光電子技術答案整理

1、性 a弟一章1）色溫是指在規(guī)定兩波長處具有與熱輻射光源的輻射比率相同的黑體的溫度自發(fā)躍遷是指處于高能級的一個原子自發(fā)地向低能級躍遷，并發(fā)出一個光子的過程受激躍遷是指處于高能級態(tài)的一個原子在一定的輻射場作用下躍遷至低能級態(tài)，并輻射出一個與入射光子全同的光子的過程。2）受激輻射下光譜線展寬的類型分為均勻展寬和非均勻展寬，其中均勻展寬有自然展寬、碰撞展寬、熱振動展寬，非均勻展寬有多普勒展寬與殘余應力展寬。3）常見的固體激光器有 光泵激勵，紅寶石激光器，釹激光器，鈦寶石激光器（寫出兩種）， 常見的氣體激光器有He-Ne激光器，Ar離子激光器，CO2激光器，（寫出兩種）。4）光是一種以光速運動的光子流，

2、光子和其它基本粒子一樣，具有能量 、 動量 和質量：其靜止質量為 零 。激光與普通光源相比具有如下明顯的特點：方向性好、單色性好、相干性好，強度大。5）簡述光子的基本特性。光是一種以光速運動的光子流，光子和其它基本粒子一樣，具有能量、動量和質量。它的粒子屬性（能量、動量、質量等）和波動屬性（頻率、波矢、偏振等）之間的關系滿足：（1） E = hv =力:,、 E hvnl（2）m = ，光子具有運動質量，但靜止質量為零；（3） P = hk :（4）、光子具有兩種可能的獨立偏振態(tài)，對應于光波場的兩個獨立偏振方向；（5）、光子具有自旋，并且自旋量子數(shù)為整數(shù)，是玻色子6）簡述激光產(chǎn)生的條件、激光器

3、的組成及各組成部分的作用。必要條件：粒子數(shù)反轉分布和減少振蕩模式數(shù)。充分條件：起振一一閾值條件：激光在諧振腔內(nèi)的增益要大于損耗。穩(wěn)定振蕩條件一一增益飽和效應（形成穩(wěn)定激光）。組成：工作物質、泵浦源、諧振腔。作用：工作物質：在這種介質中可以實現(xiàn)粒子數(shù)反轉。泵浦源（激勵源）：將粒子從低能級抽運到高能級態(tài)的裝置。諧振腔：（1）使激光具有極好的方向性（沿軸線）（2）增強光放大作用（延長了工作物質）（3）使激光具有極好的單色性（選頻）% *弟二章1）聲波在聲光晶體中傳播會引起晶體中的質點按聲波規(guī)律在平衡位置振動，按照聲波頻率 的高低以及聲波和光波作用的長度不同，聲光相互作用可以分為拉曼一一納斯衍射和布喇

4、 格衍射兩種類型。2）磁光效應是指外加磁場作用所引起的材料的光學各向異性成為磁光效應，法拉第磁 光效應的規(guī)律（1）對于給定的介質.光振動面的旋轉角與樣品的長度和外加的磁感應強度 成正比（2）光的傳播方向反轉時，法拉第旋轉的左右方向互換3）電致折射率變化是指晶體介質的介電系數(shù)與晶體中的電荷分布有關，當晶體被施加電場 后，將引起束縛電荷的重新分布，并導致離子晶格的微小形變，從而引起介電系數(shù)的變化， 并最終導致晶體折射率變化的現(xiàn)象4）光纖色散的主要危害是使脈沖信號展寬，限制了光纖的帶寬或傳輸容量，多模光纖的色散 主要有模色散、材料色散、波導色散5）聲光相互作用可以分為拉曼-納斯衍射和布喇格衍射兩種類

5、型。簡述它們產(chǎn)生的條件和特 征。答案：產(chǎn)生拉曼-納斯衍射的條件：當超聲波頻率較低，光波平行于聲波面入射，聲光 互作用長度L較短時，在光波通過介質的時間內(nèi)，折射率的變化可以忽略不計，則聲光介質 可近似看作為相對靜止的“平面相位柵”。由出射波陣面上各子波源發(fā)出的次波將發(fā)生相干 作用，形成與入射方向對稱分布的多級衍射光，這就是拉曼-納斯衍射的特點。產(chǎn)生布喇格衍射條件：聲波頻率較高，聲光作用長度L較大，光束與聲波波面間以一定的角 度斜入射，介質具有“體光柵”的性質。衍射光各高級次衍射光將互相抵消，只出現(xiàn)0級和 +1級（或-1級）衍射光，這是布喇格衍射的特點6）何為電光晶體的半波電壓？半波電壓由晶體的那

6、些參數(shù)決定？答案:當光波的兩個垂直分量,，Ey，的光程差為半個波長（相應的相位差為兀）時所需要加的電壓，稱為半波電壓。半 波電壓* =，主要由光波長人、o光折射率。和電光系數(shù)尸63共同決定。o 63*弟三早1）光束調(diào)制按其調(diào)制的性質可分為 調(diào)幅，調(diào)頻，調(diào)相及強度調(diào)制等。要實現(xiàn)脈沖編碼調(diào) 制，必須進行三個過程：抽樣，量化和編碼2）光束掃描根據(jù)其應用的目的來可以分為一種為光的偏轉角連續(xù)變化的模擬掃描，它能 描述光束的連續(xù)位移，另一種是不連續(xù)的數(shù)字掃描，它是在選定空間的某些特定位置上使光 束的空間位置“跳變”兩種：前者主要應用各種顯示，后者主要應用于光存儲。3）在電光調(diào)制器中，為了得到線性調(diào)制，在調(diào)

7、制器中插入一個1/4波片，波片的軸向取向 為 快慢軸與晶體的主軸x成45。角時最好。4）根據(jù)調(diào)制器與激光器的關系，光束的調(diào)制方法可以分為內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制兩種。內(nèi)調(diào)制是 指一加載信號是在激光震蕩過程中進行的，以調(diào)制信號改變激光器的震蕩參數(shù)，從而改變激 光器輸出特性以實現(xiàn)調(diào)制。5）利用縱向電光效應和橫向電光效應均可實現(xiàn)電光強度調(diào)制，縱向電光調(diào)制和橫向電光調(diào) 制各有什么優(yōu)缺點？解答：縱向電光調(diào)制器具有結構簡單、工作穩(wěn)定、不存在自然雙折射的影響等優(yōu)點。其缺點 是半波電壓太高，特別是在調(diào)制頻率較高時，功率損耗比較大。橫向效應運用時，存在自然雙折射產(chǎn)生的固有相位延遲，它們和外加電場無關。在沒有外加 電場時，

8、入射光的兩個偏振分量通過晶體后其偏振面已轉過了一個角度，這對光調(diào)制器等應 用不利，應設法消除。橫向效應運用時，總的相位延遲不僅與所加電壓成正比，而且與晶體 的長寬比（L/d）有關。而縱向應用時相位差只和V=Ez*L有關。因此，增大L或減小d就可大 大降低半波電壓，但必須采用兩塊晶體，結構復雜，而且其尺寸加工要求高，對環(huán)境溫度敏 感。6）簡述光束調(diào)制的基本原理。（1）、以激光為載體，將信息加載到激光的過程，稱為調(diào)制或光束調(diào)制。（2）、光束具有振幅、頻率、相位、強度和偏振等參量，可以應用某些物理的方法，使其參 量之一按照調(diào)制信號的規(guī)律變化，實現(xiàn)光束的調(diào)制，所以光束的調(diào)制可以分為調(diào)幅、調(diào)相、 調(diào)頻和

9、強度調(diào)制等。（3）、實現(xiàn)激光光束調(diào)制的方法根據(jù)調(diào)制器與激光器的關系，可以分為內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制兩種。（4）、具體的激光光束的調(diào)制方法，常見的有光電調(diào)制、聲光調(diào)制、磁光調(diào)制、直接調(diào)制等。 第四章1）一縱向運用的KDP電光調(diào)制器，長為2cm，折射率為2.5，七3 =，工作頻率為1000kHz,則此時光在晶體中的渡越時間為d = 3 x1。T。s - 16.7ns。2）光熱效應是指材料受光照射后，光子能量與晶格相互作用，振動加劇，溫度升高，材 料的性質發(fā)生變化。3）本征型光敏電阻一般在室溫下工作，適用于_可見光和近紅外輻射探測；非本征型光敏 電阻通常在低溫條件下工作，常用于中遠紅外輻射探測。4）單片硅光

10、電池的開路電壓約為0.45V-0.6V，短路電流密度約為150A/m2-300A/m25）光子效應是指_單個光子的性質對產(chǎn)生的光電子起直接作用的一類電效應，其主要特點 有：光子能量的大小能直接影響內(nèi)部電子狀態(tài)改變的大小。6）光電二極管是指以光導模式工作的結型光伏型探測器。常見的光電二極管有 Si光 電二極管，PIN光電二極管，雪崩光電二極管（APD）,肖特基勢壘光電二極管，HgCdTe光伏 二極管等類型（寫出兩種）。7）光熱探測器中 熱敏元件，熱鏈回路和大熱容量的散熱器三部分構成，常見的光熱探測 器有熱敏電陽、熱釋電探測器（寫出兩種）。8）簡述光電探測器的主要特性參數(shù)。答:光電探測器的主要性能

11、參數(shù)有：（1）靈敏度R：r =d = L（線性區(qū)內(nèi)（a/W）R =空=U（線性區(qū)內(nèi)（y/W）氣 dP PI）（ A W） u dP P。Ri電流靈敏度（積分電流靈敏度），Ru電壓靈敏度（積分電壓靈敏度）。i -光電流，U-電壓，P-入射光功率。光譜靈敏度R： R =1入dP.X 頻率靈敏度R： R =R0日+ (2響2量子效率n ：門=四R.e i通量閾Pth噪聲等效功率NEP通量閾一一探測器所能探測的最小光信號功率 噪聲等效功率NEP單位信噪比時的信號光功率(6)歸一化探測度D* D*= D 、Jgm-Hz1/2 / W)(7)噪聲：依據(jù)噪聲產(chǎn)生的物理原因,光電探測器的噪聲可大致分為散粒噪聲

12、、熱噪聲和低 頻噪聲三類。簡述光子效應和光熱效應。答案：光子效應是指單個光子的性質對產(chǎn)生的光電子起直接作用的一類光電效應；探測器吸 收光子后，直接引起原子或分子的內(nèi)部電子狀態(tài)的改變。光熱效應和光子效應完全不同，探 測元件吸收光輻射能量后，并不直接引起內(nèi)部電子狀態(tài)的改變，而是把其轉化為晶格的熱動 能，引起探測元件溫度上升，由此引起探測元件的電學性質或其它物理性質發(fā)生變化。光子 效應常見的有：光電發(fā)射效應、光電導效應、光伏效應、光電磁效應等。光熱效應常見的有：溫差電效應、熱釋電效應等?？偨Y選用光電探測器的一般原則。解答：答案梗概：按照光電探測器的性能參數(shù)，就可以評價探測器性能的優(yōu)劣，比較不同探 測

13、器之間的差異，從而達到根據(jù)需要合理選擇和正確使用光電探測器的目的。nz? -3弟五早CCD的基本功能為電荷存儲和電荷轉移。CCD按結構可分為 線陣CCD和面陣CCD。固體攝像器件主要有三大類，它們是電荷耦合器件(CCD)，互補金屬氧化物半導體圖像 傳感器(CMOS),電荷注入器件(CID)。CCD的基本工作過程包括信號的產(chǎn)生，存儲，傳輸和檢測。CCD攝像器件的基本工作原理是 依靠半導體的光電特性，用光注入的辦法產(chǎn)生簡述帶像增強器的CCD的特點。帶像增強器的CCD器件是將光圖像聚焦在像增強器的光電陰極上，再經(jīng)像增強器增強后耦合 到電荷耦合器件(CCD)上實現(xiàn)微光攝像(簡稱ICCD)。最好的ICC

14、D是將像增強器熒光屏上 產(chǎn)生的可見光圖像通過光纖光錐直接耦合到普通CCD芯片上。像增強器內(nèi)光子一電子的多次 轉換過程使圖像質量受到損失，光錐中光纖光柵干涉波紋、折斷和耦合損失都將使ICCD輸 出噪聲增加，對比度下降及動態(tài)范圍減小，影響成像質量。靈敏度最高的ICCD攝像系統(tǒng)可 工作在10-6lx靶面照度下。7）簡述電荷耦合攝像器件的主要特性參數(shù)。轉移效率：電荷包在進行每一次轉移中的效率；不均勻度：包括光敏元件的不均勻與CCD的不均勻；暗電流：CCD在無光注入和無電注入情況下輸出的電流信號；靈敏度：是指在一定光譜范圍內(nèi)，單位暴光量的輸出信號電壓（電流）；光譜響應：是指能 量相對光譜響應，最大響應值

15、歸一化為100%，所對應的波長峰值波長，低于10%的響應點對 應的波長稱為截止波長；噪聲：可以歸納為散粒噪聲、轉移噪聲和熱噪聲；分辨率：是指攝像器件對物像中明暗細節(jié)的分辨能力；動態(tài)范圍和線性度:動態(tài)范圍二光敏元件滿阱信號/等效噪聲信號，線性度是指在動態(tài)范圍內(nèi)，輸出信號與暴光量的關系是否成直線關系。8）比較帶像增強器的CCD、薄型背向照明CCD和電子轟擊型CCD器件的特點。答案：帶像增強器的CCD器件是將光圖像聚焦在像增強器的光電陰極上，再經(jīng)像增強器增強 后耦合到電荷耦合器件（CCD）上實現(xiàn)微光攝像（簡稱ICCD）。最好的ICCD是將像增強器熒 光屏上產(chǎn)生的可見光圖像通過光纖光錐直接耦合到普通C

16、CD芯片上。像增強器內(nèi)光子一電子 的多次轉換過程使圖像質量受到損失，光錐中光纖光柵干涉波紋、折斷和耦合損失都將使 ICCD輸出噪聲增加，對比度下降及動態(tài)范圍減小，影響成像質量。靈敏度最高的ICCD攝像 系統(tǒng)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。光從背面射入，遠離多晶硅，由 襯底向上進行光電轉換，大量的硅被光刻掉，在最上方只保留集成外接電極引線部分很少的 多晶硅埋層。由于避開了多晶硅吸收，CCD的量子效率可提高到90%，與低噪聲制造技術 相結合后可得到30個電子噪聲背景的CCD，相當于在沒有任何增強手段下照度為10-4lx （靶 面照度）的水平。

17、盡管薄型背向照明CCD器件的靈敏度高、噪聲低，但當照度低于10-6lx （靶 面照度）時，只能依賴圖像增強環(huán)節(jié)來提高器件增益，克服CCD噪聲的制約。電子轟擊型CCD器件是將背向照明CCD當作電子轟擊型CCD的“陽極”，光電子從電子轟擊 型CCD的“光陰極”發(fā)射直接“近貼聚焦”到CCD基體上，光電子通過CCD背面進入后，硅 消耗入射光子能量產(chǎn)生電子空穴對，進而發(fā)生電子轟擊半導體倍增，電子轟擊過程產(chǎn)生的噪 聲比用微通道板倍增產(chǎn)生的噪聲低得多，與它獲得的3000倍以上增益相比是微不足到的。 電子轟擊型CCD器件采用電子從“光陰極”直接射入CCD基體的成像方法，簡化了光子被多 次轉換的過程，信噪比大大

18、提高，與ICCD相比，電子轟擊型CCD具有體積小、重量輕、可 靠性高、分辨率高及對比度好的優(yōu)點。9）紅外成像系統(tǒng)A的NETDA小于紅外成像系統(tǒng)B的NETDB，能否認為紅外成像系統(tǒng)A對各 種景物的溫度分辨能力高于紅外成像系統(tǒng)B，試簡述理由。答案：不能，NETD反映的是系統(tǒng)對低頻景物（均勻大目標）的溫度分辨率，不能表征系統(tǒng) 用于觀測較高空間頻率景物的溫度分辨率。題目中沒有說明是否為低頻或者高頻，所以不能 判斷。弟六早1）液晶分為兩大類:熱致液晶和溶致液晶。作為顯示技術應用的液晶都是熱致液晶。2）液晶是各項同性液體與完全有序晶體之間的一種中間態(tài)，既有液體的流動性又有晶體 的各向異性的特征，是一種取向

19、有序的流體，熱致液晶可為是溫度引起的，并且只能在一 定溫度范圍內(nèi)存在，一般是單一組分或均勻化合物。3）等離子體是又叫做電漿，是由部分電子被剝奪后的原子及原子被電離后產(chǎn)生的正負電子組成的離子化氣體狀物質4）試說明注入電致發(fā)光和高場電致發(fā)光的基本原理。答案：注入電致發(fā)光是在半導體PN結加正偏壓時產(chǎn)生少數(shù)載流子注入，與多數(shù)載流子復合 發(fā)光。高場電致發(fā)光是將發(fā)光材料粉末與介質的混合體或單晶薄膜夾持于透明電極板之間， 外施電壓，由電場直接激勵電子與空穴復合而發(fā)光。高場電致發(fā)光又分交流和直流兩種，如 粉末型交流電致發(fā)光與粉末型直流電致發(fā)光。5）簡述等離子體的概念和等離子體顯示板工作的基本原理。等離子體是由部分電子被剝奪后的原子及原子被電離后產(chǎn)生的正負電子組成的離子化氣體狀物質，它是除去固、液、氣態(tài)外，物質存在的第四態(tài)。等離子體是一種很好的導電體，利用經(jīng)過巧妙設計的電場和磁場可以捕捉、移動和