光电子技术答案整理

1、性 a弟一章1）色温是指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自发跃迁是指处于高能级的一个原子自发地向低能级跃迁，并发出一个光子的过程受激跃迁是指处于高能级态的一个原子在一定的辐射场作用下跃迁至低能级态，并辐射出一个与入射光子全同的光子的过程。2）受激辐射下光谱线展宽的类型分为均匀展宽和非均匀展宽，其中均匀展宽有自然展宽、碰撞展宽、热振动展宽，非均匀展宽有多普勒展宽与残余应力展宽。3）常见的固体激光器有 光泵激励，红宝石激光器，钕激光器，钛宝石激光器（写出两种）， 常见的气体激光器有He-Ne激光器，Ar离子激光器，CO2激光器，（写出两种）。4）光是一种以光速运动的光子流，

2、光子和其它基本粒子一样，具有能量 、 动量 和质量：其静止质量为 零 。激光与普通光源相比具有如下明显的特点：方向性好、单色性好、相干性好，强度大。5）简述光子的基本特性。光是一种以光速运动的光子流，光子和其它基本粒子一样，具有能量、动量和质量。它的粒子属性（能量、动量、质量等）和波动属性（频率、波矢、偏振等）之间的关系满足：（1） E = hv =力:,、 E hvnl（2）m = ，光子具有运动质量，但静止质量为零；（3） P = hk :（4）、光子具有两种可能的独立偏振态，对应于光波场的两个独立偏振方向；（5）、光子具有自旋，并且自旋量子数为整数，是玻色子6）简述激光产生的条件、激光器

3、的组成及各组成部分的作用。必要条件：粒子数反转分布和减少振荡模式数。充分条件：起振一一阈值条件：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）。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）% *弟二章1）声波在声光晶体中传播会引起晶体中的质点按声波规律在平衡位置振动，按照声波频率 的高低以及声波和光波作用的长度不同，声光相互作用可以分为拉曼一一纳斯衍射和布喇

4、 格衍射两种类型。2）磁光效应是指外加磁场作用所引起的材料的光学各向异性成为磁光效应，法拉第磁 光效应的规律（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的磁感应强度 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3）电致折射率变化是指晶体介质的介电系数与晶体中的电荷分布有关，当晶体被施加电场 后，将引起束缚电荷的重新分布，并导致离子晶格的微小形变，从而引起介电系数的变化， 并最终导致晶体折射率变化的现象4）光纤色散的主要危害是使脉冲信号展宽，限制了光纤的带宽或传输容量，多模光纤的色散 主要有模色散、材料色散、波导色散5）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

5、型。简述它们产生的条件和特 征。答案：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”。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6）何为电光晶体的半波电压？半波电压由晶体的那

6、些参数决定？答案:当光波的两个垂直分量,，Ey，的光程差为半个波长（相应的相位差为兀）时所需要加的电压，称为半波电压。半 波电压* =，主要由光波长人、o光折射率。和电光系数尸63共同决定。o 63*弟三早1）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。要实现脉冲编码调 制，必须进行三个过程：抽样，量化和编码2）光束扫描根据其应用的目的来可以分为一种为光的偏转角连续变化的模拟扫描，它能 描述光束的连续位移，另一种是不连续的数字扫描，它是在选定空间的某些特定位置上使光 束的空间位置“跳变”两种：前者主要应用各种显示，后者主要应用于光存储。3）在电光调制器中，为了得到线性调制，在调

7、制器中插入一个1/4波片，波片的轴向取向 为 快慢轴与晶体的主轴x成45。角时最好。4）根据调制器与激光器的关系，光束的调制方法可以分为内调制和外调制两种。内调制是 指一加载信号是在激光震荡过程中进行的，以调制信号改变激光器的震荡参数，从而改变激 光器输出特性以实现调制。5）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？解答：纵向电光调制器具有结构简单、工作稳定、不存在自然双折射的影响等优点。其缺点 是半波电压太高，特别是在调制频率较高时，功率损耗比较大。横向效应运用时，存在自然双折射产生的固有相位延迟，它们和外加电场无关。在没有外加 电场时，

8、入射光的两个偏振分量通过晶体后其偏振面已转过了一个角度，这对光调制器等应 用不利，应设法消除。横向效应运用时，总的相位延迟不仅与所加电压成正比，而且与晶体 的长宽比（L/d）有关。而纵向应用时相位差只和V=Ez*L有关。因此，增大L或减小d就可大 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。6）简述光束调制的基本原理。（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

9、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。（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。 第四章1）一纵向运用的KDP电光调制器，长为2cm，折射率为2.5，七3 =，工作频率为1000kHz,则此时光在晶体中的渡越时间为d = 3 x1。T。s - 16.7ns。2）光热效应是指材料受光照射后，光子能量与晶格相互作用，振动加剧，温度升高，材 料的性质发生变化。3）本征型光敏电阻一般在室温下工作，适用于_可见光和近红外辐射探测；非本征型光敏 电阻通常在低温条件下工作，常用于中远红外辐射探测。4）单片硅光

10、电池的开路电压约为0.45V-0.6V，短路电流密度约为150A/m2-300A/m25）光子效应是指_单个光子的性质对产生的光电子起直接作用的一类电效应，其主要特点 有：光子能量的大小能直接影响内部电子状态改变的大小。6）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 Si光 电二极管，PIN光电二极管，雪崩光电二极管（APD）,肖特基势垒光电二极管，HgCdTe光伏 二极管等类型（写出两种）。7）光热探测器中 热敏元件，热链回路和大热容量的散热器三部分构成，常见的光热探测 器有热敏电阳、热释电探测器（写出两种）。8）简述光电探测器的主要特性参数。答:光电探测器的主要性能

11、参数有：（1）灵敏度R：r =d = L（线性区内（a/W）R =空=U（线性区内（y/W）气 dP PI）（ A W） u dP P。Ri电流灵敏度（积分电流灵敏度），Ru电压灵敏度（积分电压灵敏度）。i -光电流，U-电压，P-入射光功率。光谱灵敏度R： R =1入dP.X 频率灵敏度R： R =R0日+ (2响2量子效率n ：门=四R.e i通量阈Pth噪声等效功率NEP通量阈一一探测器所能探测的最小光信号功率 噪声等效功率NEP单位信噪比时的信号光功率(6)归一化探测度D* D*= D 、Jgm-Hz1/2 / W)(7)噪声：依据噪声产生的物理原因,光电探测器的噪声可大致分为散粒噪声

12、、热噪声和低 频噪声三类。简述光子效应和光热效应。答案：光子效应是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。光热效应和光子效应完全不同，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，而是把其转化为晶格的热动 能，引起探测元件温度上升，由此引起探测元件的电学性质或其它物理性质发生变化。光子 效应常见的有：光电发射效应、光电导效应、光伏效应、光电磁效应等。光热效应常见的有：温差电效应、热释电效应等。总结选用光电探测器的一般原则。解答：答案梗概：按照光电探测器的性能参数，就可以评价探测器性能的优劣，比较不同探 测

13、器之间的差异，从而达到根据需要合理选择和正确使用光电探测器的目的。nz? -3弟五早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。固体摄像器件主要有三大类，它们是电荷耦合器件(CCD)，互补金属氧化物半导体图像 传感器(CMOS),电荷注入器件(CID)。CCD的基本工作过程包括信号的产生，存储，传输和检测。CCD摄像器件的基本工作原理是 依靠半导体的光电特性，用光注入的办法产生简述带像增强器的CCD的特点。带像增强器的CCD器件是将光图像聚焦在像增强器的光电阴极上，再经像增强器增强后耦合 到电荷耦合器件(CCD)上实现微光摄像(简称ICCD)。最好的ICC

14、D是将像增强器荧光屏上 产生的可见光图像通过光纤光锥直接耦合到普通CCD芯片上。像增强器内光子一电子的多次 转换过程使图像质量受到损失，光锥中光纤光栅干涉波纹、折断和耦合损失都将使ICCD输 出噪声增加，对比度下降及动态范围减小，影响成像质量。灵敏度最高的ICCD摄像系统可 工作在10-6lx靶面照度下。7）简述电荷耦合摄像器件的主要特性参数。转移效率：电荷包在进行每一次转移中的效率；不均匀度：包括光敏元件的不均匀与CCD的不均匀；暗电流：CCD在无光注入和无电注入情况下输出的电流信号；灵敏度：是指在一定光谱范围内，单位暴光量的输出信号电压（电流）；光谱响应：是指能 量相对光谱响应，最大响应值

15、归一化为100%，所对应的波长峰值波长，低于10%的响应点对 应的波长称为截止波长；噪声：可以归纳为散粒噪声、转移噪声和热噪声；分辨率：是指摄像器件对物像中明暗细节的分辨能力；动态范围和线性度:动态范围二光敏元件满阱信号/等效噪声信号，线性度是指在动态范围内，输出信号与暴光量的关系是否成直线关系。8）比较带像增强器的CCD、薄型背向照明CCD和电子轰击型CCD器件的特点。答案：带像增强器的CCD器件是将光图像聚焦在像增强器的光电阴极上，再经像增强器增强 后耦合到电荷耦合器件（CCD）上实现微光摄像（简称ICCD）。最好的ICCD是将像增强器荧 光屏上产生的可见光图像通过光纤光锥直接耦合到普通C

16、CD芯片上。像增强器内光子一电子 的多次转换过程使图像质量受到损失，光锥中光纤光栅干涉波纹、折断和耦合损失都将使 ICCD输出噪声增加，对比度下降及动态范围减小，影响成像质量。灵敏度最高的ICCD摄像 系统可工作在10-6lx靶面照度下。薄型、背向照明CCD器件克服了普通前向照明CCD的缺陷。光从背面射入，远离多晶硅，由 衬底向上进行光电转换，大量的硅被光刻掉，在最上方只保留集成外接电极引线部分很少的 多晶硅埋层。由于避开了多晶硅吸收，CCD的量子效率可提高到90%，与低噪声制造技术 相结合后可得到30个电子噪声背景的CCD，相当于在没有任何增强手段下照度为10-4lx （靶 面照度）的水平。

17、尽管薄型背向照明CCD器件的灵敏度高、噪声低，但当照度低于10-6lx （靶 面照度）时，只能依赖图像增强环节来提高器件增益，克服CCD噪声的制约。电子轰击型CCD器件是将背向照明CCD当作电子轰击型CCD的“阳极”，光电子从电子轰击 型CCD的“光阴极”发射直接“近贴聚焦”到CCD基体上，光电子通过CCD背面进入后，硅 消耗入射光子能量产生电子空穴对，进而发生电子轰击半导体倍增，电子轰击过程产生的噪 声比用微通道板倍增产生的噪声低得多，与它获得的3000倍以上增益相比是微不足到的。 电子轰击型CCD器件采用电子从“光阴极”直接射入CCD基体的成像方法，简化了光子被多 次转换的过程，信噪比大大

18、提高，与ICCD相比，电子轰击型CCD具有体积小、重量轻、可 靠性高、分辨率高及对比度好的优点。9）红外成像系统A的NETDA小于红外成像系统B的NETDB，能否认为红外成像系统A对各 种景物的温度分辨能力高于红外成像系统B，试简述理由。答案：不能，NETD反映的是系统对低频景物（均匀大目标）的温度分辨率，不能表征系统 用于观测较高空间频率景物的温度分辨率。题目中没有说明是否为低频或者高频，所以不能 判断。弟六早1）液晶分为两大类:热致液晶和溶致液晶。作为显示技术应用的液晶都是热致液晶。2）液晶是各项同性液体与完全有序晶体之间的一种中间态，既有液体的流动性又有晶体 的各向异性的特征，是一种取向

19、有序的流体，热致液晶可为是温度引起的，并且只能在一 定温度范围内存在，一般是单一组分或均匀化合物。3）等离子体是又叫做电浆，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4）试说明注入电致发光和高场电致发光的基本原理。答案：注入电致发光是在半导体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。高场电致发光是将发光材料粉末与介质的混合体或单晶薄膜夹持于透明电极板之间， 外施电压，由电场直接激励电子与空穴复合而发光。高场电致发光又分交流和直流两种，如 粉末型交流电致发光与粉末型直流电致发光。5）简述等离子体的概念和等离子体显示板工作的基本原理。等离子体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。等离子体是一种很好的导电体，利用经过巧妙设计的电场和磁场可以捕捉、移动和