光电子技术期末考试试卷及其知识点大汇总.pdf
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1、命题共 3 第1页 一、选择题( 20 分,2 分/ 题) 1、光电子技术在当今信息时代的应用主要有(abcd ) A.信息通信B.宇宙探测C.军事国防D.灾害救援 2、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 3、光波在大气中传播时,引起的能量衰减与(abcd )有关 A.分子及气溶胶的吸收和散射B.空气折射率不均匀 C.光波与气体分子相互作用D.空气中分子组成和含量 4、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
2、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 5、激光调制器主要有(abc ) A.电光调制器B.声光调制器C.磁光调制器D.压光调制 器 6、电光晶体的非线性电光效应主要与(ac )有关 A.外加电场B.激光波长C.晶体性质D.晶体折射率变 命题共 3 第2页 化量 7、激光调制按其调制的性质有(cd ) A.连续调制B.脉冲调制C.相位调制D.光强调制 8、光电探测器有(abc ) 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 9、CCD 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 10、LCD 显示器,
3、可以分为(abcd ) A. TN 型B. STN 型C. TFT 型D. DSTN 型 二、判断题( 20 分,2 分/ 题,对用“ ” 、错用“ ”标记) 11、世界上第一台激光器是固体激光器。 ( T ) 12、在辐射度学中,辐射能量Q 是基本的能量单位,用J( 焦耳 )来度量。 ( T ) 13、在声光晶体中,超声场作用像一个光学的“ 相位光栅 ” ,其光栅常数等于光 波 波 长 命题共 3 第3页 。 ( F ) 14、在磁光晶体中,当磁化强度较弱时,旋光率与外加磁场强度是成正比关 系。( T ) 15、为了获得线性电光调制,通过引入一个固定2/相位延迟,一般该调制器 的电压偏置在T
4、50的工作点上。 ( T ) 16、在磁光调制中的磁性膜表面用光刻方法制作一条金属蛇形线路,主要为了 实现交替变化的磁场。 ( T ) 17、探测器的量子效率就是在某一特定波长上,每秒钟内产生的光电子数与入 射光量子数之比。 ( T ) 18、二代像增强器以纤维光学面板作为输入、输出窗三级级联耦合的像增强器。 ( F ) 19 、 阴 极 射 线 管 的 电 子 枪 的 作 用 是 产 生 辉 亮 信 号 和 彩 色 显 示 。 命题共 3 第4页 ( F ) 20、等离子体显示主要是通过电流激发气体,使其发出肉眼看不见的紫外光碰 击后面的玻璃上的红、绿、蓝三色荧光体,它们再发出我们在显示器上
5、所看到 的可见光。 ( T ) 三、填空题( 10 分,1分/ 题) 21、红外辐射其波长范围在 0.761000um。 22 、 光 纤 通 信 中 常 用 的 光 源 波 长 为850 1310 1550um 。 23、在 t J t P t E E 2 2 2 2 0 中,对于半导体而言,起主要作用是 t J t P 2 2 。 24 、 激 光 光 束 在 光 纤 波 导 中 的 传 播 遵 循费 马 原理。 25、激光调制器中的内调制是指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。 26、一个三级数字式扫描器主要由
6、三个电光晶体和双折射晶体 组成。 命题共 20第5页 27、光子效应是指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。 28、光电二极管的受光面一般都涂有SiO2防反射膜,使产生的 正离子在该膜中是不能移动的,但是它们的静电感应却可以使P-Si表面产生一 个感应电子层。 29、固体摄像器件主要有三大类是电荷耦合器件( CCD)、互补金属氧化 物半导体图像传感器( CMOS)、电荷注入器件 (CID )。 30、TN-LCD 的缺点是电光响应前沿不够陡峭、反应速度慢、阈值效 应 不
7、 明 显 、 使得 大 量 显 示 和视 频 显 示 等 受到 了 限 制。 四、简答题( 30 分,10 分/ 题) 31、比较光子和光热探测器在作用机理、性能及应用特点等异同。 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 h,h是普朗克常数 , 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 命题共 20第6页 互作用的情况下,其响应速度一般比较快。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
8、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h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。 32、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
9、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=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. 激光的特点是什么?激光与其他光源相比具有以下特点 a方向性好 ;b单色 性好;c相干性好 ;d亮度高 ;e简并度高 2. 激光产生的条件 ? 必要条件
10、:粒子数反转分布和减少振荡模式 .充分条件: 命题共 20第7页 起振条件(阈值条件)和稳定振荡(形成稳定激光) 3.激光器的构成 ? 工作物质:提供形成激光的能级结构体系,是激光形成的 内因; 泵浦源 ;提供形成激光的能量激励,是激光形成的外因;光学谐振腔: 提供反程放大机构,使受激发射的强度,方向性,单色性进一步提高。 4. He-Ne 激光器的镜间距为0.2 ,求最靠近 632.8nm跃迁线中心得纵模阶 数,纵模频率间隔。 如果增益曲线宽度为 1.5*109Hz ,则可以引起的纵模 总数是多少?相邻两纵模的频率间隔为:Vq=c/2nL=( 3.0*108 ) / ( 2*1*0.2 )=
11、7.5*108Hz(n为 腔 内 折射 率; L 为 镜 间 距 ). =(2n / )*2L=q2 =q( 纵模阶数 )=2nL/ =2*1*0.2/632.8*109=6.32*105 实际 振荡纵模数q= Vt/ Vq+1 Vt=1.5*109Hz 5. 说出典型激光器的工作波长?典型激光器的激光产生过程,固体气体。 He-Ne 激光器 :632.8nm 红宝石激光器 :694.3nm; CO2 激光器 :10640nm;Cu 激 光器:510.5nm He-Cd325nm;钴玻璃激光器: 1.06 m 6,常见的调 Q技术分为几类?纵模和横模的选择方法有哪些? 转镜调 Q;染料调 Q;
12、电光调 Q;声光调 Q 横模选择方法 (1)谐振腔腔型与腔参 数选择法; (2) 小孔光阑选择; (3) 自孔径选模; (4) 棱镜选模 纵模选择 (1)色散 腔法; (2)短腔法; (3)复合腔法; (4)行波腔法 7,实现单纵模的方法是哪些? 短腔法;色散腔法;标准具法;滤波片法;行波 腔法;复合腔法 8如何求数值孔径 ? 光纤可能接受外来入射光的最大受光角的正弦与入射区 命题共 20第8页 折射率的乘积。 NA=n1sin =n0sin max= (n12-n2 )0.5 只有0的光 锥内的光才能在光纤中发生全反射 NA约等于n1(2 ) ? 9电光调制器的结构和原理。电光晶体 (KDP
13、) 置于两个成正交的偏振器之间, 其中起偏器 P1的偏振方向平行于电光晶体的x轴,检偏器 P2的偏振方向平行于 y 轴,当沿晶体 z轴方向加电场后,它们将旋转45o变为感应主轴 x,y 。因此, 沿z轴入射的光束经起偏器变为平行于x轴的线偏振光,进入晶体后 (z=0) 被分解 为沿x和y 方向的两个分量, 两个振幅 (等于入射光振幅的 1/ )和相位都相等 10两种声光调制的原理与特点及不同点。 (1 )拉曼奈斯衍射 (2 )声光布拉格衍 射 .超声波频率前者低后者高, 入射方向前者光线平行于声波面入射和声波传播 方向垂直入射,后者入射光不是垂直入射而是声波波面有一定角度。光栅前者 宽度较小时
14、平面相位光栅后者声光相互作用长度L光栅变为三维空间相位。 11, CIE-RGB 记色系统规定的基色单位是怎样的?电子枪和铝膜的作用各是什 么? 答:波长 700nm ,光通量为 1lm的红光作为一个红基色单位,用(R)表 示 波长546.1nm ,光通量为 4.5907lm 的绿光作为一个绿基色单位, 用(G) 表示 波 长435.8nm ,光通量为 0.0601lm 的蓝光作为一个蓝基色单位,用(B)表示 电子枪:1.发射并加速电子 2.用视频信号调制电子束流 3.利用电子透镜汇聚电子 束,并在荧光面上将电子束聚焦成小点铝膜: 1.可以防止负电荷积累导致的荧 面电位下降,从而限制了亮度的提
15、高2.铝可将荧光粉向管内的光线反射回到观 察者一侧,提高亮度。 3.阻挡负离子对荧光层得轰击防止离子斑 命题共 20第9页 12,液晶的种类及其特点答:向列型:也称螺旋形液晶, 由长径比很大的棒状分 子组成,每一分子位置虽无规则,但从整体看,分子轴向同一方向。与近晶型 液晶相比,粘度小,易于流动性。胆甾型:也称螺旋型液晶,它和近晶型液晶 一样具有层状结构,但层内分子排列却向列型液晶分子长轴在层内是相互平行 的。具有强光性和偏振光二色性,负单轴晶体的双折射性。近晶型:也称层状 晶,由棒状或条状分子排列成层, 层内分子长轴相互平行, 其方向垂直于层面, 与层面呈倾斜排列,呈现排列,呈现二维流体的性
16、质,粘度高,具有正单轴晶 体的双折射性 13,什么叫光波分复用器件 ? 答: 光波复合器是对光波波长进行分离与合成的目 的无源器件,其一个端口作为器件的输出/ 输入端, N个端口作为器件的输入/ 输出端 14,光隔离器的作用是什么 ?微型空间型偏振相关隔离器的工作原理怎样? 答:是为了避免回返光对光源等器件的工作产生影响并对回返光进行抑制的一 种光无源器件。它对正向传输光具有较低插入损耗,而对反向传输光有很大衰 减作用,因而可以抑制光传输系统中反射信号对光源的不利影响,确保光通信 系统的质量一般置于光源后,为一种非互易器件。工作原理:包括两个透射光 方向夹角 45的偏振器 P1和P2和一个法拉
17、第旋转器。当入射平行光往返一次通 过该器件时,偏振角度变化90,于是反向光不能通过起偏器 P1,实现了反向 隔离。 15,改进光纤连接器的回波损耗有哪些方法?答: 1.球面接触 2.斜球面接触 3.端 命题共 20第10页 面镀膜法 18说明ROM 光盘存储原理 ;信息和消息的区别以及信息量的计算公 式,将事先记录在主磁带上的视频或音频信息通过信号发生器、前置放大器去驱 动电光或声光调制器,使经过调制的激光束以不同的功率密度聚焦在甩有光刻 胶的玻璃衬盘上,使光刻胶曝光,之后经过显影、刻蚀,制成主盘.再经喷镀、 电镀等工序制成副盘,然后再经过“2P注塑形成 ROM光盘 1.按光调制方式分类,光束
18、调制分为强度调制 ,相位调制 ,频率调制 ,波长调 制和偏振调制 。2.利用 外界因素 ,对光纤中光波相位的变化来探测各种物理量 的探测器称为 相位干涉型探测器 。3.半导体激光发光是由 能带之间的电子空穴 对负荷产生的。 4 固体激光器发光是以 掺杂型离子 绝缘晶体 或玻璃为工作物质 的激光器。 5 对光探测器的要求包括线性度好 ,灵敏度高 ,性能稳定 。6.光纤 传送中常用的光电探测器有光电二极管 ,光电倍增 管,光敏电阻 7.红外探测器 的响应波长范围或光谱范围是表示电压响应率 与入射红波长响应率 。8.光子探 测是利用半导体材料在入射光照射下产生光子效应 。9.当红外辐射照在半导体 表
19、面时,电子空穴由束缚态变为自由态使半导体电性能现象称为光电导现象 。 10.利用温差电势现象制成的红外探测器称为热电耦型。 11.任何物质只要温度高于0K 就会向外辐射红外线。 12.红外无损检测是通过测 量热流或热量 来检测金属内部损耗。 13.内光电探测器分为 光电导 ,光伏特 和光 磁电探测器 。14.红外探测器的性能参数主要包括电压响应率 ,噪声等效功率 和 时间参数 。15.以下应用采用了红外技术的有裂纹探测,焊接,军事侦察,夜视。 16.波长在 1-1000 微米的电磁波被物体吸收时可以显著转化为热能。17.红外线, 可见光,紫外射线, x 射线,微波以及无线电波构成电磁波谱。 (
20、错) 射线 18.红外辐射在大气辐射时由于大气中的气体,液体产生 散射受到衰减。19.辐射 出射度是辐射体单位面积向半空间发射的辐射通量(辐射功率)。 (对)20.光电 池是利用 光生伏特效应 产生电能。 21.简述外光电效应,内光电效应和光生伏特效应:光照射到金属上,引起物质 的电性质发生变化。 这类光变致电的现象被人们统称为光电效应.光电效应分为 光电子发射、光电导效应和光生伏特效应。前一种现象发生在物体表面,又称 外光电效应。后两种现象发生在物体内部,称为内光电效应。光生伏特效应: 在光的作用下,产生一定方向一定大小的电动势的现象,叫作光生伏特效应。 22.简述光敏电阻的主要参数。(三种
21、即可) 光敏电阻器的主要参数有暗电流 (ID) 、时间常数、温度系数、灵敏度等。 1暗电流暗电流是指在无光照射时,光敏电阻器在规定的外加电压下通过的 电流。 2时间常数时间常数是指光敏电阻器从光照跃变开始到稳定亮电流的 命题共 20第11页 63%时所需的时间。 3电阻温度系数温度系数是指光敏电阻器在环境温度改 变1时,其电阻值的相对变化。 4 灵敏度 灵敏度是指光敏电阻器在有光照射和无光照射时电阻值的相对变化。 23简述光电池的工作原理 :在一块 N形硅片表面,用扩散的方法掺入一些P型杂 质,形成 PN结,光这就是一块硅光电池。当照射在PN上时,如光子能量hv 大于硅的禁带宽度E时,则价带中
22、的电子跃迁到导带,产生电子空穴对。因为 PN结阻挡层的电场方向指向P区,所以,任阻挡层电场的作用下,被光激发的 电子移向 N区外侧,被光激发的空穴移向P区外侧,从而在硅光电池与PN结平 行的两外表而形成电势差, P区带正电,为光电池的正极, N区带负电,为光电 池的负极。 照在 PN结上的光强增加, 就有更多的空穴流向P区,更多的电子流 向 N区,从而硅光电池两外侧的电势差增加。如上所述,在光的作用下,产生 一定方向一定大小的电动势的现象,叫作光生伏特效应。 24.请比较光电二极管和光电池的类同点。相同:都是利用利用内光电效应,光 照射 PN 结产生光生电子,光生空穴对,不同:光电二极管的PN
23、 结需要反向偏 置,而光电池的 PN 结不需要反向偏置即可工作。 25.简述什么是光电导的弛豫现象。光电流的变化对光在时间上有一个滞后,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。这些现象称为弛豫过程或惰性。 26.热辐射光纤温度探测器是利用光纤内产生的热辐射来探测温度的一种器件。 (对) 27.当红外辐射照射在热敏电阻上时,其温度升高,电阻升高。(错)电阻变小 28.当恒定的红外辐射照射在热释电探测器上时探测器才有电信号输出。(错) 不需要恒定 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
24、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括短波长的850nm波段, 长波长的 1300 nm 及1550nm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
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