光電子技術期末考試試卷及其知識點大匯總

一、選擇題（20分，2分/題）

1、光電子技術在當今信息時代的應用主要有（abed）

A.信息通信B.宇宙探測C.軍事國防D.災害救援

2、激光器的構成一般由（a）組成

A激勵能源、諧振腔和工作物質B.固體激光器、液體激光器和氣體

激光器

C.半導體材料、金屬半導體材料和PN結材料D,電子、載流子和光子

3、光波在大氣中傳播時，引起的能量衰減與（abed）有關

A.分子及氣溶膠的吸收和散射B.空氣折射率不均勻

C.光波與氣體分子相互作用D.空氣中分子組成和含量

4、2009年10月6日授予華人高銀諾貝爾物理學獎，提到光纖以SiCh為材料

的主要是由于（a）

A.傳輸損耗低B.可實現(xiàn)任何光傳輸C.不出現(xiàn)瑞利散射D.空間

相干性好

5、激光調制器主要有（abc）

A.電光調制器B.聲光調制器C.磁光調制器D.壓光調制

器

6、電光晶體的非線性電光效應主要與（ac）有關

A.外加電場B.激光波長C.晶體性質D.晶體折射率變

化量

7、激光調制按其調制的性質有（cd）

A.連續(xù)調制B.脈沖調制C.相位調制D.光強調制

8、光電探測器有（abc）

A.光電導探測器B.光伏探測器C.光磁電探測器D.熱電探測元

件

9、CCD攝像器件的信息是靠（b）存儲

A.載流子B.電荷C.電子D.聲子

10、LCD顯示器，可以分為（abed）

A.TN型B.STN型C.TFT型D.DSTN

型

二、判斷題(20分，2分/題，對用“V”、錯用“X”標記)

11、世界上第一臺激光器是固體激光器。

(T)

12、在輻射度學中，輻射能量。是基本的能量單位，用J(焦耳)來度量。

(T)

13、在聲光晶體中，超聲場作用像一個光學的“相位光柵”，其光柵常數(shù)等于光

波

波

長

14、在磁光晶體中，當磁化強度較弱時，旋光率a與外加磁場強度是成正比關

系。(T)

15、為了獲得線性電光調制，通過引入一個固定乃/2相位延遲，一般該調制器

的電壓偏置在T=50%的工作點上。

(T)

16、在磁光調制中的磁性膜表面用光刻方法制作一條金屬蛇形線路，主要為了

實現(xiàn)交替變化的磁場。

T)

17、探測器的量子效率就是在某一特定波長上，每秒鐘內產生的光電子數(shù)與入

射光量子數(shù)之比。

(T)

18、二代像增強器以纖維光學面板作為輸入、輸出窗三級級聯(lián)耦合的像增強器。

(F)

19、陰極射線管的電子槍的作用是產生輝亮信號和彩色顯示。

(F)

20、等離子體顯示主要是通過電流激發(fā)氣體，使其發(fā)出肉眼看不見的紫外光碰

擊后面的玻璃上的紅、綠、藍三色熒光體，它們再發(fā)出我們在顯示器上所看到

的可見光。(T)

三、填空題(10分，1分/題)

21紅外輻射其波長范圍在

0.76'1000um。

22、光纖通信中常用的光源波長為8501310

1550umo

23、在VxVx后+〃4駕=_"駕-〃旦中，對于半導體而言，起主要作用是_

°dt28t2dt

24、激光光束在光纖波導中的傳播遵循_________________匕

原理。

25、激光調制器中的內調制是指是指加載調制信號是在激光振蕩過

程中進行的，即以調制信號去改變激光器的振蕩參數(shù)，從而改變激光輸出特性

以實現(xiàn)調制。

26、一個三級數(shù)字式掃描器主要由—三個電光晶體和雙折射晶體

組成。

27、光子效應是指指單個光子的性質對產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部電子狀態(tài)的改

變。光子能量的大小直接影響內部電子狀態(tài)的改

赤

OO

28、光電二極管的受光面一般都涂有_SiO2防反射膜，使產生的

正離子在該膜中是不能移動的，但是它們的靜電感應卻可以使P-Si表面產生一

個感應電子層。

29、固體攝像器件主要有三大類是—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）.

30、TN-LCD的缺點是電光響應前沿不夠陡峭、反應速度慢、閾值效

應不明顯、使得大量顯示和視頻顯示等受到了限

制。.

四、簡答題（30分，10分/題）

31、比較光子和光熱探測器在作用機理、性能及應用特點等異同。

光子效應是指單個光子的性質對產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部電子狀態(tài)的改變。光子能量的大

小，直接影響內部電子狀態(tài)改變的大小。光子能量是/zu,/z是普朗克常數(shù)，V是

光波頻率，所以，光子效應就對光波頻率表現(xiàn)出選擇性，在光子直接與電子相

互作用的情況下，其響應速度一般比較快。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，并不直接引起內部電子狀態(tài)的改變，而是把吸收的

光能變?yōu)榫Ц竦臒徇\動能量，引起探測元件溫度上升，溫度上升的結果又使探測

元件的電學性質或其他物理性質發(fā)生變化。所以，光熱效應與單光子能量力U的

命題共18第4頁

大小沒有直接關系。原則上，光熱效應對光波頻率沒有選擇性。只是在紅外波

段上，材料吸收率高，光熱效應也就更強烈，所以廣泛用于對紅外線輻射的探

測。因為溫度升高是熱積累的作用，所以光熱效應的響應速度一般比較慢，而

且容易受環(huán)境溫度變化的影響。

32、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，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=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，輸出信號與暴光量的關系是否成直線關系。

1.激光的特點是什么？激光與其他光源相比具有以下特點a方向性好;b單色

性好;c相干性好;d亮度高;e簡并度高

2.激光產生的條件？必要條件：粒子數(shù)反轉分布和減少振蕩模式.充分條件：

起振條件（閾值條件）和穩(wěn)定振蕩（形成穩(wěn)定激光）

3.激光器的構成？工作物質：提供形成激光的能級結構體系，是激光形成的

內因；泵浦源;提供形成激光的能量激勵，是激光形成的外因；光學諧振腔:

提供反程放大機構，使受激發(fā)射的強度，方向性，單色性進一步提高。

4.He-Ne激光器的鏡間距為0.2,求最靠近632.8nm躍遷線中心得縱模階

數(shù)，縱模頻率間隔。如果增益曲線寬度為L5*K）A9Hz,則可以引起的縱模

總數(shù)是多少？相鄰兩縱模的頻率間隔為：△Vq=c/2nL=（3.0*10人8）/

（2*1*0.2）=7.5*10人8Hz（n為腔內折射率；L為鏡間距）.△V=（2nn/

入）*2L=q2n=>q（縱模階數(shù)）=2nL/入=2*1*0.2/632.8*10人9=6.32*107實

際振蕩縱模數(shù)△q=QVt/△VqHl△Vt=1.5*10A9Hz

5.說出典型激光器的工作波長？典型激光器的激光產生過程，固體氣體。

命題共18第5頁

He-Ne激光器:632.8nm紅寶石激光器:694.3nm;C02激光器:10640nm;Cu激

光器:510.5nmHe-Cd325nm;鉆玻璃激光器：1.06|jm

6,常見的調Q技術分為幾類？縱模和橫模的選擇方法有哪些？

轉鏡調Q;染料調Q;電光調Q;聲光調Q橫模選擇方法（1）諧振腔腔型與腔參

數(shù)選擇法；（2）小孔光闌選擇；（3）自孔徑選模；（4）棱鏡選模縱模選擇（1）色散

腔法；（2）短腔法；（3）復合腔法；（4）行波腔法

7,實現(xiàn)單縱模的方法是哪些？短腔法；色散腔法；標準具法；濾波片法；行波

腔法；復合腔法

8如何求數(shù)值孔徑？光纖可能接受外來人射光的最大受光角的正弦與入射區(qū)

折射率的乘積。NA=nIsin0=nOsin'Pmax=（n1A2-n2）A0.5只有甲＜甲0的光

錐內的光才能在光纖中發(fā)生全反射NA約等于nl（2△尸/

9電光調制器的結構和原理。電光晶體（KDP）置于兩個成正交的偏振器之間，

其中起偏器P1的偏振方向平行于電光晶體的x軸，檢偏器P2的偏振方向平行于y

軸，當沿晶體z軸方向加電場后，它們將旋轉45o變?yōu)楦袘鬏S父因此，

沿z軸入射的光束經(jīng)起偏器變?yōu)槠叫杏趚軸的線偏振光，進入晶體后（z=0）被分解

為沿X，和y，方向的兩個分量，兩個振幅（等于入射光振幅的1/）和相位都相等.

10兩種聲光調制的原理與特點及不同點。（1）拉曼-奈斯衍射（2）聲光布拉格

衍射.超聲波頻率前者低后者高，入射方向前者光線平行于聲波面入射和聲波傳

播方向垂直入射，后者入射光不是垂直入射而是聲波波面有一定角度。光柵前

者寬度較小時平面相位光柵后者聲光相互作用長度L光柵變?yōu)槿S空間相位。

1LCIE-RGB記色系統(tǒng)規(guī)定的基色單位是怎樣的？電子槍和鋁膜的作用各是

什么？答：波長700nm,光通量為Hm的紅光作為一個紅基色單位，用（R）

命題共18第6頁

表示

波長546.1nm,光通量為4.59071m的綠光作為一個綠基色單位，用（G）表示波

長435.8nm,光通量為0.060Dm的藍光作為一個藍基色單位，用（B）表示

電子槍：1.發(fā)射并加速電子2.用視頻信號調制電子束流3.利用電子透鏡匯聚電子

束，并在熒光面上將電子束聚焦成小點鋁膜：1.可以防止負電荷積累導致的熒

面電位下降，從而限制了亮度的提高2.鋁可將熒光粉向管內的光線反射回到觀

察者一側，提高亮度。3.阻擋負離子對熒光層得轟擊防止離子斑

12,液晶的種類及其特點答：向列型：也稱螺旋形液晶，由長徑比很大的棒狀

分子組成，每一分子位置雖無規(guī)則，但從整體看，分子軸向同一方向。與近晶

型液晶相比，粘度小，易于流動性。膽幽型：也稱螺旋型液晶，它和近晶型液

晶一樣具有層狀結構，但層內分子排列卻向列型液晶分子長軸在層內是相互平

行的。具有強光性和偏振光二色性，負單軸晶體的雙折射性。近晶型：也稱層

狀晶，由棒狀或條狀分子排列成層，層內分子長軸相互平行，其方向垂直于層

面，與層面呈傾斜排列，呈現(xiàn)排列，呈現(xiàn)二維流體的性質，粘度高，具有正單

軸晶體的雙折射性

13,什么叫光波分復用器件？答：光波復合器是對光波波長進行分離與合成的

目的無源器件，其一個端口作為器件的輸出/輸入端，N個端口作為器件的輸入

/輸出端

14,光隔離器的作用是什么？微型空間型偏振相關隔離器的工作原理怎樣？

答：是為了避免回返光對光源等器件的工作產生影響并對回返光進行抑制的一

種光無源器件。它對正向傳輸光具有較低插入損耗，而對反向傳輸光有很大衰

減作用，因而可以抑制光傳輸系統(tǒng)中反射信號對光源的不利影響，確保光通信

命題共18第7頁

系統(tǒng)的質量一般置于光源后，為一種非互易器件。工作原理：包括兩個透射光

方向夾角45。的偏振器P1和P2和一個法拉第旋轉器。當入射平行光往返一次通

過該器件時，偏振角度變化90°,于是反向光不能通過起偏器P1,實現(xiàn)了反向

隔離。

15,改進光纖連接器的回波損耗有哪些方法？答：1.球面接觸2.斜球面接觸3.端

面鍍膜法18說明ROM光盤存儲原理；信息和消息的區(qū)別以及信息量的計算公

式，將事先記錄在主磁帶上的視頻或音頻信息通過信號發(fā)生器、前置放大器去驅

動電光或聲光調制器，使經(jīng)過調制的激光束以不同的功率密度聚焦在甩有光刻

膠的玻璃襯盤上，使光刻膠曝光，之后經(jīng)過顯影、刻蝕，制成主盤.再經(jīng)噴鍍、

電鍍等工序制成副盤，然后再經(jīng)過“2P注塑形成ROM光盤

、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、

1.按光調制方式分類，光束調制分為強度調制，相位調制，頻率調制,波長調

制和偏振調制。2.利用外界因素，對光纖中光波相位的變化來探測各種物理量

的探測器稱為相位干涉型探測器。3.半導體激光發(fā)光是由能帶之間的電子空穴

對負荷產生的。4固體激光器發(fā)光是以摻雜型離子絕緣晶體或玻璃為工作物質

的激光器。5對光探測器的要求包括線性度好，靈敏度高，性能穩(wěn)定。6.光纖

傳送中常用的光電探測器有光電二極管，光電倍增管，光敏電阻7.紅外探測器

的響應波長范圍或光譜范圍是表示電壓響應率與入射紅波長響應率。8.光子探

測是利用半導體材料在入射光照射下產生光子效應。9.當紅外輻射照在半導體

表面時，電子空穴由束縛態(tài)變?yōu)樽杂蓱B(tài)使半導體電性能現(xiàn)象稱為光電導現(xiàn)象。

10.利用溫差電勢現(xiàn)象制成的紅外探測器稱為熱電耦型。

11.任何物質只要溫度高于0K就會向外輻射紅外線。12.紅外無損檢測是通過測

量熱流或熱量來檢測金屬內部損耗。13.內光電探測器分為光電導，光伏特和光

磁電探測器。14.紅外探測器的性能參數(shù)主要包括電壓響應率，噪聲等效功率和

時間參數(shù)。15.以下應用采用了紅外技術的有裂紋探測，焊接，軍事偵察，夜視。

16.波長在1-1000微米的電磁波被物體吸收時可以顯著轉化為熱能。17.紅外線,

可見光，紫外射線，x射線，微波以及無線電波構成電磁波譜。（錯）Y射線

18.紅外輻射在大氣輻射時由于大氣中的氣體，液體產生散射受到衰減。19.輻射

出射度是輻射體單位面積向半空間發(fā)射的輻射通量（輻射功率）。（對）20.光電

池是利用光生伏特效應產生電能。

21.簡述外光電效應，內光電效應和光生伏特效應:光照射到金屬上，引起物質

命題共18第8頁

的電性質發(fā)生變化。這類光變致電的現(xiàn)象被人們統(tǒng)稱為光電效應.光電效應分為

光電子發(fā)射.、光電導效應和光生伏特效應。前一種現(xiàn)象發(fā)生在物體表面，又稱

外光電效應。后兩種現(xiàn)象發(fā)生在物體內部，稱為內光電效應。光生伏特效應：

在光的作用下，產生一定方向一定大小的電動勢的現(xiàn)象，叫作光生伏特效應。

22.簡述光敏電阻的主要參數(shù)。（三種即可）光敏電阻器的主要參數(shù)有暗電流

（ID）、時間常數(shù)、溫度系數(shù)、靈敏度等。

1.暗電流暗電流是指在無光照射時，光敏電阻器在規(guī)定的外加電壓下通過的

電流。2.時間常數(shù)時間常數(shù)是指光敏電阻器從光照躍變開始到穩(wěn)定亮電流的

63%時所需的時間。3.電阻溫度系數(shù)溫度系數(shù)是指光敏電阻器在環(huán)境溫度改

變1℃時、其電阻值的相對變化。

4.靈敏靈敏度是指光敏電阻器在有光照射和無光照射時電阻值的相對變化。

23簡述光電池的工作原理:在一塊N形硅片表面，用擴散的方法摻入一些P型雜

質，形成PN結，光這就是一塊硅光電池。當照射在PN上時，如光子能量hv

大于硅的禁帶寬度E時，則價帶中的電子躍遷到導帶，產生電子空穴對。因為

PN結阻擋層的電場方向指向P區(qū)，所以，任阻擋層電場的作用下，被光激發(fā)的

電子移向N區(qū)外側，被光激發(fā)的空穴移向P區(qū)外側，從而在硅光電池與PN結平

行的兩外表而形成電勢差，P區(qū)帶正電，為光電池的正極，N區(qū)帶負電，為光電

池的負極。照在PN結上的光強增加，就有更多的空穴流向P區(qū)，更多的電子流

向N區(qū)，從而硅光電池兩外側的電勢差增加。如上所述，在光的作用下，產生

一定方向一定大小的電動勢的現(xiàn)象，叫作光生伏特效應。

24.請比較光電二極管和光電池的類同點。相同：都是利用利用內光電效應，光

照射PN結產生光生電子，光生空穴對,不同：光電二極管的PN結需要反向偏

置，而光電池的PN結不需要反向偏置即可工作。

25.簡述什么是光電導的弛豫現(xiàn)象。光電流的變化對光在時間上有一個滯后，光

電導材料從光照開始到獲得穩(wěn)定的光電通是要經(jīng)過一定時間的。同樣光照停止

后光電流也是逐漸消失的。這些現(xiàn)象稱為弛豫過程或惰性。

26.熱輻射光纖溫度探測器是利用光纖內產生的熱輻射來探測溫度的一種器件。

（對）

27.當紅外輻射照射在熱敏電阻上時，其溫度升高，電阻升高。（錯）電阻變小

28.當恒定的紅外輻射照射在熱釋電探測器上時探測器才有電信號輸出。（錯）

不需要恒定

1.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

型。2.激光器的三個主要組成部分是：工作物質，泵浦源，諧振腔3.

彩色陰極射線管（CRT）主要由電子槍、偏轉線圈、蔭罩、熒光

粉層和玻璃外殼五部分組成。4.1917年，愛因斯坦提出了受激輻射

可實現(xiàn)光放大的概念，為激光的發(fā)明奠定了理論基礎。I960年7月，美國休斯

公司實驗室里曼J制成世界上第一臺紅寶石固態(tài)激光器,標志著激光器誕生。5.

要實現(xiàn)脈沖編碼調制，必須進行三個過程：崩隹，重化，6.光纖通

信系統(tǒng)的三個傳輸窗口包括短波長的典初波段，長波長的

命題共18第9頁

1300nm及1550nm波段。7按照形成條件液晶可分為溶致液晶和熱

致液晶，作為顯示技術應用的液晶都是熱致液晶8.常見的固體激光器有紅

寶石激光器，摻鉉鈕鋁石榴石激光器（寫出兩種）,常見的氣體激光器有

He-Ne激光器,CO?激光器或Ar+激光器（寫出兩種）9.氯-宏（He-Ne）激光

器的工作物質是氮肉混合氣體,激光由獨發(fā)射.10.光電探測器的物理效應

通常分為兩大類：光電效應和光熱效應。

11.光纖色散主要有模式色散,材料色散,波導色散三種。

12.光電池是根據(jù)光伏效應效應制成的將光能轉換成電能的一種器件

13.激光器按按工作物質分類可分為:固體激光器,液體激光器,和氣體激

光器14.半導體的載流子是電子和空穴。15.在彩色電視中，通常選用紅、

綠、藍作為三種基色光。16.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。

17.熱致液晶可以分為近晶相、向列相和膽留相三種。

18.波分復用器分為發(fā)端的合波器器和收端的分波器器。

19.開放式光學諧振腔（開腔）通常可以分為穩(wěn)定腔和非穩(wěn)定腔，共軸球面腔

的穩(wěn)定性條件是：＜,=「.二L

X<1

IV2

20.光波在大氣中傳播時-，由于大氣氣體分子及氣溶膠的吸收和散射會引起

光束的能量衰減；由于空氣折射率不均勻會引起光波的振幅和相位起伏。21.

液晶分為兩大類：溶致液晶和熱致液晶；作為顯示技術應用的液晶都是速逮

液晶。22.光纖主要由纖芯,包層涂覆層三部分組成.23.彩

色三要素是指亮度、色調和飽和度，由這三個參量可以確切地表示任

何一種彩色光。24.光與物質的三種相互作用過程包括自發(fā)輻射，受激輻射,

受激吸收。

三、1.什么是光電檢測系統(tǒng)？其基本組成部分有哪些？答：指對待測光學量或

由非光學待測物理量轉換的光學量，通過光電變換和電路處理的方法進行檢測

的系統(tǒng)。組成部分：光源；被檢測對象及光信號的形成；光信號的匹配處理；

光電轉換；電信號的放大與處理；微機；控制系統(tǒng)；顯示。

2.簡要說明光電檢測技術的重要應用范圍？答：輻射度量和光度量的檢測；光

電元器件及光電成像系統(tǒng)特性的檢測；光學材料、元件及系統(tǒng)特性的檢測；非

光學量的光電檢測。

3.光電探測器的原理有幾種效應？分別是什么？內容是什么？

答：四種。光電子發(fā)射效應：在光輻射作用下，電子逸出材料表面，產生光電

子發(fā)射。光電導效應：光照射某些半導體材料，某些電子吸收光子變成導電自

由態(tài)，在外電場的作用下，半導體的電導增大。光生伏特效應：光照射在PN

結及其附近，在結區(qū)中因電場作用，產生附加電動勢。光磁電效應：半導體置

于磁場中，用激光垂直照射，由于磁場產生洛倫茲力，形成電位差。。

4.簡答什么是光伏效應？并說明該效應在器件中的應用。答：在無光照射時

PN結內存在內部電場Eo當光照射在PN結及其附近時，若光子的能量足夠大，

命題共18第10頁

則在結區(qū)及其附近產生少數(shù)載流了（電子一空穴對）。它們在結區(qū)外時，靠擴散

進入結區(qū)，它們在結區(qū)內時，則在電場E作用下電子漂移到N區(qū)，空穴漂移到

P區(qū)。結果，N區(qū)帶負電荷，P區(qū)帶正電荷，產生附加電動勢。此電動勢稱為

光生電動勢，此效應稱為光生伏特效應。光電探測器，光電池.

4.從n。和nc的關系說明KDP晶體是負晶體,并寫出不加電場時在主坐標系下的

橢球方程答：ne<no負單軸晶體

上+—+—=1

屈福H

5.簡述液晶顯示器的主要特點。答：優(yōu)點：驅動電壓低，功耗小平板結構，

體積小被動顯示型易彩色化壽命長無輻射，無污染缺點：視角小響應速度慢亮

度不高

6.簡述光電探測器的主要特性參數(shù)。答：1.靈敏度R.電壓靈敏度Ru電流靈敏

度R2.光譜靈敏度3.頻率響應和響應時間4.量子效率5.噪聲等效功率NEP6.

歸一化探測度

7.簡述激光器的組成及各組成部分的作用。答：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）

8.比較光子探測器和光熱探測器在作用機理、性能及應用特點等方面的差異。

答：光電效應（光子效應）:指單個光子的性質對產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部電子狀態(tài)的改變。

光子能量的大小直接影響內部電子狀態(tài)的改變。特點:對光波頻率表現(xiàn)出選擇

性，響應速度一般比較快。光熱效應探測元件吸收光輻射能量后，并不直接引

起內部電子狀態(tài)的改變，而是把吸收的光能變?yōu)榫Ц竦臒徇\動能量，引起探測

元件溫度上升，溫度上升的結果又使探測元件的電學性質或其他物理性質發(fā)生

變化。特點:原則上對光波頻率沒有選擇性，響應速度一般比較慢。在紅外波段

上，材料吸收率高，光熱效應也就更強烈，所以廣泛用于對紅外線輻射的探測。

9.簡述光束調制的基本概念。答：（1）以激光為載體，將信息加載到激光的

過程，稱為調制或光束調制。（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制信號的規(guī)律變化，實

現(xiàn)光束的調制，所以光束的調制可以分為調幅、調相、調頻和強度調制等。（3）

實現(xiàn)激光光束調制的方法根據(jù)調制器與激光器的關系,可以分為內調制和外調

制兩種

10.利用縱向電光效應和橫向電光效應均可實現(xiàn)電光強度調制，縱向電光調制

和橫向電光調制各有什么優(yōu)缺點？答：縱向調制器優(yōu)點：具有結構簡單、工作

穩(wěn)定、不存在自然雙折射的影響等。缺點：電場方向與通光方向相互平行，必

須使用透明電極，且半波電壓達8600伏，特別在調制頻率較高時，功率損耗比

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較大。橫向調制器優(yōu)點：半波電壓與晶體的長寬比（L/d）有關增大L或減小d

就可大大降低半波電壓。缺點：存在自然雙折射引起的相位延遲，對環(huán)境溫度

敏感。必須采用兩塊晶體，結構復雜，而且其尺寸加工要求高

11.利用縱向電光效應和橫向電光效應均可實現(xiàn)電光強度調制，縱向電光調制

和橫向電光調制各有什么優(yōu)缺點？答：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)。等離子體顯示搬是利用氣體放電產生發(fā)光現(xiàn)象的

平板顯示的統(tǒng)稱。等離子體顯示技術的基本原理：顯示屏上排列有上千個密封

的小低壓氣體室（一般都是敬氣和筑氣的混合物），電流激發(fā)氣體，使其發(fā)出

肉眼看不見的紫外光，這種紫外光碰擊后面玻璃上的紅、綠、藍三色熒光體,

它們再發(fā)出我們在顯示器上所看到可見光。

12.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型。簡述它們

產生的條件和特征。答：產生拉曼-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，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。

13.選用光電探測器的一般原則答：靈敏度高；用于測光的光源光譜特性必須

與光電探測器的光譜響應特性匹配；考慮時間響應特性；噪聲等效功率?。豢?/p>

慮光電探測器的線性特性；承受的溫度范圍和電壓范圍大等。

14.何為大氣窗口？簡單分析光譜位于大氣窗口內的光輻射的大氣衰減因素答：

對某些特定的波長，大氣呈現(xiàn)出極為強烈的吸收。光波幾乎無法通過。根據(jù)大

氣的這種選擇吸收特性，一般把近紅外區(qū)分成八個區(qū)段，將透過率較高的波段

稱為大氣窗口。大氣中N2、。2分子雖然含量最多（約90%）,但它們在可見光

和紅外區(qū)幾乎不表現(xiàn)吸收，對遠紅外和微波段才呈現(xiàn)出很大的吸收。因此，在

可見光和近紅外區(qū)，一般不考慮其吸收作用。大氣中除包含上述分子外，還包

含有He,Ar,Xe,O?,Ne等，這些分子在可見光和近紅外有可觀的吸收譜線，

但因它們在大氣中的含量甚微，一般也不考慮其吸收作用。只是在高空處，其

余衰減因素都已很弱，才考慮它們吸收作用。H2。和CO2分子，特別是H2。分

子在近紅外區(qū)有寬廣的振動-轉動及純振動結構，因此是可見光和近紅外區(qū)最重

要的吸收分子，是晴天大氣光學衰減的主要因素。

15、光纖傳感器種類？答：光纖傳感器一般可分為兩大類：一類是功能型傳感

器，又稱FF型光纖傳感器，它是利用光纖本身的特性，把光纖作為敏感元件,

既感知信息又傳輸信息，所以又稱傳感型光纖傳感器。另一類是非功能型傳感

器，又稱NF型光纖傳感器，它是利用其他敏感元件感受被測量的變化，光纖

僅作為光的傳輸介質，用以傳輸來自于遠處或難以接近場所的光信號，因此，

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也稱為傳光型光纖傳感器。

16、光電導效應：在物質受到輻射光的照射后，材料的電學性質發(fā)生了變化（電

導率改變、發(fā)射電子、產生感應電動勢等）的現(xiàn)象稱為光電效應。外光電效應:

是指受到光輻射的作用后，產生電子發(fā)射的現(xiàn)象。內光電效應：是指受到光照

射的物質內部電子能量狀態(tài)產生變化，但不存在表面發(fā)射電子的現(xiàn)象。光電導

效應：半導體受光照后，內部產生光生載流子，使半導體中載流子顯著增加而

電阻減小的現(xiàn)象。光生伏特效應：光照在半導體PN結或金屬半導體接觸面上

時，會在PN結或金屬半導體接觸的兩側產生光電動勢。本征光電導效應：只

有光子能量m大于材料禁帶寬度Eq的入射光，才能激發(fā)出電子空穴對，使材料

產生光電導效應現(xiàn)象光熱效應：某些物質受到光照后，由于溫度變化而造成材

料性質發(fā)生變化的現(xiàn)象溫差電效應：由兩種材料制成的結點出現(xiàn)溫差而在兩結

點間產生電動勢回路產生電流雜質光電導效應：是指雜質半導體中的施主或者

受主吸收光子能量后電離，產生自由電子或空穴，從而增加材料電導率的現(xiàn)象

17.為什么功能型光纖傳感器在結構上是連續(xù)的？答：功能型傳感器利用光纖

本身的特性，把光纖作為敏感元件既感知信息又傳輸信息，光纖與被測對象相

互作用時光纖本身的結構參量（尺寸和形狀）發(fā)生變化，光纖的傳光特性發(fā)生

相關變化，光纖中的光波參量受到相應控制即在光纖中傳輸?shù)墓獠ㄊ艿搅吮粶y

對象的調制，空載波變?yōu)檎{制波，攜帶了被測對象的信息，另一層意思，光纖

與被測對象作用時，光纖自身的結構參量并不發(fā)生變化，而光纖中傳輸?shù)墓獠?/p>

自身發(fā)生了某種變化，攜帶了待測信息

18.PIN結光電二極管增加了一層I區(qū)有什么優(yōu)點？答：（1）因為I區(qū)相對于P

區(qū)的高阻，在反偏的工作情況下，它承受極大部分電壓降使耗盡區(qū)增大，這樣

展寬了光電轉換的有效工作區(qū)，使靈敏度增大（2）又因為PIN結光電二極管

的工作電壓是很高的反偏電壓，使PIN結的耗盡層加寬電場強光生電流加速，

因而大幅度減少了載流子在結構漂移時間，元件的響應速度加快

19.為什么說光纖傳感器不受電磁場干擾？答：因為光纖傳感器是利用光波傳

輸信息，而光纖是一種多層結構的圓柱體，由石英玻璃或塑料制成的電絕緣耐

腐蝕的傳輸媒質，并且安全可靠

20.光敏電阻原理，如何構成？它的亮電阻、暗電阻是什么級別、它們之比是什

么范圍？答：在均勻的具有光電導效應的半導體材料的兩端加上電極，便構成

光敏電阻，當光敏電阻的兩端加上適當?shù)钠秒妷篣bb時，便有電流Ip流過，

用檢流計可以測到該電流，改變照射到光敏電阻上的光度量，發(fā)現(xiàn)流過光敏電

阻的電流Ip將發(fā)生變化，說明光敏電阻的阻值隨入射光輻射照度變化而變化，

暗電阻為MQ級，亮電阻為幾千歐的下之比可達IO?——10000000（暗與亮）

21.光電探測器的種類及相應的光電器件？答：光電子發(fā)射器件：光電管、光

電倍增管；光電導器件：光敏電阻；光生伏特器件：雪崩光電管、光電池、光

電二極管、光電三極管。

22.光電探測器的性能參數(shù)有哪些？詳細敘述之。

答：量子效率：響應度：光譜響應：響應時間和頻率響應：噪生等效功率：探

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測度：線性度：。

23.光電探測器的噪聲主要來源于什么？答：熱噪聲；暗電流噪聲；散粒噪聲;

低頻噪聲。

24.作為性能優(yōu)良的光電探測器應具有哪三項基本條件？答：光吸收系數(shù)好；電

子親和力小；光電子在體內傳輸過程中受到的能量損失應該小，使其逸出深度

大。

25.常見的光陰極材料有哪些？答：銀氧鈉；睇鉀；錦的。

26.光電倍增管的工作原理及結構（組成部分），他有什么特點？答：工作原理:

光照射在光電陰極上，從光陰極激發(fā)出的光電子，在電場U1的加速下，打在

第一個倍增級D1上，由于光電子能量很大，它打在倍增極上時就又激發(fā)出數(shù)

個二次光電子，在電場U2的作用下，二次光電子又打在第二個倍增極上，又

引起電子發(fā)射，如此下去，電子流迅速倍增，最后被陽極收集。組成部分：光

電陰極、倍增極、陽極和真空管。特點：靈敏度高，穩(wěn)定性好，響應速度快和

噪聲小，結構復雜，工作電壓高，體積大。

27.光電倍增管的主要特性參數(shù)有哪些？試敘述他的三個時間特性的具體內容。

答：靈敏度，放大倍數(shù)，光譜響應度，時間特性，線性度，最大額定值，不穩(wěn)

定性，暗電流，噪聲與信噪比。時間特性三個參數(shù)：響應時間：陽極電流脈沖

幅度從最大值的10%上升到90%所經(jīng)過的時間；渡越時間：從光脈沖的頂點到

陽極電流輸出最大值所經(jīng)歷的時間；渡越時間分散：由于電子初速度不同，電

子透鏡場分布不同，電子走過的路不同，在光脈沖輸入時，渡越時間不同。

28.常用光敏電阻有哪些？答：硫化鎘和硒化鎘光敏電阻；硫化鉛和硒化鉛光敏

電阻；珅化鋼和睇化鋼光敏電阻。

29.硅光電池有哪兩種類型？有什么區(qū)別？

答：2DR型：以P型硅為基片，基片上擴散磷形成N型薄膜，構成PN結，受

光面是N型層。2CR型：在N型硅片上擴散硼，形成薄P型層，構成PN結，

受光面為P型層。

30.光電二極管主要工作特性有哪些？答：光譜響應；伏安特性；頻率特性及

噪聲性能；

31.光電三極管與普通三極管有什么不同？為什么說光電三極管比光電二極管

輸出電流可以大很多？答：光電三極管在原理上相當于在普通三級管的基級和

集電極間并聯(lián)一個光電二極管。光電三極管的內增益大，故可以輸出較大電流。

32.在進行光電測試應用設計任務時，應從哪幾個方面入手？答：從四個方面入

手-：對社會需求的分析研究；明確儀器在系統(tǒng)中的地位；專利文件檢索；正確

進行科學實驗。

36.簡要說明光輻射產生的條件。答：平衡輻射：物體溫度高于絕對零度；非平

衡輻射：存在外界激勵使物體偏離原來熱平衡態(tài)。

33.什么是自發(fā)輻射、受激輻射和受激吸收，自發(fā)輻射和受激輻射有什么不同？

答：自發(fā)輻射.：處在高能級的原子，沒有任何外界激勵，自發(fā)地躍遷到低能級，

并發(fā)射光子。受激輻射：處在高能級的原子，受到外來光子的激勵，躍遷到低

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能級并發(fā)射光子。受激吸收：處在低能級的原子，受到光子的照射時，吸收光

子而躍遷到高能級。

34.說明發(fā)光的原理。答：光是從實物中發(fā)射出來的，因為實物是由大量帶電粒

子組成的，粒子不斷運動。當其運動受到騷擾時，就能發(fā)出電磁波。以孤立原

子為例，其電子處于基極，當受到外界能量激勵，電子產生躍遷，很短時間內

電子又會重回基極，由能量守恒，重回基極過程中釋放的能量以光的形式釋放。

35.光產生的方法有哪些？答：電致發(fā)光；光致發(fā)光；生物發(fā)光；化學發(fā)光；熱

發(fā)光；陰極射線發(fā)光。

36.敘述光輻射的類型。答：平衡輻射?：熾熱物體的光輻射，又稱熱輻射、光譜

是連續(xù)的；非平衡輻射，是在某種外界作用激發(fā)下，物體偏離原來熱平衡態(tài)而

產生的光輻射。

37光源的分類：1、熱光源；2、氣體放電光源；3、固體光源；4、激光光源；

其中氣體放電光源又分為開放式電火花放電光源以及封閉式氣體放電管。

38.光源選擇的基本要求有哪些？可分為哪幾種類型？答：發(fā)光光譜特性要求；

發(fā)光強度要求；穩(wěn)定性要求。激光光源、發(fā)光二極管、熱輻射光源、氣體發(fā)電

光源。

39.白熾燈的種類。答：真空型：功率不能太高，溫度在2400—2600k

充氣型：2600-3000kwu原子在與空氣碰撞后重回燈絲，因此溫度比真空型高。

40.開放式氣體放電光源的種類，氣體燈的種類，電致發(fā)光屏的類型。

答：直流電弧、高壓電容火花、高壓交流電弧、碳弧；脈沖燈、燃燒式閃光泡、

原子光譜燈；標準發(fā)光屏、直流粉末電致發(fā)光屏、薄膜電致發(fā)光屏。

41.發(fā)光二極管的主要特點是什么？答：發(fā)光亮度與正向電流之間有線性關系；

響應速度極快；正向電壓很低，容易與集成電路匹配使用；體積小，壽命長，

單色性好；發(fā)光效率低，有效發(fā)光面小。

42.發(fā)光二極管的工作原理，常用種類及它的主要工作特性。答：電致發(fā)光：大

量電子和空穴在PN結中相遇復合，并以光和熱的形式發(fā)出能量。金屬帽型、

陶瓷型、全樹脂型。發(fā)光效率、光譜特性、伏安特性、發(fā)光亮度、響應時間、

壽命。

43.激光有哪些特點，產生激光需要哪些條件。

答：方向性強、單色性好、亮度高。激勵源、諧振腔、工作介質。44.激光模式

有哪幾種，腔內光場分布一般用什么來表示，什么是縱模序數(shù)，橫模序數(shù)。答：

縱模：光場沿軸向的穩(wěn)定分布。橫模：激光腔內與軸向垂直的橫截面內的穩(wěn)定

光場分縱模序數(shù)：沿腔軸方向上駐波節(jié)點數(shù)；橫模序數(shù)：在光軸垂直方向上的

任一截面內，光強在x,y方向上的極小值數(shù)目。

45.常用的激光器有哪些，它們所采用的工作物質有哪些，主要輸出波長有哪些。

答：氣體激光器：氮離子；0.6328nm.固體激光器：紅寶石、玻璃；0.6943nm.

染料激光器：二氯氧化硒；0.32-lnm.半導體激光器：神化鐵；840nm。

46、簡述光電池、光電二極管的工作原理及區(qū)別？答：光電池和光電二極管

都是基于光伏特效應的原理進行工作，只不過光電池可以工作在零偏狀態(tài)下，是

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光伏工作模式，器件內阻遠低于負載電阻，相當于一個恒壓源;而光電二極管必須

在反偏電壓下才能工作，是光電導工作模式，器件內阻遠大于負載電阻，此時器件

相當于一個恒流源.

47、為什么發(fā)光二極管的PN結要加正向電壓才能發(fā)光？而光電二極管要零偏

或反偏才能有光生伏特效應？答：1.p-n結在外加正向偏壓時，外加電壓削弱內

建電場，使空間電荷區(qū)變窄，載流子的擴散運動加強，構成少數(shù)載流子的注入，從而

在p-n結附近產生導帶電子和價帶空穴的復合。?個電子和一個空穴的一次復

合將釋放出與材料性質有關的一定復合能量，這些能量會以熱能、光能或部分

熱能和部分光能的形式輻射出來，產生電致發(fā)光現(xiàn)象，這就是LED的發(fā)光機理。

因為p-n結在外加正向偏壓時一，即使沒有光照，電流也隨著電壓指數(shù)級在增加，

所以有光照時一，光電效應不明顯。p-n結必須在反向偏壓的狀態(tài)下，有明顯的

光電效應產生，這是因為p-n結在反偏電壓下產生的電流要飽和，所以光照增

加時，得到的光生電流就會明顯增加。

填空題

1.光度學的基本量是光強，其單位是坎德拉。一個光度學基本量單位定義為

坎德拉是某一光源在給定方向上的發(fā)光強度，該光源發(fā)出頻率為540x1012Hz

的單色輻射，且再次方向上的輻射強度為1/683瓦每球面度（W/sr）。

2.按照熱輻射體的光譜輻射出射度〃,（㈤分布形式，熱輻射體可類分為黑體、

灰體和選擇輻射體。

3.某光源的相對色溫為T1意指該光源的光色于溫度為T1的黑體的光色最接

近。光源的色溫為T2意指該光源的光色于溫度為T2的黑體的光色完全一樣。

紅色光源的色溫比藍色光源的色溫低

4.鹵鴇燈玻殼內充有鹵素氣體。鹵鋁燈比通常的白熾燈壽命長，是由于鹵鋁循

環(huán)減慢了鴇的損耗。

5.要實現(xiàn)粒子數(shù)反轉，激光增益介質的能級數(shù)至少為三能級。其中壽命較長的

激光能級稱為亞穩(wěn)態(tài)。光學諧振腔的作用是選頻，選方向，正反饋。二能級準

分子能夠實現(xiàn)受激輻射放大是因為基態(tài)上的粒子數(shù)基本為空

6.氣體放電燈的工作原理為陰極產生初始電子，然后初始電子加速與氣體分

子碰撞，能量傳給氣體分子，使其激發(fā)、躍遷到高能級。然后受激發(fā)分子返回

基態(tài)時，發(fā)射光子，即發(fā)光。

根據(jù)陰極電子的發(fā)射形式，氣體放電可分為弧光放電和輝光放電兩類

7.直流氣體放電燈使用電阻型鎮(zhèn)流器；低頻交流氣體放電燈使用電感型鎮(zhèn)流

器；高頻氣體放電燈使用電容型鎮(zhèn)流器。

8.P型半導體是向本征半導體中參入低價元素形成的。P型半導體中的導電粒

子為空穴。本征半導體的費米能級位于導帶與禁帶的中間。費米能級的位置隨

電子濃度的增加而升高。

9.激光調Q技術中的Q定義為腔內存儲的能量與每秒鐘損耗的能量值比，即