选择题
1.光通量的单位是（ B ）.
A.坎德拉
B.流明
C.熙提
D.勒克斯
2. 辐射通量φe的单位是（B ）
A 焦耳(J)
B 瓦特(W) C每球面度(W/Sr) D坎德拉(cd)
3.发光强度的单位是（ A ）.
A.坎德拉
B.流明
C.熙提
D.勒克斯
4.光照度的单位是（ D ）.
A.坎德拉
B.流明
C.熙提
D.勒克斯
5.激光器的构成一般由（A ）组成
A.激励能源、谐振腔和工作物质
B.固体激光器、液体激光器和气体激光器
C.半导体材料、金属半导体材料和PN结材料
D. 电子、载流子和光子
6.硅光二极管在适当偏置时，其光电流与入射辐射通量有良好的线性关系，且
动态范围较大。适当偏置是（D）
A 恒流
B 自偏置
C 零伏偏置
D 反向偏置
7.2009年10月6日授予华人高锟诺贝尔物理学奖，提到光纤以SiO2为材料的主要是由于（ A ）
A.传输损耗低
B.可实现任何光传输
C.不出现瑞利散射
D.空间相干性好
8.下列哪个不属于激光调制器的是（ D ）
A.电光调制器
B.声光调制器
C.磁光调制器
D.压光调制器
9.电光晶体的非线性电光效应主要与（ C ）有关
A.内加电场
B.激光波长
C.晶体性质
D.晶体折射率变化量
10.激光调制按其调制的性质有（C ）
A.连续调制
B.脉冲调制
C.相位调制
D.光伏调制
11.不属于光电探测器的是（ D ）
A.光电导探测器
B.光伏探测器
C.光磁电探测器
D.热电探测元件
https://www.doczj.com/doc/a215243628.html,D 摄像器件的信息是靠（ B ）存储
A.载流子
B.电荷
C.电子
D.声子
13.LCD显示器，可以分为（ABCD ）
A. TN型
B. STN型
C. TFT型
D. DSTN型
14.掺杂型探测器是由（D ）之间的电子-空穴对符合产生的，激励过程是使半导体中的载流子从平衡状态激发到非平衡状态的激发态。
A.禁带
B.分子
C.粒子
D.能带
15.激光具有的优点为相干性好、亮度高及（ B ）
A色性好B单色性好 C 吸收性强D吸收性弱
16.红外辐射的波长为（ D ）.
A 100-280nm
B 380-440 nm
C 640-770 nm
D 770-1000 nm
17.可见光的波长范围为（ C ）.
A 200—300nm
B 300—380nm
C 380—780nm
D 780—1500nm
18.一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.5m的高处，用照度计测得正下方地面的照度为30lx，该灯的光通量为（ A ）.
A .848lx
B .212lx
C .424lx
D .106lx
19.下列不属于气体放电光源的是（D ）.
A .汞灯
B .氙灯
C .铊灯
D .卤钨灯
20.ＬＣＤ是（Ａ）
A.液晶显示器
B.光电二极管
C.电荷耦合器件
D.硅基液晶显示器
21.25mm的视像管，靶面的有效高度约为10mm，若可分辨的最多电视行数为400，则相当于（A ）线对/mm.
A.16
B.25
C.20
D.18
22. 光电转换定律中的光电流与 ( B ) .
A 温度成正比 B光功率成正比 C暗电流成正比 D光子的能量成正比
23. 发生拉曼—纳斯衍射必须满足的条件是( A )
A 超声波频率低，光波平行声波面入射，声光作用长度短
B 超声波频率高，光波平行声波面入射，声光作用长度短
C 超声波频率低，光波平行声波面入射，声光作用长度长
D 超声波频率低，光束与声波面间以一定角度入射，声光作用长度短
24.光束调制中，下面不属于外调制的是 ( C )
A 声光调制
B 电光波导调制
C 半导体光源调制
D 电光强度调制
25.激光具有的优点为相干性好、亮度高及 ( B )
A 多色性好 B单色性好 C 吸收性强 D吸收性弱
26.能发生光电导效应的半导体是 ( C )
A本征型和激子型 B本征型和晶格型 C本征型和杂质型 D本征型和自由载流子型
27.电荷耦合器件分 ( A )
A 线阵CCD和面阵CCD
B 线阵CCD和点阵CCD
C 面阵CCD和体阵CC
D D 体阵CCD和点阵CCD
28.电荷耦合器件的工作过程主要是信号的产生、存储、传输和( C )
A 计算
B 显示
C 检测
D 输出
29.光电探测器的性能参数不包括（D）
A光谱特性B光照特性C光电特性 D P-I特性
30.光敏电阻与其他半导体电器件相比不具有的特点是（B）
A.光谱响应范围广
B.阈值电流低
C.工作电流大
D.灵敏度高
31.关于LD与LED下列叙述正确的是（C）
A. LD和LED都有阈值电流 B .LD调制频率远低于LED C. LD发光基于自发辐射
D .LED可发出相干光
32.光敏电阻的光电特性由光电转换因子描述，在强辐射作用下（A ）
A. γ=0.5
B.γ=1
C. γ=1.5
D. γ=2
33.硅光二极管主要适用于[D]
A紫外光及红外光谱区B可见光及紫外光谱区C可见光区 D 可见光及红外光谱区
34.硅光二极管主要适用于[D]
A紫外光及红外光谱区B可见光及紫外光谱区C可见光区 D 可见
光及红外光谱区
35.光视效能K为最大值时的波长是（A ）
A．555nm B.666nm C．777nm D.888nm
36. 对于P型半导体来说，以下说法正确的是（D）
A 电子为多子
B 空穴为少子
C 能带图中施主能级靠近于导带底
D 能带图中受主能级靠近于价带顶
37. 下列光电器件, 哪种器件正常工作时需加100-200V的高反压（C）
A Si光电二极管
B PIN光电二极管
C 雪崩光电二极管
D 光电三极管
38. 对于光敏电阻，下列说法不正确的是：（D）
A 弱光照下，光电流与照度之间具有良好的线性关系
B 光敏面作成蛇形，有利于提高灵敏度
C 光敏电阻具有前历效应
D 光敏电阻光谱特性的峰值波长，低温时向短波方向移动
39. 在直接探测系统中, (B)
A 探测器能响应光波的波动性质, 输出的电信号间接表征光波的振幅、频
率和相位
B 探测器只响应入射其上的平均光功率
C 具有空间滤波能力
D 具有光谱滤波能力
40. 对于激光二极管（LD）和发光二极管（LED）来说，下列说法正确的是（D）
A LD只能连续发光
B LED的单色性比LD要好
C LD内部可没有谐振腔
D LED辐射光的波长决定于材料的禁带宽
41. 对于N型半导体来说，以下说法正确的是（A）
A 费米能级靠近导带底
B 空穴为多子
C 电子为少子
D 费米能级靠近靠近于价带顶
42. 依据光电器件伏安特性, 下列哪些器件不能视为恒流源: （D）
A 光电二极管
B 光电三极管
C 光电倍增管
D 光电池
43. 硅光二极管在适当偏置时，其光电流与入射辐射通量有良好的线性关系，且动态范围较大。适当偏置是（D）
A 恒流
B 自偏置
C 零伏偏置
D 反向偏置
44. 有关热电探测器, 下面的说法哪项是不正确的(C)
A 光谱响应范围从紫外到红外几乎都有相同的响应
B 响应时间为毫秒级
C 器件吸收光子的能量, 使其中的非传导电子变为传导电子
D 各种波长的辐射对于器件的响应都有贡献
45. 为了提高测辐射热计的电压响应率，下列方法中不正确的是（D）
A 将辐射热计制冷
B 使灵敏面表面黑化
C 将辐射热计封装在一个真空的外壳里
D 采用较粗的信号导线
46.光谱光视效率V(505nm)=0.40730，波长为505nm、1mW的辐射光，其光通量为
A 683lm
B 0.683lm
C 278.2 lm
D 0.2782 lm （D）
47. 下列探测器的光－电响应时间，由少数载流子的寿命决定：（A）
A 线性光电导探测器
B 光电二极管
C 光电倍增管
D 热电偶和热电堆
48. 给光电探测器加合适的偏置电路，下列说法不正确的是(A )
A 可以扩大探测器光谱响应范围
B 可以提高探测器灵敏度
C 可以降低探测器噪声
D 可以提高探测器响应速度
49. 下列光源中哪一种光源，可作为光电探测器在可见光区的积分灵敏度测量标
准光源：（C）
A 氘灯
B 低压汞灯
C 色温2856K的白炽灯
D 色温500K的黑体辐射器
50. 克尔效应属于（A）
A 电光效应
B 磁光效应
C 声光效应
D 以上都不是
51. 海水可以视为灰体。300K的海水与同温度的黑体比较（A）
A 峰值辐射波长相同
B 发射率相同
C 发射率随波长变化
D 都不能确定
52. 下列探测器最适合于作为光度量测量的探测器（C）
A 热电偶
B 红外光电二极管
C 2CR113蓝硅光电池
D 杂质光电导探测器
第一章
填空
1.以黑体作为标准光源，其他热辐射光源发射光的颜色如果与黑体在某一温度下的辐射光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该热辐射光源的色温。
2.低压钠灯的单色性较好，常用作单色光源。
3.激光器一般是由工作物质、谐振腔和泵浦源组成的。
4.气体激光器的工作物质是气体或金属蒸汽。
5.半导体激光器亦称激光二极管。
6.光纤激光器的工作物质主要是稀土参杂的光纤。
7.一切能产生光辐射的辐射源称为光源。
8.单位时间内通过某截面的所有波长的总电磁辐射能又称辐射功率，单位W。
9.以辐射的形式发射、传播或接收的能量，单位为J 。
10.按入眼的感觉强度进行度量的辐射能大小称为光能。
11.单位时间内通过某截面的所有光波长的光能成为光通量。
12.发光强度单位为坎德拉。
13.光照度单位lx。
14.热辐射光源是使发光物体升温到足够高而发光的光源。
15.LD的发光光谱主要是由激光器的纵模决定。
16.半导体激光器的重要特点就是它具有直接调制的能力，从而使它在光通信中得到了广泛的应用。
三．简答
1.可见光的波长、频率和光子的能量范围分别是多少？
波长：380~780nm 400~760nm
频率：385T~790THz 400T~750THz
能量：1.6~3.2eV
2.发光二极管的优点？
效率高、光色纯、能耗小、寿命长、可靠耐用、应用灵活、绿色环保。
3.气体放电光源的特点？
效率高、结构紧凑、寿命长、辐射光谱可选择
4.半导体激光器特点？
体积小、重量轻、易调制、功效低、波长覆盖广、能量转换效率高。
5.光体放点的发光机制？
气体在电场作用下激励出电子和离子，成为导电体。离子向阴极、电子向阳极运动，从电场中得到能量，它们与气体原子或分子碰撞时会激励出新的电子离子，也会使气体原子受激，内层电子跃迁到高能级。受激电子返回基态时，就辐射出光子来。
6.激光的特点？
激光的高亮度、高方向性、高单色性和高度时间空间相干性是前述一般光源所望尘莫及的，它为光电子技术提供了极好的光源。
7.量子井LD的特性？
阈值电流很低、谱线宽度窄，改善了频率Chirp、调制速率高、温度特性好
8.超高亮度彩色LED的应用？
LED显示屏、交通信号灯、景观照明、手机应用、LED显示屏的背光源。
9.激光测距的优点？
（1）测距精度高（2）体积小、重量轻（3）分辨率高、抗干扰能力强
10.激光雷达的优点？
（1）激光高度的方向性，使光束发散角很小、分辨能力大大提高。
（2）抗干扰能力强
（3）体积小质量轻
11.简要描述一下黑体光谱辐射出射度与波长和温度的关系？
（1）对应任一温度单色辐射出射度随波长连续变化，且只有一个峰值，对应不同温度的曲线不相交。
（2）单色辐射出射度和辐射出射度均随温度升高而增大。
（3）单色辐射出射度和峰值随温度升高而短波方向移动。
四；计算
1.一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.5m的高处，用照度计测得正下方地面的照度为30lx，求出该灯的光通量。
Φ=L*4πR^2=30*4*3.14*1.5^2=848.23lx
第二章
1、光辐射的调制使用数字或模拟信号改变光波波形的幅度、频率或相位的过程。
2、光辐射的调制有机械调制、电光调制、声光调制、磁光调制。
3、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震荡参数，从而改变激光器输出特性实现的调制叫内调制。
4、外调制是激光形成以后，在光路中放置调制器用调制信号改变调制器的收放性能，当激光用过调制器，是某参量受到调制。
5、光束扫描技术包括机械扫描、电光扫描、电光数字式扫描、声光扫描。
6、什么是光辐射的调制？有哪些调制的方法？它们有什么特点和应用？
光辐射的调制是用数字或模拟信号改变光波波形的幅度、频率或相位的过程。
光辐射的调制方法有内调制和外调制。
内调制：直接调制技术具有简单、经济、容易实现等优点。但存在波长(频率)的抖动。
LD、LED
外调制：调制系统比较复杂、消光比高、插损较大、驱动电压较高、难以与光源集成、偏振敏感、损耗大、而且造价也高。但谱线宽度窄。机械调制、电光调制、声光调制、磁光调制
7、说明利用法拉第电磁旋光效应进行磁光强度调制的原理。
磁场使晶体产生光各向异性，称为磁光效应。
法拉第效应：光波通过磁光介质、平行于磁场方向传播时，线偏振光的偏振面发生旋转的现象。
电路磁场方向在YIG棒轴向，控制高频线圈电流，改变轴向信号磁场强度，就可控制光的振动面的旋转角，使通过的光振幅随角的变化而变化，从而实现光强调制。
8.什么是内调制？
加载信号是在激光振荡过程中进行的，以调制的信号改变激光振荡参数从而改变激光器输出德行实现调制。
9.什么是外调制？
激光形成以后，在光路放置调制器，用调制信号改变调制器的物理性能，当激光通过外调制器将使某参量受到调制。
9.半导体光源编码的优点？
（1）因为数字光信号在信道上传输，引进的噪声和失真，可采用间接中继器的方法去掉，故抗干扰能力强。
（2）对数字光纤通信系统的线性要求不高可充分利用光源的发光功率。
（3）数字光通信设备便于和脉冲编码电话中断、脉冲编码彩电终端、计算机终端相连接，从而组成即能传输电话，又能传输计算机数据的多媒体综合通信系统。
第三章
一、填空
1.光探测器的物理效应主要是光热效应和光电效应。
2.光电效应分为光电导效应、光伏效应、光电发射效应。
3.微光机电系统的特点，是功能系统的微型化、集成化、智能化。
4.光电池的基本特性有光照特性、伏安特性、光谱特性、频率特性、温度特性。
5.光探测器是将光信号转变为电信号的关键器件。
6.光电效应分为光电导效应、光伏效应、光电发射效应。
7.光探测器的固有噪声主要有：热噪声、1/f噪声、温度噪声、产生-复合噪声、散粒噪声。
8.光电三极管的基本特性有光照特性、伏安特性、温度特性、频率特性。
9.光热探测器有热敏电阻和热释电探测器。
10.光电探测器有光电导器件、结型光电器件、光电发射器件
二、简答
1、什么是光电器件的光谱特性？
答：光电器件对功率相同而波长不同的入射光的响应不同，即产生的光电流不同。光电流或输出电压与入射光波长的关系称为光谱特性。
2、何谓“白噪声”？何谓“1/f噪声”？要降低电阻的热噪声应采取什么措施？
答：功率谱大小与频率无关的噪声，称白噪声。功率谱与f成反比，称1/f 噪声。
措施：1.尽量选择通带宽度小的电阻2.尽量选择电阻值小的电阻3.降低电阻周围环境的温度
3、应怎样理解热释电效应？热释电探测器为什么只能探测调制辐射？
答：热电晶体的自发极化矢量随温度变化，从而使入射光可引起电容器电容改变的现象成为热释电效应。
由于热释电信号正比于器件的温升随时间的变化率，因此它只能探测调制辐射。
4、光探测器的光热效应是什么？
答：当光照射到理想的黑色吸收体上时，黑体将吸收所有波长的全部光能量，并转换为为热能，称为光热效应。
5、什么是光电导效应？
答：当半导体材料受光照时，由于对光子的吸收引起载流子浓度的变化，因而导致材料的电导率发生变化，这种现象称为光电导效应。
6、什么是光电发射效应？
答：某些金属或半导体受到光照时，若入射的光子能量足够大，则它与物质中的电子相互作用，致使电子逸出电子表面，这种现象称为光电发射效应。
7、光探测器的性能参数有哪些？
答：光电特性和光照特性、光谱特性、等效噪声功率和探测率、响应时间与频率特性。8、光敏电阻的主要特性有哪些？
答：光电特性、光谱特性、频率特性、伏安特性、温度特性、前历效应、噪声
9、光敏电阻与其他半导体光器件相比，有哪些特点？
答：光谱响应范围宽；工作电流大；所测光强范围宽；灵敏度高；偏置电压低，无极性之分10、热电探测器与光电探测器相比较，在原理上有何区别？
答：光电探测器的工作原理是将光辐射的作用视为所含光子与物质内部电子的直接作用，而热电探测器是在光辐射作用下，首先使接收物质升温，由于温度的变化而造成接受物质的电学特性变化。光电探测器响应较快，噪声小；而热电探测器的光谱响应与波长无关，可以在室温下工作。
11、为什么结型光电器件在正向偏置时没有明显的光电效应？结型光电器件必须工作在哪种偏置状态?
答：因为p-n结在外加正向偏压时，即使没有光照，电流也随着电压指数级在增加，所以有光照时，光电效应不明显。p-n结必须在反向偏压的状态下，有明显的光电效应产生，这是因为p-n结在反偏电压下产生的电流要饱和，所以光照增加时，得到的光生电流就会明显增加。
12、什么是光电效应和光热效应？
答：当光电器件上的电压一定时，光电流与入射于光电器件上的光通量的关系I=F( Ф) 称为光电特性，光电流与光电器件上光照度的关系I=F(L) 称为光照特性。
第四章
4.1简述PbO视像管的基本结构和工作过程。
光学图像投射到光电阴极上，产生相应的光电子发射，在加速电场和聚焦线圈所产生的磁场共同作用下打到靶上，在靶的扫描面形成与图像对应的电位分布最后，通过电子束扫描把电位图像读出，形成视频信号，
4.2摄像器件的参量——极限分辨率、调制传递函数和惰性是如何定义的？
分辨率表示能够分辨图像中明暗细节的能力。极限分辨率和调制传递函数（MTF）
极限分辨率：人眼能分辨的最细条数。用在图像（光栅）范围内所能分辨的等宽度黑白线条数表示。也用线对/mm表示。
MTF：能客观地表示器件对不同空间频率目标的传递能力。
惰性：指输出信号的变化相对于光照度的变化有一定的滞后。原因：靶面光电导张弛过程和电容电荷释放惰性。
4.3以双列两相表面沟道CCD为例，简述CCD电荷产生、存储、转移、输出的基本原理。
以表面沟道CCD为例，简述CCD电荷存储、转移、输出的基本原理。CCD的输出信号有什么特点？
答：构成CCD的基本单元是MOS(金属-氧化物-半导体)电容器。正如其它电容器一样，MOS 电容器能够存储电荷。如果MOS结构中的半导体是P型硅，当在金属电极（称为栅）上加一个正的阶梯电压时（衬底接地），Si-SiO2界面处的电势（称为表面势或界面势）发生相应变化，附近的P型硅中多数载流子——空穴被排斥，形成所谓耗尽层，如果栅电压VG超过MOS晶体管的开启电压，则在Si-SiO2界面处形成深度耗尽状态，由于电子在那里的势能较低，我们可以形象化地说：半导体表面形成了电子的势阱，可以用来存储电子。当表面存在势阱时，如果有信号电子（电荷）来到势阱及其邻近，它们便可以聚集在表面。随着电子来
到势阱中，表面势将降低，耗尽层将减薄，我们把这个过程描述为电子逐渐填充势阱。势阱
中能够容纳多少个电子，取决于势阱的“深浅”，即表面势的大小，而表面势又随栅电压变
化，栅电压越大，势阱越深。如果没有外来的信号电荷。耗尽层及其邻近区域在一定温度下
产生的电子将逐渐填满势阱，这种热产生的少数载流子电流叫作暗电流，以有别于光照下产
生的载流子。因此，电荷耦合器件必须工作在瞬态和深度耗尽状态，才能存储电荷。
以典型的三相CCD 为例说明CCD 电荷转移的基本原理。三相CCD 是由每三个栅为一组的间隔
紧密的MOS 结构组成的阵列。每相隔两个栅的栅电极连接到同一驱动信号上，亦称时钟脉冲。
三相时钟脉冲的波形如下图所示。在t1时刻，φ1高电位，φ2、φ3低电位。此时φ1电
极下的表面势最大，势阱最深。假设此时已有信号电荷（电子）注入，则电荷就被存储在φ
1电极下的势阱中。t2时刻，φ1、φ2为高电位，φ3为低电位，则φ1、φ2下的两个势
阱的空阱深度相同，但因φ1下面存储有电荷，则φ1势阱的实际深度比φ2电极下面的势
阱浅，φ1下面的电荷将向φ2下转移，直到两个势阱中具有同样多的电荷。t3时刻，φ2
仍为高电位，φ3仍为低电位，而φ1由高到低转变。此时φ1下的势阱逐渐变浅，使φ1
下的剩余电荷继续向φ2下的势阱中转移。t4时刻，φ2为高电位，φ1、φ3为低电位，φ
2下面的势阱最深，信号电荷都被转移到φ2下面的势阱中，这与t1时刻的情况相似，但电
荷包向右移动了一个电极的位置。当经过一个时钟周期T 后，电荷包将向右转移三个电极位
置，即一个栅周期（也称一位）。因此，时钟的周期变化，就可使CCD 中的电荷包在电极下被转移到输出端，其工作过程从效果上看类似于数字电路中的移位寄存器。
φ3φ
1φ
2
t 1
t 2
t 3
t 4φ3
φ1φ2
t 1t 2t 3t 4
电荷输出结构有多种形式，如“电流输出”结构、“浮置扩散输出”结构及“浮置栅输
出”结构。其中“浮置扩散输出”结构应用最广泛，。输出结构包括输出栅OG 、浮置扩散区
FD 、复位栅R 、复位漏RD 以及输出场效应管T 等。所谓“浮置扩散”是指在P 型硅衬底表
面用V 族杂质扩散形成小块的n+区域，当扩散区不被偏置，即处于浮置状态工作时，称作
“浮置扩散区”。
电荷包的输出过程如下：VOG 为一定值的正电压，在OG 电极下形成耗尽层，使φ3与FD 之
间建立导电沟道。在φ3为高电位期间，电荷包存储在φ3电极下面。随后复位栅R 加正复
位脉冲φR ，使FD 区与RD 区沟通，因 VRD 为正十几伏的直流偏置电压，则 FD 区的电荷被
RD 区抽走。复位正脉冲过去后FD 区与RD 区呈夹断状态，FD 区具有一定的浮置电位。之后，
φ3转变为低电位，φ3下面的电荷包通过OG 下的沟道转移到FD 区。此时FD 区（即A 点）
的电位变化量为：
C Q V FD
A =
?
式中，QFD 是信号电荷包的大小，C 是与FD 区有关的总电容（包括输出管T 的输入电容、分布电容等）。
t 1
φ3φR t 2
t 3
t 5t 4
φ3
φR t 1t 2t 3t 4t 5
CCD 输出信号的特点是：信号电压是在浮置电平基础上的负电压；每个电荷包的输出占有一
定的时间长度T 。；在输出信号中叠加有复位期间的高电平脉冲。据此特点，对CCD 的输出
信号进行处理时，较多地采用了取样技术，以去除浮置电平、复位高脉冲及抑制噪声。
4.4 CCD 驱动脉冲工作频率的上、下限受哪些条件限制，应该如何估算？
4.5双列两相CCD 驱动脉冲φ1、φ2、SH 、RS 起什么作用？它们之间的位相关系如何？为
什么？
φ1、φ2：驱动脉冲1、驱动脉冲2，将模拟寄存器中的信号电荷定向转移到输出端形
成序列脉冲输出。
SH ：转移栅控制光生电荷向CCDA 或CCDB 转移。
RS ：复位脉冲，使复位场效应管导通，将剩余信号电荷卸放掉，以保证新的信号电荷
接收。
4.6.某双列两相2048像元线阵CCD ，其转移损失率ε为5-10，试计算其电荷转移效率η和
电荷传输效率，η）
（，)0(/)(Q n Q =η。 解： 99999.0-1==εη
转移次数4092==m n 96)99999.0()
0()(4096====n Q n Q ηη，%
4.7 TCD1200D 的中心距为14μm ，它能分辨的最小间距是多少？它的极限分辨率怎样计
算？
它能分辨的最小间距是14μm 。
4.8简述变像管和图像增强器的基本工作原理，指出变像管和图像增强器的主要区别。
亮度很低的可见光图像或者人眼不可见的光学图像经光电阴极转换成电子图像；
电子光学系统将电子图像聚焦成像在荧光屏上，并使光电子获得能量增强；
荧光屏再将入射到其上的电子图像转换为可见光图像。
变像管：接受非可见辐射图像并转换成可见光图像的直视型光电成像器件：红外变像管、
紫外变像管和X 射线变像管等，功能是完成图像的电磁波谱转换。
像增强器：接受微弱可见光图像的直视型光电成像器件：级联式像增强器、带微通道板
的像增强器、负电子亲和势光阴极的像增强器等，功能是完成图像的亮度增强。
第五六七章
填空
1.光盘存储可分为三种类型：只读型、可录型、可擦重写型。
2.光磁盘存储器是用磁性材料作为记录介质，用激光作为记录、读出和擦除手段的存储器。
3.一些有机化合物存在固态和液态之间和液态之间的中间态，既具有液态的流动性，又具有晶体的各向异性，称为液晶。
4.液晶分子排列的类型有：近晶相、向列相、胆甾相。
5.等离子体显示板是利用气体放电产生发光现象的平板显示屏。
6.DLP 投影机有三片式、单片式、双片式不同档次的产品。
7.光电子技术在信息技术方面的应用有：光通信、互联网、手机、光显示、光传感、光存储、
计算机系统。
8.激光传统加工技术有：激光切割、激光打孔、激光焊接、激光表面热处理、激光打标。
简答
1.光存储器有哪些优点？
答：1存储密度高；2非接触式读、写信息;3存储寿命长；4信息的信噪比高；5信息位价格低。
2.光盘的特性参数有哪些？
答：1光盘类型；2光盘直径；3存储密度；4存储容量；5数据传输速率；6存取时间；7信噪比；8误码率；9存储每位信息的价格。
3.CD只读光盘的加工有哪些过程？
答：主盘制备工序；2副盘制备工序；3注塑复制工序；4溅射镀铝工序；5甩胶印刷工序。
4.光盘发展经历了哪几代？每一代的特点是什么？
答：自美国ECD及IBM公式共同研制出第一片光盘以来，光盘经历了四代：
⑴只读存储光盘
这种光盘中的数据是在光盘生产过程中刻入的，用户只能从光盘中反复读取数据。这种光盘制造工艺简单，成本低，价格便宜，其普及率和市场占有率最高。
⑵一次写入多次读出光盘
这种光盘具有写、读两种功能，写入数据后不可擦除。
⑶可擦重写光盘
用户除了可在这种光盘上写入、读出信息外，还可以将已经记录在盘上的信息擦除掉，然后再写入新的信息；但擦与写需要两束激光、两次动作才能完成。
⑷直接重写光盘
这种光盘上实现的功能与可擦重写重写光盘一样，所不同的是，这类光盘可用同一束激光、通过一次动作就擦除掉旧信息并录入新信息。
5.光信息存储有哪些新技术？
持续光谱烧孔和三维光信息存储、电子俘获光存储技术、全息信息存储、光致变色存储。
6.有机电致发光由哪五个步骤完成？
答：1载流子注入；2载流子的迁移；3载流子复合；4激发子迁移；5跃迁辐射。
7.简述OLED显示器的优点。
答：（1）发光亮度可达几百至上万坎德拉每平方米，普通电视是100坎德拉每平方米。（2）低电压驱动，十几至几伏，功耗低。
（3）有机材料易得，具有广泛的可选择性，很多有机物都可实现红绿蓝发光。而无机材料难生长，特别是蓝光材料。
（4）制备工艺简单
（5）易实现彩色化
8.等离子体显示有什么特点？
答：优点
（1）等离子体显示为自发光型显示，发光效率与亮度较高，视角大。由于等离子体显示单元具有很强的开关特性，能得到较高的图像对比度。
（2）显示质量好，灰阶可超过256级，色彩丰富，分辨率高，响应快，响应时间仅数ms。（3）有存储特性，使得在大屏幕显示时能得到较高的亮度，因而制作高分辨率大型PDP成为可能。
（4）刚性结构，耐震动，机械强度高，寿命长。
（5）制造工艺简单，投资小。
缺点
工作电压较高，不宜在低气压环境下工作（防止填充气体膨胀）。
9.DLP投影显示的技术优势有哪些？
答：（1）完全的数字化显示，这是ＤＬＰ独有的特色。
（２）反射显示，光能利用率高。
（３）优秀的图像质量。
（４）可靠性很高，系统寿命长。
10.硅基液晶显示器ＬＣＯＳ的特点。
答：ＬＣＯＳ为反射式技术，光能利用率远高于ＬＣＤ；耗电少，亮度高，分辨率高，响应快；ＣＭＯＳ电路是成熟技术，成本低。
11.激光加工的优点。
答：（1）加工对象范围广。
（2）由于是非接触加工，加工中无加工助力，工件无机械变形，切热变形极小。
（3）激光能聚焦到微米量级，既可进行微区加工，也可进行选择性加工，其精度是其他加工方法难以比拟的。
（4）节省能源和材料消耗。
（5）激光加工公害较小。
（6）可进行远距离遥控加工。
（7）激光加工与计算机数控技术结合。
（8）特别是先进的飞秒激光加工技术，可以实现亚微米、纳米尺度的高精习加工，甚至可以对细胞，基因进行加工。
12.飞秒激光加工脉冲持续时间只有飞秒量级，从根本上避免了热款三的存在和影响。较传统的激光加工有哪些优势？
（1）加工过程的非热熔性
（2）加工精准、质量高。
（3）可加工任何材料。
（4）加工能量低耗性。
13.激光武器的优点。
答：（1）命中率高；（2）机动灵活；（3）无放射性污染；（4）不受电磁干扰；（5）效费比高。
14.激光制导的特点。
答：精度高，抗干扰能力强，制导系统体积小，重量轻。但受天气影响大，原因在于大雨、浓雾使激光传输受到限制。
第八章
1.请简要列举光子晶体光纤的应用。
答：光纤通信，光子晶体光纤激光器，PCF的超连续光谱应用，PCF的传感应用。
2.光子晶体的主要应用
答：光子晶体激光器和LED；高性能的反射镜；光子晶体超棱镜，超透镜，光子晶体偏振器；光子晶体光波导；光子晶体全光开关。
3.周期性结构的材料是否存在光子禁带主要取决于哪三个因素？
答：两种介质的介电常数（或折射率）差；介电的填充率比；晶体结构
4.纳米光电子材料的种类
答：半导体量子阱，量子线，量子点；金属纳米材料；碳纳米管；硅纳米线
5.纳米传感器及纳米光机电系统开发应用
答：纳米探针；纳米细胞探测器，纳米光机电系统
6.碳纳米管的优点
答：碳纳米管很轻，材料密度低，强度高、碳纳米管场发射特性优异。
7.纳米结构的LED 器件优点
答：高发光量子效率、宽光谱范围光发射、色饱和度优于LCD 和OLED 、低激发能量态、
可以通过热激发、加电显示时器件耗电更低、具有光化学和热的高稳定性、制备工艺简单、
适合旋涂法、喷雾沉积，压印光刻，可制作柔性大面积器件
8.纳米光存储的种类
答：金属纳米棒光存储、一万GB 超级DVD
9.光子晶体的分类
答：一维光子晶体，二维光子晶体，三维光子晶体
10.光子晶体的能带效应
答：超校直效应、超棱镜效应、超透镜效应、复折射效应
计算题
1、探测器的D*=1110cm ·2/1Hz /W,探测器光敏器的直径为0.5cm ，用于f=3
105?Hz 的光电仪器中，它能探测的最小辐射功率为多少？
解： NEP D f A D D d /1)(2/1*=?= ?W D f D D f A NEP d e 10*
2*
2
/1101.3)2()(-?=?=?==πφ
2、一块半导体样品，有光照时电阻为50欧姆，无光照时电阻为5000欧姆，求该样品的光
电导。
解：G 光=G 亮-G 暗=1/50-1/5000=0.0198（s ）该样品的光电导即为所求。
3、用Cds 光敏电阻控制继电器。灵敏度lx s s d /10*26
-= ,继电器线圈电阻是4Ωk ，吸
合电流是2mA ，使继电器吸合所需的最小照度是多少？若使继电器在200lx 时吸合，则需改
变线圈电阻，问此事继电器电阻最大为多少？（弱光照条件）
解： （1）要使继电器吸合，光敏电阻的电压V U 4102104123
3=???-=- 由光电流UL S I g =，可得lx U S I L g 2504
10210263
=???==-- （2）要使继电器吸合在200lx 时吸合，此时光敏电阻的电压
V L S I
U g 520010210263
=???==-- 这时继电器的电压为12-5=7V ，从而继电器的电阻最大为Ω=?-k 5.310273
4、现有GDB-423型光电倍增管的光电阴极面积为2cm 2，阴极灵敏度Sk 为25μA/lm ，倍增系统的放大倍数为10~5，阳极额定电流为20μA ，求允许的最大光照。
解： 电流增益M 也是电压的函数，K
A K A S S I I M ===510 代入M ，k S ，可得lm A S A /5.2=
SL I I S A A
A ==φ，所以lx S S I L A A 246
max 1045.21021020---?=???=?= 5、在室温300K 时，已知221CR 型硅光电池（光敏面积为5mm ?5mm ），在福照度为
100mW/2
cm 时的开路电压为mV U oc 550=，短路电流mA I sc 6=。试求
（1）室温情况下，辐照度降低到50mW/2cm 时的开路电压oc U 与短路电流sc I 。
（2）当该硅光电池安装在下图所示的偏置电路时，若测得输出电压o U =1V ，求此时光敏面上的辐照度。
解
设辐照度变成502/cm mW 时的输出开路电压分别为1OC U 和1SC I ，则可知
e
e SC SC S S I I Φ?Φ?=11 （1） 式中S 为光电池的灵敏度，1e Φ和e Φ分在辐照度为502/cm mW 和1002/cm mW 下光电池
上接收到的辐射通量。
根据题意把已知量代入（1）式可知
mA mA I I SC SC SC sc 36100
5011=?=?ΦΦ= p
p o p o p oc oc I I q kT I I q kT I I q kT U U 111ln ln ln =-=- p
p oc oc I I q kT U U 11ln +=? 把参数代入上式可得mV V mV U oc 2.5426
3ln 106.13001038.155019231=???+=--。 （2）由上图可知放大器输入端的输入阻抗in Z 是光电池的负载电阻，可表示为
1+=A R Z f
in ，其中可知A 为放大器的开环放大倍数，f R 是反馈电阻。
由图中可知f R 为24Ωk ，510≥A ，则Ω≤k Z in 24.0，认为光电池处于短路工作状态。
输出电压o f f sc o S R R I U φ??=?=
式中，S 为光电池的灵敏度，o φ为辐照度，由（1）式可得 f
sc e o e o sc f o sc R I U I R U I I ??=?==φφφφ/ 把已知量代入上式可得2/694.0cm mW o =φ。
K
4.6.某双列两相2048像元线阵CCD ，其转移损失率ε为5-10，试计算其电荷转移效率η和电荷传输效率，η）
（，)0(/)(Q n Q =η。 解： 99999.0-1==εη
转移次数4092==m n 96)99999.0()
0()(4096====n Q n Q ηη，% 1. 设在半径为R c 的圆盘中心法线上，距盘圆中心为l 0处有一个辐射强度为I e 的点源S ，如图所示。试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。 解：因为
ΩΦd d e
e I =
， 且 ()???
? ??+-=-===Ω?22000212cos 12sin c R R l l d d r
dS d c πθπ?θθ 所以???? ??+-=Ω=Φ220012c e e e R l l I d I π 2.某单色光频率为3×1014Hz ，该单色光在水中（n=1.33）的速度和波长。
答：v=c/n=3*108/1.33=2.26*108m/s λ=v/f=2.26*108/3*1014 =0.75*10-6m
3、某电光晶体n=1.5，L=1cm ，ωm τd =π/2,则调制信号最高频率为？
答：f m =w m / 2π=1/4τd =c/4nL=3*108/（4*1.5*0.01）=5*109Hz
4. 用凝视型红外成像系统观察30公里远，10米×10米的目标，若红外焦平面器件的像元大小是50μm ×50μm ，假设目标像占4个像元，则红外光学系统的焦距应为多少？若红外焦平面器件是128×128元，则该红外成像系统的视场角是多大？
答： /3321050103010f
??=?- mm f 300/= 水平及垂直视场角： 05319.13600
11023001281050≈?????- 5. 光敏电阻适用作光控继电器。如图所示给出一个光控开关。光敏电阻为CdS 器件。晶体管β值为50，继电器K 的吸合电流为10mA ，e R =100Ω。考虑弱光照情况，计算继电器吸合需要多大照度？（测得L=0lx 时，Ω=M R G 100；L=100lx 时，Ω=k R G 50，其中V U b 12=）
解：由题可知，继电器的吸合电流I=10mA,Ω=100e R . l 0 S R c 图1
V U b 12=,E C B I I I ≈=β. mA I I RG 2.0==β
e R BEQ b RG U U U U --==10010502.07.0123???---
V 3.1017.012=--= 灵敏度7841099.10
10010111051-?=-?-?=??=L R S G g 光敏电阻的光电流UL S I g = 可得Lx U S I L g 973.1010210274
=???==--.
光电子技术安毓英习题答案-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
第一章 1. 设在半径为R c 的圆盘中心法线上，距盘圆中心为l 0处有一个辐射强度为I e 的点源S ，如图所示。试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。 解：因为 ΩΦd d e e I = ， 且 ()??? ? ??+- =-===Ω?22000212cos 12sin c R R l l d d r dS d c πθπ?θθ 所以??? ? ??+-=Ω=Φ220012c e e e R l l I d I π 2. 如图所示，设小面源的面积为A s ，辐射亮度为L e ，面源法线 与l 0的夹角为s ；被照面的面积为A c ，到面源A s 的距离为l 0。若c 为辐射在被照面A c 的入射角，试计算小面源在A c 上产生的辐射照度。 解：亮度定义: r r e e A dI L θ?cos = 强度定义:Ω Φ =d d I e e 可得辐射通量：Ω?=Φd A L d s s e e θcos 在给定方向上立体角为：2 cos l A d c c θ?= Ω 则在小面源在?A c 上辐射照度为：20 cos cos l A L dA d E c s s e e e θθ?=Φ= 3.假如有一个按朗伯余弦定律发射辐射的大扩展源（如红外装置面对的天空背景），其各处的辐亮度L e 均相同，试计算该扩展源在面积为A d 的探测器表面上产生的辐照度。 答：由θcos dA d d L e ΩΦ = 得θcos dA d L d e Ω=Φ，且() 2 2cos r l A d d +=Ωθ 则辐照度：()e e e L d r l rdr l L E πθπ =+=? ?∞ 20 0222 2 4. 霓虹灯发的光是热辐射吗？ l 0 S R c L e A s A c l 0 s c 第1.2题图
一、名词解释（25’） 1.双折射现象： 2.等离子体： 3.光无源器件： 4.光热效应： 5.光盘： 二、简答题(25’) 1.光的基本属性？ 2.什么是消逝波？ 3.什么叫磁光效应？ 4.简述光纤的基本结构？ 5.简述激光器的基本结构？ 三、论述题(20’) 1.论述液晶的特点及其应用? 2.论述根据什么现象可以检测出入射光的偏振态？ 3.论述光隔离器的基本结构与工作原理？ 4.论述光电子技术的发展历史？ 四、计算题(30’) 1.He-Ne 激光器的反射镜间距为0.2m ，求最靠近63 2.8nm 跃迁谱线中心的纵模阶数、纵模频率间隔。如果增益曲线宽度为9 105.1?Hz ，则可能引起的纵模总数是多少？ 2.设有一平面介质波导，各层折射率分别为1,1.2,21.2n 321===n n ，波导层厚度d=4.6μm 。若总反射相移为π2 3，则当入射光波长为1.31μm 时，问： （1）波导中能传输的模式总数是多少？ （2）要想传输单模，波导厚度应如何设计？
3.PIN 光电二极管，受波长为1.55μm 的12106?个光子的照射，其间输出端产生12 102?个光子，计算量子效率和响应度。 四、计算题(30’) 1.He-Ne 激光器的反射镜间距为0.2m ，求最靠近63 2.8nm 跃迁谱线中心的纵模阶数、纵模频率间隔。如果增益曲线宽度为9105.1?Hz ，则可能引起的纵模总数是多少？ 2.某抛物线分布光纤，1n =1.5，?=0.001，纤芯直径2a=50μm ，当用波长0λ=0.85μm 的光激励时，试求： （1）光纤的最大数值孔径; （2）光纤的截止波长。 解：（1）光纤的数值孔径067.0001.025.121=??=?= n NA （2）抛物线型
第一章 1. 设在半径为R c 的圆盘中心法线上，距盘圆中心为l 0处有一个辐射强度为I e 的点源S ，如图所示。试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。 解：因为 ， 且 ()??? ? ??+- =-===Ω?22000212cos 12sin c R R l l d d r dS d c πθπ?θθ 所以??? ? ??+-=Ω=Φ220012c e e e R l l I d I π 2. 如图所示，设小面源的面积为?A s ，辐射亮度为L e ，面源法线 与l 0的夹角为θs ；被照面的面积为?A c ，到面源?A s 的距离为l 0。若θc 为辐射在被照面?A c 的入射角，试计算小面源在?A c 上产生的辐射照度。 解：亮度定义: 强度定义:Ω Φ =d d I e e 可得辐射通量：Ω?=Φd A L d s s e e θcos 在给定方向上立体角为：2 0cos l A d c c θ?= Ω 则在小面源在?A c 上辐射照度为：20 cos cos l A L dA d E c s s e e e θθ?=Φ= 3.假如有一个按朗伯余弦定律发射辐射的大扩展源（如红外装置面对的天空背景），其各处的辐亮度L e 均相同，试计算该扩展源在面积为A d 的探测器表面上产生的辐照度。 答：由θcos dA d d L e ΩΦ = 得θcos dA d L d e Ω=Φ，且() 2 2cos r l A d d +=Ωθ 则辐照度：()e e e L d r l rdr l L E πθπ =+=? ?∞ 20 0222 2 4. 霓虹灯发的光是热辐射吗？ ΩΦd d e e I = r r e e A dI L θ?cos = 第1.1题图 第1.2题图
《光电子技术》章节练习题及答案 第一章 一、填空题 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。其并非热辐射光源本身的温度。 2、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。 3、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，其中均匀展宽主要 自然展宽、碰撞展宽、热振动展宽 ，非均匀展宽主要有 多普勒展宽与残余应力展宽。 4、常见的固体激光器有 红宝石激光器、钕激光器或钛宝石激光器 （写出两种），常见的气体激光器有 He-Ne 激光器、CO 2激光器或Ar +激光器 （写出两种）。 5、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；其静止质量为 0 。 6、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 。 7、设一个功率100W 的灯泡向各个方向辐射的能量是均匀的，则其辐射强度为100/4π W/sr 。 8、设一个功率100W 的灯泡向各个方向辐射的能量是均匀的，则其在1m 远处形成的辐射照度为 100/4π W/m 2。 9、设一个功率100W 的灯泡向各个方向辐射的能量是均匀的，则其在2m 远处形成的辐射照度为100/16π W/m 2。 二、解答题 1、简述光子的基本特性（10分） [答]：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）ωνη==h E ；（2）22c h c E m ν==，光子具有运
选择题 1.光通量的单位就是( B )、 A、坎德拉 B、流明 C、熙提 D、勒克斯 2、辐射通量φe的单位就是( B ) A 焦耳(J) B 瓦特(W) C每球面度(W/Sr) D坎德拉(cd) 3、发光强度的单位就是( A )、 A、坎德拉 B、流明 C、熙提 D、勒克斯 4、光照度的单位就是( D )、 A、坎德拉 B、流明 C、熙提 D、勒克斯 5、激光器的构成一般由( A )组成 A、激励能源、谐振腔与工作物质 B、固体激光器、液体激光器与气体激光器 C、半导体材料、金属半导体材料与PN结材料 D、电子、载流子与光子 6、硅光二极管在适当偏置时,其光电流与入射辐射通量有良好的线性关系,且 动态范围较大。适当偏置就是(D) A 恒流 B 自偏置 C 零伏偏置 D 反向偏置 7、2009年10月6日授予华人高锟诺贝尔物理学奖,提到光纤以SiO2为材料的主要就是由于( A ) A、传输损耗低 B、可实现任何光传输 C、不出现瑞利散射 D、空间相干性好 8、下列哪个不属于激光调制器的就是( D ) A、电光调制器 B、声光调制器 C、磁光调制器 D、压光调制器 9、电光晶体的非线性电光效应主要与( C )有关 A、内加电场 B、激光波长 C、晶体性质 D、晶体折射率变化量 10、激光调制按其调制的性质有( C ) A、连续调制 B、脉冲调制 C、相位调制 D、光伏调制 11、不属于光电探测器的就是( D ) A、光电导探测器 B、光伏探测器 C、光磁电探测器 D、热电探测元件 12、CCD 摄像器件的信息就是靠( B )存储 A、载流子 B、电荷 C、电子 D、声子 13、LCD显示器,可以分为( ABCD ) A、TN型 B、STN型 C、TFT型 D、DSTN型 14、掺杂型探测器就是由( D )之间的电子-空穴对符合产生的,激励过程就是使半导体中的载流子从平衡状态激发到非平衡状态的激发态。 A、禁带 B、分子 C、粒子 D、能带 15、激光具有的优点为相干性好、亮度高及( B ) A色性好B单色性好 C 吸收性强D吸收性弱 16、红外辐射的波长为( D )、
第一章 2. 如图所示，设小面源的面积为?A s ，辐射亮度为L e ，面源法线与l 0 的夹角为θs ；被照面的面积为?A c ，到面源?A s 的距离为l 0。若θc 为辐射在被照面?A c 的入射角，试计算小面源在?A c 上产生的辐射照度。 解：亮度定义: r r e e A dI L θ?cos = 强度定义:Ω Φ =d d I e e 可得辐射通量：Ω?=Φd A L d s s e e θcos 在给定方向上立体角为： 2 cos l A d c c θ?= Ω 则在小面源在?A c 上辐射照度为：2 cos cos l A L dA d E c s s e e e θθ?=Φ= 3.假如有一个按朗伯余弦定律发射辐射的大扩展源（如红外装置面对 的天空背景），其各处的辐亮度L e 均相同，试计算该扩展源在面积为A d 的探测器表面上产生的辐照度。 答：由θcos dA d d L e ΩΦ = 得θcos dA d L d e Ω=Φ，且() 2 2cos r l A d d +=Ωθ 则辐照度：()e e e L d r l rdr l L E πθπ =+=? ?∞ 20 0222 2 7.黑体辐射曲线下的面积等于等于在相应温度下黑体的辐射出射度M 。试有普朗克的辐射公式导出M 与温度T 的四次方成正比，即 M=常数4T ?。这一关系式称斯特藩-波耳兹曼定律，其中常数为 5.6710-8W/m 2K 4 解答：教材P9，对公式2 1 5 1 ()1 e C T C M T e λλλ=-进行积分即可证明。 第二章 3．对于3m 晶体LiNbO3，试求外场分别加在x,y 和z 轴方向的感应主折射率及相应的相位延迟（这里只求外场加在x 方向上） 解：铌酸锂晶体是负单轴晶体，即n x =n y =n 0、n z ＝n e 。它所属的三方晶系3m 点群电光系数有四个，即γ22、γ13、γ33、γ51。电光系数矩阵为： L e ?A s ?A c l 0 θs θc 第1.2题图
一．单项选择题 1. 光电转换定律中的光电流与 A 温度成正比 B光功率成正比 C暗电流成正比 D光子的能量成 正比 2. 发生拉曼—纳斯衍射必须满足的条件是 A 超声波频率低，光波平行声波面入射，声光作用长度短 B 超声波频率高，光波平行声波面入射，声光作用长度短 C 超声波频率低，光波平行声波面入射，声光作用长度长 D 超声波频率低，光束与声波面间以一定角度入射，声光作用长度短 3.光束调制中，下面属于外调制的是 A 声光调制 B 电光波导调制 C 半导体光源调制 D 电光强度 调制 4.红外辐射的波长为[ ] A 100-280nm B 380-440 nm C 640-770 nm D 770- 1000 nm 5.激光具有的优点为相干性好、亮度高及[ ] A 多色性好 B单色性好 C 吸收性强 D吸收性弱 6．能发生光电导效应的半导体是 A. 本征型和激子型 B. 本征型和晶格型 C. 本征型和杂质型 D. 本征型和自由载流子型 7．光敏电阻的光电特性由光电转换因子描述，在强辐射作用下 A. =0.5 B. =1 C. =1.5 D. =2 8.电荷耦合器件分 [ ] A 线阵CCD和面阵CCD B 线阵CCD和点阵CCD C 面阵CCD和体阵CC D D 体阵CCD和点阵CCD 9. 光通亮φ的单位是[ ] A 焦耳 (J) B 瓦特 (W) C流明 (lm) D坎德拉(cd) 10.硅光二极管主要适用于[ ] A紫外光及红外光谱区 B可见光及紫外光谱区 C可见光区 D 可见光及红外光谱区 13．光视效能K为最大值时的波长是 A．555nm B.666nm C．777nm D.888nm 14.可见光的波长范围为[ ] A 200—300nm B 300—380nm C 380—780nm D 780—1500nm 15.电荷耦合器件的工作过程主要是信号的产生、存储、传输和[ ]
光电子技术基础考试题及答案 一、选择题 1.光通量的单位是（ B ）. A.坎德拉 B.流明 C.熙提 D.勒克斯 2. 辐射通量φe的单位是（ B ） A 焦耳 (J) B 瓦特 (W) C每球面度 (W/Sr) D坎德拉(cd) 3.发光强度的单位是（ A ）. A.坎德拉 B.流明 C.熙提 D.勒克斯 4.光照度的单位是（ D ）. A.坎德拉 B.流明 C.熙提 D.勒克斯 5.激光器的构成一般由（ A ）组成 A.激励能源、谐振腔和工作物质 B.固体激光器、液体激光器和气体激光器 C.半导体材料、金属半导体材料和PN结材料 D. 电子、载流子和光子 6. 硅光二极管在适当偏置时，其光电流与入射辐射通量有良好的线性关系，且动态范围较大。适当偏置是（D） A 恒流 B 自偏置 C 零伏偏置 D 反向偏置 7.2009年10月6日授予华人高锟诺贝尔物理学奖，提到光纤以SiO2为材料的主要是由于（ A ） A.传输损耗低 B.可实现任何光传输 C.不出现瑞利散射 D.空间相干性好
8.下列哪个不属于激光调制器的是（ D ） A.电光调制器 B.声光调制器 C.磁光调制器 D.压光调制器 9.电光晶体的非线性电光效应主要与（ C ）有关 A.内加电场 B.激光波长 C.晶体性质 D.晶体折射率变化量 10.激光调制按其调制的性质有（ C ） A.连续调制 B.脉冲调制 C.相位调制 D.光伏调制 11.不属于光电探测器的是（ D ） A.光电导探测器 B.光伏探测器 C.光磁电探测器 D.热电探测元件 https://www.doczj.com/doc/a215243628.html,D 摄像器件的信息是靠（ B ）存储 A.载流子 B.电荷 C.电子 D.声子 13.LCD显示器，可以分为（ ABCD ） A. TN型 B. STN型 C. TFT型 D. DSTN型 14.掺杂型探测器是由（ D ）之间的电子-空穴对符合产生的，激励过程是使半导体中的载 流子从平衡状态激发到非平衡状态的激发态。 A.禁带 B.分子 C.粒子 D.能带 15.激光具有的优点为相干性好、亮度高及（ B ） A色性好 B单色性好 C 吸收性强 D吸收性弱 16.红外辐射的波长为（ D ）. A 100-280nm B 380-440 nm C 640-770 nm D 770-1000 nm 17.可见光的波长范围为（ C ）.
西南科技大学2009——2010学年第1学期《光电子技术》期末考试试卷（A卷）
西南科技大学2009——2010学年第1学期 《光电子技术》期末考试试卷（A卷） 31、答： 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。光子能量的大小，直接影响内部电子状态改变的大小。光子能量是νh，h是普朗克常数, ν是光波频率，所以，光子效应就对光波频率表现出选择性，在光子直接与电子相互作用的情况下，其响应速度一般比较快。5分 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。所以，光热效应与单光子能量νh的大小没有直接关系。原则上，光热效应对光波频率没有选择性。只是在红外波段上，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。因为温度升高是热积累的作用，所以光热效应的响应速度一般比较慢，而且容易受环境温度变化的影响。5分32、答： 转移效率：电荷包在进行每一次转移中的效率；2分
不均匀度：包括光敏元件的不均匀与CCD的不均匀；2分暗电流：CCD在无光注入和无电注入情况下输出的电流信号；1分灵敏度：是指在一定光谱范围内，单位暴光量的输出信号电压（电流）；1分光谱响应：是指能量相对光谱响应，最大响应值归一化为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；1分噪声：可以归纳为散粒噪声、转移噪声和热噪声；1分 参考答案及评分细则 西南科技大学2009——2010学年第1学期 《光电子技术》期末考试试卷（A卷） 分辨率：是指摄像器件对物像中明暗细节的分辨能力；1分动态范围和线性度：动态范围=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。1分33、答： 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、移动和加速等离子体。4分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。1分等离子体显示技术（Plasma Display）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的可见光。5分
1、某单色光频率为3×1014Hz，该单色光在水中（n=1.33）的速度和波长。答：v=c/n=3*108/1.33=2.26*108m/s λ=v/f=2.26*108/3*1014 =0.75*10-6m 2、某星球的辐射出射度的峰值波长为400nm，试估算该星球表明的温度。 答：由维恩位移律λmT=b 得T=b/λm=2.898*10-3/400*10-9=7.245*103k 3、简述光子简并和能级简并 答：光子简并：光子的运动状态简称为光子态。光子态是按光子所具有的不同能量（或动量数值），光子行进的方向以及偏振方向相互区分的。处于同一光子态的光子彼此之间是不可区分的，又因为光子是玻色子，在光子集合中，光子数按其运动状态的分布不受泡利不相容原理的限制。可以有多个光子处于同一种光子态上，这种现象称为简并。处于同一光子态的平均光子数目称为光场的简并度δ。δ=1/（e hυ/kT-1） 4、什么是亚稳态能级。 答：若某一激发能级与较低能级之间没有或只有微弱的辐射跃迁，则该态的平均寿命会很长τs>>10-3s,称为亚稳态能级，相应的态为亚稳态。 5、设二能级系统，发生受激辐射时，对入射光场的要求是什么？ 6、产生激光的重要机理是 答：受激辐射 7、爱因斯坦关系是 8、以二能级为例推导粒子数反转的条件是什么？ 答：能级上的粒子数分布满足条件N2/g2>N1/g1 反转分布图 对物质的要求：在物质能级中存在亚稳态能级 对外界的考验：需要有泵浦源 9、从能级理论出发，解释Nd:YAG激光器工作原理（p44-45） 10、解释增益饱和效应 答：当入射光强度足够弱时，增益系数与光强无关，是一个常量，而当入射光强增加到一定程度时，增益系数将随光强的增大而减小，这种增益系数随光强的增大而减小的现象称为增益饱和效应。 11、两种介质A、B的折射率分别为nA=1，nB=1.2，当光从B传播到A时，计算：1）发生全反射的零界角
选择题 1.光通量的单位是（ B ）. A.坎德拉 B.流明 C.熙提 D.勒克斯 2. 辐射通量φe的单位是（ B ） A 焦耳 (J) B 瓦特 (W) C每球面度 (W/Sr) D坎德拉(cd) 3.发光强度的单位是（ A ）. A.坎德拉 B.流明 C.熙提 D.勒克斯 4.光照度的单位是（ D ）. A.坎德拉 B.流明 C.熙提 D.勒克斯 5.激光器的构成一般由（ A ）组成 A.激励能源、谐振腔和工作物质 B.固体激光器、液体激光器和气体激光器 C.半导体材料、金属半导体材料和PN结材料 D. 电子、载流子和光子 6. 硅光二极管在适当偏置时，其光电流与入射辐射通量有良好的线性关系，且 动态范围较大。适当偏置是（D） A 恒流 B 自偏置 C 零伏偏置 D 反向偏置 年10月6日授予华人高锟诺贝尔物理学奖，提到光纤以SiO2为材料的主要是由于（ A ） A.传输损耗低 B.可实现任何光传输 C.不出现瑞利散射 D.空间相干性好 8.下列哪个不属于激光调制器的是（ D ） A.电光调制器 B.声光调制器 C.磁光调制器 D.压光调制器 9.电光晶体的非线性电光效应主要与（ C ）有关 A.内加电场 B.激光波长 C.晶体性质 D.晶体折射率变化量 10.激光调制按其调制的性质有（ C ） A.连续调制 B.脉冲调制 C.相位调制 D.光伏调制 11.不属于光电探测器的是（ D ） A.光电导探测器 B.光伏探测器 C.光磁电探测器 D.热电探测元件 摄像器件的信息是靠（ B ）存储 A.载流子 B.电荷 C.电子 D.声子 显示器，可以分为（ ABCD ） A. TN型 B. STN型 C. TFT型 D. DSTN型 14.掺杂型探测器是由（ D ）之间的电子-空穴对符合产生的，激励过程是使半导体中的载流子从平衡状态激发到非平衡状态的激发态。 A.禁带 B.分子 C.粒子 D.能带 15.激光具有的优点为相干性好、亮度高及（ B ） A色性好 B单色性好 C 吸收性强 D吸收性弱 16.红外辐射的波长为（ D ）. A 100-280nm B 380-440 nm C 640-770 nm D 770-1000 nm 17.可见光的波长范围为（ C ）.
1.1可见光的波长、频率和光子的能量范围分别是多少？ 波长：380~780nm 400~760nm 频率：385T~790THz 400T~750THz 能量：1.6~3.2eV 1.2辐射度量与光度量的根本区别是什么？为什么量子流速率的计算公式中不能出现光度量？ 为了定量分析光与物质相互作用所产生的光电效应，分析光电敏感器件的光电特性，以及用光电敏感器件进行光谱、光度的定量计算，常需要对光辐射给出相应的计量参数和量纲。辐射度量与光度量是光辐射的两种不同的度量方法。根本区别在于：前者是物理（或客观）的计量方法，称为辐射度量学计量方法或辐射度参数，它适用于整个电磁辐射谱区，对辐射量进行物理的计量；后者是生理（或主观）的计量方法，是以人眼所能看见的光对大脑的刺激程度来对光进行计算，称为光度参数。因为光度参数只适用于0.38~0.78um 的可见光谱区域，是对光强度的主观评价，超过这个谱区，光度参数没有任何意义。而量子流是在整个电磁辐射，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量.光源在给定波长λ处，将λ～λ+d λ范围内发射的辐射通量 d Φe ，除以该波长λ的光子能量h ν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。 1.3一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.5m 的高处，用照度计测得正下方地面的照度为30lx ，求出该灯的光通量。 Φ=L*4πR^2=30*4*3.14*1.5^2=848.23lx 1.4一支氦-氖激光器（波长为63 2.8nm ）发出激光的功率为2mW 。该激光束的平面发散角为1mrad,激光器的放电毛细管为1mm 。 求出该激光束的光通量、发光强度、光亮度、光出射度。 若激光束投射在10m 远的白色漫反射屏上，该漫反射屏的发射比为0.85，求该屏上的光亮度。 322 51122()()()6830.2652100.362()()22(1cos )()0.362 1.15102(1cos )2(1cos 0.001) 1.4610/cos cos cos 0 ()0.3v m e v v v v v v v v v v v K V lm d I d S Rh R R I cd dI I I L cd m dS S r d M dS λλλλλππθλπθπθθπλ-Φ=Φ=???=Φ?Φ= =Ω?Ω ??Ω===-?Φ===?--??====??Φ==52262 4.610/0.0005lm m π=??'2' ''22 2' '2'2 '100.0005(6)0.850.850.85cos 0.85155/cos 2v v v v v v v v l m r m P d r M E L dS l r L d dM l L cd m d dS d πθπθπ =>>=Φ===??Φ====ΩΩ
1. 一氦氖激光器，发射波长为6.3287 10-?m 的激光束，辐射量为5mW ，光束的发散角为 310-?，求此激光束的光通量及发光强度。又此激光器输出光束的截面（即放电毛细管 的截面）直径为1mm ，求其亮度。 解：波长的光的视见函数值为=)(λV ，W lm K m /683=则其激光束的光通量为： e m v V K Φ??=Φ)(λ=683??238.05310-?=lm 1弧度 = 1单位弧长/1单位半径, 1立体角=以该弧长为直径的圆面积/1单位半径的值的平方，则光束的发散角为3 10-?时的立体角为 24 απ = Ω= 23)100.1(4 -??π =610-? 发光强度为： cd I v v 610035.1?=Ω Φ= 亮度为： 2cos r I A I L v v v πθ=?= =212/10m cd ? 2．已知氦氖激光器输出的激光束束腰半径为0.5mm ，波长为，在离束腰100mm 处放置一个倒置的伽利略望远系统对激光束进行准直与扩束，伽利略望远系统的目镜焦距 mm f e 10-='，物镜焦距mm f o 100=' ，试求经伽利略望远系统变换后激光束束腰大小、位 置、激光束的发散角和准直倍率。 解：已知束腰半径010.5w mm =，632.8nm λ=，束腰到目镜的距离为1100z mm = ∴可以求得目镜前主平面上的截面半径 2 10.50.502w w mm === 波阵曲面的曲率半径： 22 0122116 1 3.140.5(1())100(+())=-15488.857mm 100632.810 w R z z πλ-?=+=-?-??1 Q '' 11111R R f -= ∴将115488.857mm R =-，'10f mm =-带入得'1R ： ''111111115488.85710 R R f =+=+--
一、 名词解释 1、光子态：光子的运动状态简称光子态 2、光子简并度：处于同一光子态的平均原子数目称为光场的光子简并度。 3、多普勒加宽：多普勒加宽是一种重要的非均匀加宽，其加宽机制是由于光学多普勒效应，即多普勒频移影响频率分布，最终产生光谱线的多普勒加宽 4、模式竞争：在激光器中各模间呈现竞争反转原子使优势模光强更大，其他模式光强减小甚至增益小于损耗而停止振荡。 5、频率牵引：由放大器原子相移所引起的激光器振荡模频率比无源腔模频率更向中心频率靠拢的现象，称为激光器频率牵引效应。 6、自发辐射：处于高能级的原子在没有任何外场的情况下可自发的跃迁到低能级，发出一个能量为νh 的光子，这种光发射叫做自发辐射。 7、受激辐射：处于高能级的原子在特定能量外来电子的激励下从高能级跃迁到低能级，同时释放一个与外来光子处于同一光子态的光子。 8、受激吸收：处于低能级的原子在外来光子的激励下，吸收一个光子并跃迁到高能级上的过程叫做受激吸收。 9、声光效应：光波经过具有超声场作用的介质时被衍射的现象就是声光效应。 10、电光效应：在外加电场的作用下，本来是各向同性的介质也可以产生双折射现象，而本来有双折射性质的晶体，其双折射性质也要发生改变，这是电光效应。 二、简答 1、何为粒子数的反转分布？通常为什么要实现粒子数反转分布？ 答：物质处于非平衡状态时，高低能级之间要满足01 212>-g g n n 的状态称之为粒子数反转分布。 当光通过介质时，在共振作用下，必然同时存在受激吸收和受激辐射这两个相反的过程，前者使入射光减弱，后者使入射光加强。要使介质对入射光产生光放大作用，必
须是受激辐射跃迁的速率大于受激吸收的跃迁速率。这就必须使的st st dt dn dt dn )()(1221>；121212w n w n >，即ννρρ121212B n B n >；又由于211221g g B B =;所以01 212>-g g n n 。 2、简述均匀加宽激光器中的模式竞争过程？ 答：在均匀加宽激光器中，如果多个纵模都满足增益条件，那么开始时都可通过受激辐射使的光子数增加，从而使光强增大；但随着光强的增加，出现增益饱和，增益曲线均匀饱和下降，于是使的偏离中心频率较远的模由于增益小于损耗停止振荡，最后只留下离中心频率最近的模形成稳定振荡。 3、叙述激光器的纵模、横模的定义及形成机理？ 答：纵模：电磁场在光的传播方向上按照空间周期波长λ的场分布； 横模：电磁场在垂直光的传播方向的横截面上的场分布。 纵模的形成机制为光波往返振荡一次干涉加强形成。 横模的形成机制为光波在腔内往返多次传播后，在垂直光的传播方向上的振幅和相位形成稳定的空间分布。 4、四能级和三能级泵浦系统相比有什么优点？为什么？ 答：四能级系统比三能级系统更容易实现原子集居数密度反转分布，因为四能级中： 10E E →有大的无辐射跃迁几率，可近似的认为 1E 是一个空能级，产生激光的是1E 2E 能级。而在三能级中，产生激光的也是1E 2E 能级，但1E 是基态，比较稳定，实现上能级 与一个空能级反转毕竟要比一个相当满是我基态能级间的反转分布来的容易。 5、何谓增益饱和？均匀加宽增益饱和与非均匀加宽增益饱和的基本特性是什么？ 答：当入射光的光强增大到一定程度以后，增益系数随光强的增大而减小，这种现象叫增益饱和。 均匀加宽增益饱和效应表现为：整个增益曲线均匀下降。 非均匀加宽增益饱和效应表现为：0 1=ευυ的那些原子出现增益饱和，其他原子可几乎不与入射光子相互作用并维持未饱和状态，则会出现增益曲线“烧孔”效应。 6、产生多普勒加宽的机制是什么？ 答：多普勒加宽是一种重要的非均匀加宽，其加宽的机制是由于光学多普勒效应，即多普勒频移影响频率的分布，最终产生光谱线的多普勒加宽。 7、简述调Q 激光器的基本原理？
习 题1 1. 设在半径为R c 的圆盘中心法线上，距盘圆中心为l 0处有一个辐射强度为I e 的点源S ，如图所示。试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。 解：ΩΦd d e e I =， 20 2 πd l R c =Ω 20 2 e πd d l R I I c e e ==ΩΦ 2. 如图所示，设小面源的面积为?A s ，辐射亮度为L e ，面源法线与l 0的夹角为θs ；被照面的面积为?A c ，到面源?A s 的距离为l 0。若θc 为辐射在被照面?A c 的入射角，试计算小面源在?A c 上产生的辐射照度。 解：用定义r r e e A dI L θ?cos = 和A E e e d d Φ=求解。 3.假设有一个按郎伯余弦定律发射辐射的大扩展源（如红外装置面对的天空背景），其各处的辐亮度e L 均相同。试计算该扩展源在面积为d A 的探测器表面上产生的辐照度。 解：辐射亮度定义为面辐射源在某一给定方向上的辐射通量，因为余弦辐射体的辐射亮度为 eo e eo dI L L dS = = 得到余弦辐射体的面元dS 向半空间的辐射通量为 0e e e d L dS L dS ππΦ== 又因为在辐射接收面上的辐射照度e E 定义为照射在面元上的辐射通量e d Φ与该面元的面积dA 之比，即e e d E dA Φ= 所以该扩展源在面积为d A 的探测器表面上产生的辐照度为e e d L dS E A π= 单位是2 /W m 4. 霓虹灯发的光是热辐射吗？ 解： 不是热辐射。 5刚粉刷完的房间从房外远处看，它的窗口总显得特别黑暗，这是为什么？ 解：因为刚粉刷完的房间需要吸收光线，故从房外远处看它的窗口总显得特别黑暗 第1题图 第2题图
《光电子材料与器件》题库 选择题: 1. 如下图所示的两个原子轨道沿z轴方向接近时，形成的分子轨道类型为( A ) (A) *σ(B) σ(C) π(D) *π 2. 基于分子的对称性考虑，属于下列点群的分子中不可能具有偶极矩的为（C）（A）C n（B）C n v（C）C2h（D）C s 3. 随着温度的升高，光敏电阻的光谱特性曲线的变化规律为（B）。 （A）光谱响应的峰值将向长波方向移动 （B）光谱响应的峰值将向短波方向移动 （C）光生电流减弱 （D）光生电流增强 4. 利用某一CCD来读取图像信息时，图像积分后每个CCD像元积聚的信号在同一时刻先转移到遮光的并行读出CCD中，而后再转移输出。则该CCD的类型为（B ） （A）帧转移型CCD （B）线阵CCD （C）全帧转移型CCD （D）行间转移CCD 5. 对于白光LED器件，当LED基片发射蓝光时，其对应的荧光粉的发光颜色应该为（D） （A）绿光（B）紫光（C）红光（D）黄光 6. 在制造高效率太阳能电池所采取的技术和工艺中，下列不属于光学设计的为（C） （A）在电池表面铺上减反射膜; （B）表面制绒; （C）把金属电极镀到激光形成槽内; （D）增加电池的厚度以提高吸收 7. 电子在原子能级之间跃迁需满足光谱选择定则，下列有关跃迁允许的表述中，不正确的是（B ）： （A）总角量子数之差为1 （B）主量子数必须相同 （C）总自旋量子数不变
（D）内量子数之差不大于2 8. 物质吸收一定波长的光达到激发态之后，又跃迁回基态或低能态，发射出的荧光波长小于激发光波长，称为（B）。 （A）斯托克斯荧光（B）反斯托克斯荧光（C）共振荧光（D）热助线荧光9. 根据H2+分子轨道理论，决定H原子能否形成分子的主要因素为H原子轨道的（A ） （A）交换积分（B）库仑积分（C）重叠积分（D）置换积分 10. 下列轨道中，属于分子轨道的是（C） （A）非键轨道（B）s轨道（C）反键轨道（D）p 轨道 11. N2的化学性质非常稳定，其原因是由于分子中存在（D ） （A）强σ 键（B）两个π键（C）离域的π键（D）N N≡三键12. 测试得到某分子的光谱处于远红外范围，则该光谱反映的是分子的（B ）能级特性。 （A）振动（B）转动（C）电子运动（D）电声子耦合 13．下列的对称元素中，所对应的对称操作属于虚动作的是（C ） （A）C3 （B）E（C）σh（D）C6 14. 某晶体的特征对称元素为两个相互垂直的镜面，则其所处的晶系为（C）（A）四方晶系（B）立方晶系（C）正交晶系（D）单斜晶系 15. 砷化镓是III-V族化合物半导体，它的晶体结构是（D）。 （Ａ）NaCl 结构（B）纤锌矿结构（C）钙钛矿结构（D）闪锌矿结构16. 原子轨道经杂化形成分子轨道时，会发生等性杂化或非等性杂化。下列物质中化学键属于不等性杂化的是（B）。 （A）CH4（B）H2O （C）石墨烯（D）金刚石 17. 关于金属的特性，特鲁德模型不能成功解释的是（A ） （A）比热（B）欧姆定律（C）电子的弛豫时间（D）电子的平均自由程18. 下列有关半导体与绝缘体在能带上的说法中，正确的是（B ）。 （A）在绝缘体中，电子填满了所有的能带 （B）在0 K下，半导体中能带的填充情况与绝缘体是相同的 （C）半导体中禁带宽度比较大 （D）绝缘体的禁带宽度比较小 19. 在非本征半导体中，载流子（电子和空穴）的激发方式为（B）？ （A）电（B）热（C）磁（D）掺杂 20．在P型半导体材料中，杂质能级被称之为（C）。 （A）施主能级（B）深陷阱能级（C）受主能级（D）浅陷阱能级
光电子技术题库及答案 (完整版) 第一章 2. 如图所示，设小面源的面积为?A s ，辐射亮度为L e ，面源法线与l 0 的夹角为θs ；被照面的面积为?A c ，到面源?A s 的距离为l 0。若θc 为辐射在被照面?A c 的入射角，试计算小面源在?A c 上产生的辐射照度。 解：亮度定义: r r e e A dI L θ?cos = 强度定义:Ω Φ =d d I e e 可得辐射通量：Ω?=Φd A L d s s e e θcos 在给定方向上立体角为： 2 cos l A d c c θ?= Ω 则在小面源在?A c 上辐射照度为：2 cos cos l A L dA d E c s s e e e θθ?=Φ= 3.假如有一个按朗伯余弦定律发射辐射的大扩展源（如红外装置面对 的天空背景），其各处的辐亮度L e 均相同，试计算该扩展源在面积为A d 的探测器表面上产生的辐照度。 答：由θcos dA d d L e ΩΦ = 得θcos dA d L d e Ω=Φ，且() 2 2cos r l A d d +=Ωθ 则辐照度：()e e e L d r l rdr l L E πθπ =+=? ?∞ 20 0222 2 7.黑体辐射曲线下的面积等于等于在相应温度下黑体的辐射出射度M 。试有普朗克的辐射公式导出M 与温度T 的四次方成正比，即 M=常数4T ?。这一关系式称斯特藩-波耳兹曼定律，其中常数为 5.6710-8W/m 2K 4 解答：教材P9，对公式2 1 5 1 ()1 e C T C M T e λλλ=-进行积分即可证明。 第二章 3．对于3m 晶体LiNbO3，试求外场分别加在x,y 和z 轴方向的感应主折射率及相应的相位延迟（这里只求外场加在x 方向上） 解：铌酸锂晶体是负单轴晶体，即n x =n y =n 0、n z ＝n e 。它所属的三方晶 L e ?A s ?A c l 0 θs θc 第1.2题图
1、某单色光频率为3×1014Hz ，该单色光在水中（n=1.33）的速度和波长。 答：v=c/n=3*108/1.33=2.26*108m/s λ=v/f=2.26*108/3*1014 =0.75*10-6m 2、某星球的辐射出射度的峰值波长为400nm ，试估算该星球表明的温度。 答：由维恩位移律λmT=b 得 T=b/λm =2.898*10-3/400*10-9=7.245*103 k 3、简述光子简并和能级简并 答：光子简并：光子的运动状态简称为光子态。光子态是按光子所具有的不同能量（或动量数值），光子行进的方向以及偏振方向相互区分的。处于同一光子态的光子彼此之间是不可区分的，又因为光子是玻色子，在光子集合中，光子数按其运动状态的分布不受泡利不相容原理的限制。可以有多个光子处于同一种光子态上，这种现象称为简并。处于同一光子态的平均光子数目称为光场的简并度δ。δ=1/（e h υ /kT -1） 4、什么是亚稳态能级。 答：若某一激发能级与较低能级之间没有或只有微弱的辐射跃迁，则该态的平均寿命会很长τs >>10-3s,称为亚稳态能级，相应的态为亚稳态。 5、设二能级系统，发生受激辐射时，对入射光场的要求是什么？ 6、产生激光的重要机理是 答：受激辐射 9、从能级理论出发，解释Nd:YAG 激光器工作原理（p44-45） 10、解释增益饱和效应 答：当入射光强度足够弱时，增益系数与光强无关，是一个常量，而当入射光强增加到一定程度时，增益系数将随光强的增大而减小，这种增益系数随光强的增大而减小的现象称为增益饱和效应。 11、两种介质A 、B 的折射率分别为nA=1，nB=1.2，当光从B 传播到A 时，计算：1）发生全反射的零界角 2）布鲁斯特角 答：1.θc =arcsin （n 2/n 1）（n 1>n 2） =arcsin （1/1.2）=56.44° 2. tan θ=n 2/n 1 θ=arctan （n 2/n 1） =arctan （1/1.2）=39.8° 12、人体辐射出射度的峰值波长为（ ） 答：由维恩位移律λmT=b 得 λm =b/ T =2.898*10-3/（37+273）=9.35*10-6m 13、红宝石激光器利用（氙灯）作为泵浦源。 14、光纤长距离通信中传播信息光的波长为(1550nm)，在接收端光电二极管所使用的材料是(InGaAs) 15、某阶跃光纤：n1=1.490, n2=1.480,则光纤的临界传播角为多少？ 答: α=arcsin （n 2/n 1）=arcsin （1.48/1.49）=83.4° 16、某平板介质波导：2a=10μm, n1=1.480, n2=1.470,则该波导的截止波长为多少？ 答：平板v=π/2（光纤v=2.405） V=（2πa/λc ）2 221n n - λc =2πa 2 2 21n n -/ V=（10*π2247 .148.1-）/（π/2）=3.44μm 17、已知某平板介质波导：2a=80μm, n1=1.490, n2=1.470,入射光波长为λ=1μm ，在该波导中存在的模式数为 答：M=V 2/2=(π/2)2/2=1 18、解释材料色散产生的原因 答：材料色散：是由于折射率随波长变化的，而光源都具有一定的波谱宽度，因而产生传播时延差，引起脉冲展宽。 补充： 模式色散：在阶跃光纤中，入射角不同的光波在光纤内走过的路径长短不同，在临界角上传输的光路最长，沿光纤轴线传输的光路最短，由此引起时延差而产生模式色散。 波导色散：是由光纤的几何 结构决定的色散，它是由某一波导模式的传播常数β随光信号角频率w 变化而引起，也称为结构色散。 19、简述谐振腔的作用 答：使光只能沿着轴线方向往返运动（方向性） 筛选光频率，只能使满足干涉相干条件频率的光能在腔内往返运动（单色性） 增加光强度，实现光放大（高亮度） 20、半导体激光器实现光放大的物质条件是什么 答：PN 结附近或导带电子和价带空穴相对反转分布 21、激光产生的条件具体有那些 答：必要；粒子数反转分布和减少振荡模式数 充分；起振和稳定振荡 计算：1）入射光波长为1550nm ，Pin=0.05W ，Pout=0.002W ，估算光纤中信号能传输的最远距离。 2）光源为激光，λc=1550nm,光源脉宽Δλ=0.5nm ，假设信号传输1km ，计算由于材料色散造成的脉冲信号展宽σ。 3）只考虑材料色散，估算信号 在光纤中传播1km 的bit rate 的最大值。 答：1. α=10lg(p i /p o )/L L=10*lg （0.05/0.002）/0.36=38.8m 2. σ=Δλdn/cd λ=0.5*10-9/3*108=1.7*10-18s/m 3.B<=1/（4Δτ） Δτ=L|D m |Δλ 24、已知输入信号频率最大值为 1kHz ，输入信号峰值为3V ，脉冲编码调制采用4位编码 则：1）采样频率最小值为？ 2）采用有舍有入的方式，量化单元为？由此产生误差的最大值为？ 答： 25、KDP 晶体的纵向电光效应中，Δφ=？V π=？ 答：Δφ=（2π/λ）n 03γ63v V π=λ/（2 n 03γ63）=πC/（wn 03γ63） 26、电光强度调制中如何解决信号失真问题？推导解决失真后的透射率表达式。 答：a.在调制晶体上加一个恒定的直流电压V=Vn/2，该直流电压使两束光产生相位延迟π/2； b ．在光路中增加一片λ/4波片 27、调制:将欲传递的信息加载到激光 辐射上的过程。 28、脉冲编码调制是把模拟信号先变 成电脉冲序列，进而变成代表信号信息的二进制编码，再对光载波进行强度调制。 要实现脉冲编码调制，必须进行三个过程:抽样、量化和编码。 抽样：将连续的信号分割成不连续的脉冲波，且脉冲序列的幅度与信号波的幅度相对应。要求取样频率比传递信号频率的最大值大两倍 以上。 量化：把抽样后的脉冲幅度 调制波分级取整处理，用有限个数的代表值取代抽样值的大小。 编码：用量化的数字信号变 成相应的二进制代码的过程，用一组等幅度、等宽度的脉冲作为码元。 29、解释电光效应 答：某些晶体在外加电场作用下，折射率发生变化，当光波通过此介质时，其传播特性就会受到影响。 30、解释半波电压 答：光波在光晶体中传播时，当光波的两个垂直分量的光程差为半个波长时所需要加的电压，称为半波电压。 32、渡越时间对调制信号频率有什么影响？ Δфo 是当ωm τd <<1时的峰值相位延迟；γ称为高频相位延迟缩减因子，表征因渡越时间引起的峰值相位延迟的减小程度。只有当ωm τd <<1。即τd << T m / 2π时， γ=1，即无缩减作用。说明光波在晶体内的渡越时间必须远小于调制信号的周期，才能使调制效果不受影响。 33、某电光晶体n=1.5，L=1cm ，ωm τd =π/2,则调制信号最高频率为？ 答：f m =w m / 2π=1/4τd =c/4nL=3*108/（4*1.5*0.01）=5*109Hz 34、解释声光效应（p136-137） 答：当光在建立起超声场的介质中传播时，由于弹光效应，光介质中的超声波衍射或散射的现象。 补充：介质光学性质的变 化，不仅可以通过外加电场的作用而实现，外力的作用也能够造成折射率的改变，这种由于外力作用而引起介质光学性质变化的现象称为弹光效应。 36、声光调制器件由声光介质，电——声换能器，吸声装臵以及电源组成。 采用布喇格衍射。 35、声光效应中发生Bragg 衍射的条件是什么？Bragg 衍射的特点是？ 答：条件：1）超声波频率足够高L=λs /λ 2）光线倾斜入射，当入射角θB 满足2λs sin θB =λ产生布喇格衍射 特点：1）衍射光只有0级，+1 或-1级，布喇格衍射效应制成的声光器件效率比较高。 2）两级衍射光夹角为2 θB 3）衍射效率 η=I 0/I i =sin 2[（π L/2 λ） s P M H L 2)/(]=sin 2 [πL/ 2λs I M 2] 37、调Q 的目的是压缩脉冲宽度，提高峰值功率。 38、解释激光器的Q 值？Q 值和激光器的损耗之间有什么关系？ 答：Q 值是评定激光器中光学谐振腔质量好坏的指标—品质因数。 品质因子Q 与谐振腔的单 程总损耗的关系 Q=2πW/P=2π/λα总 39、叙述调Q 的过程？ 答：过程1.在泵浦过程的大部分时间里（t-t 0）谐振腔处于低Q 值状态，故阈值很高不能起振，从而激光上能级的粒子数不断积累，直至t 0时刻，粒子数反转达到最大值Δni 过程2. t 0时刻Q 值突然升 高（损耗下降），振荡阈值随之降低， 于是激光振荡开始建立。由于此Δni>>Δnt （阈值粒子反转数），因此受激辐射增强非常迅速，激光介质存储的能量在极短时间内转变为受激辐射场的能量，结果产生了一个峰值功率很高的窄脉冲。 41、叙述声光调Q 的原理。 答：利用晶体的电光效应，在晶体上加一阶跃式电压，调节腔内光子的反射损耗。 40、叙述电光调Q 的原理。 答：电光调Q 是指在激光谐振腔内加臵一块偏振片和一块KDP 晶体。光经过偏振片后成为线偏振光，如果在KDP 晶体上外加λ/4电压，由于泡克尔斯效应，使 往返通过晶体的线偏振光的振动方向改变π/2。如果KD*P 晶体上未加电压，往返通过晶体的线偏振光的振动方向不变。所以当晶体上有电压时，光束不能在谐 振腔中通过，谐振腔处于低Q 状态。由于外界激励作用，上能级粒子数便迅速增加。当晶体上的电压突然除去时，光束可自由通过谐振腔，此时谐振腔处于高Q 值状 态，从而产生激光巨脉冲。电光调Q 的速率快，可以在10-8秒时间内完成一次开关作用，使激光的峰值功率达到千兆瓦量级。如果原来谐振腔内的激光已经是线 偏振光，在装臵电光调Q 措施时不必放臵偏振片。 42、什么是单模光纤？成为单模光纤的条件是什么？ 答：只允许基模通过的光纤为单模光纤。 条件：V=（2πa/λc ）2 221n n -<2.405 光纤直径很小、λ>λc 43、试比较单模光纤和多模光纤的区别（阶跃光纤） 答：单模光纤的数值孔径比较大，单 模光纤只允许基模通过而多模光纤则允许若干个模式通过。单模芯径为8~10μm ，多模光纤的芯径为50~100μm. 44、光纤中存在哪几种损耗 答：吸收损耗：当光波通过任何透明物质时，都要使组成这种物质的分子中不同振动状态之间和电子的能级之间发生跃迁。这种能级跃迁时， 物质吸收入射光波的能量引起的光的损耗。 散射损耗：由于光纤制作工艺上 的不完善，例如有微气泡、杂质和折射率不均匀以及有内应力等，光能在这些地方会发生散射，使光纤损耗增大。 弯曲损耗：光纤弯曲是引起光纤 损耗的另一个重要的原因。光纤是柔软的，可以弯曲。弯曲的光纤虽然可以导光，但是会使光的传播路径改变，使得光能渗透过包层向外泄漏而损失掉。 45、解释瑞利散射 答：物质散射中最重要的是本征散射，也成为瑞利散射。本征散射是由玻璃熔制过程中造成的密度不均匀而产生的折射率不均匀引起的散射。瑞利散射与波长的四次方成反比。瑞利散射引起的损耗： αRs =（A/λ4）（1+B Δ） 46、光纤通信中常用的波段的波长是多少？为什么使用该波长？ 答：光在Sio 2中传输 850nm （损耗比较小）、1300nm （色散最小）、1550nm （损耗最小） 48、光纤的基本结构是什么？每部分的作用是什么？ 答：基本结构：护套、涂敷层、包层和纤芯