光电技术试题及答案

光电技术试题及答案一、单项选择题（每题3分，共30分）1.以下哪种探测器基于内光电效应工作？A.光电管B.光电倍增管C.光敏电阻D.真空光电二极管答案：C。解析：内光电效应是指光照射在半导体材料上，材料中处于价带的电子吸收光子能量，通过禁带跃入导带，使导带内电子浓度和价带内空穴浓度增加，从而使半导体材料产生导电性的现象。光敏电阻是基于内光电效应工作的，而光电管、光电倍增管、真空光电二极管基于外光电效应工作。2.下面关于激光的特点，错误的是：A.高亮度B.高单色性C.高方向性D.高发散性答案：D。解析：激光具有高亮度、高单色性、高方向性等特点，而不是高发散性，高方向性意味着激光可以在很长距离内保持较小的光斑尺寸。3.发光二极管（LED）的发光原理是：A.热辐射发光B.电致发光C.光致发光D.化学发光答案：B。解析：发光二极管是通过注入电流，使电子和空穴在半导体的pn结中复合，将电能直接转化为光能，属于电致发光。4.光纤通信中常用的三个低损耗窗口的波长不包括：A.0.85μmB.1.31μmC.1.55μmD.2.0μm答案：D。解析：光纤通信中常用的三个低损耗窗口波长分别是0.85μm、1.31μm和1.55μm。5.以下关于光电耦合器的说法，正确的是：A.只能实现电光转换B.只能实现光电转换C.可以实现电光电转换D.不能实现信号的隔离传输答案：C。解析：光电耦合器由发光源和受光器两部分组成，输入的电信号驱动发光源发光，光信号被受光器接收后又转换为电信号输出，实现了电光电转换，同时还能实现信号的隔离传输。6.光电探测器的响应度定义为：A.输出电流与输入光功率之比B.输出电压与输入光功率之比C.输出光功率与输入光功率之比D.输出光功率与输入电流之比答案：A。解析：光电探测器的响应度是指输出电流与输入光功率之比，它反映了探测器对光信号的转换能力。7.激光产生的必要条件不包括：A.粒子数反转分布B.光学谐振腔C.泵浦源D.高温度环境答案：D。解析：激光产生的必要条件有粒子数反转分布、光学谐振腔和泵浦源。高温度环境不是激光产生的必要条件，相反，过高的温度可能会影响激光系统的性能。8.以下哪种光电器件可用于检测微弱光信号？A.普通光敏电阻B.光电倍增管C.发光二极管D.普通光电二极管答案：B。解析：光电倍增管具有极高的灵敏度，能够检测微弱光信号，它通过二次电子发射和倍增作用，将光信号转换为放大的电信号。普通光敏电阻、发光二极管和普通光电二极管在检测微弱光信号方面的能力相对较弱。9.光纤的数值孔径（NA）与以下哪个因素有关？A.光纤的长度B.光纤的直径C.光纤的折射率分布D.光纤的弯曲程度答案：C。解析：光纤的数值孔径与光纤的折射率分布有关，它表示光纤捕捉光的能力，反映了光纤的集光本领。10.以下关于光调制的说法，错误的是：A.可以改变光的强度B.可以改变光的频率C.可以改变光的相位D.只能对连续光进行调制答案：D。解析：光调制可以改变光的强度、频率、相位等参数，不仅可以对连续光进行调制，也可以对脉冲光进行调制。二、填空题（每题3分，共15分）1.光在光纤中传输时，主要的损耗原因有吸收损耗、散射损耗和______。答案：弯曲损耗。解析：光在光纤中传输时，吸收损耗是由于光纤材料对光的吸收造成的；散射损耗是由于光纤内部的不均匀性使光向各个方向散射而产生的；弯曲损耗是当光纤发生弯曲时，部分光会泄漏到光纤外部而造成的损耗。2.激光的纵模反映了激光的______特性。答案：频率。解析：激光的纵模是指在光学谐振腔内沿轴向形成的稳定的光振荡模式，不同的纵模对应着不同的频率，所以纵模反映了激光的频率特性。3.常见的光探测器有光电二极管、______和光电倍增管等。答案：光敏电阻。解析：光电二极管、光敏电阻和光电倍增管都是常见的光探测器，它们的工作原理和应用场景有所不同。4.光纤通信系统中，______是将电信号转换为光信号的关键器件。答案：光发射机（或发光二极管、激光二极管等光发射器件）。解析：光发射机的主要作用是将电信号转换为光信号，常见的光发射器件如发光二极管和激光二极管等都可以实现这一功能。5.光的干涉现象是基于光的______性质。答案：波动性。解析：光的干涉是两列或多列光波在空间相遇时相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域则始终削弱，形成稳定的强弱分布的现象，这是光的波动性的重要表现。三、简答题（每题10分，共30分）1.简述激光产生的原理。答案：激光产生的原理基于受激辐射。首先要有能够实现粒子数反转分布的工作物质，通过泵浦源向工作物质输入能量，使处于高能级的粒子数多于低能级的粒子数，形成粒子数反转分布。当有一个频率合适的光子入射到处于粒子数反转分布的工作物质中时，会引发受激辐射，使处于高能级的粒子跃迁到低能级，并发射出与入射光子频率、相位、传播方向和偏振状态都相同的光子。光学谐振腔的作用是为受激辐射提供正反馈，使光在腔内不断往返振荡，持续地进行受激辐射放大，最终输出高亮度、高单色性、高方向性的激光。2.比较光敏电阻和光电二极管的工作特点。答案：工作原理：光敏电阻基于内光电效应，光照使半导体材料的电导率发生变化；光电二极管基于光生伏特效应，光照产生光生载流子，形成光电流。灵敏度：一般来说，光敏电阻的灵敏度较高，但响应速度较慢；光电二极管的灵敏度相对较低，但响应速度快。线性度：光电二极管具有较好的线性度，其输出电流与入射光功率基本呈线性关系；光敏电阻的线性度较差。暗电流：光敏电阻在无光照时存在一定的暗电阻，但暗电流相对较小；光电二极管在无光照时也会有暗电流，且暗电流的大小与反向偏置电压等因素有关。应用场景：光敏电阻常用于对响应速度要求不高的光强检测和控制电路；光电二极管常用于需要快速响应的光通信、光测量等领域。3.说明光纤通信的优点。答案：传输容量大：光纤的带宽很宽，能够承载大量的信息，可同时传输多路信号，满足现代通信对大容量数据传输的需求。损耗低：在光纤的低损耗窗口，光信号的传输损耗很小，这使得长距离通信成为可能，减少了中继站的设置数量，降低了通信成本。抗干扰能力强：光纤是由石英等材料制成的绝缘体，不受电磁干扰和射频干扰，能够保证信号的稳定传输，适用于复杂的电磁环境。保密性好：光信号在光纤内部传输，不易泄露，具有良好的保密性，能够有效防止信息被窃取。重量轻、体积小：光纤的直径很小，重量轻，占用空间少，便于铺设和安装，尤其适用于空间有限的场合。寿命长：光纤的化学性质稳定，耐腐蚀，使用寿命长，能够长期稳定地工作。四、计算题（每题12.5分，共25分）1.已知某光电探测器的响应度为0.5A/W，当输入光功率为20μW时，求输出电流。解：根据光电探测器响应度的定义\(R=\frac{I}{P}\)（其中\(R\)为响应度，\(I\)为输出电流，\(P\)为输入光功率）。已知\(R=0.5A/W\)，\(P=20\muW=20\times10^{-6}W\)。则输出电流\(I=R\timesP\)\(I=0.5A/W\times20\times10^{-6}W=10\times10^{-6}A=10\muA\)。答：输出电流为10μA。2.某光纤的纤芯折射率\(n_1=1.48\)，包层折射率\(n_2=1.46\)，求该光纤的数值孔径（NA）。解：光纤数值孔径的计算公式为\(NA=\sqrt{n_1^{2}-n_2^{2}}\