电二极管的结面积比光电池小，频率特性要好。b、工作方式不同：

6、光电二极管通常在反偏置下工作，而光电池通常在零偏置下工作c、灵敏度不同：光电二极管的光敏面面积要比光电池的小得多，因此光电二极管的光电流要比光电池的小得多。4、光敏电阻的主要参数。答：亮电阻、暗电阻、最高工作电压、亮电流、暗电流、时间常数、电阻温度系数、灵敏度。5、什么是光电导的弛豫时间。答：光电导材料从光照开始到获得稳定的光电流是要经过一定时间的，同样光照停止后光电流也是逐渐消失的。这种现象即为光电导的弛豫现象。6、常见的固体激光器：红宝石激光器、钕激光器、钛宝石激光器。常见的气体激光器：He-Ne激光器、Ar3+激光器、CO2激光器。7、电介质的折射率变化指什么？答：晶体介质的介电系数与晶

7、体中电荷分布有关，当晶体被施加电场后会引起束缚电荷的重新分布并导致离子晶格的微小形变，从而引起晶体介电系数的变化并最终引起晶体的折射率变化的现象。8、光子效应指什么？答：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。主要特点：对光频率表现出选择性，响应速度比较快。9、液晶是什么？分类？答：液晶是液态晶体的简称。热致晶体可分为近晶相、向列相、胆甾相10、简述激光产生的条件、激光器的组成及各组成部分的作用。答：(1)必要条件：粒子数反转分布和减少振荡模式数。充分条件：起振阈值条件：激光在谐振腔内的增益要大于损耗。稳定振荡条件一一增益饱和效应(形成稳定激光)。(2) 组成：泵浦源、工作物质

8、、光学谐振腔。(3) 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)。11、声光作用分布喇格衍射和拉曼纳斯衍射，他们的条件及作用。(1) 拉曼纳斯：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”。特点：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

9、光，这就是拉曼-纳斯衍射的特点。（2）布喇格：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，光波在介质中要穿过多个声波面，介质具有“体光栅”的性质。特点：衍射光各高级次衍射光将互相抵消，只出现0级和+1级衍射光。12、简述光速调制的基本原理。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

10、和外调制两种。（4）具体的激光光束的调制方法，常见的有光电调制、声光调制、磁光调制、直接调制等。13、什么是色温？答：色温是辐射源发射光的颜色与某一温度下的黑体的辐射光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源的色温。14、什么是自发阶跃？什么是受激阶跃？答：自发阶跃：处于高能级的一个原子自发的向低能级阶跃，并发出一个光子的过程。受激阶跃：处于高能级的一个原子在一定的辐射场的作用下跃迁至低能级，并辐射出一个能量与入射光子能量相同的光子。15、法拉第磁光效应的规律？答：（1）对于给定的介质光振动面的旋转角与样品的长度和外加磁场成正比。（2）光的传播方向反转时法拉第旋转的左右方向互换。16、光束调制

11、分为哪几类？实现脉冲编码调制要那几个过程？答：光束调制分为：调幅、调频、调相、强度调制。实现脉冲编码调制要经过抽样、量化、编码三个过程。17、什么是光热效应？答：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，而是把吸的光能变为晶格的热运动的能量，引起探测元件温度升高，而温度升高又使探测元件电学性质或其他物理性质发生变化。18、纵向电光效应、横向电光效应有什么优缺点？答：纵向电光效应：存在自然双折射产生的固有相位延迟，与外加电场无关。在无外加电场时，入射光的两个偏振分量经过晶体后，其偏振面转过一个角度，这对光调制器的应用不利，应设法消除。优点：工作简单、结构稳定、不存在自然双折射影响。

12、缺点：半波电压太高，特别是在调制频率较高时，功率损耗较大。横向电光效应：应用时总的相位延迟不仅与所加电场成正比，而且与晶体的长宽比有关。纵向应用时相位差只和V=EL有关，因此增大L或减少d就可以大大降低半波电压。但必须采用两块晶体结构复杂而且其尺寸加工要求高，对环境温度敏感。19、说明注入电磁发光和高场电磁发光的基本原理。答：注入电致发光：它是在半导体pn结加正偏压时产生少数载流子注入，与多数载流子复合发光。高场电致发光：即将发光材料粉末与介质的混合体或单晶体薄膜夹持与透明电极板之间，外施电压，由电场直接激励电子与空穴复合而发光，高场电致发光又分为直流和交流两种，如粉末型交流电致发光与粉末型直

13、流电致发光。20、什么叫光电导现象？答：当红外辐射照在半导体的表面上，半导体材料中有些电子和空穴能从不导电的束缚状态变成能导电的自由状态，使半导体的导电率变大叫光电导现象。21、根据调制器和激光器的相对关系，可以分为哪两种调制？答：根据调制器和激光器的相对关系，可以分为内调制和外调制。内调制：是指加载调制信号是在激光振荡过程中进行的，即以调制信号去改变激光器的振荡参数，从而改变激光输出特性以实现调制。外调制：是指激光形成之后，在激光器外的光路上放置调制器，用调制信号改变调制器的物理特性，当激光通过调制器时，就会使光波的某参量受到调制。22、概括光纤弱导条件的意义。答：（1）理论上讲光纤的弱导是

14、光纤与波导之间的重要鉴别之一。（2）实际使用的光纤，特别是单模光纤，掺杂浓度很小，是纤芯和包层有很小的折射率差。（3）弱导的基本含义是以很小的折射率就能构成良好的光纤波导结构，给制制造提供极大方便。23、简述光子效应和光热效应，并列举常见的光子效应和光热效应。答：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。常见的光子效应有光电发射效应、光电导效应、光伏效应。光热效应是：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变，而是把吸的光能变为晶格的热运动的能量，引起探测元件温度升高，而温度升高又使探测元件电学性质或其

15、他物理性质发生变化。常见的光热效应有温差电效应、热释电效应。24、简述CCD器件的主要参数。答：1.转移效率：指电荷包在进行每一次转移中的效率。2.不均匀度：包括光敏元件和CCD的不均匀度。3暗电流：CCD在既无光注入又无电注入情况下的输出信号。4.灵敏度：指在一定光谱范围内，单位曝光量的输出信号电压或电流。5.峰值波长：最大响应值归一化为100%所对应的波长。6噪声：可归纳为三类，散粒噪声、转移噪声和热噪声。7分辨率：指摄像器件对物像中明暗细节的分辨能力。8线性度：指在动态范围内，输出信号与曝光量的关系是否成直线。25、简述光电倍增的工作原理。答：当光照射到光阴极时，光阴极向真空中激发出光电

16、子。这些光电子按聚焦极电场进入倍增系统，并通过进一步的二次发射得到的倍增放大。然后把放大后的电子用阳极收集作为信号输出。因为采用了二次发射倍增系统，所以光电倍增管在探测紫外、可见和近红外区的辐射能量的光电探测器中，具有极高的灵敏度和极低的噪声。另外，光电倍增管还具有响应快速、成本低、阴极面积大等优点。26、简述红宝石激光器的工作原理。答：红宝石激光器的工作物质是红宝石棒。在激光器的设想提出不久，红宝石就被首先用来制成了世界上第一台激光器。激光用红宝石晶体的基质是A12O3，晶体内掺有约0.05%（重量比）的Cr203oCr3+密度约为，1.58x1019/厘米3。Cr3+在晶体中取代A13+位

17、置而均匀分布在其中，光学上属于负单轴晶体。在Xe(氙)灯照射下，红宝石晶体中原来处于基态E1的粒子，吸收了Xe灯发射的光子而被激发到E3能级。粒子在E3能级的平均寿命很短(约10-9秒)。大部分粒子通过无辐射跃迁到达激光上能级E2。粒子在E2能级的寿命很长，可达3x10-3秒。所以在E2能级上积累起大量粒子，形成E2和E1之间的粒子数反转，此时晶体对频率v满足hv=E2E1(其中h为普朗克常数，E2、E1分别为激光上、下能级的能量)的光子有放大作用，即对该频率的光有增益。当增益G足够大，能满足阈值条件时，就在部分反射镜端有波长为6943x10-10米的激光输出。说明：25、26题为网上答案，2

18、5题需要记下光电倍增管的图；26题为课本P24P25,需要记下图。27、纵向应用的KDP晶体的计算：三、课件中出现的题目1、如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中A为发光仪器，B为水平传送带，由电动机带动做匀速直线运动。R1为光敏电阻，R2为定值电阻，R1、R2串联在电路中，电源电压保持不变.每当传送带上有易拉罐挡住由A射向R1的光线时，R1的电阻值就增大，计数器就计数一次。则：(1) 当传送带上有易拉罐挡住由A射向R1的光线时，定值电阻R2两端的电压将。(填“变大”、“变小”或“不变”)(2) 已知相邻的两个易拉罐中心之间的距离均为20cm，若计数器从易拉罐第一次挡住光线开始计时，到恰好

19、计数101次共用时间40s，则传送带的速度为多少m/s？答案：(1)由题意可知，当传送带上有易拉罐挡住由A射向R1的光线时，R1的电阻值就增大，由于R1、R2是串联在电路中的，当R1电阻值增大，R1分得的电压就增大，R2两端的电压将变小；(2)由v=s/1=(101-1)x0.2m/40s=0.5m/s。2、光敏电阻适于作为(B)A、光的测量元件B、光电导开关元件C、加热元件D、发光元件3、光敏电阻的性能好、灵敏度高，是指给定电压下(C)A、暗电阻大B、亮电阻大C、暗电阻与亮电阻差值大D、暗电阻与亮电阻差值小4、光与物质的作用实质是光子与电子的作用，电子吸收光子的能量后，改变了电子的运动规律。

20、由于物质的结构和物理性能不同，以及光和物质的作用条件不同，在光子作用下产生的载流子就有不同的规律，因而导致了不同的光电效应。以下是属于内光电效应的有(BCD)。A、光电发射效应B、光电导效应C、光生伏特效应D、光磁效应5、在光线作用下，半导体的电导率增加的现象属于(BD)。A、外光电效应B、内光电效应C、光电发射D、光导效应6、以下几种探测器属于热探测器的有：(ABCD)。A、热电偶型B、热释电型C、高莱气动型D、热敏电阻型7、光电探测器的特性的微观量-宏观量描述是什么？簣=x?t答：量子效率e:单位时间单位光量子数产生的光电子数。就是等量子光谱响应曲线中用光电子数代替电流或电压。8、光电信息转换器件的主要特性：答：1.光电特性-一I光电流=F()光通量2.光谱特性-一I光电流=F(久)入射光波长3.伏安特性-一1光电流=F(U)电压4.频率特性-I光电流=F(f)入射光调制频率9、厨房宜采用哪种形式的火灾报警探测器(C)A、感温探测器B、火焰探测器C、感烟探测器10、图像通信系统主要由图像输入设备、(ABCD)等组成。A、编码器B、调制器C、信道D、显示终端11、光电子器件有哪些？答：可分为