光电子技术及应用(第2版)章节习题及自测题参考答案

光电子技术及应用（第2版）章节习题及自測题参考答案第一章习题参考答案一、 单选题ABCD 2.ABC3.ABC4.D5.B6.C7.B8.B9.A10.A二、 填空题500,300无线电波，.红外光，可见光和紫外光，X射线，y射线13.0.77---1000pm,近红外，中红外和远红外泵浦源，谐振腔和激活介质频率，相位，振幅及传播方向受激辐射，实现粒子数反转，谐振腔；方向性好，相干性好，亮度高17.935pm18.919.1.3xl0'5^/nr'^nhc21•瞼-1三、 计算题解：（1）根据距离平方反比定律Ee=Ie/R2,太阳的辐射强度为。=EeR~=3.028x\O25W/sro得到太阳的总功率为何=4礼=3.8xl02fiW（2）太阳的辐射亮度为九=丄=1.989x10’W/（cn?.訂）A太阳的辐射出射度为虬=厶勿=6.25、103/〃72太阳的温度为T=^Z=5761/C解：r2=r'2=z2,cos0=cosO'=. ,dS=r'\（pdr'Vr'1+z2■d®BdScos。cos。'由：aE=——-= z dS' r

解：设相干时间为)，则相干长度为光束与相干时间的乘积，即Lc=tc根据相干时间和谱线宽度的关系△卩=丄=§又因为又因为由以上各关系及数据可以得到如下形式:单色性=单色性=证明：若t=0时刻，单位体积中E2能级的粒子数为mo,则单位体积中在t-t+dt时间内因自发辐射而减少的E2能级的粒子数为：-dr^=A2Xn2dt=故这部分粒子的寿命为t,因此E2能级粒子的平均寿命为「内內0。"”0 1解：设两腔镜狀和虬的曲率半径分别为R和氏，&=-lm,R=2m工作物质长/=O.5m,折射率7=1-52根据稳定条件判据：r=（i-/）+-r=（i-/）+-由（1）解出2m>r>lm由(2)得所以得到:L=r由(2)得所以得到:L=r+o.5x（i-_）=r+o.!72.17m>£>1.17m第二章习题參考答案

一、选择题l.ABCD2.D3.ABCD4.AC5.ABCD6.A 7.A 8.A9.A 10.B二、 是非题911J12.x 13.* 14.*15.V 16.7三、 填空题大气气体分子及气溶胶的吸收和散射；空气折射率不均匀；晶体介质的介电系数与晶体中的电荷分布有关，当晶体被施加电压后，将引起束缚电荷的重新分布，并导致离子晶格的微小形变，从而引起介电系数的变化，并最终导致晶体折射率变化的现象。法拉第旋转19.2四、 简答题答：从理论上讲，光纤的弱导特性是光纤与微波圆波导之间的重要差别之一。实际使用的光纤，特别是单模光纤，其掺杂浓度都很小，使纤芯和包层只有很小的折射率差。所以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，而且为制造提供了很大的方便。答：当光波的两个垂直分量Er,&，，的光程差为半个波长（相应的相位差为主要由光波长勿）时所需要加的电压，称为半波电压。纵向半波电压岭2、O光折射率〃“和电光系数公共同决定。主要由光波长五、计算题22.解:由22.解:由KDP纵向半波电压的公式匕二云厂，其中驾=151，/63=23.6x10_,2w/V23.解:由公式9=aL、a=VH和H亠计算,

L25.125.1即可得到光的旋转角度0=加/=3.125x10-3（，）24.证明:/0=<COS2(^)CCJj(v)24.证明:/]=//sin2(-^)ocJ(2(v)由：由：£：（学朋*肋2第三章习题参考答案、选择题l.ABCD2.ABCCD4.D 5.B 6.B 7.C8.ABCD9.ABCDl.ABCD2.ABC10.A二、是非题11J12.713x14.715.416.417.«18.419.420.x三、填空题21.加载信号是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,从而改变激光器输出特性以实现调制。角度23.0,+1,-124.LM四、 简答题应用某种物理方法改变光波的振幅、频率、相位、强度、偏振等参数之一，使其按调制信号的规律变化，达到“运载"信息的目的。五、 计算题解：由偏转角度的公式9= 带入数据得Qa3.5xlO%血d答：（1）其快、慢轴与晶体的主轴x轴成45°（即快、慢轴分别与x”,y〃轴平行）。此时，它所提供的直流偏置相当于在电光晶体上附加了一个％n的固定偏压的附加相位差为90。）；使得调制器工作在透过率T=50%的工作点上。（2）若旋转%波片，会导致矿・,玲,的附加相位差不再是90。；因而它所提供的直流偏置也不再是％//当然调制器的工作点也偏离了透过率T=50%的工作点。第四章习题参考答案二、选择题l.D2.D 3.D4.ABD5.ABC6.B 7.A 8.B 9.Al.D2.D 3.D二、是非题I0J11.x12.4I0J11.x12.413.寸14.715.x三、填空题16.0K或273°C热量，热流18.63.2%,时间常数归一化探测率热晶体光电导探测器，光磁电探测器，光生伏特探测器22.40红外辐射四、简答题

答：外光电效应：是指物质吸收光子并激发出自由电子的行为。内光电效应：是光电效应的一种，主要由于光量子作用，引发物质电化学性质变化。内光电效应又可分为光电导效应和光生优特效应。答：相同点：二者都是由PN结组成的半导体器件，都能把光信号转换成电信号。不同点：光电二极管是在反向电压作用下工作的，而光电池是工作在光照零偏条件下的。答：当光照射到光阴极时，光阴极向真空中激发出光电子。这些光电子按聚焦极电场进入倍增系统，并通过进一步的二次发射得到的倍增放大。然后把放大后的电子用阳极收集作为信号输出。因为釆用了二次发射倍增系统，所以光电倍增管在探测紫外、可见和近红外区的辐射能量的光电探测器中，具有极高的灵敏度和极低的噪声。另外，光电倍增管还具有响应快速、成本低、阴极面积大等优点。答：光敏电阻阻值对光照特别敏感，是一种典型的利用光电导效应制成的光电探测器件。当光照射到半导体材料时，材料吸收光子的能量，使非传导态电子变为传导态电子，引起载流子浓度增大，导致材料电导率增大，此时材料电阻值将减小；即电阻值随入射光的强弱而变化，入射光强时电阻减小，入射光弱时电阻增大。答：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。这种现象即为光电导的弛豫现象；是电导的响应时间又分上升时间和下降时间，是描述弛豫现象过程长短的物理量。上升时间表示光电导体受光照时光生载流子浓度从零增长到稳态值63%时所需的时间，下降时间表示从停光前稳态值衰减到37%时所需的时间。答：光电池是一种直接把光能转换成电能的器件，它根据光生伏特效应原理，当P-N结受光照时激发出光生电子一空穴对而扩散进PN结，之后被内电场分离开而形成开路电压，此即光照零偏PN结产生开路电压的效应（即光伏效应）五、复杂工程与技术题解答：(I)(2)S=3xlO・3w,X=0.83gm=8.3xi0-5m,〃=1,p=15%Ra=—^(1-p)=16x109^,83X10^7X1X(1-0.15)"0.57(AZW)xhC' " 6.62x10*x3xIO'Ip=R；.p=().57x3x1Of1.71X103(A)所以光生电流的大小为1.71x10-3(A)(3)/o=lO8(A)Uoc=—In(丄+1)=L38xlO~23x3OOlnfOSl。"+1)=().026x11.94=0.31(V)q/0 1.6x10-2 IO"丿所以r=300K时的开路电压为0.31(V)第五章习题參考答案一、 选择题ABC2.BCD3.C4.A5.ABCD6.ABCD7.ABD二、 是非题8.x9.410.寸三、 填空题瞬态，深度耗尽；12.乘积；13.牛顿公式，高斯公式；14.散粒，转移，热噪声。将光学信号转换为模拟电流信号，电流信号经过放大和模数转换，实现图像的获取，存储，传输，处理和复现。CCD,COMS,CIDo像光像增强器件。四、 简答题答：完成一帧扫描所需的时间称为帧时Tr(s),单位时间完成的帧数称为帧速；(帧/S),Tf=4-ofF答：不能。NETD反映的是系统对低频景物(均匀大目标)的温度分辨率，不能录征系统用于观測较高空间频率景物时的温度分辨性能。答：与级联式像增强器相比，像增强器不仅具有可调的亮度增益，而且因为它是一种单级结构，所以可以做得很短，体积小、重量轻，便于与其他光电器件(如光纤面板)配合使用。像增强器还有自动防强光的优点，这是因为当微通道板工作在饱和状态时，即使在强光照射下，光电阴极发出的电子流增强、微通道板的输入随之增强，但微通道板的输出仍保持不变，因此荧光屏入至于被“灼伤”。五、计算题空间频率：f=1/0.05mm=201p/mm:调制传递函数:MTF(201p/mm)=15/20=0.75；相位传递函数：P(201p/mm)=0.01/0.05x2tt=0.4ti第六章习题参考答案一、 选择题LB2.A3.C4.B5.B6.A7.CD8.C9.B10.ABCD11.ABCD12.A13.D14.D二、 是非题15.716.x 17.V18.419.720.x21W22.x三、 填空题23.磁偏；24.向列型；25.扭曲向列液晶显示器件；26.惰性；27,MgO四、 简答题答：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纟且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。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的统称。等离子体显示技术的基本原理：显示屏上排列有成千上万个密封的人、低压气体室(一般都是飢气和氛气的混合物)，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。答：TN-LCD利用了扭曲向列相液晶的旋光特性，液晶分子的扭曲角为90°,它的电光特性曲线不够陡峻，由于交叉效应，在采用无源矩阵驱动时，限制了其多路驱动能力。STN-LCD的扭曲角在180°—240°范围内，曲线陡度的提高允许器件工作在较多的扫描行数下，利用了超扭曲和双折射两个效应，是基于光学干涉的显示器件。STN-LCD所用的液晶材料是在特定的TN材料中添加少量手征性液晶以增加它的扭曲程度，盒厚较薄，一般5-7pmoSTN-LCD的工艺流程基本上和TN-LCD类似，但由于STN-LCD是基于光干涉效应的显示器件，对盒厚的不均匀性要求V0.05卩m（TN-LCD只要求＜0.5gm）,否则就会出底色不均勾，预倾角要求达到3。〜8。，电极精细，器件尺寸较大，因此其规模生产难度较TN-LCD大许多。学前模拟试题答案ABDCADCDDDCDABBCBCCCDCBADCDADCBAACBADCBADCBBCCCCCD自我检测题1参考答案一、选择题10：ABC,D,D,B,C,D,D,D,D,D二、 判断题20：q,q,x,q,x,q,«,x,q三、 填空题21.100/167：或1.99,22.法拉第旋转效应，克尔效应，磁双折射效应,23.2,24.光调制，25.1.5,26.模拟式扫描和数字式扫描，27.光伏工作模式和光导二作模式，28.线阵CCD和面阵CCD29.正常辉光放电，30.有源驱动AMOLED.无源驱动PMOLED四、 筒答题必要条件：粒子数反转分布和减少振荡模式数。充分条件：起振—阈值条件：激光在谐振腔内的增益要大于损耗。稳定振荡条件：增益饱和效应（形成稳定激光）。纟且成：工作物质、泵浦源、谐振腔。作用：工作物质：在这种介质中可以实现粒子数反转。泵浦源（激励源）：将粒子从低能级抽运到高能级态的装置。谐振腔：（1）使激光具有极好的方向性（沿轴线）（2）增强光放大作用（延长了工作物质）（3）使激光具有极好的单色性（选频）光电二极管英文通常称为Photo-Diode,与普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。但是，在电路中不是用它作整流元件，而是通过它把光信号转换成电信号。光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大，以便接收入射光。光电二极管是在反向电压作用在工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。光的强度约大，反向电流也约大。光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。硅光电池（硅光二极管）是一个大面积的光电二极管，它被设计用于把射到它表面的光转化为电能，因此，可用在光电探测器和光通信等领域。特点：当它照射光时会流过大致与光量成正比的光电流。作传感器用时，可广泛用于光量测定和视觉信息，位置信息的测定等。作通信用时，广泛用于红外线遥控之类的光空间通信，光纤通信等。紫蓝硅光电池是用于各种光学仪器，如分光光度计、比色度计、白度计、亮度计、色度计、光功率计、火焰检测器、色彩放大机等的半导体光接收器；紫蓝硅光电池具有光电倍增管，光电管无法比拟的宽光谱响应，它特别适用于工作在300nm-1000nm光谱范围的各种光学仪器对紫蓝光有较高的灵敏度、器件体积小、性能稳定可靠，电路设计简单灵活，是光电管的更新换代产品。目前也有可以使用到190-1lOOnm的产品，但紫外能量弱一些，光谱带宽不能太小，已经有很多厂家在紫外可见分光光度计上用了。激光显示技术将是全球第四代显示技术的引领者。激光显示技术也是首次由中国企业主导掌控产业链话语权的颠覆性创新技术，彰显出中国企业在激光显示行业的技术实力和技术储备厚度领先于全球。从2007年开启激光电视的拓荒之路，到2014年海信推出全球首台100吋激光电视；从国家发展战略《“十三五”规划》中，将激光显示列为新一代新型显示技术领域的首位，到7年之前有20家企业加入激光电视这一阵营，中国拥有自主核心技术的激光显示技术持续创造着全球奇迹。而中国能成为全球激光显示技术的引领者源于七个方面：第一、中国激光显示专利技术全球最多。目前，中国申请和授权的激光显示专利超过7000项，占全球激光显示专利比例的50%以上，中国被选为IEC-TC110激光显示工作组的召集国，主导和参与制定了多项IEC国际标准。第二、短时间内20家企业入局，行业达成了共识。从2014年海信生产第一台100吋激光电视到2019年，短短5年时间就有20家企业加入激光电视阵营，这些企业达成的共识是，显示技术下一个领军者和能够成为行业大佬者，一定来自于激光显示技术。第三、激光电视销量和未来预期印证着市场的态度。中怡康数据显示，2018年，激光电视销售量同比增长483.23%；2019年上半年，激光电视在80吋以上电视销量占比达到58%O激光电视的增幅远远超过电视行业的平均增幅，数据就是最好的答案。根据第三方数据公司调查，2018年激光电视零售量同比增长483.23%,预计到2022年，激光电视年复合增长率将达92%。第四、中国完全拥有激光显示技术自主知识产权。以海信为例，作为激光电视行业引领者，海信集团通过自主创新，在激光光源技术、光学引擎、整机制造等方面掌握了关键技术，实现了从部件到整机的全部自主生产，在显示领域树立了新的典范。这对于激光电视的长远发展、成本控制、技术创新都带来了极大的优势，而不必受制于外部的技术牵制。第五、激光电视成本优势明显，拥有明显的未来。液晶或OLED的面板工厂设备和厂房投资巨大，例如一条8.5代液晶线投资高达250亿元，一条11代液晶线投资高达460亿元。生产能耗巨大，产业链较长，一方面加剧了企业的投资风险，价格最终会转嫁到消费者身上；另一方面，由于彩电价格变化很快，过长的周期和过高的成本一旦无法满足市场需求，面临被淘汰的局面。激光电视的优势，恰恰取消了显示屏，激光电视的激光器、光路、镜头、屏幕等都不是为电视专门投入，投入也远远小于LCD、OLED,且产业链较短。这是激光电视成本低的根本优势。第六、激光显示技术迭代引领全球。海信如今成为全球激光显示技术的引领者。无论是美国CES、中国AWE还是德国IFA,海信激光电视都成为镁光灯下的焦点，这源于海信持续的技术迭代。短短五年时间，激光电视解像度从2K到4K,光源从单色到双色再到三色，尺寸从1()()吋到300吋再下探到75吋，无不体现激光电视快速发展的技术活力,第七、激光显示技术激活的是一个产业而不仅仅是一个产品。作为激光电视的引领者，海信一直以来都积极推动激光电祝，希望行业共同做大。从一个产品到一个产业，从一家企业到一个行业。十几年来，海信推动了激光电视和激光显示标准的制定，促产品定义明确，促行业发展规范，并在中国推动成立了激光电视产业分会，使会员企业在技术、产品、渠道、服务等多个层面团结合作、集中发声，共同推动激光电视市场的快速普及。五、非标准题34.由于KDP晶体的折射率椭球方程4+4+4+W^v=1MM<

用矩阵形式表示为根据矩阵理论，可经过将矩阵对角化，找到一个新的坐标系，使得在这个新的坐标系中，变成一个对角矩阵，并通过该形式找出新的折射率。同时要求满足B*C=X*C入为本征值该方程有非零解的充要条件是其系数行列式不为零，即通过计算可以得到三个特征值z, 硕,1^2=—

〃。[«o+ -2耐；+〃；+4心7；/g)；]TOC\o"1-5"\h\z嵐= 藏从而得到在新的坐标系下得折射率球方程试++4期斜§ 1° x,2+~ry+

2〃紅 房&+〃；-(〃：-2%〃；+n*+4心:兄E：)i]

2~2 Z'2=1

2〃試35.可以利用CCD配合适当的光学系统，对玻璃管相关尺寸进行实时监测，其测量原理图如图1(a)所示。用平行光照射待测玻璃管，经成像物镜将其像投射在CCD光敏像元阵列面上。由于玻璃管的透射率分布的不同，玻璃管的图像将如图1(b)所示的那样，在边缘处形成两条暗带，中间部分的透射光相对较强形成亮带。玻璃管像的两条暗带最外的边界距离为玻璃管外径成像的大小，中间亮带反映了玻璃管内径像的大小，而暗带则是玻璃管的壁厚像。将该视频信号中的外径尺寸部分和壁厚部分进行二值化后，由计算机釆集这两个尺寸所对应的时间间隔（例如脉冲计数值），经一定的运算便可得到待测玻璃管的尺寸及偏差。设成像物镜的放大倍率为们CCD的像元尺寸为，，上壁厚、下壁厚、外径尺寸的脉冲数（即像元个数）分别为m、〃2和N,则上壁厚出、下壁厚力、外径尺寸D分别为叩仅nNtEd=3自我检測題2參考答案一、 选择题1（）:ABCD,C,C,C,D,B,A,D,CD,D二、 判断题20：7,4,X,7,X,X,寸，7,X,V三、 填空题21.0,22.瑞利,23.拉曼-纳斯衍射、布喇格衍射，24.数值孔径，25.1.5,26.频率特性，27.线阵CCD和面阵CCD,28.牛顿或高斯公式，29.正常辉光放电，30.高清、全色、真3D四、 简答题产生拉曼-纳斯衍射的条件：当超声波频率较低，光波平行于声波面入射，声光互作用长度L较短时，在光波通过介质的时间内，折射率的变化可以忽略不计，则声光介质可近似看作为相对静止的“平面相位栅其特征是：由出射波阵面上各子波源发出的次波将发生相干作用，形成与入射方向对称分布的多级衍射光。产生布喇格衍射条件：声波频率较高，声光作用长度L较大，光束与声波波面间以一定的角度斜入射，介质具有“体光栅''的性质。其特征是：衍射光各高级次衍射光将互相抵消，只出现0级和+1级（或-1级）衍射光。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。由于光子能量是力“（力是普朗克常数，，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虫变化。光热效应与单光子能量力卩的大小没有直接关系，因此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。33TN-LCD利用了扭曲向列相液晶的旋光特性，液晶分子的扭曲角为90。，的电光特性曲线不够陡峻，由于交叉效应，在釆用无源矩阵驱动时，限制了其多路驱动能力。STN-LCD的扭曲角在180°-240°范围内，曲线陡度的提高允许器件工作在较多的扫描行数下，利用了超扭曲和双折射两个效应，是基于光学干涉的显示器件。STN-LCD所用的液晶材料是在特定的TN材料中添加少量手征性液晶以增加它的扭曲程度，盒厚较薄，一般5-7卩m。TN-LCD的工艺流程基本上和TN.LCD类似，但由于STN-LCD是基于光干涉效应的显示器件，对盒厚的不均匀性要求V0.05卩m（TN-LCD只要求V0.5卩m）,否则就会出底色不均匀，预倾角要求达到3。〜8。，极精细，器件尺寸较大，因此其规模生产难度较TN-LCD大许多O五、复杂工程问题34.（1）光电池是一种直接把光能转换成电能的器件，它根据光生伏特效应原理，当P-N结受光照时激发出光生电子一空穴对而扩散进PN结，有光生电压的能带如图所示。(2)由已知©=3xl(y3w,A=0.83nm=8.3xl0-5m,〃=1,p=15%

DeX I.6xI0"i9x8.3x107 A(.,u,.R?=——n(l-p)= x1x(1-0.15)=0.57(A/W)“hC' " 6.62xl0-34x3x10s/p=&.P=0.57x3x10-3=1.71X103(A)所以光生电流的大小为1.71x10；(A)o35.(a)(b)(a)图2电动程测量装置原理图电动程测量装置原理图如图2所示。其中，电动程测量装置的光路如图2(a)所示。光源发出的光线经聚光镜成为平行光在顶杆上，由于顶杆材质非透明体(一般为铜质材料)，物镜将顶杆所在平面成像CCD光敏面上，顶杆在CCD光敏面的像形成了如图22(b)所示的光强分布。光强在顶杆对应的位置有一凹陷，凹陷的中点虬表示着对称中心线的位置，当顶杆随兀形双金属片受热变形而移动时，顶杆在CCD光敏面上像的凹陷也随之移动，至Nd?点。设物镜横向放大系数为K，CCD光敏面上光强凹陷移动了L,则顶杆的电动程工为Lx=—P又设CCD像元之间的中心距L=Nt式中，N为M[-M2之间的像元数量。只要测出CCD光敏面上光强凹陷中点移动所对应的CCD像元数N,即可测量出丸形双金属片的电动程。自我检测题3参考答案一、 选择题10:A,B,B,D,A,A,A,A,A,A二、 判断题20：J,4,x,寸，x,x,寸，寸，x,4三、 填空题21.100/4pi,22.红宝石激光器、铉激光器或钛宝石激光器，23.米-德拜散射，24.数值孔径，25.数值孔径，26.调幅、调频、调相、强度调制，27.模拟式扫描、数字式扫描，28.光伏工作模式、光导工作模式，29,电荷储存和电荷转修，3（）.热致四、 简答题从理论上讲，光纤弱导特性是光纤与微波圆波导间的重要差别之一。1） 实际使用的光纤，特别是单模光纤，其掺杂浓度都很小，使纤芯和包层只有很小的折射率差。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，其为制造提供了很大的方便。直接调制是指：把要传递的信息转变为电流信号注入半导体光源，从而直接获得调制光信号2） LD的输出特性中存在阈值It,而LED不存在3） LD缺点：半导体激光器处于连续调制工作状态时，无论有无调制信号，由于有直流偏置，所以功耗较大，甚至引起温升，会影响或破坏器件的正常工作。优点：调制速度快，常用于数字光纤通信系统中。4） 优点：线性好、偏置电流小（功耗小）；缺点：调制速率低（小于100Mb/s）o常用于模拟光纤通信。33.帧时：完成一帧扫描所需的时间称为帧时Tf.。帧速：单位时间完成的帧数称为帧速；（帧/s）。Tf=l/F扫描速率：观察视场完成一次扫描所需要的时间与扫描机构实际扫描所需的时间比为扫描效率爪即nf'E式中，是对视场完成一次扫描所需要的时间。34.解：（1）作为声光调。器件，要求其衍射效率达100%,此时需要的声功率为（注：机,是材料与水的品质因数比值，为1/106。）R=1.26（—1—f—）=I.26x（—1—）"=37.4W' 3丿机,3丿 顷丿1/106（632.8丿若声光器件的电声转换效率为40%,则所需声光器件的驱动功率为（实际上为所需加的电功率）：37.4/0.4=93.5W。（2）声光器件要工作于布拉格衍射区，其声场频率的大小应该由判据来定，即L22L。而所以G辱咎,显5.96加，37MHzMLJALJ1.06xl07x50xl0T自我检测题4參考答案一、 选择题10:A,D,A,D,D,D,B,D,D,A二、 判断题20：4,x,x,x,x,x,x,«,4,x三、 填空题21.零22.100/16023.瑞利24.1/d25.1.526.光电流27.线阵CCD和面阵CCD28.乘积29.正常辉光放电30.近晶相，向列相和胆带相四、 简答题31.31-答：嫉向电光调制為具有诂构简単、工作程定、不存在匂然双折射的影响等优点.（1分）其鎮点是半波电压大髙，在调制频率较高时，功率損林比絞大.（1分）横向效应运用时，存在自然双折射产生的固有相位延退，它们和外加电场无关.（2分）在没有外加电场时，入射光的两个偽振分量通过晶后其偽振面已传过了一个角度,这时光调制器羊应用不利，应设法消除.（2分）横向效应运用时，总的相位延退不仅与所加电压成正比，而且与晶体的长宽比（b/d）有关.（2分）而纵向应用时相位是只：f»V=&L有关.因此，增大IA减小d就可大大降低半波电压，但必须釆用两块品体，话构复杂，而且其尺寸加工要求高，时环境温度敏感.（2分）32.答：由于光伏探测器结戸的内建电场的作用.婀时产生的光生电F-空穴对分离，在PN结的两则出现光生电动势。PN结加正向偏压时.光照时仍然可有光电效应.怛内建电场被削弱.驛至为等.光生电亍・空穴对分离变弱.从而光电效应表现不明显。33.光电探测器的主要性能参数为：积分灵敏度、光谱灵敏度、频率灵敏度、量子效率、通量阈和噪声等效功率、归一化探测度、光敏面枳、…自我检测题5參考答案一、 选择题1.B2.C3.B4.B5.A6.D7.B8.9.C10.D二、 判断题11-20：x,x,x,4,x,7,7,7,寸，三、 填空题21.100/161122.瑞利23.数值孔径24.调幅、调频、调相及强度调制。25.可见光和近红外辐射探测，中、远红外辐射探测26.1.527.光的偏转角连续变化的嘆拟式扫；不连续的数字扫描28.光导工作模式和光伏工作模式29.线阵CCD和面阵CCD30.正常辉光放电四、 简答题必要条件:粒子数反转分布和减少振荡模式数，充分条件:激光在谐振腔内的增益要大于损耗稳定振荡条件:增益饱和效应组成:工作物质、泵浦源、谐振腔作用:工作物质:在这种介质中可以实现粒子数反转;泵浦源:将粒子从低能级抽运到高能级的装置;谐振腔:1、使激光具有极好的方向性2、增强光放大作用3、使激光具有极好的单色性答:拉曼■纳斯衍射:声波频率较低，光波平行于声波面入射，声光相互作用长度较短时，声光介质可近似看作为相对静止的“平面相位栅"，由出射波阵面上各子波源发出的次波发生相干作用，形成与入射方向对称分布的多级衍射光.布拉格衍射:声波频率较高，声光作用长度较大，光束与声波波面间以一定的角度入射，介质具有“体光栅''的性质。衍射光各高级次衍射光将互相抵消，只出现0级和+1级（或-1级）衍射光。33.答：完成•帧扫描所需的时间称为帧时T,(s),单位时间完成的帧数称为帧速F(帧/光机扫描机构对景物扫描时，实际扫描的空间角度范围通常比观察视场角要大,观察视场完成一次扫描的时间Tfov与机构实际扫描一周所需的时间Tf之比称为扫描效率1]自我检测题6參考答案一、 选择题1-10：A,D,A,B,A,A,A,A,D,A二、 判断题H-20：寸,寸,w«,4,寸,x,5/三、 填空题21.100/4兀，22.红宝石激光器、钗激光器或钛宝石激光器，23.瑞利，24.数值孔径，25.调幅、调频、调相及强度调制，26.抽样、量化、编码，27.光电频率特性，28.PN结，29.电荷的存储和电荷的转移，30.热致液晶四、 简答题(1)光子能量E与光波频率对应E=hv=龙①光子具有运动质量，m=E/c2=hv/c2;光子的动量与单色平面波矢对应P=ftk:光子具有两种可能的独立偏振状态，对应于光波场的两个独立偏报方向光子具有自旋，并且自旋量子数为整数，是玻色子答: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。因为，光子能量是hv,h是普朗克常数,v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。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。值得注意的是，以后将要介绍一种所谓热释电效应是响应于材料的温度变化率，比其他光热效应的响应速度要快得多，并已获得日益广泛的应用。答：TN-LCD利用了扭曲向列相液