光电子技术复习

1、考试时间：十四周星期五考试时间：十四周星期五（12月月9日）下午日）下午3:00-5:00考试地点：考试地点：N-2281. 一个激光器应该包含一个激光器应该包含 、 和和 三部分。三部分。光电子技术复习题光电子技术复习题泵浦源泵浦源,工作物质（光放大器）工作物质（光放大器）,谐振腔谐振腔 2.爱因斯坦认为光和物质原子的相互作用过程爱因斯坦认为光和物质原子的相互作用过程包括包括 、 和和 三种过程，三种过程，其中其中 是激光器的物理基础。是激光器的物理基础。 自发辐射，受激辐射，受激吸收，受激辐射自发辐射，受激辐射，受激吸收，受激辐射 第一章第一章:4.半导体激光器泵浦可采用半导体激光器泵浦可

2、采用 和和两种方式。两种方式。 端面，侧面端面，侧面 3.引入引入g参数可方便描述共轴球面腔的稳定条参数可方便描述共轴球面腔的稳定条件，若件，若g1=1-L/R1，g2=1-L/R2,则满足条件则满足条件0g1g21的开腔称为的开腔称为 , 满足条件满足条件g1g21的开腔称为的开腔称为 , 满足条满足条件件g1g2=0或或g1g2=1的开腔称为的开腔称为 。平。平行平面腔属于行平面腔属于 。 稳定腔，非稳定腔，临界腔，临界腔稳定腔，非稳定腔，临界腔，临界腔5.按工作物质来分，按工作物质来分，He-Ne激光器属于激光器属于 ，其中激光跃迁发生在其中激光跃迁发生在原子的能级间，原子的能级间，作为

3、辅助气体来提高泵浦效率。作为辅助气体来提高泵浦效率。气体激光器，气体激光器，Ne,He6.简述激光器的基本组成及各部分所起的作用简述激光器的基本组成及各部分所起的作用 激光的组成包括工作物质激光的组成包括工作物质,泵浦源泵浦源,谐振腔谐振腔作用作用-工作物质工作物质:实现粒子数反转实现粒子数反转 泵浦源泵浦源:将粒子从低能级激发到高能级将粒子从低能级激发到高能级 谐振腔谐振腔:(1)延长工作物质延长工作物质,实现光放大实现光放大 (2)使激光具有较好的方向性使激光具有较好的方向性 (3)选频选频,使激光有较好的单色性使激光有较好的单色性8401-0.811.50.81.1RL1RL1021.激

4、光的稳定性条件激光的稳定性条件: 所以此腔为稳定腔所以此腔为稳定腔 7.给出激光谐振腔的稳定性条件给出激光谐振腔的稳定性条件,有一球面有一球面腔腔,R1=1.5m,R2=-1m,L=0.8m,通过计算说通过计算说明此腔的稳定性明此腔的稳定性 1.气溶胶对光波的衰减包括气溶胶气溶胶对光波的衰减包括气溶胶 和和 。光的散射定理指出，当光波长远大于散射粒子光的散射定理指出，当光波长远大于散射粒子尺寸时，产生尺寸时，产生 散射。当光的波长相当于散射。当光的波长相当于或小于散射粒子尺寸时，产生或小于散射粒子尺寸时，产生 散射。散射。 第二章第二章散射，吸收，瑞利，米氏。散射，吸收，瑞利，米氏。 2.光波

5、在大气中传播时，由于大气气体分子及光波在大气中传播时，由于大气气体分子及气溶胶的气溶胶的 会引起光束的能量衰减；会引起光束的能量衰减；由于空气由于空气 会引起光波的振幅和相位会引起光波的振幅和相位起伏；当光波功率足够够大，持续时间极短起伏；当光波功率足够够大，持续时间极短时，时， 也会影响光束的特性。也会影响光束的特性。 吸收和散射，折射率不均匀，非线性效应吸收和散射，折射率不均匀，非线性效应 模色散模色散,材料色散材料色散,波导色散，模色散波导色散，模色散 3.多模光纤的色散起因主要是多模光纤的色散起因主要是 , , 三种，其中三种，其中 占主要成分。占主要成分。 4.造成光纤衰减的主要来源

6、有哪两种造成光纤衰减的主要来源有哪两种,它们产它们产生的原因分别是什么生的原因分别是什么? 光纤衰减的主要原因是吸收损耗和散射损耗。光纤衰减的主要原因是吸收损耗和散射损耗。吸收损耗是由于光纤材料和其中的有害杂质对吸收损耗是由于光纤材料和其中的有害杂质对光能的吸收引起的光能的吸收引起的,它们把光能以热能的形式消它们把光能以热能的形式消耗于光纤中。散射损耗是由于光纤制作工艺上耗于光纤中。散射损耗是由于光纤制作工艺上的不完善的不完善,如有微气泡折射率不均匀，以及有内如有微气泡折射率不均匀，以及有内应力等，光能在这些地方会发生散射而损耗。应力等，光能在这些地方会发生散射而损耗。6.说明光纤波导的弱导条

7、件及其基本含义。说明光纤波导的弱导条件及其基本含义。 当光纤的相对折射率差当光纤的相对折射率差0.1时时, 该式称为光纤的弱导条件该式称为光纤的弱导条件 弱导的基本含义是指很小的折射率差就能构成弱导的基本含义是指很小的折射率差就能构成良好的光纤波导结构良好的光纤波导结构,而且为制造提供了很大的而且为制造提供了很大的方便。方便。121nnn 5.根据折射率分布，可将光纤分为根据折射率分布，可将光纤分为 和和 两类；根据传播模式的数目，可将光两类；根据传播模式的数目，可将光纤分为纤分为和和 两类；两类； 阶跃光纤，梯度光纤，单模光纤，多模光纤阶跃光纤，梯度光纤，单模光纤，多模光纤 纵向电光效应，横

8、向电光效应纵向电光效应，横向电光效应 1.根据电场方向与光束在晶体中传播方向的关根据电场方向与光束在晶体中传播方向的关系，电光效应可分为系，电光效应可分为 和和 两种方式。两种方式。 第三章第三章2.要实现脉冲编码调制，必须进行要实现脉冲编码调制，必须进行 , , 三个过程。三个过程。 抽样，量化，编码抽样，量化，编码 拉曼拉曼纳斯衍射，布拉格衍射纳斯衍射，布拉格衍射 3.按照声波频率的高低以及声波和光波作用的按照声波频率的高低以及声波和光波作用的长度不同，可以将声光相互作用分为长度不同，可以将声光相互作用分为和和 两种类型。两种类型。 4.声光调制器是由声光调制器是由 、 、 及及等组成。等

9、组成。声光介质，电声光介质，电-声换能器，吸声（反射）装置，声换能器，吸声（反射）装置，驱动电源驱动电源 纵向电光调制器具有结构简单、工作稳定、不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，功率损电压太高，特别是在调制频率较高时，功率损耗比较大。耗比较大。 5.简述纵向电光调制和横向电光调制各有什简述纵向电光调制和横向电光调制各有什么优缺点。么优缺点。 横向效应运用时，半波电压与晶体的长宽比横向效应运用时，半波电压与晶体的长宽比(L/d)有关。增大有关。增大L 或减小或减小d 就可大大

10、降低半波就可大大降低半波电压，但存在自然双折射产生的固有相位延迟，电压，但存在自然双折射产生的固有相位延迟，对环境温度敏感。由于需要补偿，光调制器结对环境温度敏感。由于需要补偿，光调制器结构复杂，尺寸加工要求高，构复杂，尺寸加工要求高， 以激光为载体，将信息加载到激光的过程，称以激光为载体，将信息加载到激光的过程，称为调制或光束调制。为调制或光束调制。光束具有振幅、频率、相位、强度和偏振等参光束具有振幅、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。按照调制信号的规律变化，实现光束的调制。 6.

11、什么是光的调制？说明光束调制的基本原理什么是光的调制？说明光束调制的基本原理和方法。和方法。 实现激光光束调制的方法根据调制器与激光器实现激光光束调制的方法根据调制器与激光器的关系，可以分为内调的关系，可以分为内调 制和外调制两种。内制和外调制两种。内调制是指加载信号在激光振荡过程中进行的，调制是指加载信号在激光振荡过程中进行的，以调制信号改变激光器的振荡参数，从而改变以调制信号改变激光器的振荡参数，从而改变激光输出特性实现调制。激光输出特性实现调制。(2分分)外调制是在激外调制是在激光形成之后，在激光器的光路上放置调制器，光形成之后，在激光器的光路上放置调制器，用调制信号改变调制器的物理性质

12、，当激光光用调制信号改变调制器的物理性质，当激光光束通过调制器时，使光波的某个参量受到调制。束通过调制器时，使光波的某个参量受到调制。 第四章第四章1.依据噪声产生的物理原因，可将光电探测器依据噪声产生的物理原因，可将光电探测器的噪声大致分为的噪声大致分为 , 和和 三类。三类。 散粒噪声，热噪声，低频噪声。散粒噪声，热噪声，低频噪声。 2. 和和 是光电池两个非常重要是光电池两个非常重要的工作状态，它们分别对就于的工作状态，它们分别对就于RL=0和和RL=的的情况。情况。 短路电流，开路电压短路电流，开路电压 3.说明说明PIN硅光二极管中本征层（硅光二极管中本征层（I层）的作用。层）的作用

13、。 本征材料的电阻率委高，因此反偏电场主要集本征材料的电阻率委高，因此反偏电场主要集中在这一区域。高的电阻使暗电流明显减小。中在这一区域。高的电阻使暗电流明显减小。在这里产生的光生电子在这里产生的光生电子-空穴对将立即被电场分空穴对将立即被电场分离，并作快速漂移运动。本征层的引入明显增离，并作快速漂移运动。本征层的引入明显增大了大了P+区的耗尽厚度，这有利于缩短载流子的区的耗尽厚度，这有利于缩短载流子的扩散过程。耗尽层的加宽也明显地减小了结电扩散过程。耗尽层的加宽也明显地减小了结电容容Cj，从而使电路的时间常数减小。由于光谱，从而使电路的时间常数减小。由于光谱响应的长波区硅材料的吸收系数明显减

14、小，所响应的长波区硅材料的吸收系数明显减小，所以耗尽层的加宽还有利于对长波区光辐射的吸以耗尽层的加宽还有利于对长波区光辐射的吸收。这样收。这样PN结又提供了较大的灵敏体积，有利结又提供了较大的灵敏体积，有利于量子效率的改善。于量子效率的改善。 光电探测器的主要性能参数包括（光电探测器的主要性能参数包括（1）积分灵）积分灵敏度敏度R，（，（2）光谱灵敏度）光谱灵敏度R,（3）频率灵敏度）频率灵敏度Rf, (4)量子效率量子效率，(5）能量阈）能量阈Pth和噪声等效和噪声等效功率功率NEP,（6）归一化探测度）归一化探测度D* 探测器测光的光源光谱特性必须与光电探测探测器测光的光源光谱特性必须与光

15、电探测器的光谱响应特性匹配；考虑时间响应特性；器的光谱响应特性匹配；考虑时间响应特性；考虑光电探测器的线性特性等。考虑光电探测器的线性特性等。4.光电探测器的主要性能参数有哪些？结合这光电探测器的主要性能参数有哪些？结合这些参数总结选用光电探测器的一般原则。些参数总结选用光电探测器的一般原则。 第五章第五章1.电荷耦合器件（电荷耦合器件（CCD）与其它器件相比，最）与其它器件相比，最突出的特点是它以突出的特点是它以 作为信号，而其它作为信号，而其它大多数器件是以大多数器件是以 或者或者 作为信号。作为信号。 电荷，电流，电压。电荷，电流，电压。 2.CCD的噪声可归纳为三类：的噪声可归纳为三类

16、： 、 和和。 3.对红外成像系统来说，系统性能的综合量度对红外成像系统来说，系统性能的综合量度是是 和和。 散粒噪声，转移噪声，热噪声散粒噪声，转移噪声，热噪声 空间分辨率，温度分辨率空间分辨率，温度分辨率 026050950509050.oMTF240.oMTF4.一目标经红外成像系统成像后供人眼观察，一目标经红外成像系统成像后供人眼观察，在某一特征频率时，目标对比度为在某一特征频率时，目标对比度为0.5,大气的大气的MTF为为0.9，探测器的，探测器的MTF为为0.5，电路的，电路的MTF为为0.95，CRT的的MTF为为0.5，则在这一特征频，则在这一特征频率下，光学系统的率下，光学系

17、统的MTF至少要多大？至少要多大？ 构成构成CCD的基本单元是的基本单元是MOS(金属金属-氧化物氧化物-半导体半导体)电容器。正如其它电容器一样，电容器。正如其它电容器一样，MOS电容器能够电容器能够存储电荷。如果存储电荷。如果MOS结构中的半导体是结构中的半导体是P型硅，型硅，当在金属电极（称为栅）上加一个正的阶梯电压当在金属电极（称为栅）上加一个正的阶梯电压时（衬底接地），时（衬底接地），Si-SiO2界面处的电势（称为表界面处的电势（称为表面势或界面势）发生相应变化，附近的面势或界面势）发生相应变化，附近的P型硅中多型硅中多数载流子数载流子空穴被排斥，形成所谓耗尽层。如空穴被排斥，形成

18、所谓耗尽层。如果栅电压果栅电压VG超过超过MOS晶体管的开启电压，则在晶体管的开启电压，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。面形成了电子的势阱，可以用来存储电子。 5.以以P型硅型硅MOS结构为例说明结构为例说明CCD存贮电荷的基存贮电荷的基本原理。本原理。 当表面存在势阱时，如果有信号电子（电荷）来当表面存在势阱时，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。随着到势阱及其邻近，它们便可以聚集在表面。

19、随着电子来到势阱中，表面势将降低，耗尽层将减薄，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，取决于势阱的中能够容纳多少个电子，取决于势阱的“深浅深浅”，即表面势的大小，而表面势又随栅电压变化，栅即表面势的大小，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。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逐渐填满势阱，这种热产生的少数载流子电流叫作

20、暗电流，以有别于光照下产生的载流子。因此，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，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。才能存储电荷。 第六章第六章1.从分子排列的有序性来从分子排列的有序性来 ，液晶可以分为，液晶可以分为 、 和和 。目前显示器件的主要材。目前显示器件的主要材料是料是 液晶分子。液晶分子。 2.在彩色电视中，通常选用在彩色电视中，通常选用、 作为三种基色光。作为三种基色光。 向列相，近晶相，胆甾相，向列相向列相，近晶相，胆甾相，向列相 红，绿，蓝红，绿，蓝 3.液晶显示背光的三种方式是液晶显示背光的三种方式是 、

21、 和和。 反射式，透射式，投射式反射式，透射式，投射式 注入电致发光是在半导体注入电致发光是在半导体PN结加正偏压时产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。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。压，由电场直接激励电子与空穴复合而发光。 4.试说明注入电致发光和高场电致发光的基试说明注入电致发光和高场电致发光的基本原理。本原理。 5.简述液晶显示器的优点。简述液晶显示器的优点。 （1）低压，微功耗；（）低压，微功耗；（2）平板结构；（）平板结构；（3）被动显示型；（被动显示型；（4）易彩色化；（）易彩色化；（5）信息量大；）信息量